再生铝加工生产技术及发展方向

郭 峰，袁孚胜

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

再生铝加工生产技术及发展方向

郭 峰，袁孚胜

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌 330031）

介绍了再生铝行业的现状、特点,从再生铝的熔炼、炉渣处理、铸造三个方面分析了再生铝加工工艺技术及其设备水平，最后指出了再生铝工艺技术的发展方向是研究高效、节能、快速的铝合金废料熔化炉,提升铝熔体精炼技术,提高铝合金废料的直接利用率，开发低品位及复合铝合金废料的处理工艺,优先发展预处理工艺,建立完善铝合金废料回收系统,研究污染物的治理工艺，以及研发加速再生铝熔化过程和提高产品质量的熔剂。

再生铝；废杂铝；熔炼技术；渣处理；铸造

0 前言

中国的经济发展迅速，目前对于铝的需求量相当大,飞机工业、汽车工业、轨道车辆、电讯、建筑工业都需要大量的铝材,其中大部分来自电解铝行业。但据统计,中国现有铝土矿可开采年限已不足30年,这势必导致电解铝行业的原料氧化铝依赖国外进口。目前,中国氧化铝进口数量已超过了消耗量的一半,再生铝主要是回收汽车工业、航天工业、建筑业以及包装工业特别是铝制饮料罐(易拉罐)的废铝。再生铝资源在整个铝工业原料中的比重已越来越大,发达国家再生铝与原铝的比例已接近或超出1:1[1]。

1 再生铝产业特点

近年来,中国再生铝及加工企业数量增加很快[2],产量也在不断增长,我国再生铝产量已由2009年的720 kt/a增长到2010年3 500 kt/a,但中国约60%～70%的再生铝工业原料铝废料的市场份额依赖于国外进口,使我国再生铝工业的发展有受制于国外的倾向。中国再生铝产业特点如下：

1)起步较晚、规模小。中国废铝再生起步较晚,仍处在初级阶段,虽然中国是铝生产和消费大国,但对废旧金属包括废铝的回收利用并未重视,还处在原始的市场自发行为,效率较低。

2)技术落后。虽然中国再生铝经过十几年的发展,已经具有一定的规模,但是企业规模小,生产效率和热效率低,回收率也不高,铝的烧损较大,污染严重,大都为落后的“土法”熔炼工艺,熔炼设备主要采用的是感应电炉和单室反射炉。

3)废杂铝原料进口依存度较大。“十一五”期间,我国废铝进口量逐年递增，由2006年的1 760 kt上升至2010年的2 850 kt。这些数字在反映国内废铝回收体系不健全的同时，也反映了国外废铝供应稳定性高。

4)自产废铝潜力巨大。我国铝工业发展虽然起步较晚，但目前社会上积累的废铝资源已经有了一定数量[3]。预计到2020年,中国废铝资源在民间的存量将达到5×104kt或更多。随着汽车、摩托车和其它一些以铝合金件代替钢铁件的产品数量日益增加,回收利用废铝的途径也会越来越广,其作用也会日益显现。

5)环境污染严重。废杂铝再生过程大都采用的是火法冶炼技术,其生产过程中必然会产生大量的烟气。烟气有毒又含有大量的细小金属及金属氧化物颗粒,逸散到大气中不仅会形成固体颗粒污染,同时还会产生废水、废渣。尤其是对废渣的处理,由于技术及成本的原因,我国大部分企业采用的是丢弃堆排,废渣未能合理使用,对环境产生了较大的危害。

2 再生铝生产技术和装备

中国再生铝企业生产规模小,预处理技术落后,能耗高,熔炼工艺没有大的改进,设备落后。因此,虽然中国原生铝产量居10种有色金属的首位,但再生铝的产量却很少,低于国际平均水平[4]。以下对再生铝的熔炼、炉渣处理、铸造三个方面的技术及装备水平进行介绍。

2.1 再生铝熔炼技术和设备

在熔炼技术方面,现在普遍采用的脱气方法是向铝合金液中喷射气体,利用分压原理,使合金液中的氢向气泡扩散,达到脱气目的。喷射除气除采用喷枪、多孔耐火材料透气砖、旋转叶片外,也有采用电磁搅拌、利用真空技术除气的工艺方法,喷射气体有N2、Cl2、Ar等。近来有资料表明,SF6与Ar或N2的混合气体脱气效果较好。

