衡阳市金虎铝业有限责任公司中试报告.doc

利用再生铝原料生产合金铝锭

中 试 报 告

衡阳市金虎铝业有限责任公司
二О一一年七月

目 录
一、概述 1
二、项目单位简介 3
三、中试 4
四、中试数据 9
五、中试数据分析及结论 11

一、概述

再生铝是以回收来的废铝零件或生产铝制品过程中的边角料以及废铝线等为主要原材料，经熔炼配制生产出来的符合各类标准要求的铝锭。这种铝锭采用回收废铝，而有较低的生产成本，而且它是自然资源的再利用，具有很强的生命力，特别是在当前科技迅猛发展，人民生活质量不断改善的今天，产品更新换代频率加快，废旧产品的回收及综合利用已成为人类持续发展的重要课题，再生铝生产也就是在这样的形式下应运而生并具有极好的前景。
由于再生铝的原材料主要是废杂铝料，废杂铝中有废铝铸件（以Al-Si合金为主）、废铝锻件（Al-Mg-Mn、Al-Cu-Mn等合金）、型材（Al-Mn、Al-Mg等合金）废电缆线（以纯铝为主）等各种各样料，有时甚至混杂入一些非铝合金的废零件（如Zn、Pb合金等），这就给再生铝的配制带来了极大的不便。如何把这种多种成分复杂的原材料配制成成分合格的再生铝锭是再生铝生产的核心问题，因此，再生铝生产流程的第一环节就是废杂铝的分选归类工序。分选得越细，归类得越准确，再生铝的化学成分控制就越容易实现。
废铝零件往往有不少镶嵌件，这些镶嵌件都是些以钢或铜合金为主的非铝件，在熔炼过程中不及时地扒出，就会导致再生铝成分中增加一些不需要的成分（如Fe、Cu等）因此，在再生铝熔炼初期，即废杂铝刚刚熔化时就必须有一道扒镶嵌件的工序（俗称扒铁工序）。把废杂铝零件中的镶嵌件扒出，扒得越及时、越干净，再生铝的化学成分就越容易控制。扒铁时熔液温度不宜过高，温度的升高会使镶嵌件中的Fe、Cu元素溶入铝液。
废杂铝料由于各种原因其表面不免有污垢，有些还严重锈蚀，这些污垢和锈蚀表面在熔化时会进入熔池中形成渣相及氧化夹杂，严重损坏再生铝的冶金质量。清除这些渣相及氧化夹杂也是再生铝熔炼工艺中重要的工序之一。采用多级净化，即先进行一次粗净化，调整成分后进行二级稀土精变，再吹惰性气体进一步强化精炼效果，可有效的去除铝熔液中的夹杂。
废铝料表面的油污及吸附的水分，使铝熔液中含有大量气体，不有效的去除这些气体就使冶金质量大大下降，强化再生铝生产中的除气环节以降低再生铝的含气量是获得高质量再生铝的重要措施。

二、项目单位简介

单位名称：衡阳市金虎铝业有限责任公司
法人代表：段小宁
单位地址：衡阳市大浦工业园浦宁路
单位概况：衡阳市金虎铝业有限责任公司成立于2005年10月，位于衡东县大浦工业园浦宁路，其前身为衡阳市东风冶化有限公司、衡阳市东大有色金属有限公司，主要从事粗铅、次级氧化锌生产加工，年设计产能分别为2万吨、1万吨，根据国家产业政策要求，对粗铅、氧化锌生产线于2010年4月予以淘汰，目前已全部拆除。2010年3月公司更名为衡阳市金虎铝业有限责任公司，主要从事废旧铝材加工、销售等，注册资本817万元，占地面积70亩，资产总额3800万元，职工138人，其中大中专以上文化的21人，生产技术人员77人。公司更名后，根据国家产业政策，进行产业升级技术改造，立足于发展循环经济，投资15000万元（其中固定资产投资6000万元），建设废杂铝回收加工年产10万吨环保合金铝、10万吨/年挤压材生产线。

三、中试

1、中试目的
通过中试，验证炉温的变化，对合金铝中各个元素影响程度，实现合金铝的最优配置；
通过中试，验证合金铝中气体含量，对铝合金进行净化处理。
2、中试设备、原料
⑴中试设备
试验在10吨的反射炉内进行，所有与铝液接触的工具使用前均需预热。熔化中用热电锅测温。
⑵中试原料及其配比
本次中试使用的原料主要有：废机械铝；各种杂铝（铝线、钢圈、型材、打包铝）；A00型铝材；镁铝板。
各种铝及其他金属的配比如下：
表3-1 原料配比表
序号
原料名称
比例
备注
1
机械铝
6.98%

