一种高效废铝再生熔炼炉

谢晓燕，余广松，闫辉

（1.苏州金属研究院有限公司，江苏 苏州 215026；2.苏州新长光热能科技有限公司，江苏 苏州 215129）

金属铝以其优越的金属特性，应用领域日益扩大，需求量也逐渐增长，与之相伴铝加工过程中产生的铝屑量也不断增大。铝具有很高的可回收性，用废铝生产再生铝，在节能环保方面效果非常突出[1-3]。然而，我国再生铝生产企业对于细屑类废料的回收熔炼设备陈旧，能源消耗较大，氧化烧损严重，这不仅造成有限金属资源的浪费，而且还会污染环境[4-5]。如何减少烧损，提高回收率，是铝屑回收需要重点解决的问题。目前发达国家普遍采用铝液覆盖熔化铝屑技术，该技术的核心问题是解决铝屑的有效沉融。文中研究的铝屑回收熔炼炉组就是以铝屑覆盖融化再生技术为基础，利用电磁泵提供动力使铝液在加料井中形成非接触式漩涡，该技术不仅可以有效的降低铝屑熔炼过程中的氧化烧损问题，同时装置不接触铝液，防止污染铝液。

1 设备简介

废铝回收装置装炉量为4 t，火焰加热，采用炉膛、铝液串级控制，连续生产方式。该系统结构如图1所示，主要由熔化室、循环泵、加料井、循环管路4部分组成。熔炼室与加料井之间通过循环管路连接，铝液在电磁泵力的作用下通过循环管路在熔炼室与加料井之间循环流动。熔炼室是该系统中的主要热量供给处，可以采用电加热器或是气、液燃烧器供给热量，系统中采用辐射管电加热器，加热器安装在炉顶，分组控制，升温速度快，控温响应及时。安装在进料管上的电磁泵为铝液流动提供动力，采用可变频控制电磁泵，铝液输送能力可调控。加料井不仅是铝屑的加入口，同时其结构也直接决定着进入加料井的铝液能否形成具有一定卷吸能力的漩涡。循环管路的主要作用是连接加料井和熔化室，为铝液流动提供路径，同时循环管路的管径、角度和方向都会在一定程度上影响加料井中铝液的流动状态。

图1 铝屑再生熔炼炉结构

2 工艺流程

在开炉时往炉内投入一定量的干净大块铝废料，通过安装在熔炼室的加热系统进行熔化，当熔炼室内铝液温度和深度达到循环泵的开启条件时，开启循环泵，使熔融的铝液能够在熔炼室和加料井之间循环，此循环过程将一直进行下去。将废铝屑通过振动给料器投入加料井内，加料过程可以连续，也可以是间断，快速流动的热态铝水会迅速将加入的铝屑沉熔，使其成为大循环当中新的铝水，系统中铝液的流动轨迹如图2所示。

图2 侧井炉铝液流动轨迹简图

3 设备运行结果

3.1 加料井中漩涡形成

当熔炼室中液面高度没过循环管口一定深度时，电磁泵就可以开启正向循环，打开加料井上盖在观察平台上观察加料井中铝液的流动状况。开启电磁泵前，根据连通器原理，加料井中的铝液深度与熔炼室中高度相同，中料井初始铝液深度为50 mm。电磁泵低档运行时，加料井中可以形成漩涡，但是漩涡不大，漩涡只在中间，如图3；中档时加料井中漩涡明显，漩涡边沿距料井底部距离大约为330 mm，漩涡中心有一定深度；高档时，加料井中漩涡边沿距料井底部距离大约为670 mm，漩涡中心较深。

图3 电磁泵低档运行时加料井中情况

3.2 形成漩涡对加入铝屑的卷吸能力

电磁泵低档运行时，向加料井的漩涡中加入铝屑，由于铝液运动速度较慢，形成的旋涡卷吸强度小，以及铝液表面氧化膜的存在，加入的铝屑会漂浮在铝液表面，不能将加入的铝屑卷吸融化，如图4。电磁泵中档运行时，漩涡具有一定强度，在加料井的靠近边缘处铝液流动速度较慢，存在一定量的氧化膜，如图5，中间的漩涡已经具有一定卷吸能力，可以顺利有效地将加入在料井中心区域的铝屑卷吸覆盖。电磁泵高档运行时，加料井内铝液漩涡的强度大，整个加料井内铝液运动速度快，铝水运动剧烈使得铝液表面不能形成氧化膜，对加入料井内铝屑的卷吸能力很强，可以很快地将加入的铝屑卷吸熔化，不存在铝屑漂浮在铝液表面的现象。试验过程中加入废铝屑的情况如图6所示，试验前需要先进行干燥除油预处理，其中包括体积很小的细屑料和比表面积较大的废铝料。试验过程中炉组对细屑料的卷吸效果好于比表面积较大的废铝屑料。

图4 电磁泵低档运行时加入的铝屑漂浮在铝液表面

图5 电磁泵中档运行时加料井中氧化膜情况

图6 加入废铝屑情况

3.3 加料过程铝液温度的变化

3.3.1 间断向加料井加料时，熔炼炉内铝液温度的变化为，铝液初始温度→逐渐降低（期间铝屑加入完毕）→最低温度→温度回升到初始温度。

3.3.2 熔炼炉炉气温度为800℃，电磁泵开中档，铝屑加入量为24 kg时，铝屑加入前炉膛内铝液温度为746℃，铝屑加入后炉膛内铝液最低温度为739℃，温降为7℃。电磁泵开高档，铝屑加入量为24 kg时，铝屑加入前炉膛内铝液温度为746℃，铝屑加入后炉膛内铝液最低温度为742.7℃，温降为3.3℃。

3.3.3 加入等量的铝屑，熔炼炉供热能力越大，加料过程的温降过程越短，电磁泵能力越强，即铝液循环速度越快，加料过程的温降越小，过程越短。

3.3.4 连续加料，当单位时间加料量与熔炼炉供热能力和电磁泵循环能力之间达到平衡时，熔炼炉内温度保持恒定。

4 结论

废铝屑回收熔炼炉采用非接触漩涡技术，由安装在进料管上的电磁泵提供动力，利用加料井内部的特殊结构，铝液在料井中形成的漩涡强度大，对加入铝屑沉熔效果好。该炉组具有一定的铝屑处理能力，采用该炉组熔化铝屑，可以有效减小铝屑的氧化烧损≤4％、吨铝能耗≤210×106kJ/t·Al、熔化能力 0.5 t·废屑/h。该炉型适用于现有的所有废铝熔炼厂家，能够很方便地将厂家原有的炉型转变成侧井炉进行生产。

[1] 张正国，张孟林，刘金贵.我国再生金属熔炼设备的现状及发展趋势[J].工业炉，2008(30)：15-19.

[2] 杨忠敏.废铝回收再生是当代受益惠及子孙的绿色工程[J].铝加工，2007(6)：52-58.

[3]H Amini Mashhadi，A Moloodi.Recycling of aluminium alloy turning scrap via cold pressing and melting with salt flux[J].Journalof Materials Processing Technology， 2009：3138-3142.

[4] 张正国，张孟林.再生铝的熔炼设备[J].工业炉，2006(28)：21-26.

[5] 郭瑞，王兆文，邱竹贤.简析废铝再生的现状[J].有色矿冶，2005(3)：22-26.