在熔炼设备方面,再生铝熔炼可选用的炉型较多,最常用的有双室熔化炉、侧井炉等。双室熔化炉采用返烟技术后,形成了对环境无害的燃烧气体,且由于炉内为还原性气氛,金属烧损少。另一方面,双室熔化炉还具有可装料种类多、范围大,无需熔盐,热效率高,能耗低,操作安全,熔炼金属的质量好等特点。侧井炉由一个主熔炼室、一个碎料室和一个泵室组成,其主要特点是热效率高、熔化速度快。综上,熔炼技术和设备发展的主要方向是操作过程自动化,采用新型耐火材料和新的熔剂。

2.2 再生铝渣处理技术和设备

铝合金废料在熔炼过程中会产生较多的炉渣,为提高金属的回收率,须对熔炼过程中产生的炉渣进行处理,回收铝。目前,回转炉和热渣压制机是世界上处理炉渣的主要设备。

回转炉可分为水平式回转炉和倾斜式回转炉两种。水平式回转炉结构简单,维护工作量少,操作方便,但是其热效率相对较低、熔盐的加入比例较高(约为20%),与倾动式相比污染较大。倾斜式回转炉是在水平式回转炉的基础上发展起来的,烟气在反向流动排烟的过程中,产生二次燃烧。烧嘴、炉体和排烟管道的布置得到进一步完善,炉子的热效率得到大幅提高。与此同时,倾斜式回转炉还降低了熔盐的用量,减少了烟气对环境的污染。

热渣压制机就地从扒出的热渣中回收铝并将渣迅速冷却。该设备具有以下优点：对环境无害,不需渣处理室;自动冷却—压制周期仅2～15 min,操作维护成本低。

2.3 再生铝铸造技术和设备

从再生铝铸造工艺及设备方面看,金属型铸造、压力铸造、低压铸造、挤压铸造等铸造方法生产的铸件逐年增加,砂型铸件的产量逐渐减少[5]。1)砂型铸造。砂型铸造(除重力铸造成型外)新的发展是用计算机对铸件的充型过程和凝固过程进行模拟优化。2)金属型铸造。金属型铸造可采用自动化大批量生产或机械化小批量生产,通过计算机模拟技术,获得铸件、铸型和浇注系统的最佳参数,并控制整个铸造过程,铸件拆卸采用机械人操作。3)低压铸造。在低压铸造过程中,结晶期间压力增加,且速度和压力均为可调,更易获得组织致密和力学性能高的薄壁铸件。4)挤压铸造。挤压铸造也称液态铸造,是液态金属在压力下结晶成型,主要用于高质量的汽车用铸件,特别适宜制造陶瓷纤维增强复合材料铸件,在生产轮毂、活塞、车杆和壳体方面,前景看好。5)压力铸造。压力铸造是最常用的生产活塞、壳体、缸盖的方法，有抽室、冷室等多种形式。微气孔和显微缩孔是该工艺存在的最大问题,由于这种缺陷的存在,一般不进行热处理。6)喷射铸造和连续铸造。喷射铸造和连续铸造是近年来的新成果,喷射铸造又称喷射成型技术或雾化沉积技术,是将传统的铸造技术与粉末冶金成型方法相结合而产生的一种快速凝固技术。连续铸挤工艺是在连续挤压成型法的基础上发展起来的,将铝及其合金液体送入连续铸造与挤压的设备中,可连续挤成管、棒、型、线材等,产品范围进一步扩大到变形铝合金制品。

3 再生铝工艺技术发展方向

再生铝工艺技术发展方向主要有以下几个方面:1)研究适合于处理铝合金废料的高效、节能、快速熔化炉,进一步节能降耗,提高熔化炉热效率,延长炉子寿命,减少金属烧损,提高金属回收率。2)研究铝熔体精炼技术,提高再生铝的质量。3)提高铝合金废料的直接利用率,充分合理利用铝合金废料中的有价值元素。4)研究开发低品位及复合铝合金废料的处理工艺,优先发展预处理工艺。5)建立完善的铝合金废料回收系统,从源头上把好废料的质量关。6)研究对再生铝生产过程的污染物治理和先进的预处理工艺。7)研究加速再生铝熔化过程和提高产品质量的熔剂。

[1] 王平.我国再生铝工业的发展机遇[J].世界有色金属,2004(8):19-22.

[2] 王祝堂.2015年以前世界原铝及再生铝产量的平均增长率[J].轻合金加工技术,2009(11):20.

[3] 阮海峰.中国铝废料回收市场状况及发展趋势[J].有色金属再生与利用,2004(4):26-28.

[4] 翟昕.原生铝与再生铝缘何一热一冷两重天[J].有色金属再生与利用,2004(4):10-11.

[5] 曹胜林.对铝合金件金属型铸造工艺及其设备自动化的研究[J].科技资讯,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,工程师,主要从事有色金属压力加工设计研究工作。