降低重熔用鋁錠燒損的措施

蔡建輪

【摘 要】電解鋁生產(chǎn)的基本過(guò)程是電解原鋁液經(jīng)過(guò)真空抬包運(yùn)送到鑄造車(chē)間注入混合爐，通過(guò)配料、攪拌、靜置、扒渣等過(guò)程生產(chǎn)成重熔用鋁錠。所謂鋁燒損就是鋁及鋁合金在生產(chǎn)過(guò)程中由于氧化等因素造成的不可回收的損失率。燒損率的計(jì)算公式是：（電解出鋁重量-成品鋁錠）÷電解出鋁量×100%，全國(guó)電解鋁行業(yè)平均燒損率為7‰左右。對(duì)于年產(chǎn)量為60萬(wàn)噸的鋁業(yè)公司，如果燒損每降低1‰，不需額外投入，就多生產(chǎn)出600噸鋁成品，因此如何降低燒損非常重要。本文主要分析燒損產(chǎn)生的原因和有效降低燒損的方法和途徑。

【關(guān)鍵詞】重熔用鋁錠；鋁燒損；連續(xù)鑄造

一、產(chǎn)生燒損的原因分析

1、燒損氧化及其機(jī)理。鋁是一種活潑金屬，在高溫條件下能與空氣中氧氣、氮?dú)?、水蒸氣、二氧化碳等發(fā)生反應(yīng)。金屬元素化學(xué)性質(zhì)越活潑，還原性越強(qiáng)，容易被氧化；溫度越高，越容易被氧化。氧化燒損是造成燒損的關(guān)鍵因素，鋁和氧易反應(yīng)生成Al2O3，方程式如下：

4Al+3O2→2Al2O3

鋁液氧化是一個(gè)多相體轉(zhuǎn)變過(guò)程。金屬氧化熱力學(xué)研究表明，金屬氧化性趨勢(shì)、合金元素氧化順序及氧化程度等都是由金屬與氧的親合力決定的，并與合金的成分、壓力和溫度等因素有關(guān)；隨著溫度或氧化分解壓降低，金屬與氧親合力越強(qiáng)，其氧化性趨勢(shì)越大，氧化程度越高[2]。在熔煉溫度范圍內(nèi)，鋁與氧的親合力很大，鋁容易被氧化，表面生產(chǎn)Al2O3膜，高于500℃時(shí)為亞穩(wěn)定的γ-Al2O3，這種亞穩(wěn)定的氧化膜向穩(wěn)定氧化膜轉(zhuǎn)變過(guò)程中，發(fā)生體積收縮并進(jìn)一步發(fā)生氧化和龜裂。隨著鋁液溫度的升高和時(shí)間的延長(zhǎng)，氧化膜成長(zhǎng)越快，氧化量和厚度也顯著增加[3]。

2、影響氧化燒損、損鑄的因素。（1）、扒渣過(guò)程中鋁灰?guī)С龅匿X液；（2）、鋁液澆鑄溫度過(guò)高造成的燒損、鋁液長(zhǎng)時(shí)間在混合爐內(nèi)保溫和氧氣接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)；（3）、混合爐入鋁、澆鑄過(guò)程中鋁液擾動(dòng)，減少生產(chǎn)過(guò)程中鋁液形成紊流，減少鋁液新液面的形成引起氧化和造渣；（4）、生產(chǎn)過(guò)程中配料失誤、不合格鋁錠等引起二次回爐造成的鋁損耗。

二、降低燒損的方法和途徑

混合爐內(nèi)鋁液的燒損是鑄造車(chē)間金屬鋁損失的主要部分，采取有效措施控制燒損意義重大。減少帶有油污殘鋁直接回爐，現(xiàn)場(chǎng)垃圾，固體廢棄物，可以防止這些雜物進(jìn)入混合爐后發(fā)生燃燒，從而避免鋁液的氧化。

