再生铝合金熔炼工艺探讨

第３８卷第５期　有色金属加工　ＮＯＮＦＥＲＲＯＵＳ　ＭＥＴＡＬＳ　ＰＲＯＣＥＳＳＩＮＧ　ＶＯｌ＿３８　Ｎｏ．５　Ｏｃｔｏｂｅｒ　２００９　２００９年ｌＯ月　再生铝合金熔炼工艺探讨　聂铁安　（广州钢铁企业集团有限公司，广东广州５１０３８０）　摘要：分析了再生铝合金熔炼过程中环境影响因素及工艺技术特点，引导企业结合自身的生产实际，因地　制宜，制定出适合本企业实际的工艺技术操作方法。　关键词：再生铝合金；熔炼工艺　中图分类号：ＴＧ２９２　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７１—６７９５（２００９）０５—００１７一Ｏ３　我国再生铝合金工业发展较快，目前产量已达到　原生铝产量的２５％～３０％。由于我国现有的铝资源　成分就越容易控制。　１．２熔炼过程中再生铝合金熔体与环境的相互作用　有限和市场需求的不断增长，再生铝合金工业有了很　大的发展，可以说是我国有色金属工业的朝阳产业。　再生铝合金是以回收的废铝零件、易拉罐、包装　铝箔、报废的铝制品、生产铝制品过程中的边角料及　熔炼铝合金过程中，从原料、大气、燃料、添加剂、　耐火材料、熔铸工具等带人的杂质和气体种类较多，　如Ｆｅ、Ｚｎ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｃｄ、Ｈ２、ＣＯ２、ＣＯ、ＣｎＨｍ　（碳氢化合物）、Ｈ　Ｏ和Ｏ：等。这些元素在铝合金熔　体中的溶解与其性质有密切关系，受添加元素固态结　废铝线等为主要原料，经熔炼配制生产出符合标准要　求的铝合金锭。因为这种铝合金锭采用回收废铝生　产，成本较低，是自然资源的再利用，所以具有很强的　生命力。由于再生铝合金的原料主要是废铝，废铝中　构结合力的破坏程度和原子在铝合金熔体中的扩散　速度控制。元素在铝合金熔体中的溶解作用可用元　素与铝合金系相图来确定，通常与铝形成易熔共晶的　元素容易溶解；与铝形成包晶转变的，特别是熔点相　有废铝铸件（以Ａｌ－ｓｉ合金为主）、废铝锻件（Ａ１一Ｍｇ—　Ｍｎ、ＡＩ．Ｃｕ—Ｍｎ等合金）、型材（ＡＩ—Ｍｎ、Ａ１－Ｍｇ等合金）、　废电缆线、易拉罐、包装铝箔（以纯铝为主）等，有时甚　至混入了一些非铝合金的废零件（如ｚｎ、ｓｎ、Ｐｂ、ｓｂ合　金等），这就给再生铝合金的熔炼配制带来了困难。　如何把这种成分复杂的原料熔炼配制成成分合格的　再生铝合金锭是再生铝合金生产的核心问题。　差很大的元素难于溶解，如Ａ１－Ｍｇ、ＡＩ—Ｚｎ、Ａ１一Ｃｕ、Ａ１一Ｌｉ　等为共晶型合金系，其熔点与铝也较接近，合金元素　较容易溶解，在熔炼过程中可直接添加到铝合金熔体　中；但Ａ１．ｓｉ、Ａ１．Ｆｅ、Ａ１．Ｂｅ等合金系虽也存在共晶反　应，由于熔点与铝相差较大，溶解很慢，需要较大的过　热才能完全溶解；ＡＩ－Ｔｉ、Ａ１．Ｚｒ、Ａ１一Ｎｂ等具有包晶型相　图，都属难溶金属元素，在铝合金熔体中很难溶解，为　使其在铝合金熔体中尽快溶解，必须以中间合金的形　式加入。　１　再生铝合金熔炼的环境因素　１．１　废铝的分选和处理　铁元素是铝合金熔炼配制中的有害杂质，含铁量　对废铝进行初级分类，分级堆放（如纯铝、变形铝　合金、铸造铝合金、混合料等）。对于废铝制品应进行　过多时会在铝合金熔体中形成脆性的金属结晶体，从　而降低其机械性能，并减弱其抗腐蚀能力。含铁量一　般应控制在１．２％以下。对于含铁量在１．５％以上　拆解，去除与铝件连接的钢铁及其它有色金属件，再　经除油、清洗、破碎、磁选、烘干等工序制成可投炉的　的废铝可作为钢铁工业的脱氧剂，商业铝合金很少使　废铝料；切屑要经过除油、清洗、筛选、磁选、烘干和打　包处理；易拉罐、包装铝箔要经打包处理。因此再生　铝合金生产工艺流程的第一道工序就是废铝的分选　归类，分选得越细归类得越准确，再生铝合金的化学　用含铁量高的废铝熔炼。目前，铝加工业中还没有很　成功的方法能令人满意地除去废铝中过量的铁，尤其　是以不锈钢形式存在的铁素体。高含铁量作为铝合　金中强韧化的金相组织结构来控制是当前技术开发　研究的重要课题。　收稿日期：２００９—０３一Ｏ９　在带人铝合金熔体的气体中只有那些容易分解　１８　有色金属加工　第３８卷　成原子的气体才有较多的数量溶入到铝合金熔体中。　具体地说，因为铝合金熔体中所溶解的气体中８０％　９０％是氢，所以铝合金中的含气量主要指含氢量。　氢的主要来源是Ｈ　０，而Ｈ　０则是从搅入铝合金熔体　的表面氧化膜上、炉料表面（特别是受潮气腐蚀的炉　料）、熔化浇注工具等带入熔体，主要是通过水与铝反　应而产生的氢原子。