鋁熔煉設(shè)備及再生鋁回收新技術(shù)分析

閆輝

（蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司，江蘇蘇州 215129）

鋁熔煉設(shè)備及再生鋁回收新技術(shù)分析

閆輝

（蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司，江蘇蘇州 215129）

熔煉是鋁合金生產(chǎn)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。分析了鋁熔煉過(guò)程中各個(gè)階段的特點(diǎn)，對(duì)反射式熔鋁爐各部位要求進(jìn)行闡述；在反射式熔煉爐的基礎(chǔ)上，介紹了目前再生鋁行業(yè)較先進(jìn)的熔煉設(shè)備——雙室爐，同時(shí)提出了鋁熔煉設(shè)備的發(fā)展方向。

鋁熔煉；熔煉爐；雙室爐

20世紀(jì)后半期，我國(guó)鋁加工業(yè)迅猛發(fā)展，鋁材制品在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。進(jìn)入21世紀(jì)后，我國(guó)鋁加工工業(yè)進(jìn)入一個(gè)全新的快速發(fā)展時(shí)期，表現(xiàn)為大規(guī)模鋁加工生產(chǎn)線建設(shè)并投入生產(chǎn)，電解鋁行業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈延伸至鋁加工初級(jí)產(chǎn)品。在現(xiàn)代化大型鋁加工廠中，熔鋁爐是熔鑄生產(chǎn)最常用的設(shè)備，熔鋁爐的最基本技術(shù)指標(biāo)包括：產(chǎn)量、熔化速率、噸鋁能耗，先進(jìn)的熔鋁爐技術(shù)其實(shí)質(zhì)就是要通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、制造及施工，實(shí)現(xiàn)以最小的能源消耗，獲取最大的鋁熔化速率和升溫速度，從而達(dá)到熔鋁爐設(shè)備利用率、能源利用率、材料利用率最大化的目的。

1 鋁熔煉的基本理論

鋁熔煉的目的[2]是熔煉出化學(xué)成分符合要求，并且獲得純潔度較高的鋁合金熔體，為后續(xù)的工序創(chuàng)造有利條件。

1.1 熔煉過(guò)程[1]

鋁自被加入到熔煉爐開(kāi)始，其熔煉可經(jīng)過(guò)3個(gè)過(guò)程：固體料→熔化（固液共存）→液體。由于3種狀態(tài)下鋁的熱物性參數(shù)不同，其所需的能力值亦有差別，鋁熔煉過(guò)程能量分配如圖1所示[3]，圖2為熔鋁爐爐溫及能量分配模型。

熔煉爐在加料時(shí)，燒嘴處于停止工作狀態(tài)。裝料結(jié)束后，鋁在熔煉爐內(nèi)成料堆狀態(tài)，此時(shí)打開(kāi)燃燒器，使其在大火狀態(tài)下工作，火焰直接沖擊在料堆上，爐內(nèi)對(duì)流換熱熱效果占主導(dǎo)作用，固體料從室溫升高到熔點(diǎn)附件，此階段所需要的熱量占整個(gè)鋁熔煉過(guò)程的50%；隨著鋁的溫度上升，料堆表面的鋁開(kāi)始融化，熔融的鋁液向下流動(dòng)。當(dāng)溫度達(dá)到660℃左右時(shí)，支撐鋁料堆的強(qiáng)度會(huì)逐漸消失，料堆下降沒(méi)入鋁液液面下，爐內(nèi)固體料逐漸減少，鋁液液面會(huì)逐漸增加直至全部固體料消失，由此完成了鋁熔化過(guò)程，從圖1可看出此過(guò)程所需的能量約占整個(gè)過(guò)程的36%；當(dāng)爐內(nèi)物料全部為液體時(shí)，鋁液對(duì)熱負(fù)荷的需求降低，鋁液升溫至出爐溫度值。

圖1 鋁熔煉過(guò)程能量分配圖

1.2 鋁液凈化[4,5]

圖2 熔鋁爐爐溫及能量分配模型

鋁合金在熔煉爐中，鋁合金以熔融或者半熔融狀態(tài)與爐氣接觸且相互作用時(shí)間較長(zhǎng)，較容易造成鋁液大量吸氣、氧化或形成其他非金屬雜質(zhì)。鋁液中存在的雜質(zhì)影響鋁液純度，使鋁合金鑄錠產(chǎn)生氣泡、氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，對(duì)后續(xù)鋁合金鑄錠的加工性能，特別是產(chǎn)品的強(qiáng)度、塑性、抗腐蝕性及外觀都有顯著的影響。由于鋁合金牌號(hào)的不同，對(duì)鋁液純度要求亦有差別，例如一般鋁合金熔煉時(shí)鋁液內(nèi)氫含量為0.15～0.2 cm3/100 g（Al）以下，特殊要求的鋁合金材料氫含量在0.1 cm3/100 g（Al）以下。目前鋁液熔體凈化使用較多的方法見(jiàn)表1。

表1 鋁液熔體凈化方法比較

2 熔鋁爐及其構(gòu)成

目前，在鋁加工行業(yè)使用較廣泛的鋁熔煉設(shè)備為反射式熔鋁爐。熔鋁爐主要由爐體鋼結(jié)構(gòu)、爐襯、供熱系統(tǒng)、攪拌系統(tǒng)、排煙系統(tǒng)、加料系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成。熔鋁爐對(duì)各機(jī)構(gòu)的要求見(jiàn)表2。

