鋁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?dú)?、水蒸氣、二氧化碳等相互作用[2]。
鋁熔鑄即是將液鋁通過(guò)配料、攪拌、靜置、精煉、扒渣等過(guò)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(guò)程中會(huì)因氧化、精煉、扒渣等原因出現(xiàn)不同程度的損耗。
所謂鋁鑄損就是鋁及鋁合金在熔煉過(guò)程中由于氧化、揮發(fā)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(jì)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(duì)于年產(chǎn)值在10萬(wàn)噸的鋁企業(yè),如果鑄損降低1個(gè)千分點(diǎn),不需額外投入,就多產(chǎn)出100噸鋁產(chǎn)品(即減少燒損100噸鋁產(chǎn)品),這將是可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益,因而如何有效降低鑄損顯得十分重要。
2 剖析鑄損產(chǎn)生的原因
2.1 產(chǎn)生鑄損的主要外在表現(xiàn)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x(chóng)x鋁業(yè)公司熔鑄車間進(jìn)行過(guò)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),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(duì)占有10%其他因素進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)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(nèi)在造成鑄損產(chǎn)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(guò)以下化學(xué)方程式進(jìn)行進(jìn)一步了解:
4Al+ 3O?=2Al?O?
金屬氧化熱力學(xué)研究表明:金屬氧化趨勢(shì)、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(guān)。金屬與氧親合力越大,其氧化程度趨勢(shì)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(shì)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(shì)越大,氧化程度越高[1、3]。
在熔煉溫度范圍內(nèi),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(dāng)高于500℃時(shí)為亞穩(wěn)定的r-Al?O?,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[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(diǎn)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(dòng)性較好相應(yīng)鑄造溫度比原鋁要低,約710℃-730℃,對(duì)于直接使用電解槽內(nèi)液鋁的單位,當(dāng)高溫鋁液進(jìn)入混合爐后,應(yīng)及時(shí)配入冷料,即向混合保持爐內(nèi)加入次品鋁、鋁渣等,也可以將部分中間合金(工業(yè)硅)提前加入爐內(nèi),形成壓熔狀態(tài),既增加其實(shí)收率又降低溫度。同時(shí)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(jìn)燒損??傊畬X液溫度有效地降低到相應(yīng)鑄造溫度,可降低溫度對(duì)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(yán)重,鑄損越大
1)減少液鋁與氧氣接觸時(shí)間:① 在滿足生產(chǎn)需要條件下,盡可能快的將爐內(nèi)液鋁變成成品,最好當(dāng)班配料當(dāng)班生產(chǎn),不要使液鋁在爐內(nèi)停留時(shí)間過(guò)長(zhǎng);② 合理安置熔鑄設(shè)備,盡可能縮短流槽長(zhǎng)度,以減少液鋁在空氣中暴露時(shí)間,同時(shí)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(nèi)氧氣含量。
總之,杜絕因各種原因?qū)е落X液長(zhǎng)時(shí)間存于混合爐內(nèi),以減少鋁液和氧氣接觸時(shí)間來(lái)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(jī)械攪拌都是在爐門敞開(kāi)狀態(tài)下進(jìn)行,不僅會(huì)帶來(lái)液面巨大波動(dòng)、增加與氧氣接觸面積而且也增加了爐內(nèi)含氧量,勢(shì)必加速了上述化學(xué)反應(yīng),燒損加大。電磁攪拌可以在封閉狀態(tài)下進(jìn)行且液面波動(dòng)很小,有效避免了相應(yīng)劣勢(shì),同時(shí)還可以減少空氣中水分進(jìn)入爐內(nèi),降低了液鋁對(duì)氫元素的吸收概率。
3)控制液鋁精煉時(shí)吹泡高度:一般精煉方式是人工直接將精煉劑撒入爐內(nèi),然后進(jìn)行攪拌精煉,但是對(duì)于部分合金生產(chǎn)需要進(jìn)行吹氮?dú)饩珶挘ň珶挄r(shí)間較長(zhǎng),可達(dá)30分鐘左右),必然會(huì)有一定的吹泡高度且橫到邊、豎到頭,帶動(dòng)液鋁的巨大波動(dòng),因此最好調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫Γ瑢⒋蹬莞叨瓤刂圃?0-15mm。
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(guò)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(dǎo)致鋁液表面有一層浮渣,它與鋁熔體有一定的浸潤(rùn)性,渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體,這樣就需要一種精煉劑來(lái)改變兩者的浸潤(rùn)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(chǎn)的熔劑外,最好根據(jù)所熔煉鋁合金的成分調(diào)正熔劑組分比例。同時(shí)嚴(yán)格控制精煉工藝條件,如熔劑的用量,熔劑與熔體的接觸時(shí)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(duì)熔鑄過(guò)程中產(chǎn)生的鋁渣進(jìn)行有效處理
鋁渣是熔鑄過(guò)程中不可避免的一部分,盡管采取相關(guān)措施,都會(huì)有一定比例的金屬鋁被帶出,需要對(duì)其進(jìn)行有效處理,而不是直接銷售給其他單位,最簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)的方法可以是使用碾子對(duì)鋁渣進(jìn)行反復(fù)碾磨、再進(jìn)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(guò)大大部分渣就扒不出,從而導(dǎo)致鋁渣與鋁大量沉積,清爐時(shí)造成渣與鋁沉積物無(wú)法及時(shí)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(yán)格把關(guān)扒渣質(zhì)量,防止液鋁被帶出
現(xiàn)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(guò)程中除了要求人員精心操作,盡可能不要將鋁液帶出,同時(shí)大耙設(shè)計(jì)也需要考究,建議將大耙表面開(kāi)幾排小圓孔,可以使鋁渣中帶有的液鋁流入爐內(nèi),否則過(guò)多的液鋁被帶出后再次回爐會(huì)帶來(lái)燒損。
3.7 降低次品鋁、大塊鋁的量
在生產(chǎn)過(guò)程中,嚴(yán)格按照工藝要求操作,確保生產(chǎn)一爐、合格一爐,尤其在生產(chǎn)普鋁過(guò)程中,盡可能避免飛邊、毛刺、波紋、重量不符等次品鋁產(chǎn)生,同時(shí)在生產(chǎn)要結(jié)束前盡可能將流槽內(nèi)液鋁推入模具內(nèi)形成合格產(chǎn)品,以減少大塊鋁量。
3.8 對(duì)已產(chǎn)生的次品鋁等進(jìn)行有效處理
對(duì)于各種原因產(chǎn)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(nèi),在必要的情況下可先進(jìn)行廢料復(fù)化操作,以避免不必要的燒損。
4 結(jié)束語(yǔ)
通過(guò)上述分析,鑄損雖然在熔鑄過(guò)程中不可避免,但通過(guò)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(duì)有效降低熔鑄過(guò)程中的鑄損,將會(huì)產(chǎn)生顯著效果,也必將給企業(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
參考文獻(xiàn)
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