鋁熔煉設備及再生鋁回收新技術分析

閆輝

（蘇州新長光熱能科技有限公司，江蘇蘇州 215129）

鋁熔煉設備及再生鋁回收新技術分析

閆輝

（蘇州新長光熱能科技有限公司，江蘇蘇州 215129）

熔煉是鋁合金生產過程中的重要環節。分析了鋁熔煉過程中各個階段的特點，對反射式熔鋁爐各部位要求進行闡述；在反射式熔煉爐的基礎上，介紹了目前再生鋁行業較先進的熔煉設備——雙室爐，同時提出了鋁熔煉設備的發展方向。

鋁熔煉；熔煉爐；雙室爐

20世紀后半期，我國鋁加工業迅猛發展，鋁材制品在國民經濟中的應用越來越廣泛[1]。進入21世紀后，我國鋁加工工業進入一個全新的快速發展時期，表現為大規模鋁加工生產線建設并投入生產，電解鋁行業產業鏈延伸至鋁加工初級產品。在現代化大型鋁加工廠中，熔鋁爐是熔鑄生產最常用的設備，熔鋁爐的最基本技術指標包括：產量、熔化速率、噸鋁能耗，先進的熔鋁爐技術其實質就是要通過合理的結構設計、制造及施工，實現以最小的能源消耗，獲取最大的鋁熔化速率和升溫速度，從而達到熔鋁爐設備利用率、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]是熔煉出化學成分符合要求，并且獲得純潔度較高的鋁合金熔體，為后續的工序創造有利條件。

1.1 熔煉過程[1]

鋁自被加入到熔煉爐開始，其熔煉可經過3個過程：固體料→熔化（固液共存）→液體。由于3種狀態下鋁的熱物性參數不同，其所需的能力值亦有差別，鋁熔煉過程能量分配如圖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，燒嘴處于停止工作狀態。裝料結束后，鋁在熔煉爐內成料堆狀態，此時打開燃燒器，使其在大火狀態下工作，火焰直接沖擊在料堆上，爐內對流換熱熱效果占主導作用，固體料從室溫升高到熔點附件，此階段所需要的熱量占整個鋁熔煉過程的50%；隨著鋁的溫度上升，料堆表面的鋁開始融化，熔融的鋁液向下流動。當溫度達到660℃左右時，支撐鋁料堆的強度會逐漸消失，料堆下降沒入鋁液液面下，爐內固體料逐漸減少，鋁液液面會逐漸增加直至全部固體料消失，由此完成了鋁熔化過程，從圖1可看出此過程所需的能量約占整個過程的36%；當爐內物料全部為液體時，鋁液對熱負荷的需求降低，鋁液升溫至出爐溫度值。

圖1 鋁熔煉過程能量分配圖

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與爐氣接觸且相互作用時間較長，較容易造成鋁液大量吸氣、氧化或形成其他非金屬雜質。鋁液中存在的雜質影響鋁液純度，使鋁合金鑄錠產生氣泡、氣孔、裂紋、夾雜等缺陷，對后續鋁合金鑄錠的加工性能，特別是產品的強度、塑性、抗腐蝕性及外觀都有顯著的影響。由于鋁合金牌號的不同，對鋁液純度要求亦有差別，例如一般鋁合金熔煉時鋁液內氫含量為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表1。

表1 鋁液熔體凈化方法比較

2 熔鋁爐及其構成

目前，在鋁加工行業使用較廣泛的鋁熔煉設備為反射式熔鋁爐。熔鋁爐主要由爐體鋼結構、爐襯、供熱系統、攪拌系統、排煙系統、加料系統等機構組成。熔鋁爐對各機構的要求見表2。

表2 熔鋁爐各機構要求

反射式熔鋁爐為典型的周期作用高溫工業爐，其操作流程如圖3所示。

圖3 熔鋁爐操作流程

3 再生鋁回收利用設備

圖4 雙室爐結構圖

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鋁合金需求量不斷增加，再生鋁的利用已受到各國的高度重視。由于鋁合金加工的特殊性，廢鋁中夾雜著多種雜質，雜質的存在增加了廢鋁回收的難度。行業內公認的制約再生鋁合金生產技術發展的3個瓶頸為：能耗、鋁耗、環保，選擇先進的廢鋁回收熔煉設備是解決上述這些問題的有效途徑。目前鋁加工企業使用較為廣泛的再生鋁回收熔煉設備為雙室爐。

雙室爐[6]主要由加熱室、廢料室、鋁液循環系統、加料系統、燃燒系統、換熱器系統等機構組成，其結構見圖4。

加熱室主要作用是提供雙室爐的主要熱量，在加熱室一側爐墻上設有2個主燒嘴用來提供熱量。加熱室設有爐門，較潔凈的、大塊的廢鋁可由加熱室爐門進入雙室爐。廢料室主要用于污染較嚴重的輕、薄料熔化。在廢料室爐門處，有一個較大的、水平設置的路橋，物料進入雙室爐時首先放在路橋上，在廢料室燒嘴的作用下物料在路橋上進行烘干、雜質氣化裂解等過程，然后進入熔池內進行熔化。產生的裂解氣通過管道送入加熱室參與燃燒，實現節能。廢料室與加熱室之間設有隔墻，在雙室爐爐體外圍有側井，通過電磁泵把廢料室與加熱室之間的鋁液聯通，比表面積較小的鋁屑可通過側井頂部加入，由于電磁泵的作用，在側井內形成漩渦，漩渦把鋁屑卷入鋁液內實現其熔化。

雙室爐的工藝特點決定了其在再生鋁方面的優勢。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℃以上停留足夠時間，降低了污染物排放。

4 結論

隨著全球范圍內資源、能源緊缺以及對環境保護的日益重視，鋁作為一種可回收利用資源在國民經濟中的地位日益增加，對鋁加工行業提出了更深層次的要求。目前國內外較多研究機構對鋁熔煉技術和設備進行了大量的研究，并取得了一定的成果，結合可持續發展戰略思想，進一步降低鋁熔煉設備的能耗，減少排放，提高設備自動化程度，是鋁熔煉技術的未來發展方向。

[1]王計敏.熔鋁爐熔煉技術評述及其研究展望[J].有色冶金節能，2011，6(3):18-22.

[2]肖亞慶.鋁加工技術實用手冊[M].北京:冶金工業出版社，2004. [3]姚紹坤.連續熔鋁爐[J].輕金屬，1989(11):56-60.

[4]王祝堂，田榮璋.鋁合金及其加工手冊[M].長沙:中南大學出版社，2000.

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

[6]劉慶德，陳丹山.先進的雙室爐在再生鋁工業中的應用[J].特種鑄造機有色合金，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，學士，工程師，主要從事有色金屬工業爐窯的設計工作。