再生鋁生產熔煉設備選擇與優缺點

　　【中國幕墻網】一般反射爐每噸鋁耗燃料的情況如下，燃煤反射爐耗標準煤在200-300公斤左右；燃重油反射爐油耗大約為60-80公斤；燃柴油反射爐大約耗油50公斤左右，最先進的已經達到30公斤；半煤氣反射爐煤耗大約為260-300公斤左右。燃料的消耗與反射爐的生產能力有關系，一般爐子越大，單位燃料消耗越低，以下立出了幾個常用反射爐燃料消耗的情況。

　　1.1再生鋁熔煉設備的作用
　　再生鋁熔煉設備包括了熔煉爐、靜置爐、風機、燃燒系統等。其中對再生鋁熔煉和靜置爐（小企業沒有靜置爐），因此，可以將熔煉爐和靜置爐看為一體。熔煉爐的種類有很多，其作用都一樣，一是熔化爐料和添加劑，爐料包括了廢鋁、中間合金、工業硅和純鋁錠等；二是在爐內一定的溫度下使熔融物之間發生一系列的化學和物理反映，使其中的雜質形成浮渣或氣體除掉；三是調整成分，使其合金中的各種元素含量達到相關標準要求；四是對合金熔融物進行變質等處理，細化精粒，使合金能夠符合相關的物理性能。因此熔煉爐的形式和結構，對再生鋁合金的生產能力、成本、產品質量以及環境保護有著重要的作用。
　　1.2主要熔煉設備
　　常用鋁合金的熔點都不高，熔煉爐的形式基本上是兩種：坩堝式和熔池式。
　　1.2.1坩堝爐
　　爐坩堝是熔煉再生鋁合金的常用設備，其優點是投資少、操作方便，金屬回收率高，但缺點是生產能力小，壽命短和成分不穩定，很難與大型反射爐相比。坩堝爐的形式有多樣，常用的有鑄鐵坩堝和石墨坩堝。
　　坩堝爐在使用時，爐體固定在用耐火材料砌筑的鍋臺上，坩堝爐的下部和四周是燃燒室。在使用較大的坩堝爐時，因為考慮到坩堝爐的自重問題，爐體的底部不能架空，應該落在穩定的耐火材料上，尤其是大型的鑄鐵坩堝爐，在高溫下會使爐體變形而影響其壽命。
　　坩堝爐的燃料適應性強，可以煤炭、焦碳、燃氣等，對燃料的選擇空間較大。在用燃油或煤氣為燃料時，坩堝下面有噴嘴，噴入燃料和空氣燃燒加熱，此即是燃油坩堝爐或煤氣爐。在用電加熱時，將電阻加熱元件(電阻絲或碳化硅棒)布置在坩堝周圍，即電阻坩堝爐。用燃料的坩堝爐，一般加熱升溫迅速，但其溫度控制不能很嚴格。電阻坩堝爐的加熱升溫速度較慢，電熱絲時可達900，碳化硅棒可達1200，比燃料爐的溫度低些，同時其設備費用貴、耗電大和熔煉成本高。但是它的生產環境和勞動條件較好，且熔化溫度能夠精確控制，適用于鋁和鎂合金的熔煉。
　　外部熱源首先加熱坩堝，坩堝被熱后，再傳熱給坩堝內部的金屬爐料或熔液。根據這種傳熱特點，坩堝爐是外熱式熔化爐，為提高熱效率。坩堝均制成直徑較高度的尺寸為小的形式，以增加金屬與坩堝壁的接觸面積。這樣，熔化后的液體金屬與外界氣氛的接觸面積相對較小，可減輕金屬的氧化和吸氣，對金屬有利。
　　在熔煉鋁合金時，多采用的坩堝有兩種，一種是強度和耐火度均較高的石墨坩堝，另一種是鑄鐵坩堝。
　　（1）石墨坩堝：石墨坩堝由專業耐火材料廠生產供應，坩堝尺寸和容量的規格很多，坩堝的號數即熔化銅合金的公斤數，如50號坩堝能熔化50公斤銅，若熔化鋁時，其容量應除以0．4的系數。石墨坩堝可以多次使用，但總體講壽命較短，且隨著使用時間的加長，坩堝的導熱性能下降，影響了熱效率和生產效率。
