雙室熔鋁爐的應(yīng)用與技術(shù)特點(diǎn)

韓正英，朱咸中，曹 櫻

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

1 再生鋁發(fā)展前景

作為我國鋁消費(fèi)的重要組成部分，再生鋁市場在近些年得到快速發(fā)展。隨著國內(nèi)廢鋁回收體系的完善，預(yù)計(jì)到“十四五”末，再生鋁產(chǎn)量將達(dá)到1150萬t。再生鋁的生產(chǎn)能耗和產(chǎn)生的溫室氣體僅為原鋁的5%左右，既可以節(jié)約能耗，又能顯著減少碳排放。2050年碳中和目標(biāo)的確立，使鋁工業(yè)面臨極大挑戰(zhàn)，同時(shí)也為再生鋁發(fā)展帶來歷史性機(jī)遇。

2 雙室爐的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

由于再生鋁原料來源復(fù)雜，含有多種雜質(zhì)，除了對于廢鋁的回收、分選工藝有較高的要求，也需要特殊的工藝裝備進(jìn)行廢鋁再生重熔。目前，常用的再生鋁重熔設(shè)備有回轉(zhuǎn)爐、側(cè)井爐和雙室爐。其中側(cè)井爐主要用于處理破碎料和輕薄料，回轉(zhuǎn)爐主要用于處理鋁渣和鋁灰，而雙室爐可用于處理多種形式的廢鋁，是目前應(yīng)用最為廣泛的再生鋁重熔設(shè)備。

雙室爐最初主要用于處理擠壓廢料，隨著技術(shù)發(fā)展，目前可處理多種規(guī)格的廢鋁，包括含有橡膠、塑料、表面含漆含油的廢鋁。經(jīng)過分選和預(yù)處理的廢鋁可以直接加入雙室爐進(jìn)行重熔。典型的雙室爐結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雙室爐結(jié)構(gòu)Fig.1 Double chamber furnace structure

雙室爐按結(jié)構(gòu)分為廢料室和加熱室，兩個(gè)爐室的爐氣室隔開，而熔池室相通。通過循環(huán)泵將鋁液從加熱室經(jīng)由加料井送入廢料室，用鋁液熔化廢鋁。廢料室和加熱室的爐門開口方向可根據(jù)車間平面靈活布置。循環(huán)泵目前主要采用機(jī)械泵和電磁泵兩種形式。

雙室爐的主要技術(shù)特點(diǎn)是：(1)由于控制爐內(nèi)為還原性氣氛，且廢料不與火焰直接接觸，從而大大降低了氧化損耗，金屬燒損少；(2)采用了先進(jìn)的蓄熱技術(shù)和廢氣燃燒技術(shù)，對廢臟料燃燒時(shí)產(chǎn)生的廢氣進(jìn)行二次燃燒，大大降低了燃料用量，熱效率較高能耗低；(3)可裝廢料種類多、范圍大。

廢鋁根據(jù)形態(tài)主要分為打包料、長條料、碎屑料。其中打包料、長條料(大塊料)通過加料車加入廢料室。首先將廢料放置在熱橋處，進(jìn)行烘干和熱解。烘干和熱解的時(shí)間根據(jù)廢鋁種類及污染物含量確定，通常為10min～30min。經(jīng)過預(yù)熱的廢鋁推入熔池，利用鋁液進(jìn)行熔化。廢料室配備有小功率燒嘴，主要用于控制爐內(nèi)氧含量，以達(dá)到無氧環(huán)境，避免產(chǎn)生多余的氧化物，降低燒損。典型的雙室爐設(shè)備參數(shù)見表1。

表1 典型雙室爐技術(shù)參數(shù)

3 雙室爐的環(huán)保優(yōu)勢

雙室爐優(yōu)勢是可以處理含污染物的廢鋁，通過高溫?zé)峤猓瑥U氣燃燒和急速冷卻過程使廢氣達(dá)標(biāo)排放。高溫?zé)峤膺^程首先對廢料進(jìn)行預(yù)熱，去除水分，然后進(jìn)一步加熱，通過熱解作用去除表面污染物。對于廢料的預(yù)熱是非常重要的，潮濕的廢料不允許直接加入鋁液中，尤其是對于打包料。熱解作用主要發(fā)生在熱橋上，同時(shí)當(dāng)廢料懸浮在鋁液表層上時(shí)繼續(xù)熱解過程，直至廢料全部浸入鋁液中。

