降低重熔用铝锭烧损的措施

蔡建轮

【摘 要】电解铝生产的基本过程是电解原铝液经过真空抬包运送到铸造车间注入混合炉，通过配料、搅拌、静置、扒渣等过程生产成重熔用铝锭。所谓铝烧损就是铝及铝合金在生产过程中由于氧化等因素造成的不可回收的损失率。烧损率的计算公式是：（电解出铝重量-成品铝锭）÷电解出铝量×100%，全国电解铝行业平均烧损率为7‰左右。对于年产量为60万吨的铝业公司，如果烧损每降低1‰，不需额外投入，就多生产出600吨铝成品，因此如何降低烧损非常重要。本文主要分析烧损产生的原因和有效降低烧损的方法和途径。

【关键词】重熔用铝锭；铝烧损；连续铸造

一、产生烧损的原因分析

1、烧损氧化及其机理。铝是一种活泼金属，在高温条件下能与空气中氧气、氮气、水蒸气、二氧化碳等发生反应。金属元素化学性质越活泼，还原性越强，容易被氧化；温度越高，越容易被氧化。氧化烧损是造成烧损的关键因素，铝和氧易反应生成Al2O3，方程式如下：

4Al+3O2→2Al2O3

铝液氧化是一个多相体转变过程。金属氧化热力学研究表明，金属氧化性趋势、合金元素氧化顺序及氧化程度等都是由金属与氧的亲合力决定的，并与合金的成分、压力和温度等因素有关；随着温度或氧化分解压降低，金属与氧亲合力越强，其氧化性趋势越大，氧化程度越高[2]。在熔炼温度范围内，铝与氧的亲合力很大，铝容易被氧化，表面生产Al2O3膜，高于500℃时为亚稳定的γ-Al2O3，这种亚稳定的氧化膜向稳定氧化膜转变过程中，发生体积收缩并进一步发生氧化和龟裂。随着铝液温度的升高和时间的延长，氧化膜成长越快，氧化量和厚度也显著增加[3]。

2、影响氧化烧损、损铸的因素。（1）、扒渣过程中铝灰带出的铝液；（2）、铝液浇铸温度过高造成的烧损、铝液长时间在混合炉内保温和氧气接触时间过长；（3）、混合炉入铝、浇铸过程中铝液扰动，减少生产过程中铝液形成紊流，减少铝液新液面的形成引起氧化和造渣；（4）、生产过程中配料失误、不合格铝锭等引起二次回炉造成的铝损耗。

二、降低烧损的方法和途径

混合炉内铝液的烧损是铸造车间金属铝损失的主要部分，采取有效措施控制烧损意义重大。减少带有油污残铝直接回炉，现场垃圾，固体废弃物，可以防止这些杂物进入混合炉后发生燃烧，从而避免铝液的氧化。

1、正确使用打渣剂。严格根据工艺实施铝液扒渣，可控制扒渣时带出过多铝液。当混合炉内铝液温度偏低时，搅拌扒渣时铝灰和铝液难以分离，导致铝灰中含铝量超标。

铝液进入混合炉后，铝液表面有一层浮渣。这些渣中含有较多的金属铝，打渣剂的作用就是增加渣和铝界面上的表面张力，使渣和铝分离开。电解铝铸造过程中，铝灰是原铝液的主要损失部分，主要来自于漂浮于混合炉表面的不熔夹杂物、添加剂以及物理化学反应产生的杂物，呈松散的灰渣状。在液态原铝加工过程中产生的铝灰一般含有30%-70%的金属铝，通常称为白灰或一次铝灰对于电解铝行业[4]，铝灰中通常都含有金属铝、Al2O3、（Fe、Si、Mg）的氧化物及（K、Na、Ca、Mg）的氯化物等，其中金属铝的含量为30%左右，有的则高达50%，这部分金属铝是有提取价值的，经提取后铝灰中金属铝含量可降到10%以下[5]。

2、安装铝灰分离机。虽然铝渣中的含铝量在经过添加打渣剂及搅拌扒渣后有所降低，但铝灰中仍有部分铝存在，铝灰分离机通过滚碾压可将高温铝灰中75%的铝进行有效分离，对铝灰中的金属铝进行最大限度的回收。根据现场总结的经验，榆林新材料未建铝灰处理车间时烧损在8‰左右，自备处理铝灰时烧损降至4‰以下。

