謝曉燕，余廣松，閆輝

(1蘇州有色金屬研究院有限公司，江蘇 蘇州215026)( 2蘇州新長(zhǎng)光熱能科技有限公司，江蘇 蘇州215129)

有色金屬鋁以其優(yōu)越的金屬特性，運(yùn)用領(lǐng)域日益擴(kuò)大，需求量也逐漸增多，與之相伴鋁加工過程中產(chǎn)生的鋁屑量也不斷增大。鋁具有很高的可回收性，用廢鋁生產(chǎn)再生鋁，不論是在節(jié)能還是環(huán)保方面效果都非常突出[1～3]。然而，我國(guó)再生鋁生產(chǎn)企業(yè)對(duì)于細(xì)屑類廢料的回收熔煉設(shè)備陳舊，能源消耗較大，氧化燒損率高，這不僅造成有限金屬資源的浪費(fèi)，而且還會(huì)污染環(huán)境[4～5]。如何減少燒損，提高回收率，是鋁屑回收需要重點(diǎn)解決的問題。目前發(fā)達(dá)國(guó)家普遍采用鋁液覆蓋熔化鋁屑技術(shù)，該技術(shù)的核心問題是解決鋁屑的有效沉熔。本文研究的鋁屑回收熔煉爐組就是以鋁液覆蓋熔化鋁屑再生技術(shù)為基礎(chǔ)，利用電磁泵提供動(dòng)力使鋁液在加料井中形成非接觸式漩渦，該技術(shù)不僅可以有效的降低鋁屑熔煉過程中的氧化燒損問題，同時(shí)該裝置不直接接觸鋁液，防止其污染，也有利于改善環(huán)境。

1 設(shè)備簡(jiǎn)介

該廢鋁回收裝置裝爐量為4噸，電加熱與火焰加熱并用，采用爐膛、鋁液串級(jí)控制，連續(xù)生產(chǎn)方式。該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由熔化室、電磁循環(huán)泵、加料井、循環(huán)管路四部分組成。熔煉室與加料井之間通過循環(huán)管路連接，鋁液在電磁力的作用下通過循環(huán)管路在熔煉室與加料井之間循環(huán)流動(dòng)。熔煉室是該系統(tǒng)中的主要熱量供給點(diǎn)，可以采用電加熱或者燃?xì)夤┙o熱量。本系統(tǒng)試驗(yàn)中采用輻射管電加熱器，加熱器安裝在爐頂，分組控制，升溫速度快，控溫響應(yīng)及時(shí)。安裝在進(jìn)料管上的電磁泵為鋁液流動(dòng)提供動(dòng)力，本文采用可變頻控制電磁泵，鋁液輸送能力可調(diào)控。加料井頂部有燒嘴供熱，不僅是鋁屑的加入口，同時(shí)其結(jié)構(gòu)也直接決定著進(jìn)入加料井的鋁液能否形成具有一定卷吸力的漩渦。循環(huán)管路的主要作用是連接加料井和熔化室，為鋁液流動(dòng)提供路徑，循環(huán)管路的管徑、角度和方向都會(huì)在一定程度上影響加料井中鋁液的流動(dòng)狀態(tài)。

1—熔化室 2—循環(huán)管 3—電磁泵 4—側(cè)井爐5—爐頂燒嘴 6—清理口 7—燒嘴 8-加熱元件

2 工藝流程

在開爐時(shí)往爐內(nèi)投入一定量的干凈大塊鋁廢料，通過安裝在熔煉室的加熱系統(tǒng)進(jìn)行熔化，當(dāng)熔煉室內(nèi)鋁液溫度和深度達(dá)到電磁循環(huán)泵的開啟條件時(shí)，開啟電磁循環(huán)泵，使熔融的鋁液能夠在熔煉室和加料井之間循環(huán)，此循環(huán)過程將一直進(jìn)行下去。將廢鋁屑通過振動(dòng)給料器投入到加料井內(nèi)，加料過程可以是連續(xù)的也可以是間斷的，快速流動(dòng)的熱態(tài)鋁液會(huì)迅速將加入的鋁屑沉熔，使其成為大循環(huán)當(dāng)中新的鋁液，系統(tǒng)中鋁液的流動(dòng)軌跡如圖2所示。

圖2 側(cè)井爐鋁液流動(dòng)軌跡簡(jiǎn)圖

3 設(shè)備運(yùn)行流程

3.1 加料井中漩渦形成

當(dāng)熔煉室中液面高度淹沒過循環(huán)管口一定深度時(shí)，電磁泵就可以開啟正向循環(huán)，打開加料井上蓋，在觀察平臺(tái)上觀察加料井中鋁液的流動(dòng)狀況。開啟電磁泵前根據(jù)連通器原理，加料井中的鋁液深度與熔煉室中高度相同，加料井初始鋁液深度大于50mm。電磁泵低檔運(yùn)行時(shí)，加料井中可以形成漩渦但是漩渦不大，漩渦只在中間存在；開中檔時(shí)加料井中漩渦明顯，漩渦邊沿距加料井底部距離大約為330mm，漩渦中心有一定深度,如圖3所示；開高檔時(shí)，加料井中漩渦邊沿距加料井底部中心距離大約為670mm，且漩渦中心較深。

