高強變形鋁合金型材廢料的回爐處理

丁宏波

（中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039）

某企業(yè)在回爐處理一些變形鋁合金廢料時，加料時間長，能耗高，燒損大。企業(yè)每年在能耗、燒損方面的損失相當(dāng)大，因此急需提效降本，扭虧為盈。為此，我們在認(rèn)真分析原料的牌號、大小和形態(tài)的基礎(chǔ)上，通過對多種處理方式的討論，最終確定出一個比較合理的工藝路線，以最大限度的降低能耗及燒損。

1 生產(chǎn)背景及問題引出

該企業(yè)目前采用普通矩形熔鋁爐進行生產(chǎn)，工廠利用部分自身下游廢料和外購部分廢料作為主要原料，采用熔鋁爐加保溫爐，利用立式液壓半連續(xù)鑄造機生產(chǎn)變形鋁及鋁合金圓鑄錠。其生產(chǎn)工藝如下：

配料-加料-熔化-調(diào)成調(diào)溫-轉(zhuǎn)爐-精煉-在線處理-鑄造-鋸切-均熱-成品鑄錠。

現(xiàn)有主要設(shè)備為30t矩形燃氣熔鋁爐、30t傾動式燃氣保溫爐、30t液壓班連續(xù)鑄造機等。

該企業(yè)目前生產(chǎn)所用的廢料中，常規(guī)的型材廢料占比較小，而大斷面、空心薄壁和組合型材廢料占比較高，這就使型材的裝爐效率低下，每次加料僅3t左右，天然氣耗能更是達到了245立方米/噸，燒損大于6%。在這種情況下，企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)常是和虧損聯(lián)系在一起的。

解決此問題可以考慮在原有生產(chǎn)線上改進，也可以考慮新建一條生產(chǎn)線，我們將對這種狀況從各方面進行詳盡的討論，力爭最終得到一個切實可行的方案。

2 問題分析

從前面的生產(chǎn)背景來看，企業(yè)主要面臨的是加料、能耗和燒損三方面的問題，而加料問題又是直接導(dǎo)致能耗好燒損的一個重要原因，因此我們可以先分析加料，在解決加料問題后，再分析如何進一步降低能耗和燒損。

一般來講，爐子容量一定的情況下，每次加料量少會導(dǎo)致加料次數(shù)增多，加料次數(shù)增多會使?fàn)t門開啟次數(shù)增多，熱量損失變大，鋁液和空氣接觸的機會變多，最終導(dǎo)致熔體溫降大，氧化多，達到合理的溫度和成分所需的天然氣用量就大，能耗高，燒損也更嚴(yán)重。

部分廢料的表面有漆皮涂層，不處理將會加劇廢料的爐內(nèi)燃燒，增大燒損。

最后可以通過一些其他輔助措施，減少單次加料時間，降低廢料和空氣的接觸，同時采用浸入式熔化，利用好磁力攪拌裝置等輔助設(shè)施，進一步降低燒損，綜合處理，取得最終合理可行的方案。

圖1 大斷面實心型材廢料

圖2 大斷面空心型材廢料

圖3 大斷面空心薄壁廢料

圖4 大斷面組合型材廢料

2.1 提高原料的加料密度

原料主要為工廠料，其中沒有太多的非金屬雜質(zhì)，但部分廢料含有涂層。原料中除一般普通的型材廢料外，還有一定比例的大規(guī)格高強度的型材廢料，見圖1～4，這一部分廢料是處理中的難題。

這種廢料一般強度較大，但是單位體積的密度又較小，除圖2-1中的大斷面實心型材廢料可以通過直接鋸切成段后加入熔鋁爐中，圖2～4中的幾種廢料如果僅做簡單的鋸切處理就直接加料入爐，每次的加料量仍會非常有限。因為爐膛的大小是固定的，如果只是將長料鋸斷或者剪短，那么廢料中中空部分仍然占大多數(shù)，即使?fàn)t膛內(nèi)一次加料全部塞滿，那么實際鋁廢料的加入量還是相當(dāng)有限。根據(jù)上面的分析，如果要從根本上增加單次的加入量，那么實際上我們必須增大鋁的次鋁的加入密度。

增加單次加入密度，一方面通過前面的剪切或者鋸切將廢料變短，但這遠遠不夠，需要對其進行打包壓塊處理。直接將剪切或鋸切前后的這種廢料打包，由于其強度太大，一般的打包機不能將其壓成塊。因此，在壓塊之前，還需要增加一道工序，通過撕碎機將廢料撕碎，使其不能維持原有的剛性，為后續(xù)的打包做準(zhǔn)備。

