郭 峰，袁孚勝

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

再生鋁加工生產(chǎn)技術及發(fā)展方向

郭 峰，袁孚勝

（中國瑞林工程技術有限公司，江西南昌 330031）

介紹了再生鋁行業(yè)的現(xiàn)狀、特點,從再生鋁的熔煉、爐渣處理、鑄造三個方面分析了再生鋁加工工藝技術及其設備水平，最后指出了再生鋁工藝技術的發(fā)展方向是研究高效、節(jié)能、快速的鋁合金廢料熔化爐,提升鋁熔體精煉技術,提高鋁合金廢料的直接利用率，開發(fā)低品位及復合鋁合金廢料的處理工藝,優(yōu)先發(fā)展預處理工藝,建立完善鋁合金廢料回收系統(tǒng),研究污染物的治理工藝，以及研發(fā)加速再生鋁熔化過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量的熔劑。

再生鋁；廢雜鋁；熔煉技術；渣處理；鑄造

0 前言

中國的經(jīng)濟發(fā)展迅速，目前對于鋁的需求量相當大,飛機工業(yè)、汽車工業(yè)、軌道車輛、電訊、建筑工業(yè)都需要大量的鋁材,其中大部分來自電解鋁行業(yè)。但據(jù)統(tǒng)計,中國現(xiàn)有鋁土礦可開采年限已不足30年,這勢必導致電解鋁行業(yè)的原料氧化鋁依賴國外進口。目前,中國氧化鋁進口數(shù)量已超過了消耗量的一半,再生鋁主要是回收汽車工業(yè)、航天工業(yè)、建筑業(yè)以及包裝工業(yè)特別是鋁制飲料罐(易拉罐)的廢鋁。再生鋁資源在整個鋁工業(yè)原料中的比重已越來越大,發(fā)達國家再生鋁與原鋁的比例已接近或超出1:1[1]。

1 再生鋁產(chǎn)業(yè)特點

近年來,中國再生鋁及加工企業(yè)數(shù)量增加很快[2],產(chǎn)量也在不斷增長,我國再生鋁產(chǎn)量已由2009年的720 kt/a增長到2010年3 500 kt/a,但中國約60%～70%的再生鋁工業(yè)原料鋁廢料的市場份額依賴于國外進口,使我國再生鋁工業(yè)的發(fā)展有受制于國外的傾向。中國再生鋁產(chǎn)業(yè)特點如下：

1)起步較晚、規(guī)模小。中國廢鋁再生起步較晚,仍處在初級階段,雖然中國是鋁生產(chǎn)和消費大國,但對廢舊金屬包括廢鋁的回收利用并未重視,還處在原始的市場自發(fā)行為,效率較低。

2)技術落后。雖然中國再生鋁經(jīng)過十幾年的發(fā)展,已經(jīng)具有一定的規(guī)模,但是企業(yè)規(guī)模小,生產(chǎn)效率和熱效率低,回收率也不高,鋁的燒損較大,污染嚴重,大都為落后的“土法”熔煉工藝,熔煉設備主要采用的是感應電爐和單室反射爐。

3)廢雜鋁原料進口依存度較大?！笆晃濉逼陂g,我國廢鋁進口量逐年遞增，由2006年的1 760 kt上升至2010年的2 850 kt。這些數(shù)字在反映國內(nèi)廢鋁回收體系不健全的同時，也反映了國外廢鋁供應穩(wěn)定性高。

4)自產(chǎn)廢鋁潛力巨大。我國鋁工業(yè)發(fā)展雖然起步較晚，但目前社會上積累的廢鋁資源已經(jīng)有了一定數(shù)量[3]。預計到2020年,中國廢鋁資源在民間的存量將達到5×104kt或更多。隨著汽車、摩托車和其它一些以鋁合金件代替鋼鐵件的產(chǎn)品數(shù)量日益增加,回收利用廢鋁的途徑也會越來越廣,其作用也會日益顯現(xiàn)。

