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如何有效降低鋁熔鑄過程中的鑄損?

南儲商務網 http://www.tastyrecipeshop.com 2017年05月18日 09:18

是元素周期表中位于Ⅲ A族元素,是僅次于K、Ca、Na、Mg的一種活潑金屬,在高溫條件下能與空氣中氧氣、氮氣、水蒸氣、二氧化碳等相互作用。

鋁熔鑄即是將液鋁通過配料、攪拌、靜置、精煉、扒渣等過程變成鋁錠、棒材或其他形狀的成品、半成品。鋁及鋁合金在熔鑄過程中會因氧化、精煉、扒渣等原因出現不同程度的損耗。

所謂鋁鑄損就是鋁及鋁合金在熔煉過程中由于氧化、揮發以及與爐墻、精煉劑相互作用造成的不可回收的金屬損失和鋁渣所含金屬的總稱[1]。

鑄損的一般計算公式是:(原鋁量-成品量)÷原鋁量×100%,鑄損越高,成品量就越少,對于年產值在10萬噸的鋁企業,如果鑄損降低1個千分點,不需額外投入,就多產出100噸鋁產品(即減少燒損100噸鋁產品),這將是可觀的社會和經濟效益,因而如何有效降低鑄損顯得十分重要。

2 剖析鑄損產生的原因

2.1 產生鑄損的主要外在表現形式可以分成兩部分:一是以純鋁灰形式,二是以大塊鋁及次品鋁、鋁渣形式

我在河南xx鋁業公司熔鑄車間進行過數據統計,其中不可回收純鋁灰占鑄損的比例約90%(氧化燒損造渣形成),其他因素約占10%,針對占有10%其他因素進行進一步數據統計分析,其主要是大塊鋁、次品鋁等二次回爐燒損和鋁灰中含鋁量(鋁灰鋁的主要原材料)造成,因此內在造成鑄損產生的主要原因就是氧化燒損、次品鋁等二次燒損、鋁灰中含鋁量。

2.2 鋁的氧化燒損原理可以通過以下化學方程式進行進一步了解:

4Al+ 3O?=2Al?O?

金屬氧化熱力學研究表明:金屬氧化趨勢、各合金元素氧化順序和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、溫度和壓力等條件有關。金屬與氧親合力越大,其氧化程度趨勢越大,氧化程度越高;溫度越高,金屬與氧親合力越大,其氧化程度趨勢越大,氧化程度越高;氧化物分解壓越小,金屬與氧親合力越大,其氧化程度趨勢越大,氧化程度越高[1、3]。

在熔煉溫度范圍內,鋁與氧的親合力很大,容易被氧化,氧化后其表面形成Al?O?膜,當高于500℃時為亞穩定的r-Al?O?,這種亞穩定的氧化膜向穩定氧化膜轉變過程中,發生體積收縮并進一步發生氧化和龜裂。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[1、3]。

2.3 影響鑄損的因素有:

1)液鋁溫度;2)鋁液與氧氣接觸力度;3)鋁渣中含鋁量;4)扒渣帶出的鋁液;5)次品鋁、大塊鋁的多少;6)其他造成的損耗

3 降低鑄損的途徑

3.1 控制好液鋁溫度

鋁的熔點為660℃ ,一般而言原鋁鑄造溫度控制在730℃左右、甚至更低,而鋁合金流動性較好相應鑄造溫度比原鋁要低,約710℃-730℃,對于直接使用電解槽內液鋁的單位,當高溫鋁液進入混合爐后,應及時配入冷料,即向混合保持爐內加入次品鋁、鋁渣等,也可以將部分中間合金(工業硅)提前加入爐內,形成壓熔狀態,既增加其實收率又降低溫度。同時加入的冷料表面要清潔不能有油污等否則可能燃燒放熱促進燒損。總之將鋁液溫度有效地降低到相應鑄造溫度,可降低溫度對鑄損的巨大影響。

3.2 降低鋁液與空氣接觸力度,液鋁與氧氣接觸的力度越大,氧化燒損越嚴重,鑄損越大

1)減少液鋁與氧氣接觸時間:① 在滿足生產需要條件下,盡可能快的將爐內液鋁變成成品,最好當班配料當班生產,不要使液鋁在爐內停留時間過長;② 合理安置熔鑄設備,盡可能縮短流槽長度,以減少液鋁在空氣中暴露時間,同時可在流槽上部加蓋硅酸鋁保溫板,既有一定保溫作用又可減少流槽內氧氣含量。

