淺析如何有效降低鋁熔鑄過程中的鑄損
鋁是元素周期表中位于Ⅲ A族元素，是僅次于K、Ca、Na、Mg的一種活潑金屬，在高溫條件下能與空氣中氧氣、氮?dú)、水蒸氣、?a target="_blank">氧化碳等相互作用[2]。
鋁熔鑄即是將液鋁通過配料、攪拌、靜置、精煉、扒渣等過程變成鋁錠、棒材或其他形狀的成品、半成品。鋁及鋁合金在熔鑄過程中會(huì)因氧化、精煉、扒渣等原因出現(xiàn)不同程度的損耗。
所謂鋁鑄損就是鋁及鋁合金在熔煉過程中由于氧化、揮發(fā)以及與爐墻、精煉劑相互作用造成的不可回收的金屬損失和鋁渣所含金屬的總稱[1]。
鑄損的一般計(jì)算公式是：（原鋁量-成品量）÷原鋁量×100％，鑄損越高，成品量就越少，對(duì)于年產(chǎn)值在10萬噸的鋁企業(yè)，如果鑄損降低1個(gè)千分點(diǎn)，不需額外投入，就多產(chǎn)出100噸鋁產(chǎn)品（即減少燒損100噸鋁產(chǎn)品），這將是可觀的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，因而如何有效降低鑄損顯得十分重要。
剖析鑄損產(chǎn)生的原因
產(chǎn)生鑄損的主要外在表現(xiàn)形式可以分成兩部分：一是以純鋁灰形式，二是以大塊鋁及次品鋁、鋁渣形式
我在河南xx鋁業(yè)公司熔鑄車間進(jìn)行過數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中不可回收純鋁灰占鑄損的比例約90%（氧化燒損造渣形成），其他因素約占10%，針對(duì)占有10%其他因素進(jìn)行進(jìn)一步數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，其主要是大塊鋁、次品鋁等二次回爐燒損和鋁灰中含鋁量（鋁灰鋁的主要原材料）造成，因此內(nèi)在造成鑄損產(chǎn)生的主要原因就是氧化燒損、次品鋁等二次燒損、鋁灰中含鋁量。
鋁的氧化燒損原理可以通過以下化學(xué)方程式進(jìn)行進(jìn)一步了解：
4Al+ 3O2＝2Al2O3
金屬氧化熱力學(xué)研究表明：金屬氧化趨勢(shì)、各合金元素氧化順序和氧化程度等都是由金屬與氧的親合力決定的，并與合金的成分、溫度和壓力等條件有關(guān)。金屬與氧親合力越大，其氧化程度趨勢(shì)越大，氧化程度越高；溫度越高，金屬與氧親合力越大，其氧化程度趨勢(shì)越大，氧化程度越高；氧化物分解壓越小，金屬與氧親合力越大，其氧化程度趨勢(shì)越大，氧化程度越高[1、3]。
在熔煉溫度范圍內(nèi)，鋁與氧的親合力很大，容易被氧化，氧化后其表面形成Al2O3膜，當(dāng)高于500℃時(shí)為亞穩(wěn)定的r-Al2O3，這種亞穩(wěn)定的氧化膜向穩(wěn)定氧化膜轉(zhuǎn)變過程中，發(fā)生體積收縮并進(jìn)一步發(fā)生氧化和龜裂。隨著鋁液溫度的升高和時(shí)間的延長，氧化膜成長越快，氧化量和厚度也顯著增加[1、3]。
影響鑄損的因素有：
1）液鋁溫度；2）鋁液與氧氣接觸力度；3）鋁渣中含鋁量；4）扒渣帶出的鋁液；5）次品鋁、大塊鋁的多少；6）其他造成的損耗
降低鑄損的途徑
控制好液鋁溫度
鋁的熔點(diǎn)為660℃ ，一般而言原鋁鑄造溫度控制在730℃左右、甚至更低，而鋁合金流動(dòng)性較好相應(yīng)鑄造溫度比原鋁要低，約710℃-730℃，對(duì)于直接使用電解槽內(nèi)液鋁的單位，當(dāng)高溫鋁液進(jìn)入混合爐后，應(yīng)及時(shí)配入冷料，即向混合保持爐內(nèi)加入次品鋁、鋁渣等，也可以將部分中間合金（工業(yè)硅）提前加入爐內(nèi)，形成壓熔狀態(tài)，既增加其實(shí)收率又降低溫度。同時(shí)加入的冷料表面要清潔不能有油污等否則可能燃燒放熱促進(jìn)燒損？傊畬X液溫度有效地降低到相應(yīng)鑄造溫度，可降低溫度對(duì)鑄損的巨大影響。
