柯東杰^[1]    路貴民^[2]    Richard J.^[3]

 

[1]福州麥特新高溫材料有限公司    [2]東北大學    [3]JASCO Research Ltd. Victoria. BC.Canada

 

摘要：分析現行鋁合金熔煉存在的環保問題，探討綠色熔煉途徑，研究應用新型爐底透氣磚技術，探討綠色熔煉鋁合金的機理、生產實踐和經濟分析，旨于推動鋁合金綠色熔煉技術的發展。

 

關鍵詞：鋁合金  熔煉  環保   透氣磚

 

 

Abstract: In this paper, the authors analyzed actually existed environmental problem in the Al & Al-alloy melting processes, discussed “green” (environmental) melting approaches, and studied application to new technology of aerated bricks for the furnace bottom. Discussion of the mechanisms of Al & Al-alloy “green” melting, Practice and financial analyses are to develop Al & AL-alloy green melting technology.

 

Key word: Al & Al-alloy    melting     environment     purging brick

 

近年來中國鋁加工業迅猛發展，鋁材制品在國民經濟應用領域更加廣泛，我國現有原鋁產量已居世界第一位，然而，隨著共有一個地球的環保意識的提高，對鋁合金熔煉過程中所存在的污染問題，提出更高的要求，對此引起了鋁冶金工作者的重視。因此，探討發展鋁合金綠色熔煉技術具有緊迫性和時代感。

眾所周知，鋁熔體在高溫下,不但要和爐氣相接觸產生吸氣及氧化等問題,而且不可避免地同爐襯材料相接觸并發生物理化學反應,使熔體遭受雜質的污染,溶解有氣體和非金屬夾雜物粒子，這就是造成鑄錠氣孔，疏松、夾雜等具有遺傳性的冶金缺隙的主要根源。所以在金屬熔煉過程中，設法防止和排除金屬中的氣相和非金屬夾雜，是鋁合金熔煉中凈化處理的重要目標。

目前鋁合金精煉技術主要以爐內熔劑噴射精煉和爐外泡沫陶瓷過濾為主。鋁熔體熔劑凈化過程產生含Cl、F等有害的白色煙塵，對大氣、人體和設備都存在著嚴重危害。尤其是熔劑精煉產生的含Cl.F等有害爐渣，對環境的污染更加嚴重，雨淋后可造成周圍的作物和花、草、樹木枯死，污染空氣與水資源。據不完全統計，鋁合金熔劑全國每年銷售量在3萬噸/年以上，廢棄渣達60萬噸/年以上，其對環境的危害不容忽視。盡管熔劑凈化處理曾經發展過無毒熔劑，其組成主要由硝酸鹽等氧化劑和碳組成，在高溫下發產化學反應生成N₂、CO₂氣體起一定的精煉作用，但由于對鋁熔體又造成二次污染，無法達到凈化指標而停滯，且增加廢棄的爐渣量。

 因此，探討鋁合金綠色熔煉的技術途徑，解決熔煉過程中的環保問題具有十分重要意義。

本文主要介紹無Cl.F污染源的鋁熔體透氣磚精煉凈化技術和工藝裝備、實際應用效果、社會經濟效益分析，以期推動鋁合金綠色熔煉技術的發展。

 

選用碳化硅與氮化硅燒結體作為基體，添加適當的添加劑，研制透氣磚。透氣磚平均孔隙直徑小于1μm，孔隙率大于35%，以保證透氣性良好且鋁合金液不能進入透氣磚內。

將一定比例的SiC、添加劑、氣孔劑混合，球磨，保壓成型， 充分干燥后在100噸壓力氮化爐內焙燒，隨爐冷卻后轉入常規氮化爐二次燒結獲得透氣芯。由透氣芯、集氣室 、底座磚、集氣管、剛玉保護殼組成透氣塞。

通過水模似試驗研究流體在透氣塞內的動力學特性，優化透氣塞的結構。首先，設計制造了1000×2000的水模似池進行模似攪拌試驗。采用紅色細塑料米作為假設熔質顆粒，應用PLC控制各個透氣塞的進氣壓力和流量變化來進行造浪混合，再用520萬像素數碼連續快速拍攝，進行計算機成像狀態分析，尋找最佳的造浪工藝參數。通過模擬圖象分析，證實可獲得良好的攪拌均勻效果。脈沖產生的小氣泡細小而彌散，對鋁熔體中及吸附彌散在熔體中的雜質相的捕捉幾率更高，能顯著提高凈化效果。

 

根據水模擬試驗結果，熔鋁爐床上透氣磚采用“梅花樁”布置，每個透氣磚底部均有三個進氣孔，分別供給三個不同壓力、流量的惰性氣體：基氣，保證少量連續供氣背壓，防止<