3、控制好铝液浇铸温度。铝的熔点为660℃，电解槽铝液温度在950℃左右，铝液倒入混合保持炉时温度在900℃左右，而在分配器处浇铸温度在720℃-750℃左右即可。在温度较高的铝液进入混合保持炉后，应及时配入冷料，流槽内铝液温度在常温下降幅为1.5-2.5℃/M，控制好炉内的浇铸温度，有效减轻温度对氧化烧损的影响。浇铸温度越高，打渣处浮渣越多，容易形成气孔等不合格铝锭。避免铝液长时间在混合炉内存放，这样造成铝液氧化，发生成分偏析，导致生产出不合格铝锭，因而增加了烧损。

4、采用连续铸造方式。采用连续铸造方式生产能够最大限度地减少铝液与氧气的接触时间和面积，并且能够减少搅拌、扒渣的次数，使得产生的铝灰量远低于分炉铸造，有效减小废铝产出量。采用传统的分炉铸造时，每一炉次都会产生大量的废铝（包括溜槽铝皮、浮渣、因流量不足而产生的废铝锭等），而采用连续铸造生产后，废铝量由以往的多炉减少为一炉，平均烧损率约为7.33‰，与采用单炉浇铸的烧损率10.2‰相比较降低了2-3‰[6]。

5、减少液面扰动。混合炉入铝、浇铸过程中不可避免的造成原铝液扰动，形成新的铝液液面，液面在空气中被氧化形成Al2O3层。随着铝液扰动，新的Al2O3层不断生成，加剧了氧化烧损量。在入铝时应缓慢，防止铝液剧烈扰动，减少铝液和空气接触面积，可以有效减少铝液氧化。同时浇铸溜槽应设计合理，尽量采用短距离溜槽、落差低、流动阻力小进行生产，使铝液流动平稳，降低铝液和空气接触面积。

6、规范操作人员技术。首先，加强员工的责任心，避免出现配料失误，导致产生出杂质元素超标的不合格铝锭。这需要直接回炉处理，导致烧损增加。其次因生产过程中设备出现故障，产生部分废品以及停机时的大块铝，包括铸机润滑不到位或者其他卡别现象，造成铝锭表面波纹严重，导致铝锭不符合要求；铸模出现较大裂纹，致使铝锭表面产生毛刺；接收设计不合理经常出现卡锭故障，致使生产过程被迫停止。最后，强化操作人员的质量意识。保持炉眼形状规则，减少炉眼处铝液紊流减小铝液的氧化。及时清理档板處以及船型浇包口的氧化铝硬壳，保证铝液流动畅通，从而减少废锭及大小块的产生。因此在生产过程中，严格按照工艺参数、流程一级设备使用规范，尽可能避免飞边毛刺、气孔、波纹、大小块等不合格铝锭的产生。

三、结语

综上所述，采用连续浇铸方式生产；严格控制工艺技术，可以有效避免铝液长时间保温和铝液与氧气接触时间过长造成的影响；避免混合炉入铝、浇铸过程中过于频繁的铝液扰动，避免因铝液直接暴露在空气中造成的铝液与空气接触面积过大，从而造成的不断氧化和造渣；避免在其他生产过程中的固态铝损耗。虽然烧损在重熔用铝锭生产过程中是不可避免的，但通过以上各项措施可以有效降低重熔用铝锭的烧损，提高企业经济效益。

【参考文献】

[1]吴锡坤. 铝型材加工实用技术手册[M]. 中南大学出版社， 2006.

[2]中国有色金属工业协会组织编写. 变形铝合金熔炼与铸造[M]. 中南大学出版社， 2010.

[3]耿培久， 白斌. 从铝灰中回收金属铝的生产工艺浅析[J]. 有色冶金节能， 2013， 29（4）.

[4]杨昇， 吴竹成， 杨冠群. 铝废渣废灰的治理[J]. 资源再生， 2006（10）：22-24.

[5]王留记， 赵海军. 原铝连续铸造生产与降低铸损率的联系[J]. 中国有色金属， 2012（4）：66-67.