　　(2)鑄鐵坩堝爐： 因鋁合金熔化溫度較低，多在700--800℃，因此大量采用金屬坩堝，常用的是鑄鐵坩堝爐。普通鑄鐵坩堝價格低、強度高和導熱性好，為生產廣泛采用，但壽命短，生產中會頻繁更換坩堝。為提高鑄鐵坩堝的壽命，亦可采用含有鎳、鉻或鋁的耐熱鑄鐵或耐熱鋼的坩堝，以增長其使用壽命。熔化鋁合金用的鑄鐵坩堝容量多是30--250公斤，一般不超過300公斤，大容量的可達500公斤以上。
　　為防止熔化過程中坩堝中的鐵滲入鋁液，也為保護坩堝，坩堝在使用之前必須在坩堝內壁上噴刷防護涂料后再使用，坩堝爐的涂料情況在相關材料中可以查到。大型坩堝爐多是固定式的，熔煉過程完成后，可用澆勺由坩堝中舀取熔液澆注，對大鑄件也可以將坩堝吊出來澆注。許多中、小型電阻坩堝爐帶有傾動機構，可以傾出坩堝中的溶液。
　　目前坩堝爐正在向大型化和控制系統機械化方向發展，可傾動式的大型坩堝爐，傾轉爐身即可澆出熔液。
　　1.2.2反射爐
　　熔池式爐膛的熔煉設備稱為反射爐。原始的反射爐是燃煤的，有燃燒室，火焰通過拱型的爐頂反射到熔煉室。隨著再生鋁技術的發展，大量現代化的反射爐已經不采用煤為燃料，更多的采用燃油和燃氣，因此，反射爐的概念已經淡化，目前一般都稱之為火焰式熔煉爐。燃料加熱的反射爐主要由爐底、爐墻和爐頂構成熔煉室。形成深度淺而面積廣的熔池，以盛放金屬爐料及熔化的液體金屬。爐墻正面有加料和操作用的爐門。正規的熔煉爐是配備煙囪的，這樣可以有效的改變操作環境，節約能源和便于治理煙氣的污染，但目前實際中許多企業的爐子沒有煙囪，一些是敞開的，一些在爐門設有集煙罩。燃煤的爐子在熔煉過程中，從燃燒室來的高溫爐氣從側面窗孔沖入熔煉室，而燃油、燃氣的爐子的火焰直接噴入爐內，加熱了爐頂和爐墻，同時也加熱了爐料。金屬爐料就是靠高溫爐氣和被熱到高溫的爐頂和爐墻的輻射來加熱和熔化的，反射爐因用燃料不同，其構造有較大的差異。
　　由于反射爐爐堂容積大，其容量可達幾十噸，目前熔煉鋁合金的爐子大的可達50噸以上。故可以熔煉各種的爐料，很適用于生產量較大的再生鋁企業。目前反射爐是熔煉鋁合金的主要設備。
　　反射爐有矩形的和圓形的，而大多數采用矩形的，該種爐型筑造比較容易，造價較低。圓形反射爐成本高，維修不方便，但熱能利用率較高,因為相同的周長圓的表面積最大，因此，相同周長的爐子，圓爐的表面積最大，受熱的面積大，熱效率高。
　　反射爐在生產中因金屬被直接加熱，故熱效率高，爐料和熔液淺，故升溫快和生產率高。同時，反射爐在清除爐內雜質時也比較容易。但由于金屬與燃燒氣相接觸，故金屬的氧化和吸收氣體嚴重，故雜質較多，影響熔液質量。另外，由于火焰與爐料直接接觸，鋁的燒損較大，回收率相對于坩堝爐要低。
　　反射爐亦可采用電阻加熱方式，即電阻反射爐，電阻絲(帶)或碳化硅棒懸掛在爐頂土，靠高溫的電熱元件和爐頂輻射傳熱，加熱爐底上的金屬。它適用熔化熔點較低的鋁合金，電阻反射爐的勞動條件較好，熔煉鋁合金質量好，但是耗電量很大是嚴重缺點。