圖3 電磁泵低檔運(yùn)行時(shí)加料井中的漩渦情況

3.2 漩渦對(duì)加入鋁屑的卷吸能力

電磁泵低檔運(yùn)行時(shí)，向加料井的漩渦中加入鋁屑，由于鋁液運(yùn)動(dòng)速度較慢，形成的旋渦卷吸強(qiáng)度較小，同時(shí)因鋁液表面氧化膜的存在，剛加入的鋁屑會(huì)漂浮在鋁液表面，不能將加入的鋁屑卷吸融化，如圖4所示。電磁泵開中檔運(yùn)行時(shí)，漩渦具有一定強(qiáng)度，在加料井的靠近邊緣處鋁液流動(dòng)速度較慢，存在一定量的氧化膜，如圖5所示，中間的漩渦已經(jīng)具有一定卷吸能力，可以順利有效的將加入到料井中心區(qū)域的鋁屑卷吸覆蓋。電磁泵開高檔運(yùn)行時(shí)，加料井內(nèi)鋁液漩渦的強(qiáng)度大，整個(gè)加料井內(nèi)鋁液運(yùn)動(dòng)速度快，鋁液運(yùn)動(dòng)劇烈，使得鋁液表面不能形成氧化膜，對(duì)加入料井內(nèi)鋁屑的卷吸力很強(qiáng)，可以很快將加入的鋁屑卷吸熔化，沒有鋁屑漂浮在鋁液表面的現(xiàn)象。試驗(yàn)過程中加入廢鋁屑的情況如圖6所示，但試驗(yàn)前需要先進(jìn)行干燥除油預(yù)處理，其中包括體積很小的細(xì)屑料和表面積較大的廢鋁料。試驗(yàn)過程中爐組對(duì)細(xì)鋁屑料的卷吸效果好于表面積較大的廢鋁料。

圖4 電磁泵開低檔運(yùn)行時(shí)加入的鋁屑漂浮在鋁液表面

圖5 電磁泵開中檔時(shí)加料井中氧化膜情況

3.3 加料過程中鋁液溫度的變化

① 間斷向加料井內(nèi)加料時(shí)，熔煉爐內(nèi)鋁液溫度的變化為：鋁液初始溫度→逐漸降低(期間鋁屑已加入)→最低溫度→溫度回升到初始溫度。

② 熔煉爐爐氣溫度為800℃，電磁泵開中檔，鋁屑加入量為24kg時(shí)鋁屑加入前爐膛內(nèi)鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內(nèi)鋁液最低溫度為739℃，溫降為7℃。電磁泵開高檔，鋁屑加入量為24kg時(shí)，鋁屑加入前爐膛內(nèi)鋁液溫度為746℃，鋁屑加入后爐膛內(nèi)鋁液最低溫度為742.7℃，溫降為3.3℃。

圖6 加入廢鋁屑情況

③ 加入等量的鋁屑，熔煉爐供熱能力越大，加料過程的溫降過程越短；電磁泵能力越強(qiáng)，(即鋁液循環(huán)速度越快，)加料過程的溫降越小，過程越短，爐組的生產(chǎn)能力越高。

④ 連續(xù)加料，當(dāng)單位時(shí)間加料量與熔煉爐供熱能力和電磁泵循環(huán)能力之間達(dá)到平衡時(shí)，熔煉爐內(nèi)溫度基本保持恒定。

4 結(jié)論

本文論述的廢鋁屑回收熔煉爐組，采用非接觸式漩渦技術(shù)，由安裝在進(jìn)料管上的電磁泵提供動(dòng)力，利用加料井內(nèi)部的特殊結(jié)構(gòu)，使鋁液在加料井中形成強(qiáng)度大的漩渦，對(duì)加入的鋁屑沉熔效果好。該爐組具有一定的鋁屑處理能力，采用該爐組熔化鋁屑可以有效減小鋁屑的氧化燒損量，(比普通鋁屑熔煉爐減少4%左右)，能耗可降低10～15%。該爐組熔化能力為0.5噸(廢屑)/小時(shí)。本系統(tǒng)適應(yīng)于現(xiàn)有的所有廢鋁熔煉廠家，且能很方便的將原有的爐型轉(zhuǎn)換成側(cè)井式爐進(jìn)行生產(chǎn)。

[1] 張正國(guó)，張孟林，劉金貴．我國(guó)再生金屬熔煉設(shè)備的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J]．工業(yè)爐，2008(30)：15～19．

[2] 楊忠敏．廢鋁回收再生是當(dāng)代受益惠及子孫的綠色工程[J] ．鋁加工，2007(6)：52～58 ．

[3] H. Amini Mashhadi, A. Moloodi. Recycling of aluminium alloy turning scrap via cold pressing and melting with salt flux [J]．Journal of materials processing technology，2009：3138～3142.

[4] 張正國(guó)，張孟林．再生鋁的熔煉設(shè)備[J]．工業(yè)爐，2006(28)：21～26．

[5] 郭 瑞，王兆文，邱竹賢．簡(jiǎn)析廢鋁再生的現(xiàn)狀[J]．有色礦冶，2005(3)：22～26 ．