5)環(huán)境污染嚴重。廢雜鋁再生過程大都采用的是火法冶煉技術,其生產(chǎn)過程中必然會產(chǎn)生大量的煙氣。煙氣有毒又含有大量的細小金屬及金屬氧化物顆粒,逸散到大氣中不僅會形成固體顆粒污染,同時還會產(chǎn)生廢水、廢渣。尤其是對廢渣的處理,由于技術及成本的原因,我國大部分企業(yè)采用的是丟棄堆排,廢渣未能合理使用,對環(huán)境產(chǎn)生了較大的危害。

2 再生鋁生產(chǎn)技術和裝備

中國再生鋁企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模小,預處理技術落后,能耗高,熔煉工藝沒有大的改進,設備落后。因此,雖然中國原生鋁產(chǎn)量居10種有色金屬的首位,但再生鋁的產(chǎn)量卻很少,低于國際平均水平[4]。以下對再生鋁的熔煉、爐渣處理、鑄造三個方面的技術及裝備水平進行介紹。

2.1 再生鋁熔煉技術和設備

在熔煉技術方面,現(xiàn)在普遍采用的脫氣方法是向鋁合金液中噴射氣體,利用分壓原理,使合金液中的氫向氣泡擴散,達到脫氣目的。噴射除氣除采用噴槍、多孔耐火材料透氣磚、旋轉(zhuǎn)葉片外,也有采用電磁攪拌、利用真空技術除氣的工藝方法,噴射氣體有N2、Cl2、Ar等。近來有資料表明,SF6與Ar或N2的混合氣體脫氣效果較好。

在熔煉設備方面,再生鋁熔煉可選用的爐型較多,最常用的有雙室熔化爐、側(cè)井爐等。雙室熔化爐采用返煙技術后,形成了對環(huán)境無害的燃燒氣體,且由于爐內(nèi)為還原性氣氛,金屬燒損少。另一方面,雙室熔化爐還具有可裝料種類多、范圍大,無需熔鹽,熱效率高,能耗低,操作安全,熔煉金屬的質(zhì)量好等特點。側(cè)井爐由一個主熔煉室、一個碎料室和一個泵室組成,其主要特點是熱效率高、熔化速度快。綜上,熔煉技術和設備發(fā)展的主要方向是操作過程自動化,采用新型耐火材料和新的熔劑。

2.2 再生鋁渣處理技術和設備

鋁合金廢料在熔煉過程中會產(chǎn)生較多的爐渣,為提高金屬的回收率,須對熔煉過程中產(chǎn)生的爐渣進行處理,回收鋁。目前,回轉(zhuǎn)爐和熱渣壓制機是世界上處理爐渣的主要設備。

回轉(zhuǎn)爐可分為水平式回轉(zhuǎn)爐和傾斜式回轉(zhuǎn)爐兩種。水平式回轉(zhuǎn)爐結(jié)構簡單,維護工作量少,操作方便,但是其熱效率相對較低、熔鹽的加入比例較高(約為20%),與傾動式相比污染較大。傾斜式回轉(zhuǎn)爐是在水平式回轉(zhuǎn)爐的基礎上發(fā)展起來的,煙氣在反向流動排煙的過程中,產(chǎn)生二次燃燒。燒嘴、爐體和排煙管道的布置得到進一步完善,爐子的熱效率得到大幅提高。與此同時,傾斜式回轉(zhuǎn)爐還降低了熔鹽的用量,減少了煙氣對環(huán)境的污染。

熱渣壓制機就地從扒出的熱渣中回收鋁并將渣迅速冷卻。該設備具有以下優(yōu)點：對環(huán)境無害,不需渣處理室;自動冷卻—壓制周期僅2～15 min,操作維護成本低。