在温度低于２５０℃时，铝和水蒸　气接触，发生下列反应：　Ａｌ＋Ｈ２Ｏ　Ａ１（ＯＨ）３＋Ｈ２　Ａ１（ＯＨ）　是一种白色粉末，没有防氧化作用，且　易潮湿。这种带有ａｌ（ＯＨ）　腐蚀层的铝在温度高于　４００℃的条件下将进一步发生下列反应：　Ａ１（ＯＨ）３一Ａｌ　０３＋［Ｈ］　Ａ１（ＯＨ）３＿÷Ａｌ２０３＋Ｈ　０　熔炼时Ａ１。０，即成为氧化夹杂物；原子态氢［Ｈ］　部分跑到大气中，一部分进人熔体中，尤为突出的　是铝遇到Ｈ　０反应极为剧烈，即使在熔炼炉中存有少　量水蒸气也足以和铝发生反应，生成的氢溶于铝合金　熔体。当浇注时在铸锭凝固过程中溶于熔体的氢又　析出，这就是铝合金铸锭常见针孔缺陷的形成原因。　原料长期露天存放是造成铝合金熔体含气量多的主　要原因。　２再生铝合金熔炼工艺　再生铝合金熔炼工艺技术的开发和应用主要围　绕废铝的分选和处理、熔炼配制铝合金过程中铝合金　熔体与环境的相互作用和氧化一还原反应过程工艺　参数控制、热效率和控制污染物排放的生产过程　进行。　２．１　采用低温熔炼工艺　低温熔炼就是在铝合金熔炼过程中，在铝合金液　相线温度以上３Ｏ　ｃ【二～１００℃的范围内进行熔炼的方　法。显而易见，熔炼的初、中期进行低温熔炼可以达　到以下效果。　①减少金属蒸发。蒸发这一物理现象在熔炼过　程中始终存在。金属的蒸发（或称挥发）主要取决于　其蒸气压的大小。在相同的熔炼工艺条件下，蒸气压　高于铝的元素易于蒸发。如Ｍｎ、Ｌｉ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｎａ、Ｃｄ等　元素的蒸气压比铝高，则易于蒸发，熔炼过程中的损　失就多。采用低温熔炼可减少这些元素的挥发，降低　金属损耗，同时又可将带入炉内的油漆、粘结剂、涂料　等低熔点物质及时蒸发或造渣；　②废铝零件往往有不少镶嵌件，这些镶嵌件都是　以铁或铜合金为主的非铝件，在熔炼过程中如果不及　时地扒出，就会导致再生铝合金成分中增加一些有害　的成分（如Ｆｅ、ｃｕ等），因此采用低温熔炼，即废铝刚　熔化时就及时把废铝零件中的镶嵌件扒出，再生铝合　金的化学成分就容易控制；　③铝合金熔体随着温度的升高，致密的氧化膜被　破坏，铝一水反应速度大大加快，将会有吸气倾向、过　氧化倾向、晶粒粗大倾向和铸锭表面产生裂纹倾向，　根据铝合金牌号的不同以７００　ｃ【＝～７２０℃为临界点到　９００℃时氧化膜就不再起作用，造成熔体“过烧”现　象。采用低温熔炼可减少或避免这些现象的发生；　④节能减排效果显著，经测算采用低温熔炼可减　少能源消耗５％～１０％；　⑤采用低温熔炼可降低再生铝合金元素在熔炼　过程中０．５％～１％的烧损。　２．２熔体的变质精炼净化处理　在废铝的再生熔炼过程中，对再生铝合金熔体的　处理是保证再生铝合金熔炼质量的关键工序。再生　铝合金熔体的变质与精炼净化不仅可改变铝硅合金　中硅的形态，净化铝合金熔体，且还能大大改善铝合　金的性能。再生铝合金熔体的精炼变质与净化，目前　多采用ＮａＣ１、ＮａＦ、ＫＣ１及Ｎａ　Ａ１Ｆ　等氯盐和氟盐处　理，也有采用Ｃｌ　或ｃ　Ｃｌ　进行处理。采用含氯、氟物　质精炼再生铝合金熔体虽然效果好，但其副产物　Ａ１Ｃ１　ＨＣ１和Ｃ１等都会对人体、环境及设备有害，必　须要有完善的操作规程和环保措施配套。近年来，人　们试图改进处理工艺，选用无毒、低毒的精炼变质剂　来解决环境污染问题，如选用Ｎ　、Ａｒ等作为精炼剂，　但效果差一些。市售的“无公害”精炼剂其基本成分　为碳酸盐、硝酸盐及少量的Ｃ　ｃｌ　，因为仍有少量氮氧　化物、氯气排出，所以也不能完全消除环境污染。最　近几年开发的用稀土元素对再生铝合金熔体进行变　质、细化和精炼的工艺，有望使再生铝合金熔炼的环　境污染问题得到彻底解决。该工艺充分运用稀土元　素与铝合金熔体相互作用的特性，发挥稀士元素对铝　合金熔体的精炼净化和变质功能，能够实现对铝合金　熔体的净化、精炼及变质的一体化处理，不仅简洁高　效，而且能够有效地改善再生铝合金熔炼的质量。在　处理的过程中均不会产生有害的废气和其它副产品。　另外从各地收购来的废铝表面不免有污垢，有些还严　重锈蚀，这些污垢和锈蚀表面在熔化时会进入熔体中　形成渣相及氧化夹杂，影响再生铝合金的质量，清除　这些渣相及氧化夹杂也是再生铝合金熔炼工艺中重　要的操作工序之一，易采用多级净化，即先进行一次　第５期　有色金属加工　ｌ９　粗净化，调整成分后进行二次稀土精炼调质，再吹惰　性气体进一步强化精炼效果，可有效的去除铝合金熔　体中的夹杂。　