废铝再生的熔炼技术研究.doc

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再生铝的熔炼技术研究
王刚1，高安江1，曲信磊2，张敏2
（1.丛林集团有限公司山东龙口265705；
2.山东丛林铝资源再生研究中心山东龙口265705；）
摘要：随着经济的快速发展和节约资源、保护环境的迫切要求，我国再生铝行业近几年来发展迅速，而熔炼技术是再生铝应用的一大难题。本文主要介绍了再生铝熔炼设备，杂质元素的去除方法，熔炼过程中的除气及精炼净化工艺，为再生铝的应用提供参考。
关键词：再生铝；熔炼；杂质；除气；精炼
中图分类号：TG146.2文献标识码：A文章编号：
目前铝是世界上使用最多的有色金属，铝制品被广泛使用于国民经济的各个领域。近年来，随着我国各行各业对铝的需求量逐年增加，铝的供应量逐年增大，由于我国原铝主要来源于电解铝，而国内有将近一半的氧化铝是从国外进口，这导致生产成本大大增加，为此需要大力发展再生铝行业[1]。与生产电解铝相比，利用废铝再生可以节约水电等能源达95%，其生产过程中产生的废气、废物较少，对环境的污染大大减少，同时使用再生铝还可降低铝合金制品的生产成本，具有良好的社会效益和经济效益[2,3]。
铝合金熔炼的基本目的是：通过制定合理的熔炼工艺，得到化学成分符合生产要求，纯净度高的铝合金熔体。再生铝合金的熔炼是将经过预处理的废铝料、铝屑等在熔炼炉中进行重新熔化，并在熔融的过程中进行除气、除渣、变质、精炼等工序，以得到化学成分符合要求的铝液，最后浇注成锭。再生铝的原料一般是一些不同合金混杂、成分不清的废料，必须通过熔炼，并借助一定手段，排除废料中的有害杂质、气体以及氧化物等，才能为铸锭的生产提供优质熔体[4]。下面将重点介绍国内外再生铝熔炼相关方面的技术。
1再生铝熔炼设备
再生铝的熔炼铸造过程如下：
装炉→熔化（加硅、铜、锌等合金元素）→扒渣→加镁、铍等（如必要）→搅拌→取样→调整成分→精炼→扒渣→转炉→变质处理及静置→净化处理→铸造。
目前国内外的再生铝熔炼技术包括反射炉、坩埚炉、双室炉、高效循环反射炉、水平回转炉、倾斜式回转炉及感应炉等熔炼技术[5]。其中反射炉是熔炼铝合金的主要设备，在再生铝行业大量应用，并派生出许多炉型[6]。
（1）双室反射炉
双室反射炉内设悬挂隔墙，将炉膛分为加热室和熔解室。其优点主要有：①由于废铝料的预热、干燥及熔化都避开了猛烈燃烧的火焰，因此金属烧损少。②熔炼时，采用循环式搅拌机循环搅拌熔体，使熔体的温度及成分更加均匀。③采用了旋转蓄热式的加料机构和炉型，能够使全部烟气余热得到回收，因此提高了热效率，降低了能耗。④在密闭的系统中加入废铝料，避免了烟气的溢放，改善了车间的工作环境。
（2）加料井式熔炼炉
此种熔炼炉也是一种双室反射炉，由构成一个循环系统的熔炼炉、加料井及磁力泵共同组成。再生铝熔炼过程中，持续加到加料井中的废铝料，被过热的铝液熔化，并在在磁力泵的作用下进入反射炉，如此反复进行，便可达到熔炼的目的。其具有金属烧损小，回收率高的优点。此种熔炼炉适合处理碎的废铝料，尤其适用于铝屑的处理。
（3）旋转式反射炉
由于在生产过程中，旋转炉的炉体可以旋转360°，因此热效率大大提高。其还具有传热速度快，可以基本上免去搅拌操作的优点。除此之外，熔融的铝液与耐火材料是均匀接触的，避免了对炉壁的不均匀腐蚀，增加了炉子的使用寿命。其缺点是使用的燃料必须是液体或气体。
（4）落差式反射炉
落差式反射炉由相互通联的熔化炉和熔炼炉构成，两者存在一定的位差，其又被称作子母炉。落差式反射炉是一种比较适用的再生铝熔炼炉，特别适用于含铁高的废铝料的熔炼。由于熔化炉只负责废铝料的熔化，在整个熔炼过程中可以杜绝铁对铝溶液的污染，提高了熔体质量。在使用过程中，为了减少铁与其它杂质元素的溶入，要尽量缩短铝溶液在炉内的停留时间，因此当炉料熔化之后，要尽快将溶液放出。
（5）带有电磁搅拌系统的反射炉
电磁搅拌系统是由英国EMP技术公司在90年代中期研发的，可用于各种反射炉和静置炉。其优点是：电磁泵坚固结实，寿命长；金属的烧损率降低，废铝料的回收率明显提高；铝熔体的化学成分更加均匀。同时使用电磁搅拌系统，可以减轻工人的劳动强度，降低产生的炉渣量，净化车间环境。
2熔炼过程中杂质元素的去除
再生铝与原铝相比，当中含有的杂质元素更多，主要有Fe、Mg、Zn、Si、Cu、Mn等[7]。由于杂质元素的存在会使再生铝的性能降低，大部分铝合金被降级使用。因此研究再生铝生产过程中的杂质元素的去除，具有十分重要的实用价值。
2.1Mg杂质的去除方法
镁可以提高铝合金的强度，但是过多的镁会使铝合金产生应力腐蚀和焊接裂纹。与其他杂质元素相比，Mg杂质的去除更加容易。目前，镁的去除方法主要有以下几种：
（1）自然氧化法
在高温下镁的亲氧性比铝更高，生成的氧化镁可以以熔渣的形式去除。这种除镁方法工艺比