降低重熔用鋁錠燒損的措施

蔡建輪

【摘 要】電解鋁生產(chǎn)的基本過程是電解原鋁液經(jīng)過真空抬包運(yùn)送到鑄造車間注入混合爐，通過配料、攪拌、靜置、扒渣等過程生產(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%，全國電解鋁行業(yè)平均燒損率為7‰左右。對于年產(chǎn)量為60萬噸的鋁業(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)狻⑺魵狻⒍趸嫉劝l(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

鋁液氧化是一個多相體轉(zhuǎn)變過程。金屬氧化熱力學(xué)研究表明，金屬氧化性趨勢、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間的延長，氧化膜成長越快，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）、扒渣過程中鋁灰?guī)С龅匿X液；（2）、鋁液澆鑄溫度過高造成的燒損、鋁液長時間在混合爐內(nèi)保溫和氧氣接觸時間過長；（3）、混合爐入鋁、澆鑄過程中鋁液擾動，減少生產(chǎn)過程中鋁液形成紊流，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，可控制扒渣時帶出過多鋁液。當(dāng)混合爐內(nèi)鋁液溫度偏低時，攪拌扒渣時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。電解鋁鑄造過程中，鋁灰是原鋁液的主要損失部分，主要來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)原鋁加工過程中產(chǎn)生的鋁灰一般含有30%-70%的金屬鋁，通常稱為白灰或一次鋁灰對于電解鋁行業(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)通過滾碾壓可將高溫鋁灰中75%的鋁進(jìn)行有效分離，對鋁灰中的金屬鋁進(jìn)行最大限度的回收。根據(jù)現(xiàn)場總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，榆林新材料未建鋁灰處理車間時燒損在8‰左右，自備處理鋁灰時燒損降至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。避免鋁液長時間在混合爐內(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，每一爐次都會產(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。混合爐入鋁、澆鑄過程中不可避免的造成原鋁液擾動，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，新的Al2O3層不斷生成，加劇了氧化燒損量。在入鋁時應(yīng)緩慢，防止鋁液劇烈擾動，減少鋁液和空氣接觸面積，可以有效減少鋁液氧化。同時澆鑄溜槽應(yīng)設(shè)計(jì)合理，盡量采用短距離溜槽、落差低、流動阻力小進(jìn)行生產(chǎn)，使鋁液流動平穩(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)過程中設(shè)備出現(xiàn)故障，產(chǎn)生部分廢品以及停機(jī)時的大塊鋁，包括鑄機(jī)潤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)過程被迫停止。最后，強(qiáng)化操作人員的質(zhì)量意識。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。及時清理檔板處以及船型澆包口的氧化鋁硬殼，保證鋁液流動暢通，從而減少廢錠及大小塊的產(chǎn)生。因此在生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格按照工藝參數(shù)、流程一級設(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

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時間保溫和鋁液與氧氣接觸時間過長造成的影響；避免混合爐入鋁、澆鑄過程中過于頻繁的鋁液擾動，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大，從而造成的不斷氧化和造渣；避免在其他生產(chǎn)過程中的固態(tài)鋁損耗。雖然燒損在重熔用鋁錠生產(chǎn)過程中是不可避免的，但通過以上各項(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[M]. 中南大學(xué)出版社， 2006.

[2]中國有色金屬工業(yè)協(xié)會組織編寫. 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]. 中國有色金屬， 2012（4）：66-67.