再生铝熔炼注意细节.docx

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再生铝熔炼注意细节

一、对再生铝的再认识

   废杂铝再生是21世纪铝工业生产发展中的一个热点。

它是随着铝工业的诞生逐步壮大起来的。

西方国家在上世纪30年代中期开始形成一个独立的行业，中国则是在上世纪70年代初期开始受到关注。

再生铝本身是自然资源的再利用，具有很强的生命力。

再生铝在铝生产总量中的比例越来越高，如日本达99.5%，压铸行业用再生铝已是一种必然的趋势。

与生产原铝相比，用废铝料生产再生铝，可节约95％的能源，二氧化碳排放量比用水电生产原铝减少91％，比用燃油发电生产原铝减少97％以上。

每生产1吨再生铝节约用水10.5吨、少排放二氧化碳0.8吨、少排放二氧化硫等有害气体0.06吨。

在产量相同条件下，生产再生铝的建厂投资仅仅为生产原生铝的十分之一。

显然具有重大节能、环保和经济优势。

   由于再生铝的原材料主要是废杂铝料，废杂铝中有废铝铸件（以Al-Si合金为主）、废铝锻件（Al-Mg-Mn、Al-Cu-Mn等合金）、型材（Al-Mn、Al-Mg等合金）废电缆线（以纯铝为主）等各种各样废料，有时甚至混杂入一些非铝合金的废零件（如Zn、Pb合金等），这就给再生铝的配制带来了很多隐患。

如何把多种成分复杂的废铝料配制成成分与性能均合格的再生铝锭，既是再生铝生产的核心问题，也是作为使用再生铝材料的压铸厂家必需关注的问题。

事实证明，对再生铝的了解越深入，我们对再生铝的使用和控制就越科学。

1）废铝料的来源

   国外进口的混杂废铝料成分复杂，除废杂铝外，还含有一定数量的废钢铁、废铅、废锌等金属和废橡胶、废木料、废塑料、石子等，有时部分废铝和废钢铁机械结合在一起。

还有一些是焚烧后的含铝碎铝料，档次较低，主要是各种报废家用电器等的粉碎物，分选出一部分废钢后再经焚烧形成的物料。

这类含铝废料一般铝含量在40%～60%左右，其余主要是垃圾（砖块石块）、废钢铁、极少量的铜（铜线）等有色金属。

铝的块度一般在10厘米以下，在焚烧的过程中，一些铝和熔点低的物质如锌、铅、锡等都熔化，与其他物料形成表面玻璃状的物料，难以辨别和分选。

   国内回收的废杂铝大多较纯净，即常说的废熟铝，废生铝和废合金铝。

废生铝主要是废铸造铝和废合金铝。

多以废机器零件（如废汽车零件、废模具、废铸铝锅盆、内燃机活塞等）。

废熟铝一般指铝含量在99%以上的废铝（如废电缆、废家用餐具、水壶等）。

废合金铝如废飞机铝、铝框架等。

   生产企业产生的废铝料一般称为新废料，主要包括铝合金在生产及加工过程中产生的浇冒口，边角料、废次材、铝屑末及废品等。

这些新废料除粘有油污及屑末外，都是档次较高的废铝料，如果在企业产生废料时能清晰的分类保存，利用价值极高。

熔炼铝过程中必然产生浮渣，即常说的铝灰。

废杂铝的成分复杂，杂质越多，表面污染越严重，铝灰就越多。

铝灰的含铝量与所选用的覆盖剂和熔炼技术有关，一般含铝量在10%-20%。

   总之，废杂铝的组成相对比较复杂，含有较多外来杂质，包括各种有机质如塑料类物质、水分等，熔炼之前如不清理干净，会造成合金熔体严重吸气，在随后的凝固过程中产生气孔、疏松等缺陷。

此外一些非铝金属的混入，导致材料成分不合格，性能恶化。

各种非金属矿物的混入造成的非金属夹杂，也会使材料的性能品质下降。

因此，再生铝生产流程第一重要环节就是废杂铝的预处理，以尽可能地净化原料，把不利于再生铝质量的因素减少到最低程度。

只有这样，压铸厂才能用上放心铝锭。

2）废杂铝的预处理

   废杂铝预处理的目的一是去除废杂铝中夹杂的其他金属和杂质，二是把废杂铝按其成分分类，使其中的合金成分得到最大程度的利用。

三是将废杂铝表面的油污、氧化物及涂料等处理掉。

预处理最终的结果是将废铝处理成符合入炉条件的炉料，四是使含铝废料中的铝（含氧化铝）得到最经济最合理的利用。

   目前发达国家已形成完善的废杂铝收集、管理、分检系统，适应不断扩大的市场需求， 实现了废杂铝分选的机械化和自动化，最大限度地去除金属杂质和非金属杂质，并按主合金成分把废铝分成几大类，如合金铝，铝镁合金、铝铜合金、铝锌合金、铝硅合金等。