　　反射爐在再生鋁行業大量應用，并派生出許多爐型。
　　（1）雙室反射爐：雙室反射爐是一種熔煉再生鋁合金的專用設備，因其有能耗低、燒損率低、金屬回收率高的優點，故被歐美一些再生鋁企業廣泛采用。但由于各國之間的技術壁壘，雙室反射爐在我國很少采用。
　　雙室反射爐，顧名思義就是由兩個熔煉室組成的熔煉爐，其爐型有多種形式，但一般都是兩個熔室，即內熔室和外熔室，兩室之間有專門設計的通道，供鋁液循環之用。雙室反射爐的外熔室主要起熔化廢鋁的作用，內熔室則進行熔煉。在實際操作中，廢雜鋁直接加入到外熔室的鋁融液中，并迅速被過熱的鋁融液淹沒，由于廢鋁避免了與火焰直接接觸，因此廢鋁的燒損很低，可以大幅度提高鋁的回收率。內熔室的容積大于外熔室，其主要作用是加熱鋁融液，同時熔煉鋁合金。可以看出，雙室反射爐集中了坩堝熔煉爐和反射爐的優點（前者廢鋁不接觸火焰，燒損低；后者容積大，熱效率高）。常用的雙室反射爐內熔室配有燃燒系統，而外熔室沒有燃燒系統。廢鋁由外熔室加入，直接浸泡在過熱的鋁液中，隨之被融化，鋁溶液的溫度隨之下降，經過循環泵進入內熔室，熔融的鋁液在內熔室被加熱，然后在循環泵的作用下又進入外熔室，繼續熔化廢鋁，如此往復循環進行。熔煉過程中大量的鋁灰在外熔室產生，因外熔室的容積小，表面積小，因此與其它熔煉爐相比可以明顯減少添加劑（主要為覆蓋劑）的加入量，同時便于鋁灰的清除，減輕了工人的操作強度。循環泵一般采用陶瓷循環泵或石墨循環泵。
　　根據資料介紹，雙室反射爐添加劑的消耗量僅為其它反射爐的二分之一到三分之一，回收率可以提高2到5個百分點，能耗也可以降低20-30%。雙室反射爐在處理散碎的廢鋁和鋁屑時，以上優勢更為突出。
　　雙室反射爐的缺點也是明顯的，這就是當廢鋁熔化到一定數量時，達到了熔煉爐的設計容積，此時要停止加料，進行成分調整和精煉、除氣等，再經過靜置之后鑄錠。如果爐中的鋁融液全部鑄錠，那么在進行下一爐熔煉時，開始加入的一部分廢鋁仍要與火焰接觸，仍存在燒損的問題。為回避這一問題，一些企業在鑄錠后期，在爐中預留一部分鋁融液，以便進行下一爐的熔煉，但是，預留的這一部分鋁融液已經進行了精煉，使其重新與廢雜鋁混合，還需要重新進行精煉，這樣做不僅浪費了工時而且增加了能耗和添加劑的消耗量，而且降低了生產的效率，在經濟上是很不合適的。
　　為解決以上的問題，有的企業另建一個靜置爐，雙室反射爐只起到熔煉和調整成分的作用，而大部分精煉等過程在靜置爐中進行。
　　（2）帶加料井式的融鋁爐：該種熔煉爐也是一種雙室反射爐，由加料井熔煉爐和磁力泵組成，三者形成一個循環系統，如圖所示。生產中，鋁廢料持續加到加料井中，被過熱的鋁液融化，然后在磁力泵的作用下進入反射爐，這樣往復進行，達到熔煉的目的。優點是燒損小，金屬回收率高，適應處理碎的廢鋁料，更適應處理鋁屑。熔煉爐的形式可以是方型的。