表2 熔鋁爐各機(jī)構(gòu)要求

反射式熔鋁爐為典型的周期作用高溫工業(yè)爐，其操作流程如圖3所示。

圖3 熔鋁爐操作流程

3 再生鋁回收利用設(shè)備

圖4 雙室爐結(jié)構(gòu)圖

目前工廠里使用的反射熔鋁爐的爐料多為鋁錠。由于資源的有限性以及對(duì)鋁合金需求量不斷增加，再生鋁的利用已受到各國(guó)的高度重視。由于鋁合金加工的特殊性，廢鋁中夾雜著多種雜質(zhì)，雜質(zhì)的存在增加了廢鋁回收的難度。行業(yè)內(nèi)公認(rèn)的制約再生鋁合金生產(chǎn)技術(shù)發(fā)展的3個(gè)瓶頸為：能耗、鋁耗、環(huán)保，選擇先進(jìn)的廢鋁回收熔煉設(shè)備是解決上述這些問(wèn)題的有效途徑。目前鋁加工企業(yè)使用較為廣泛的再生鋁回收熔煉設(shè)備為雙室爐。

雙室爐[6]主要由加熱室、廢料室、鋁液循環(huán)系統(tǒng)、加料系統(tǒng)、燃燒系統(tǒng)、換熱器系統(tǒng)等機(jī)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

加熱室主要作用是提供雙室爐的主要熱量，在加熱室一側(cè)爐墻上設(shè)有2個(gè)主燒嘴用來(lái)提供熱量。加熱室設(shè)有爐門(mén)，較潔凈的、大塊的廢鋁可由加熱室爐門(mén)進(jìn)入雙室爐。廢料室主要用于污染較嚴(yán)重的輕、薄料熔化。在廢料室爐門(mén)處，有一個(gè)較大的、水平設(shè)置的路橋，物料進(jìn)入雙室爐時(shí)首先放在路橋上，在廢料室燒嘴的作用下物料在路橋上進(jìn)行烘干、雜質(zhì)氣化裂解等過(guò)程，然后進(jìn)入熔池內(nèi)進(jìn)行熔化。產(chǎn)生的裂解氣通過(guò)管道送入加熱室參與燃燒，實(shí)現(xiàn)節(jié)能。廢料室與加熱室之間設(shè)有隔墻，在雙室爐爐體外圍有側(cè)井，通過(guò)電磁泵把廢料室與加熱室之間的鋁液聯(lián)通，比表面積較小的鋁屑可通過(guò)側(cè)井頂部加入，由于電磁泵的作用，在側(cè)井內(nèi)形成漩渦，漩渦把鋁屑卷入鋁液內(nèi)實(shí)現(xiàn)其熔化。

雙室爐的工藝特點(diǎn)決定了其在再生鋁方面的優(yōu)勢(shì)。每噸再生鋁原料熔化升溫至720℃，所需天然氣低于65 m3；加熱室爐氣含氧量為2%～5%，廢料室處于還原性氣氛，所以鋁氧化燒損小；雙室爐確保煙氣在950℃以上停留足夠時(shí)間，降低了污染物排放。

4 結(jié)論

隨著全球范圍內(nèi)資源、能源緊缺以及對(duì)環(huán)境保護(hù)的日益重視，鋁作為一種可回收利用資源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中的地位日益增加，對(duì)鋁加工行業(yè)提出了更深層次的要求。目前國(guó)內(nèi)外較多研究機(jī)構(gòu)對(duì)鋁熔煉技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果，結(jié)合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想，進(jìn)一步降低鋁熔煉設(shè)備的能耗，減少排放，提高設(shè)備自動(dòng)化程度，是鋁熔煉技術(shù)的未來(lái)發(fā)展方向。

[1]王計(jì)敏.熔鋁爐熔煉技術(shù)評(píng)述及其研究展望[J].有色冶金節(jié)能，2011，6(3):18-22.

[2]肖亞慶.鋁加工技術(shù)實(shí)用手冊(cè)[M].北京:冶金工業(yè)出版社，2004. [3]姚紹坤.連續(xù)熔鋁爐[J].輕金屬，1989(11):56-60.

[4]王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊(cè)[M].長(zhǎng)沙:中南大學(xué)出版社，2000.

[5]董志敏.鋁合金熔液凈化技術(shù)[J].鑄造技術(shù)，2000(6):13-16.

[6]劉慶德，陳丹山.先進(jìn)的雙室爐在再生鋁工業(yè)中的應(yīng)用[J].特種鑄造機(jī)有色合金，2009，29(8):779-780.

Analysis of alum inum smelting equipment and new technology

YAN Hui
（Suzhou Longray Thermal Technology Co.Ltd.,Suzhou 215129,China）

Smelting is an im portant link in the production process of alum inum alloy.This paper analyzed the characteristics of sm elting,and discussed various parts of reflection alum inum sm elting furnace;Tw in-Cham ber M elting Furnace (TCF)w hich is advanced in Recycling Alum inum industry w as introduced,and the developm ent of alum inum sm elting equipm entw as listed.

alum inum sm elting;sm elting furnace;TCF

2014-04-11）

X758

A

1674-0912（2014）05-0042-03

閆輝（1982-），男，學(xué)士，工程師，主要從事有色金屬工業(yè)爐窯的設(shè)計(jì)工作。