2.3 再生鋁鑄造技術和設備

從再生鋁鑄造工藝及設備方面看,金屬型鑄造、壓力鑄造、低壓鑄造、擠壓鑄造等鑄造方法生產(chǎn)的鑄件逐年增加,砂型鑄件的產(chǎn)量逐漸減少[5]。1)砂型鑄造。砂型鑄造(除重力鑄造成型外)新的發(fā)展是用計算機對鑄件的充型過程和凝固過程進行模擬優(yōu)化。2)金屬型鑄造。金屬型鑄造可采用自動化大批量生產(chǎn)或機械化小批量生產(chǎn),通過計算機模擬技術,獲得鑄件、鑄型和澆注系統(tǒng)的最佳參數(shù),并控制整個鑄造過程,鑄件拆卸采用機械人操作。3)低壓鑄造。在低壓鑄造過程中,結(jié)晶期間壓力增加,且速度和壓力均為可調(diào),更易獲得組織致密和力學性能高的薄壁鑄件。4)擠壓鑄造。擠壓鑄造也稱液態(tài)鑄造,是液態(tài)金屬在壓力下結(jié)晶成型,主要用于高質(zhì)量的汽車用鑄件,特別適宜制造陶瓷纖維增強復合材料鑄件,在生產(chǎn)輪轂、活塞、車桿和殼體方面,前景看好。5)壓力鑄造。壓力鑄造是最常用的生產(chǎn)活塞、殼體、缸蓋的方法，有抽室、冷室等多種形式。微氣孔和顯微縮孔是該工藝存在的最大問題,由于這種缺陷的存在,一般不進行熱處理。6)噴射鑄造和連續(xù)鑄造。噴射鑄造和連續(xù)鑄造是近年來的新成果,噴射鑄造又稱噴射成型技術或霧化沉積技術,是將傳統(tǒng)的鑄造技術與粉末冶金成型方法相結(jié)合而產(chǎn)生的一種快速凝固技術。連續(xù)鑄擠工藝是在連續(xù)擠壓成型法的基礎上發(fā)展起來的,將鋁及其合金液體送入連續(xù)鑄造與擠壓的設備中,可連續(xù)擠成管、棒、型、線材等,產(chǎn)品范圍進一步擴大到變形鋁合金制品。

3 再生鋁工藝技術發(fā)展方向

再生鋁工藝技術發(fā)展方向主要有以下幾個方面:1)研究適合于處理鋁合金廢料的高效、節(jié)能、快速熔化爐,進一步節(jié)能降耗,提高熔化爐熱效率,延長爐子壽命,減少金屬燒損,提高金屬回收率。2)研究鋁熔體精煉技術,提高再生鋁的質(zhì)量。3)提高鋁合金廢料的直接利用率,充分合理利用鋁合金廢料中的有價值元素。4)研究開發(fā)低品位及復合鋁合金廢料的處理工藝,優(yōu)先發(fā)展預處理工藝。5)建立完善的鋁合金廢料回收系統(tǒng),從源頭上把好廢料的質(zhì)量關。6)研究對再生鋁生產(chǎn)過程的污染物治理和先進的預處理工藝。7)研究加速再生鋁熔化過程和提高產(chǎn)品質(zhì)量的熔劑。

[1] 王平.我國再生鋁工業(yè)的發(fā)展機遇[J].世界有色金屬,2004(8):19-22.

[2] 王祝堂.2015年以前世界原鋁及再生鋁產(chǎn)量的平均增長率[J].輕合金加工技術,2009(11):20.

[3] 阮海峰.中國鋁廢料回收市場狀況及發(fā)展趨勢[J].有色金屬再生與利用,2004(4):26-28.

[4] 翟昕.原生鋁與再生鋁緣何一熱一冷兩重天[J].有色金屬再生與利用,2004(4):10-11.

[5] 曹勝林.對鋁合金件金屬型鑄造工藝及其設備自動化的研究[J].科技資訊,2006(14):78.

Analysis on Processing Technology of Secondary Aluminum and its Development Trend

GUO Feng,YUAN Fusheng
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

This paper introduces current status and characteristic of secondary aluminum industry,and makes an analysis on processing technology of secondary aluminum and its equipment level from three aspects,i.e.smelting,slag treatment and casting of secondary aluminum,and finally put forward that development trend of secondary aluminum processing technology is to investigate aluminum alloy scrap melting furnace of high efficiency,energy saving and fast speed,improve refining technology of aluminum melt, increase the directly utilization ratio of aluminum alloy scrap,develop low grade and composite aluminum alloy treatment technology, give priority to develop pre-treating process,establish complete recovery system of aluminum scrap,investigate treatment process of pollutant,and study a flux to accelerate the melting procedure of secondary aluminum and improve product quality.

secondary aluminum;waste aluminum;smelting technology;slag treatment;casting

TG146.2+1

B

1004-4345(2014)03-0028-03

2013-03-20

郭 峰(1986—),男,工程師,主要從事有色金屬壓力加工設計研究工作。