这样可以减轻熔炼过程中的除杂技术和调整成分的难度，并可综合利用废铝中的合金成分，尤其是含锌，铜，镁高的废铝，都要单独存放，可作为熔炼铝合金调整成分的中间合金原料。

目前先进的废杂铝预处理技术主要有：

A、风选法分离废纸、废塑料和尘土。

B、采用磁选设备分选出废钢等磁性废料

C、以水为介质的浮选法分选轻质杂质

D、用抛物选矿法从废铝中分选铜等重有色金属

E、溶剂浸泡废铝或回转窑焙烧法处理废铝表面涂层。

F、对报废汽车等大型设备采用机械拆解的高效率流水线。

   由于采用先进技术对废铝进行有效的分选，在资源的最佳配置上获取了利润的最大化。

   我国对废杂铝的回收预处理在观念及认识程度上，与发达国家相比，差距比较明显。

再生铝企业数量虽然庞大，但生产高质量再生铝的厂家不多，还有许多作坊式的家庭企业；采用混炼的方式生产，技术水平低，依靠手工分拣，预处理水平可想而知，能源与资源浪费大；环境污染严重；回收与最终销售价格扭曲，处于粗放经营管理的水平上。

如对表面有涂层或油污的废料一般不作任何预处理就直接熔炼，使部分铝氧化，并增加了铝中的杂质和气泡，其后患无穷。

因此压铸厂家在选择再生铝料时，不光要比价格，还需要对供应商知己知彼，既看“前店”，也要看“后厂”。

3）废杂铝的熔炼

   废杂铝合金熔炼的基本任务是获得符合规定成分（包括主要组元或杂质元素含量）和性能要求的铝合金液。

并在熔炼过程中采取相应的措施控制气体及氧化夹杂物的含量，保证铸锭得到适当的晶粒细化的组织。

铝合金熔炼过程一般如下：

   装炉→熔化（同时按需加铜、锌、硅等）→扒渣→取样→调整成分→搅拌→精炼→扒渣→铸锭。

   由于铝元素的特性，铝合金有强烈的产生气孔的倾向，同时也极易产生氧化夹杂。

因此，防止和去除气体和氧化夹杂就成为铝合金熔炼过程中最突出的问题。

发达国家在生产中不断推出新的技术创新举措，如低成本的连续熔炼和处理工艺，使低品位废杂铝升级，用废杂铝已能大量制造供压铸、轧制及作母合金用的再生铝锭。

在铝熔炼技术上，开发了高效、节能并且符合环境保护要求的侧井反射炉和双室反射炉、用于铝屑回收的多室熔炼炉；处理铝渣的倾斜式回转炉；类似LARS技术（LiquidAluminumRefiningSystem—是目前国际最先进铝液精炼系统之一）的除杂除气装置。

推广并应用了一些高效的精炼净化技术，现代化自动控制的铸造结晶技术，高效燃烧技术和根据铝合金的成分要求电脑自动控制的物料配比系统软硬件。

有的大型汽车公司还计划和铝业公司建立闭环铝废料回收再生系统。

我国曾相继引进SNIF，MINT，ALPUR，RDU等先进铝熔体在线净化技术，并自主研制了DDF等技术，但除氢水平仍有较大差距。

目前我们已是世界第一再生铝生产大国，面对再生铝行业的快速发展和诸多不成熟，从现实应用的角度，我们更应重视再生铝的产品质量问题；品种结构问题；质量检验问题；市场无序竞争问题等，压铸工作者对进一步提高再生铝质量充满着期待。

二、再生铝的质量管理

   由于压铸业的利润率越来越低，一些压铸厂的管理者囿于成本的制约，加之对劣质再生铝危害性认识不足，缺乏检测手段，在再生铝锭质量和价格的天平上偏向了后者，导致出现一系列压铸质量问题，甚至造成直接经济损失。

因此，严格再生铝锭的质量管理已被越来越多的有识之士所重视。

1）再生铝质量分析

A、再生铝原料来源复杂，成分控制难是保证质量的关键问题。

回收废铝料中有20余种元素（Cu,Mg,Mn,Si,Ag,Ti,Be,Zn,Sn,Ni,Cr,Pb,Bi,V,Zr,Co,O）。

对某些牌号的合金是重要添加元素，对另一些牌号合金则是有害物质。

因此再生铝一般要降级使用。

B、非金属夹杂是导致废品的最主要缺陷。

由此原因报废的再生铝锭达废品总量的10-25%。

这些夹渣来源于高温熔体表面氧化膜破裂形成的碎片和炉渣，废料本身含大量氧化物及未处理干净的杂物等随铝液进入铸锭，来自一次合金处理的钛，硼聚集夹渣物，来自炉衬的耐火尖晶石颗粒，多元化合沉积物Al-Fe-Mn-Cu等。