總之,杜絕因各種原因導致鋁液長時間存于混合爐內,以減少鋁液和氧氣接觸時間來降低鑄損。

2)控制液鋁攪拌方式:不管是人工用大耙攪拌還是機械攪拌都是在爐門敞開狀態下進行,不僅會帶來液面巨大波動、增加與氧氣接觸面積而且也增加了爐內含氧量,勢必加速了上述化學反應,燒損加大。電磁攪拌可以在封閉狀態下進行且液面波動很小,有效避免了相應劣勢,同時還可以減少空氣中水分進入爐內,降低了液鋁對氫元素的吸收概率。

3)控制液鋁精煉時吹泡高度:一般精煉方式是人工直接將精煉劑撒入爐內,然后進行攪拌精煉,但是對于部分合金生產需要進行吹氮氣精煉(精煉時間較長,可達30分鐘左右),必然會有一定的吹泡高度且橫到邊、豎到頭,帶動液鋁的巨大波動,因此最好調節氮氣壓力,將吹泡高度控制在10-15mm。

3.3 正確選擇、使用精煉劑,使渣鋁充分分離

在鋁及鋁合金熔煉過程中,除自身夾雜物外、鋁極易與氧生成氧化鋁或次氧化鋁等,導致鋁液表面有一層浮渣,它與鋁熔體有一定的浸潤性,渣中混有相當數量的熔體,這樣就需要一種精煉劑來改變兩者的浸潤性、增加渣和鋁界面上的表面張力,使渣和鋁分離。

鋁及鋁合金用熔劑一般由堿金屬及堿土金屬的氯化物及氟化物組成,其主要成分是KCl、NaCl、NaF.CaF?、Na3AlF6、Na?SiF6等,但組分含量差別較大,效果也不盡相同。除使用熔劑廠生產的熔劑外,最好根據所熔煉鋁合金的成分調正熔劑組分比例。同時嚴格控制精煉工藝條件,如熔劑的用量,熔劑與熔體的接觸時間、接觸面積、攪拌情況、溫度等,使用精煉劑能有效減少渣中帶鋁,降低鑄造損失。

3.4 對熔鑄過程中產生的鋁渣進行有效處理

鋁渣是熔鑄過程中不可避免的一部分,盡管采取相關措施,都會有一定比例的金屬鋁被帶出,需要對其進行有效處理,而不是直接銷售給其他單位,最簡單、經濟的方法可以是使用碾子對鋁渣進行反復碾磨、再進行篩選,從而有效地回收部分鋁豆等。

3.5 降低混合爐扒渣坡坡度,將鋁渣充分扒出爐外

混合爐扒渣坡坡度的大小直接影響鋁渣的扒出量,若坡度過大大部分渣就扒不出,從而導致鋁渣與鋁大量沉積,清爐時造成渣與鋁沉積物無法及時回收,在保證混合爐容量的前提下,盡可能降低扒渣坡坡度。

3.6 嚴格把關扒渣質量,防止液鋁被帶出

現有扒渣操作基本上是人工利用大耙將鋁渣扒出爐門口,在此操作過程中除了要求人員精心操作,盡可能不要將鋁液帶出,同時大耙設計也需要考究,建議將大耙表面開幾排小圓孔,可以使鋁渣中帶有的液鋁流入爐內,否則過多的液鋁被帶出后再次回爐會帶來燒損。

3.7 降低次品鋁、大塊鋁的量

在生產過程中,嚴格按照工藝要求操作,確保生產一爐、合格一爐,尤其在生產普鋁過程中,盡可能避免飛邊、毛刺、波紋、重量不符等次品鋁產生,同時在生產要結束前盡可能將流槽內液鋁推入模具內形成合格產品,以減少大塊鋁量。

3.8 對已產生的次品鋁等進行有效處理

對于各種原因產生的次品鋁、大塊鋁以及鋁渣、鋁豆等采取合適的裝爐順序加入混合爐內,在必要的情況下可先進行廢料復化操作,以避免不必要的燒損。

4 結束語

通過上述分析,鑄損雖然在熔鑄過程中不可避免,但通過控制鋁液溫度、降低鋁液和空氣接觸力度、控制鋁灰中含鋁量、減少次品鋁量等措施,對有效降低熔鑄過程中的鑄損,將會產生顯著效果,也必將給企業帶來可觀的經濟效益。

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