1、正確使用打渣劑。嚴(yán)格根據(jù)工藝實(shí)施鋁液扒渣，可控制扒渣時(shí)帶出過(guò)多鋁液。當(dāng)混合爐內(nèi)鋁液溫度偏低時(shí)，攪拌扒渣時(shí)鋁灰和鋁液難以分離，導(dǎo)致鋁灰中含鋁量超標(biāo)。

鋁液進(jìn)入混合爐后，鋁液表面有一層浮渣。這些渣中含有較多的金屬鋁，打渣劑的作用就是增加渣和鋁界面上的表面張力，使渣和鋁分離開(kāi)。電解鋁鑄造過(guò)程中，鋁灰是原鋁液的主要損失部分，主要來(lái)自于漂浮于混合爐表面的不熔夾雜物、添加劑以及物理化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的雜物，呈松散的灰渣狀。在液態(tài)原鋁加工過(guò)程中產(chǎn)生的鋁灰一般含有30%-70%的金屬鋁，通常稱(chēng)為白灰或一次鋁灰對(duì)于電解鋁行業(yè)[4]，鋁灰中通常都含有金屬鋁、Al2O3、（Fe、Si、Mg）的氧化物及（K、Na、Ca、Mg）的氯化物等，其中金屬鋁的含量為30%左右，有的則高達(dá)50%，這部分金屬鋁是有提取價(jià)值的，經(jīng)提取后鋁灰中金屬鋁含量可降到10%以下[5]。

2、安裝鋁灰分離機(jī)。雖然鋁渣中的含鋁量在經(jīng)過(guò)添加打渣劑及攪拌扒渣后有所降低，但鋁灰中仍有部分鋁存在，鋁灰分離機(jī)通過(guò)滾碾壓可將高溫鋁灰中75%的鋁進(jìn)行有效分離，對(duì)鋁灰中的金屬鋁進(jìn)行最大限度的回收。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，榆林新材料未建鋁灰處理車(chē)間時(shí)燒損在8‰左右，自備處理鋁灰時(shí)燒損降至4‰以下。

3、控制好鋁液澆鑄溫度。鋁的熔點(diǎn)為660℃，電解槽鋁液溫度在950℃左右，鋁液倒入混合保持爐時(shí)溫度在900℃左右，而在分配器處澆鑄溫度在720℃-750℃左右即可。在溫度較高的鋁液進(jìn)入混合保持爐后，應(yīng)及時(shí)配入冷料，流槽內(nèi)鋁液溫度在常溫下降幅為1.5-2.5℃/M，控制好爐內(nèi)的澆鑄溫度，有效減輕溫度對(duì)氧化燒損的影響。澆鑄溫度越高，打渣處浮渣越多，容易形成氣孔等不合格鋁錠。避免鋁液長(zhǎng)時(shí)間在混合爐內(nèi)存放，這樣造成鋁液氧化，發(fā)生成分偏析，導(dǎo)致生產(chǎn)出不合格鋁錠，因而增加了燒損。

4、采用連續(xù)鑄造方式。采用連續(xù)鑄造方式生產(chǎn)能夠最大限度地減少鋁液與氧氣的接觸時(shí)間和面積，并且能夠減少攪拌、扒渣的次數(shù)，使得產(chǎn)生的鋁灰量遠(yuǎn)低于分爐鑄造，有效減小廢鋁產(chǎn)出量。采用傳統(tǒng)的分爐鑄造時(shí)，每一爐次都會(huì)產(chǎn)生大量的廢鋁（包括溜槽鋁皮、浮渣、因流量不足而產(chǎn)生的廢鋁錠等），而采用連續(xù)鑄造生產(chǎn)后，廢鋁量由以往的多爐減少為一爐，平均燒損率約為7.33‰，與采用單爐澆鑄的燒損率10.2‰相比較降低了2-3‰[6]。