来自油和水的氢化物杂质，阳极化和表面涂层造成的夹杂物等。

其中以氧化物夹渣最普遍。

氧化夹渣在断口上呈暗褐色或灰色和金黄色等斑状。

一般要求铸锭低倍试片不得多于两点夹渣，且单个面积小于0.5mm2。

C、在熔炼和转注时因湍流，翻滚，飞溅引起的氧化膜。

它很薄，与基体金属结合紧密，在低倍组织观察中不易被发现。

D、用废料重熔会带入较多气体。

有资料报导：

从重量15KG的铝锭表面析出的水蒸气和氢气有373cm3，而15KG废铝板（2mm厚）表面析出量达6000cm3，而且，铝合金表面的氧化膜厚度室温下约为2.5-5.0µm；潮湿环境下，成复式氧化膜，内层为氧化物，外层含羟基化合物。

在熔铝过程中，这些氧化夹杂物是部分气体的载体，残存于铝液中。

对于长时间在潮湿环境中的铝废料，其表面有较厚一层Al（OH）3，内含的化合态水加热到300—400ºC也不能除掉。

在400ºC以上才开始分解为γ-Al2O3和 H2O。

这样的炉料即使预热，熔化后的再生铝锭中氢含量也大为增加。

大约是原铝的10倍。

E、再生铝锭中出现气孔，起皮，起层，表面夹杂，裂纹，力学性能不合格的现象，主要源于铝锭中的偏析，热脆，气体，氧化物夹杂，缩松，裂纹，晶粒组织不良及化学成分不合规范要求等因素。

2）再生铝的质量检验

   目前对再生铝的检验可分为化学成分检验，金相组织检验，表面检验和性能检验。

金属中含气量分析主要以液态金属测氢为主。

A、化学成分检验：

限定在相应牌号的标准成分范围内。

此为外限标准或工业标准。

由于大量废料回炉势必增加再生铝锭中的杂质成分，为了确保外限标准所必需的限度，根据工厂的具体情况应自行制定内限标准，并按此来验收。

早期用化学分析，其结果精确，但操作繁杂，目前多用于校验其它分析方法。

现在大都采用光谱分析，其灵敏度高，速度快，选择性好，成为检验的主流。

B、组织检验：

分为宏观和微观检验。

   宏观检验是借助肉眼或低倍放大镜（小于30倍）观察和判断再生铝锭内部是否有裂纹，夹杂，气孔，成分偏析及不良晶粒组织等缺陷。

由于铝锭内部缺陷多集中在近表层，或表皮上，因此特别要对铝锭的表面从形状，缩孔，气孔，氧化物夹杂和表面裂纹等方面检验。

一般不允许有拉裂，气泡，腐蚀斑点，缩孔，高出表面的金属瘤等。

   微观组织检验是利用光学金相显微镜或电子显微镜等从毫米，微米乃至纳米尺度来观察，鉴别和分析各种相的形貌，晶体结构和化学组成等。

其检验标准在参考国家标准的同时，应结合自身对压铸件的要求调整。

C、力学性能检验。

铝合金力学性能包括强度，塑性，韧度和硬度，它们与化学成分，组织结构有密切关系，是压铸前必须确认的。

用材料实验机和各种标准的静，动态硬度测试仪可以完成对力学性能的检验。

D、断口检验。

常用冷、热酸、碱浸蚀后对再生铝锭的断口观察。

常有缺陷为裂纹、夹渣、气孔、疏松、白斑等。

也可以根据断口形状用肉眼初步判断质量。

质量好的再生铝锭晶粒较细，断口呈白色丝绒状，没有硅晶粒亮点。

质量差的铝锭则晶粒粗大，断口呈灰暗色或蓝灰色，并有发亮光的硅晶粒可见。

三、再生铝熔炼工艺特点分析

   由于再生铝锭有许多先天不足的缺陷，加重了压铸厂重熔铝锭时的冶金负担。

因此必须在传统熔炼工艺的基础上，做必要的调整和给予更多的关注。

1）熔炼温度控制要合理

　　一般压铸铝合金熔化温度应控制在比浇铸温度高出20-50ºC或750ºC以下。

若再提高10-40ºC，氧化物含量会增加2-3%，这无疑使本来氧化物含量就高的再生铝液雪上加霜。

若提高80ºC，铝液中的氧化物含量增加20%；提高120ºC，则增加200%。

当温度达到800-900ºC时，铝液表面密度为3.5g/cm3的γ-Al2O3向密度4.