2
A00铝
14.87%

3
废铝
49.29%

4
硅
10.71%

5
铜
1.47%

6
次品灰锭
4.00%

7
镁板
12.68%

8
合计
100.00%

3、中试工艺流程
中试主要工艺把以上配比的金属炉料投入熔炉中，经过加热和熔化得到熔体，再对熔化后的熔体进行成分调整，得到合乎要求的合金液体。并在熔炼过程中采取相应的措施控制气体及氧化夹杂物的含量，使符合规定成分（包括主要组元或杂质元素含量），保证铸件得到适当组织（晶粒细化）高质量合金液。
由于铝元素的特性，铝合金有强烈的产生气孔的倾向，同时也极易产生氧化夹杂。因此，防止和去除气体和氧化夹杂就成为铝合金熔炼过程中最突出的问题。为了获得高质量的铝合金液，对其熔炼的工艺就必须严格把关，并采取措施从各个方面加以控制。
⑴熔炼工艺
铝合金熔炼过程如下：
装炉→熔化（加铜、锌、硅等）→扒渣→加镁、铍等→搅拌→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→转炉→精炼变质及静置→浇筑。
⑵工艺流程说明
装炉：正确的装炉方法对减少金属的烧损及缩短熔炼时间很重要。对于反射炉，炉底铺一层铝锭，放入易烧损料，再压上铝锭。熔点较低的回炉料装上层，使它最早熔化，流下将下面的易烧损料覆盖，从而减少烧损。各种炉料应均匀平坦分布。
熔化：熔化过程及熔炼速度对铝锭质量有重要影响。当炉料加热至软化下榻时应适当覆盖熔剂，熔化过程中应注意防止过热，炉料熔化液面呈水平之后，应适当搅动熔体使温度一致，同时也利于加速熔化。熔炼时间过长不仅降低炉子生产效率，而且使熔体含气量增加，因此当熔炼时间超长时应对熔体进行二次精炼。
扒渣：当炉料全部熔化到熔炼温度时即可扒渣。扒渣前应先撒入粉状熔剂（对高镁合金应撒入无钠熔剂）。扒渣应尽量彻底，因为有浮渣存在时易污染金属并增加熔体的含气量。
加入其他金属：扒渣后，即可向熔体中加入镁，同时应加熔剂进行覆盖。对于高镁合金，为防止镁烧损，应加入0.002%～0.02%的铍。铍可利用金属还原法从铍氟酸钠中获得，铍氟酸钠是与熔剂混合加入。
搅拌：在取样之前和调整成分之后应有足够的时间进行搅拌。搅拌要平稳，不破坏熔体表面氧化膜。
取样：熔体经充分搅拌后，应立即取样，进行炉前分析。
调整成分：当成分不符合标准要求时，应进行补料或冲淡。
熔体的转炉：成分调整后，当熔体温度符合要求时，扒出表面浮渣，即可转炉。
熔体的精炼，变质成分不同，净化变质方法也各有不同。
4、装炉顺序
废机械铝
AOO型铝材
各种杂铝
硅
铜
镁 铝 板

炉料及工具的准备
熔炉预热
炉料准备
装料溶化
精炼剂的准备
精 炼
炉前质量检查
调整熔体温度
浇 筑

5、中试的时间、地点、人员
⑴中试的时间
2011年
⑵中试地点
衡阳市金虎铝业有限责任公司院内熔炼车间
⑶参加人员
表3-2 参加试验人员名单
序号
姓名
单位
职务
1
周湘勇
衡阳市金虎铝业有限责任公司

2
陈刚
衡阳市金虎铝业有限责任公司

3
谭湘萍
衡阳市金虎铝业有限责任公司

4
谭正科
衡阳市金虎铝业有限责任公司

5
胡董
衡阳市金虎铝业有限责任公司

四、中试数据

1、炉温变化对合金铝中各种元素的影响
一年来我们进行了熔炼工艺试验，围绕着再生铝合金的成分调整，废铝中氧化物的净化和加硅的方法，提高金属吸收率。先将块度不大于30㎜×30㎜的结晶硅块加入铝液内，此时的结晶硅与铝呈半凝固状态的混合物，使结晶硅充分预热。
调节合金铝熔化时的温度，监测成品铝合金中各种元素的配比：
以下数据是取自一炉反射炉熔炼铝合金的四次样品分析，各种化学成分在熔炼过程中与炉温的变化。
表4-1 炉温变化对元素影响数据表
化学成分
Si
Fe
Cu
Mn
Mg
Ti
Zn
Pb
Sn
Al
温度660℃
4.70
1.43
0.79
0.0928
0.127
0.0239
0.949
0.0899
＜0.05
91.72
温度670℃
12.9
0.892
1.63
0.0559
0.183
0.0241
0.575
0.0699
＜0.05
83.44
温度680℃
12
0.854
1.53
0.0555
0.281
0.0236
0.549
0.067
＜0.05
85.73
温度690℃
10.8
0.703
1.74
0.0395
0.33
0.0206
0.357
0.055
＜0.05
84.63
2、熔炼过程中气体的影响数据
铝中的气体存在形式：以气体夹杂或气泡的形态。
以氧化物、氮化物、氢化物等固态化合物形态。
以液态或固态溶液，即以原子或离子形态分布于金属原子或晶格中。
铝合金熔体中气体的来源：
熔炼铝合金过程中，从大气、燃料、耐火材料、熔炼工具等带入的气体种类较多，如H2、CO2、CO、碳氢化合物、H2O和O2等，但只有那些容易分解成原子的气体，才能有较多的数量溶入铝液中去，具体的说，铝液中所溶解的气体80~90％是氢。所以铝合金中的含气量，主要指含氢量。
氢气的来源主要是通过水分与铝液反应而产生的氢原子。2AL+3H2O=AL2O3+3H2
铝合金熔体的净化、去气、精炼，目的就是清除或尽量降低氧化物夹杂和气体，以提高金属的净化程度，故去气和精炼通常是净化处理，俗称“精炼处理”。
对铝合金熔体纯洁度的需求，通常含氢量要求小于0.2ml／100gAl。
调节精炼剂的用量（通常是用Na3AlF6）来吸附，溶解Al2O3，它能够清除氧化夹杂，也可以去除一些气体，但不彻底。
表4-2 处理温度及精炼剂，变质剂加入量表
处理温度℃
精炼剂加入量％
变质剂加入量％
浇注温度℃
730-750
0.5
2.5
720-740
730-750
0.6
2.5
720-740
五、中试数据分析及结论

1、根据以上的试验数据，可以看出炉温控制在6660-670摄氏度的时候，铝合金的性能比较稳定（当然也要根据市场客户要求设计铝合金中各种元素的用量）。
2、关于铝合金中气体的处理温度，优选在730-750摄氏度，精炼剂加入量在0.5%，变质剂2.5%的数据较好。
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