5、減少液面擾動(dòng)?；旌蠣t入鋁、澆鑄過(guò)程中不可避免的造成原鋁液擾動(dòng)，形成新的鋁液液面，液面在空氣中被氧化形成Al2O3層。隨著鋁液擾動(dòng)，新的Al2O3層不斷生成，加劇了氧化燒損量。在入鋁時(shí)應(yīng)緩慢，防止鋁液劇烈擾動(dòng)，減少鋁液和空氣接觸面積，可以有效減少鋁液氧化。同時(shí)澆鑄溜槽應(yīng)設(shè)計(jì)合理，盡量采用短距離溜槽、落差低、流動(dòng)阻力小進(jìn)行生產(chǎn)，使鋁液流動(dòng)平穩(wěn)，降低鋁液和空氣接觸面積。

6、規(guī)范操作人員技術(shù)。首先，加強(qiáng)員工的責(zé)任心，避免出現(xiàn)配料失誤，導(dǎo)致產(chǎn)生出雜質(zhì)元素超標(biāo)的不合格鋁錠。這需要直接回爐處理，導(dǎo)致燒損增加。其次因生產(chǎn)過(guò)程中設(shè)備出現(xiàn)故障，產(chǎn)生部分廢品以及停機(jī)時(shí)的大塊鋁，包括鑄機(jī)潤(rùn)滑不到位或者其他卡別現(xiàn)象，造成鋁錠表面波紋嚴(yán)重，導(dǎo)致鋁錠不符合要求；鑄模出現(xiàn)較大裂紋，致使鋁錠表面產(chǎn)生毛刺；接收設(shè)計(jì)不合理經(jīng)常出現(xiàn)卡錠故障，致使生產(chǎn)過(guò)程被迫停止。最后，強(qiáng)化操作人員的質(zhì)量意識(shí)。保持爐眼形狀規(guī)則，減少爐眼處鋁液紊流減小鋁液的氧化。及時(shí)清理檔板處以及船型澆包口的氧化鋁硬殼，保證鋁液流動(dòng)暢通，從而減少?gòu)U錠及大小塊的產(chǎn)生。因此在生產(chǎn)過(guò)程中，嚴(yán)格按照工藝參數(shù)、流程一級(jí)設(shè)備使用規(guī)范，盡可能避免飛邊毛刺、氣孔、波紋、大小塊等不合格鋁錠的產(chǎn)生。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，采用連續(xù)澆鑄方式生產(chǎn)；嚴(yán)格控制工藝技術(shù)，可以有效避免鋁液長(zhǎng)時(shí)間保溫和鋁液與氧氣接觸時(shí)間過(guò)長(zhǎng)造成的影響；避免混合爐入鋁、澆鑄過(guò)程中過(guò)于頻繁的鋁液擾動(dòng)，避免因鋁液直接暴露在空氣中造成的鋁液與空氣接觸面積過(guò)大，從而造成的不斷氧化和造渣；避免在其他生產(chǎn)過(guò)程中的固態(tài)鋁損耗。雖然燒損在重熔用鋁錠生產(chǎn)過(guò)程中是不可避免的，但通過(guò)以上各項(xiàng)措施可以有效降低重熔用鋁錠的燒損，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

【參考文獻(xiàn)】

[1]吳錫坤. 鋁型材加工實(shí)用技術(shù)手冊(cè)[M]. 中南大學(xué)出版社， 2006.

[2]中國(guó)有色金屬工業(yè)協(xié)會(huì)組織編寫(xiě). 變形鋁合金熔煉與鑄造[M]. 中南大學(xué)出版社， 2010.

[3]耿培久， 白斌. 從鋁灰中回收金屬鋁的生產(chǎn)工藝淺析[J]. 有色冶金節(jié)能， 2013， 29（4）.

[4]楊昇， 吳竹成， 楊冠群. 鋁廢渣廢灰的治理[J]. 資源再生， 2006（10）：22-24.

[5]王留記， 趙海軍. 原鋁連續(xù)鑄造生產(chǎn)與降低鑄損率的聯(lián)系[J]. 中國(guó)有色金屬， 2012（4）：66-67.