隨著全球經濟的快速發(fā)展，對鋁資源的需求也在不斷增加。然而，鋁礦石資源有限，且開采成本較高。因此，開發(fā)和利用再生鋁資源成為了解決這一問題的關鍵。再生鋁是指通過對廢舊鋁制品進行回收、破碎、分選、熔煉等工藝處理，使其恢復到可用于生產新產品的狀態(tài)的鋁材料。再生鋁熔煉技術是再生鋁產業(yè)的核心環(huán)節(jié)，本文將對再生鋁熔煉技術進行探討。
(一)金屬合金熔煉的基本任務
把某種配比的金屬爐料投入熔爐中，經過加熱和熔化得到熔體，再對熔體進行成分調整，得到合乎要求的合金液體。并在熔煉過程中采取相應的措施控制氣體及氧化夾雜物的含量，使其符合規(guī)定成分(包括主要組元或雜質元素含量)，保證鑄件得到適當組織(晶粒細化)高質量合金液。
由于鋁元素的特性，鋁合金有強烈產生氣孔的傾向，同時也極易產生氧化夾雜。因此，防止和去除氣體和氧化夾雜就成為鋁合金熔煉過程中最突出的問題。為了獲得高質量的鋁合金液，對其熔煉的工藝就必須嚴格把關，并采取措施從各個方面加以控制。
(二)鋁合金熔煉工藝過程
裝爐→熔化(加銅、鋅、硅等)→扒渣→加鎂、鈹?shù)取鷶嚢琛印{整成分→攪拌→精煉→扒渣→轉爐→精煉變質及靜置→鑄造。
裝爐：正確的裝爐方法對減少金屬的燒損及縮短熔煉時間很重要。對于反射爐，爐底鋪一層鋁錠，放入易燒損料，再壓上鋁錠。熔點較低的回爐料裝上層，使它最早熔化，流下將下面的易燒損料覆蓋，從而減少燒損。各種爐料應均勻平坦分布。
熔化：過程及熔煉速度對鋁錠質量有重要影響。當爐料加熱至軟化下榻時應適當覆蓋熔劑，熔化過程中應注意防止過熱，爐料熔化液面呈水平之后，應適當攪動熔體使溫度一致，同時也利于加速熔化。熔煉時間過長不僅降低爐子生產效率，而且使熔體含氣量增加，因此當熔煉時間超長時應對熔體進行二次精煉。
扒渣：當爐料全部熔化到熔煉溫度時即可扒渣。扒渣前應先撒入粉狀熔劑(對高鎂合金應撒入無鈉熔劑)。扒渣應盡量徹底，因為有浮渣存在時易污染金屬并增加熔體的含氣量。
加鎂與加鈹：扒渣后，即可向熔體中加入鎂錠，同時應加熔劑進行覆蓋。對于高鎂合金，為防止鎂燒損，應加入0.002%～0.02%的鈹。鈹可利用金屬還原法從鈹氟酸鈉中獲得，鈹氟酸鈉是與熔劑混合加入。
攪拌：在取樣之前和調整成分之后應有足夠的時間進行攪拌。攪拌要平穩(wěn)，不破壞熔體表面氧化膜。
取樣：熔體經充分攪拌后，應立即取樣，進行爐前分析。
調整成分：當成分不符合標準要求時，應進行補料或沖淡。
熔體的轉爐：成分調整后，當熔體溫度符合要求時，扒出表面浮渣，即可轉爐。
熔體的精煉：變質成分不同，凈化變質方法也各有不同。
(三)成分調整
在熔煉過程中，金屬中各元素均由于它們自身的氧化而減少，它們被氧化程度的多少，不僅與本身對氧的親和力的大小有關之外，還與該元素在液體合金中的濃度(活度)、生成氧化物的性質、以及所處的溫度等因素有關。
一般來說，對氧親和力較大的元素損失多些，鋁、鎂、硼、鈦和鋯等對氧親和力很強;碳、硅、錳等其次;鐵、鈷、鎳、銅及鉛等較弱。所以，在熔煉合金中對氧親和力較強的元素，將要被“優(yōu)先氧化”而造成過多的損耗;相反，那些對氧親和力較弱的元素，則能相對的受到“保護”而損耗少些。
通過熔煉后，合金化學成分中某元素因氧化損耗而使其含量增加或降低，應視該元素與基體金屬元素的相對損耗而定。相對損耗多的元素其含量將降低，稱為“燒損”;相對損耗少的元素，含量將增加，可稱“燒增”;為能正確控制熔體的化學成分，在選配金屬爐料時，應考慮到熔煉后的變化，在各元素加入量上進行相應的補償。
在實際的熔煉中，合金中元素的燒損程度還受原材料品質、熔劑及爐渣、操作技術、特別是生成氧化物的性質的影響。
(四)熔煉過程中氣體和氧化物的防止
