一種高效廢鋁再生熔煉爐

謝曉燕，余廣松，閆輝

（1.蘇州金屬研究院有限公司，江蘇 蘇州 215026；2.蘇州新長光熱能科技有限公司，江蘇 蘇州 215129）

金屬鋁以其優(yōu)越的金屬特性，應(yīng)用領(lǐng)域日益擴大，需求量也逐漸增長，與之相伴鋁加工過程中產(chǎn)生的鋁屑量也不斷增大。鋁具有很高的可回收性，用廢鋁生產(chǎn)再生鋁，在節(jié)能環(huán)保方面效果非常突出[1-3]。然而，我國再生鋁生產(chǎn)企業(yè)對于細屑類廢料的回收熔煉設(shè)備陳舊，能源消耗較大，氧化燒損嚴重，這不僅造成有限金屬資源的浪費，而且還會污染環(huán)境[4-5]。如何減少燒損，提高回收率，是鋁屑回收需要重點解決的問題。目前發(fā)達國家普遍采用鋁液覆蓋熔化鋁屑技術(shù)，該技術(shù)的核心問題是解決鋁屑的有效沉融。文中研究的鋁屑回收熔煉爐組就是以鋁屑覆蓋融化再生技術(shù)為基礎(chǔ)，利用電磁泵提供動力使鋁液在加料井中形成非接觸式漩渦，該技術(shù)不僅可以有效的降低鋁屑熔煉過程中的氧化燒損問題，同時裝置不接觸鋁液，防止污染鋁液。

1 設(shè)備簡介

廢鋁回收裝置裝爐量為4 t，火焰加熱，采用爐膛、鋁液串級控制，連續(xù)生產(chǎn)方式。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由熔化室、循環(huán)泵、加料井、循環(huán)管路4部分組成。熔煉室與加料井之間通過循環(huán)管路連接，鋁液在電磁泵力的作用下通過循環(huán)管路在熔煉室與加料井之間循環(huán)流動。熔煉室是該系統(tǒng)中的主要熱量供給處，可以采用電加熱器或是氣、液燃燒器供給熱量，系統(tǒng)中采用輻射管電加熱器，加熱器安裝在爐頂，分組控制，升溫速度快，控溫響應(yīng)及時。安裝在進料管上的電磁泵為鋁液流動提供動力，采用可變頻控制電磁泵，鋁液輸送能力可調(diào)控。加料井不僅是鋁屑的加入口，同時其結(jié)構(gòu)也直接決定著進入加料井的鋁液能否形成具有一定卷吸能力的漩渦。循環(huán)管路的主要作用是連接加料井和熔化室，為鋁液流動提供路徑，同時循環(huán)管路的管徑、角度和方向都會在一定程度上影響加料井中鋁液的流動狀態(tài)。

圖1 鋁屑再生熔煉爐結(jié)構(gòu)

2 工藝流程

在開爐時往爐內(nèi)投入一定量的干凈大塊鋁廢料，通過安裝在熔煉室的加熱系統(tǒng)進行熔化，當熔煉室內(nèi)鋁液溫度和深度達到循環(huán)泵的開啟條件時，開啟循環(huán)泵，使熔融的鋁液能夠在熔煉室和加料井之間循環(huán)，此循環(huán)過程將一直進行下去。將廢鋁屑通過振動給料器投入加料井內(nèi)，加料過程可以連續(xù)，也可以是間斷，快速流動的熱態(tài)鋁水會迅速將加入的鋁屑沉熔，使其成為大循環(huán)當中新的鋁水，系統(tǒng)中鋁液的流動軌跡如圖2所示。

圖2 側(cè)井爐鋁液流動軌跡簡圖

3 設(shè)備運行結(jié)果

3.1 加料井中漩渦形成

當熔煉室中液面高度沒過循環(huán)管口一定深度時，電磁泵就可以開啟正向循環(huán)，打開加料井上蓋在觀察平臺上觀察加料井中鋁液的流動狀況。開啟電磁泵前，根據(jù)連通器原理，加料井中的鋁液深度與熔煉室中高度相同，中料井初始鋁液深度為50 mm。電磁泵低檔運行時，加料井中可以形成漩渦，但是漩渦不大，漩渦只在中間，如圖3；中檔時加料井中漩渦明顯，漩渦邊沿距料井底部距離大約為330 mm，漩渦中心有一定深度；高檔時，加料井中漩渦邊沿距料井底部距離大約為670 mm，漩渦中心較深。

