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、氮氣、水蒸氣、二
氧化碳等相互作用[2]。
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鋁棒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℃-7
30℃,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??傊畬X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,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,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,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。