前面已經談到，鋁液中氣體及氧化夾雜的主要來源是H2O，而H2O則是從攪入鋁液的表面氧化膜上、爐料表面(特別是受潮氣腐蝕的爐料)、熔化澆注工具以及精煉劑、變質劑中帶入鋁液。而攪入鋁液的氧化膜以及夾雜物較多的低品級爐料(如濺渣、碎塊重熔錠)將在鋁液中形成氧化物夾雜物。為此，應從熔煉澆注過程中注意下列各點：
1.坩鍋和熔化澆注工具。使用前應仔細地除去粘附在表面的鐵銹、氧化渣、舊涂料層等臟物，然后涂上新涂料，預熱烘干后方可使用。熔化澆注工具和轉運鋁液的坩鍋在使用前均應充分預熱。
2.爐料。爐料在使用前應保存在干燥處，如爐料已經受潮氣腐蝕則在配料前進行吹砂以除去表面腐蝕層。回爐料表面常常粘附砂子(SiO2)，部分SiO2和鋁液會發(fā)生下列反應：4Al+3SiO2→2Al2O3+3Si所生成的Al2O3及剩余SiO2均在鋁液中形成氧化夾雜，故在加這類料前也應經吹砂后使用。由切屑、濺渣等重熔鑄成錠的三級回爐料中常含有較多氧化夾雜物及氣體，故其使用量應受到嚴格的限制，一般不超過爐料總量的15%，對重要鑄件則應完全不用。爐料表面也不應有油污、切削冷卻液等物，因為各種油脂都是具有復雜結構的碳氫化合物，油脂受熱而帶入氫。
爐料在加入鋁液時必須預熱至150℃～180℃以上，預熱的目的一方面是為了安全，防止鋁液與凝結在冷爐料表面上的水分相遇而發(fā)生爆炸事故;另一方面是為防止將氣體和夾雜物帶入鋁液。
3.精煉劑、變質劑。因其中有些組元很易吸收大氣中的水分而潮解，有些則本身含有結晶水。因此，在使用前應經充分烘干，某些物質如ZnCl2則需經重熔去水份后方能使用。
4.熔化、澆注過程的操作。熔化攪拌鋁液應平穩(wěn)，盡量不使表面氧化膜及空氣攪入鋁液中。應盡量減少鋁液的轉注次數(shù)，轉注時應減低液流的下落高度和減少飛濺。澆注時澆包嘴應盡量接近澆口杯以減少液流的下落高度，并應勻速澆注，使鋁液的飛濺及渦流減至最少。在澆注完鑄件后，勺中剩下的鋁液不應倒回坩堝而澆入錠模，否則將使鋁液中氧化夾雜不斷增加。在坩堝底部約50mm～100mm深處的鋁液中沉積有較多量的Al2O3等夾雜物，因此不能用來澆注鑄件。
5、熔煉溫度、熔煉及澆注過程的持續(xù)時間。升高溫度將加速鋁液與H2O、O2之間反應，氫在鋁液的溶解度也隨熔煉溫度的升高而急劇增加，當溫度高于900℃時，鋁液表面氧化膜成為不致密的，更使上述反應顯著加劇，故大多數(shù)鋁合金的熔煉溫度一般不超過760℃。至于鋁液表面氧化保護膜疏松的鋁-鎂合金，鋁液與H2O、O2間的反應對溫度的升高更為敏感，因此對鋁鎂合金的熔煉溫度限制更嚴(一般不超過700℃)。
熔煉及澆注過程的持續(xù)時間(尤其是精煉后至澆注完畢相距的時間)越長，則鋁液中之氣體及氧化夾雜物含量也越高。因此，應盡量縮短熔煉及澆注的持續(xù)時間，特別是應盡量縮短精煉至澆注完畢的時間，工廠中一般要求在精煉后2小時內澆完，如澆不完則應重新精煉，在天氣潮濕地區(qū)以及鑄件要求針孔度級別較高，或是易產生氣孔、夾雜的合金，則澆注時間應限制得更短。
結論
再生鋁熔煉技術的發(fā)展對于解決全球鋁資源短缺問題具有重要意義。通過對現(xiàn)有再生鋁熔煉技術的深入研究和創(chuàng)新，可以進一步提高再生鋁的原料質量、降低生產成本、提高產品附加值，為再生鋁產業(yè)的發(fā)展提供有力支持。同時，再生鋁熔煉技術的研究也將推動其他有色金屬行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展和綠色制造技術的進步。
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