４　结语　根据再生铝合金的熔炼特点，采用低温熔炼工艺　可提高熔炼质量达到较好的经济效果。目前用废铝　３　再生铝合金的熔炼设备　为满足再生铝合金熔炼的工艺技术要求，目前在　生产的变形铝合金牌号有２Ａ５０、３００３、３１０５、３００４、　世界范围内成功应用的熔炼炉型有倾斜式回转炉、侧　井炉、双室反射炉等，这些熔炼炉的共同特点是：　３００５、５０５０等，其中主要是生产２Ａ５０、３００３合金，为　保证变形铝合金的化学成分符合技术要求及压力加　工的工艺需要，配加的纯铝锭比例应达７０％以上；用　废铝生产的铸造铝合金牌号有ＡＤＴ４、ＡＣ２Ｃ、ＡＤＣＩ２、　①专门设计了废铝投放室和“扒铁”机构，废铝　先预热、干燥，然后投入铝合金熔体中，废铝在包裹其　的熔体中熔化，不直接接触火焰，可大幅减少薄、碎、　细、屑等废铝的烧损，对沉入底部的铁、铜等能及时地　扒出；　Ａ３８０、ＡＤＣ１０等，生产这些铸造铝合金配加的纯铝锭　比例很小，基本上是用废铝生产。　再生铝合金熔炼生产企业可结合生产实际，因地　制宜，从现场第一手资料中摸索出不同牌号铝合金的　工艺参数，制定出适合本厂实际的工艺技术操作　方法。　参考文献　［１］陈英发，聂铁安等编制．１５万吨再生有色合金项目可行性研究报告　［ｚ］，（内部资料）．２００６（２）　［２］赵玉涛．铝合金的熔炼技术［Ｊ］．摩托车技术．２０００（７）：１６　②采用循环蓄热式烧嘴进行加热，全部烟气均进　行余热回收，热效率高，能耗低；　③设计了在线搅拌和除气系统，熔体温度和成分　均匀，熔体的精炼效果好；　④在线配置了先进的温度传感装置，熔炼温度、　烟气排放温度控制精度和自动化程度高；　⑤配合先进的除尘设备烟尘物排放不超过　１０　ｍｇ／ｍ　；工业排水污染物不超过１０　ｐｐｍ／ｌ；二恶英　排放不超过０．１ｎｇ／Ｉｎ　。　［３］耿浩然，马家骥．Ａ１．ｓｉ合金变质技术的应用现状与进展［Ｊ］．机械　工程材料．１９９５（５）　Ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ａｌｌｏｙ　Ｎｉｅ　Ｔｉｅ－ａｎ　（Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ　Ｉｒｏｎ＆Ｓｔｅｅｌ　Ｅｎｔｅｒｐｒｉｓｅｓ　Ｇｒｏｕｐ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ，５１０３８０，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｌｙｉｎｇ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｆａｃｔｏｒ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｉｎ　ｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ．１ｅａｄｉｎｇ　ｐｌａｎｔ　ｓｕｉｔ　ｍｅａｓｕｒｅｓ　ｔｏ　ｌｏｃａｌ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｆｉｎｄｉｎｇ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｗａｙ　ｔｏ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．　Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ａｌｕｍｉｎｕｍ　ａｌｌｏｙ；ｒｅｍｅｌｔｉｎｇ　ｐｒｏｃｅｓｓ　（上接第９页）　Ｈｉｇｈ　Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　Ｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　Ｂｅｈａｖｉｏｒ　ｏｆ　Ｇｌａｓｓ／Ａｌｕｍｉｎｕｍ　Ｍａｔｒｉｘ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ＺＨＡＮＧ　Ｆｅｉ，ＳＵＮ　Ｋ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