圖3 電磁泵低檔運行時加料井中情況

3.2 形成漩渦對加入鋁屑的卷吸能力

電磁泵低檔運行時，向加料井的漩渦中加入鋁屑，由于鋁液運動速度較慢，形成的旋渦卷吸強度小，以及鋁液表面氧化膜的存在，加入的鋁屑會漂浮在鋁液表面，不能將加入的鋁屑卷吸融化，如圖4。電磁泵中檔運行時，漩渦具有一定強度，在加料井的靠近邊緣處鋁液流動速度較慢，存在一定量的氧化膜，如圖5，中間的漩渦已經(jīng)具有一定卷吸能力，可以順利有效地將加入在料井中心區(qū)域的鋁屑卷吸覆蓋。電磁泵高檔運行時，加料井內(nèi)鋁液漩渦的強度大，整個加料井內(nèi)鋁液運動速度快，鋁水運動劇烈使得鋁液表面不能形成氧化膜，對加入料井內(nèi)鋁屑的卷吸能力很強，可以很快地將加入的鋁屑卷吸熔化，不存在鋁屑漂浮在鋁液表面的現(xiàn)象。試驗過程中加入廢鋁屑的情況如圖6所示，試驗前需要先進行干燥除油預(yù)處理，其中包括體積很小的細屑料和比表面積較大的廢鋁料。試驗過程中爐組對細屑料的卷吸效果好于比表面積較大的廢鋁屑料。

圖4 電磁泵低檔運行時加入的鋁屑漂浮在鋁液表面

圖5 電磁泵中檔運行時加料井中氧化膜情況

圖6 加入廢鋁屑情況

3.3 加料過程鋁液溫度的變化

3.3.1 間斷向加料井加料時，熔煉爐內(nèi)鋁液溫度的變化為，鋁液初始溫度→逐漸降低（期間鋁屑加入完畢）→最低溫度→溫度回升到初始溫度。

3.3.2 熔煉爐爐氣溫度為800℃，電磁泵開中檔，鋁屑加入量為24 kg時，鋁屑加入前爐膛內(nèi)鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內(nèi)鋁液最低溫度為739℃，溫降為7℃。電磁泵開高檔，鋁屑加入量為24 kg時，鋁屑加入前爐膛內(nèi)鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內(nèi)鋁液最低溫度為742.7℃，溫降為3.3℃。

3.3.3 加入等量的鋁屑，熔煉爐供熱能力越大，加料過程的溫降過程越短，電磁泵能力越強，即鋁液循環(huán)速度越快，加料過程的溫降越小，過程越短。

3.3.4 連續(xù)加料，當單位時間加料量與熔煉爐供熱能力和電磁泵循環(huán)能力之間達到平衡時，熔煉爐內(nèi)溫度保持恒定。

4 結(jié)論

廢鋁屑回收熔煉爐采用非接觸漩渦技術(shù)，由安裝在進料管上的電磁泵提供動力，利用加料井內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，鋁液在料井中形成的漩渦強度大，對加入鋁屑沉熔效果好。該爐組具有一定的鋁屑處理能力，采用該爐組熔化鋁屑，可以有效減小鋁屑的氧化燒損≤4％、噸鋁能耗≤210×106kJ/t·Al、熔化能力 0.5 t·廢屑/h。該爐型適用于現(xiàn)有的所有廢鋁熔煉廠家，能夠很方便地將廠家原有的爐型轉(zhuǎn)變成側(cè)井爐進行生產(chǎn)。

[1] 張正國，張孟林，劉金貴.我國再生金屬熔煉設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].工業(yè)爐，2008(30)：15-19.

[2] 楊忠敏.廢鋁回收再生是當代受益惠及子孫的綠色工程[J].鋁加工，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] 張正國，張孟林.再生鋁的熔煉設(shè)備[J].工業(yè)爐，2006(28)：21-26.

[5] 郭瑞，王兆文，邱竹賢.簡析廢鋁再生的現(xiàn)狀[J].有色礦冶，2005(3)：22-26.