　　（3）帶電磁攪拌系統的反射爐：反射爐熔煉再生鋁合金過程中，為了促進熱的交換，加快鋁的熔化速度，增加反應速度，保證鋁溶液的成分均勻，要進行攪拌。每次攪拌都會破壞液面的氧化鋁保護層，加大了鋁的燒損。為此，許多單位都在研究攪拌技術，盡管出現了機械耙等，但都不十分理想。
　　電磁攪拌系統是英國企業研究的技術，適用于各種反射爐和靜置爐。電磁攪拌的原理是將感應線圈安裝在爐子底下或側面，通電之后產生一個行波磁場。熔池內鋁合金溶液的攪拌（流動）是依靠電磁場和導電金屬液之間相互作用進行的。這與電動機的原理類似，電動機的定子相當于攪拌器，轉子相當于熔池。
　　電磁攪拌可以大幅度降低燒損，減輕操作強度，凈化了環境，降低爐渣產生量，并可得到成分均勻的鋁合金溶液。電磁攪拌系統的造價很高，需要有較高投資能力的企業才能建設。
　　（4）落差式反射爐：落差式反射爐又稱為子母爐，是一種比較適用的反射爐組，尤其是處理含鐵高的廢鋁料效果甚佳。子母爐由熔化爐和熔煉爐組成，兩者之間相通聯，有一定的位差。熔化爐只起到熔化作用，爐料進入熔化爐之后，快速熔化，然后鋁融液流到熔煉爐中，而鐵等雜質留在爐中，人工爬出，因此減少了鐵與熔融的鋁溶液接觸的時間，減少了鐵熔入鋁液中。進入熔煉爐的鋁液進一步熔煉，由于熔煉爐中不存在鐵等雜質，因此，在整個熔煉過程中避免了鐵對鋁融液的污染，保證了鋁合金的質量。
　　子母爐是一種非常值得推廣的爐型，大小均可，且投資低廉，適用性強，目前北方地區有許多企業采用此種爐性。在使用子母爐時，當爐料熔化之后，要盡快放出溶液，減少鋁溶液在爐內的停留時間，以減少鐵及其它雜質溶入鋁液。
　　（5）旋轉式反射爐
　　旋轉式熔爐有多種形式，特點是在生產過程中爐體可以旋轉360度，這樣可以提高熱效率，傳熱速度快，可以基本上免去了攪拌操作。由于耐火材料均勻的接觸熔融的鋁液，因此對爐壁的腐蝕均勻（一般熔爐腐蝕最嚴重的部位在液面線上），因此爐齡也較長。旋轉式熔鋁爐必須使用液體或氣體燃料。
　　1.2.3感應爐
　　這是利用電磁感應作用加熱金屬的一種熔化爐，。感應電爐根據攻電頻率的不同，可分為工頻爐(50—60赫茲)．中頻爐(1—10千赫茲)和高頻爐[200—300千赫茲)。感應爐從構造上看為兩種：有鐵芯感應爐和無鐵芯感應爐。
　　工頻有鐵芯感應熔爐就相當于一個變壓器，向鐵芯外的初級繞組送入工種熔化爐。感應爐根據供電頻率之不業頻率的交流電，在相次級繞組的與熔池連通的熔溝中的余屬內即產生很大的感應電流，從而使金屬加熱。無鐵芯感應熔爐是坩堝型熔化爐，在坩堝外安置初級繞組，既感應器，它是由空心銅管制成，管中通水冷卻。感應器供電后，坩堝內金屬即產生感應電流而生熱。工頻感應爐的坩堝外還布置磁扼，以提高爐子的電磁效率。工頻感應爐在熔化小塊金屬料時效率很低，甚至難以熔化它，只適于大塊金屬料的熔化。所以，工頻感應熔爐的量都比較大，可達幾噸或更大。由于電磁作用可以使爐中的液體全屬自身發生攪拌，能使其成分和溫度均勻，工頻爐可用來熔化銅合金、鋁合金和其它熔點較低的合金。

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