熱解產(chǎn)生的含污染物廢氣導(dǎo)入加熱室，利用加熱室燒嘴進(jìn)行充分燃燒分解。通過控制加熱室爐氣成分，一方面保證充足氧氣用于可燃廢氣燃燒，確保熱解廢氣安全環(huán)保的燒掉。另一方面通過燃燒可燃廢氣，降低雙室爐能耗。然后再利用蓄熱式燒嘴對煙氣進(jìn)行急速冷卻，避免污染物(二噁英)的重新合成。

4 減少金屬燒損

再生鋁的熔煉過程中，金屬燒損是個(gè)不可避免的問題。廢鋁熔煉中的燒損率是影響再生鋁生產(chǎn)成本的關(guān)鍵因素[1]。燒損通常是由于爐內(nèi)過量的氧氣與鋁和碳發(fā)生反應(yīng)產(chǎn)生。通過對爐氣氧含量的控制，再生鋁的燒損主要取決于廢鋁氧化物含量。在雙室爐運(yùn)行過程中，首先盡可能避免氧氣與鋁發(fā)生接觸，在廢料室加料過程中，利用加料室燒嘴連續(xù)燃燒消耗掉爐內(nèi)氧氣，整個(gè)過程在關(guān)閉爐門后幾秒鐘內(nèi)發(fā)生。燃燒器的布置還應(yīng)確?；鹧娌粫?huì)與鋁液接觸，減少浮渣的生成。

污染物熱解后，殘余碳附著在廢料上。通過廢料室內(nèi)部的特殊熔化過程，減少碳與鋁液的接觸。預(yù)熱的廢料不會(huì)直接落入液態(tài)鋁中，當(dāng)廢料推入鋁液池中，首選會(huì)懸浮在鋁液表面，然后緩慢浸入鋁液中，這樣氧化物大部分停留在鋁液表面浮渣中。最終將附著在表面的碳和沉積在熔池表面浮渣層中的氧化物從熔爐中取出。

5 碎屑鋁廢料及合金化處理

雙室爐除了處理打包廢料和大塊長條廢料外，主要用于處理碎屑料。碎屑料通過加料井加入，加料井配備有循環(huán)泵(機(jī)械泵或者電磁泵)，利用旋轉(zhuǎn)泵產(chǎn)生的漩渦將切屑吸入廢料室鋁液中，在廢料室進(jìn)行加熱和熔化。這種工藝有效地避免了碎屑料的氧化，并相應(yīng)地降低燒損。循環(huán)泵在加料井內(nèi)形成的渦流如圖2所示。

圖2 加料井鋁液渦流Fig.2 Aluminum liquid vortex of feeding well

對于潮濕和含油較大的碎屑料，建議在加料前進(jìn)行預(yù)處理。這可以通過離心機(jī)進(jìn)行機(jī)械處理，然后在滾筒干燥器中進(jìn)行熱處理。離心機(jī)可將碎屑料上水分去除到3%以下，然后通過烘干，徹底去除碎屑料片中殘留的水分。

采用加料井搭配電磁泵的方式添加合金可以有效提高合金回收率，并確?？焖倩旌虾瓦_(dá)到極佳的均質(zhì)性，與常規(guī)加料對比情況見表2。

表2 加料回收率對比情況

6 結(jié)束語

雙室熔鋁爐能夠高效節(jié)能地處理各種廢料，減小金屬燒損和污染物排放，是再生鋁熔鋁工藝的主要設(shè)備。隨著國產(chǎn)雙室爐設(shè)計(jì)制造技術(shù)的不斷進(jìn)步，設(shè)備投資不斷優(yōu)化，雙室爐的應(yīng)用在再生鋁行業(yè)將得到進(jìn)一步推廣。