廢料被撕碎后壓塊，壓塊難度會大大降低，壓塊后密度會大大增加。因此，每次的加料量將大大增加，加料次數(shù)會顯著減少。按照壓塊后密度為1.5m3/t計算，預(yù)計加料量每次能提高至6t，那么加料次數(shù)可減少一半，能耗將大大降低，燒損也會隨之降低。

2.2 降低爐內(nèi)的燒損

減少加料次數(shù)可以一定程度降低燒損，但漆皮涂層含量和原料表面積的大小也對燒損有很大的影響。帶漆皮的廢料和撕碎后不壓塊廢料如果直接投入普通的熔鋁爐中，前者由于漆皮的助燃作用使燒損量大大增加，后者由于撕碎后比表面積增加，可燒損氧化的面積就會增加，進而燒損量隨之增加。所以要進一步降低燒損，必須打包并且減少漆皮涂層的影響。

一般去漆皮涂層可以采用回轉(zhuǎn)窯、雙室爐和溶劑法等。具體分析本項目，回轉(zhuǎn)窯適合涂層料占大多數(shù)且涂層含量較大的輕薄廢料，比如破碎后的罐料；雙室爐一般的含涂層料均可以處理，但是如果漆皮涂層廢料量較大且含量較多，會大大占用雙室爐熔化的時間，造成雙室爐實際使用效率較低，因此其適合原料部分含有涂層的廢料處理；溶劑法適用于大批量處理漆皮涂層含量較高的廢料，但這種工藝會產(chǎn)生廢水，廢水在環(huán)保上可能造成二次污染，目前已經(jīng)使用較少。

該企業(yè)主要原料中有部分廢料含有漆皮涂層，因此不需要專門再上一套回轉(zhuǎn)窯或者溶劑處理系統(tǒng)，直接采用雙室爐對其進行熔化，可以在降低燒損的同時完成熔化過程。

2.3 采用其他輔助方式

（1）采用可更換的料箱

如要進一步降低燒損，除了減少加料次數(shù)，還要減少每次開啟爐門的時間，即提高每次加料的效率。采用可以更換料箱的專用加料車進一步提高效率，使加料車的料斗大小和矩形爐爐門大小基本一致。每次提前將打包好的料配料稱重完畢，在料箱中碼好，待需要加料時將料箱直接更換到加料車上，加料車一次性將碼好的料送入熔鋁爐中，這個過程可以縮短至5min～10min，進一步降低燒損。

（2）采用浸入式熔化

普通熔鋁爐如要進一步降低燒損，可以在一個熔化周期之初，爐內(nèi)事先留一部分鋁液，使廢料浸入熔體中進行熔化，避免熔化時，火焰直接接觸固體料，造成燒損增加。

（3）采用磁力攪拌裝置

廢料熔化時，如果一味的大火猛燒，燒損會相當(dāng)嚴(yán)重，一般可以在熔化一部分時，開啟磁力攪拌裝置，攪動熔體，使?fàn)t內(nèi)的熱交換更加充分，從而使熔化效率增加，避免熔體的燒損。

3 采取的方案

通過前面的分析，工藝過程選定如下：選定剪切機、鋸切機和撕碎機先將長料剪短、鋸斷或者撕碎成短料，再由打包機將空心短料進一步壓實成塊料。預(yù)先將這些打包料稱重碼好放置在可更換的料斗中，待加料時直接更換加料車料斗加料入爐，通過浸入式熔化配合電磁攪拌裝置加速熔化，提升熔化效率，降低燒損和能耗。

設(shè)備選擇時注意熔鋁爐應(yīng)該盡量選擇噸位稍大，主要是大爐門方便加料和乘料，大爐膛又方便浸入式熔化。盡量選用雙室爐處理帶漆皮料的廢料，通過其爐內(nèi)的還原性氣氛保證有效降低燒損。剪切機、鋸切機和撕碎機設(shè)備投資小可以先進行采購，對原料進行預(yù)處理。再聯(lián)系打包機廠家進行試料，經(jīng)過試驗擬選擇采用長度300mm～400mm左右的短料，采用1000噸額定壓力的液壓打包機，最終打包成500mm＊500mm左右的打包料。

該企業(yè)目前剪切、鋸切設(shè)備已經(jīng)采購，正在聯(lián)系打包試料，其余設(shè)備仍利用原有，待后期新上生產(chǎn)線可以考慮采用雙室爐處理帶涂層廢料。經(jīng)過上述處理，擬使加料效率擬由每次3t提升至6t，燒損從原來的6%降低到4%，能耗降低至100立方米/t。

4 結(jié)束語

變形鋁及鋁合金廢料的熔煉是一個系統(tǒng)的工程，影響燒損、能耗的因素很多。本文通過對原料進行分析，指出了與其燒損和能耗相關(guān)的因素，找到了一條能夠較為合理的處理此類情況的工藝路線，并聯(lián)合業(yè)主進行實施，目前已階段性的證實了它的正確性。