降低鋁液與空氣接觸力度，液鋁與氧氣接觸的力度越大，氧化燒損越嚴(yán)重，鑄損越大
1）減少液鋁與氧氣接觸時(shí)間：① 在滿足生產(chǎn)需要條件下，盡可能快的將爐內(nèi)液鋁變成成品，較好當(dāng)班配料當(dāng)班生產(chǎn)，不要使液鋁在爐內(nèi)停留時(shí)間過長；② 合理安置熔鑄設(shè)備，盡可能縮短流槽長度，以減少液鋁在空氣中暴露時(shí)間，同時(shí)可在流槽上部加蓋硅酸鋁保溫板，既有一定保溫作用又可減少流槽內(nèi)氧氣含量。
總之，杜絕因各種原因?qū)е落X液長時(shí)間存于混合爐內(nèi)，以減少鋁液和氧氣接觸時(shí)間來降低鑄損。
2）控制液鋁攪拌方式：不管是人工用大耙攪拌還是機(jī)械攪拌都是在爐門敞開狀態(tài)下進(jìn)行，不僅會(huì)帶來液面巨大波動(dòng)、增加與氧氣接觸面積而且也增加了爐內(nèi)含氧量，勢(shì)必加速了上述化學(xué)反應(yīng)，燒損加大。電磁攪拌可以在封閉狀態(tài)下進(jìn)行且液面波動(dòng)很小，有效避免了相應(yīng)劣勢(shì)，同時(shí)還可以減少空氣中水分進(jìn)入爐內(nèi)，降低了液鋁對(duì)氫元素的吸收概率。
3）控制液鋁精煉時(shí)吹泡高度：一般精煉方式是人工直接將精煉劑撒入爐內(nèi)，然后進(jìn)行攪拌精煉，但是對(duì)于部分合金生產(chǎn)需要進(jìn)行吹氮?dú)饩珶挘ň珶挄r(shí)間較長，可達(dá)30分鐘左右），必然會(huì)有一定的吹泡高度且橫到邊、豎到頭，帶動(dòng)液鋁的巨大波動(dòng)，因此較好調(diào)節(jié)氮?dú)鈮毫Γ瑢⒋蹬莞叨瓤刂圃?0-15mm。
正確選擇、使用精煉劑，使渣鋁充分分離
在鋁及鋁合金熔煉過程中，除自身夾雜物外、鋁極易與氧生成氧化鋁或次氧化鋁等，導(dǎo)致鋁液表面有一層浮渣，它與鋁熔體有一定的浸潤性，渣中混有相當(dāng)數(shù)量的熔體，這樣就需要一種精煉劑來改變兩者的浸潤性、增加渣和鋁界面上的表面張力，使渣和鋁分離。
鋁及鋁合金用熔劑一般由堿金屬及堿土金屬的氯化物及氟化物組成，其主要成分是KCl、NaCl、NaF．CaF2、Na3A1F6、Na2SiF6等，但組分含量差別較大，效果也不盡相同。除使用熔劑廠生產(chǎn)的熔劑外，較好根據(jù)所熔煉鋁合金的成分調(diào)正熔劑組分比例。同時(shí)嚴(yán)格控制精煉工藝條件，如熔劑的用量，熔劑與熔體的接觸時(shí)間、接觸面積、攪拌情況、溫度等，使用精煉劑能有效減少渣中帶鋁，降低鑄造損失。
對(duì)熔鑄過程中產(chǎn)生的鋁渣進(jìn)行有效處理
鋁渣是熔鑄過程中不可避免的一部分，盡管采取相關(guān)措施，都會(huì)有一定比例的金屬鋁被帶出，需要對(duì)其進(jìn)行有效處理，而不是直接銷售給其他單位，較簡單、經(jīng)濟(jì)的方法可以是使用碾子對(duì)鋁渣進(jìn)行反復(fù)碾磨、再進(jìn)行篩選，從而有效地回收部分鋁豆等。
降低混合爐扒渣坡坡度，將鋁渣充分扒出爐外
混合爐扒渣坡坡度的大小直接影響鋁渣的扒出量，若坡度過大大部分渣就扒不出，從而導(dǎo)致鋁渣與鋁大量沉積，清爐時(shí)造成渣與鋁沉積物無法及時(shí)回收，在保證混合爐容量的前提下，盡可能降低扒渣坡坡度。
嚴(yán)格把關(guān)扒渣質(zhì)量，防止液鋁被帶出
現(xiàn)有扒渣操作基本上是人工利用大耙將鋁渣扒出爐門口，在此操作過程中除了要求人員精心操作，盡可能不要將鋁液帶出，同時(shí)大耙設(shè)計(jì)也需要考究，建議將大耙表面開幾排小圓孔，可以使鋁渣中帶有的液鋁流入爐內(nèi)，否則過多的液鋁被帶出后再次回爐會(huì)帶來燒損。
降低次品鋁、大塊鋁的量
在生產(chǎn)過程中，嚴(yán)格按照工藝要求操作，確保生產(chǎn)一爐、合格一爐，尤其在生產(chǎn)普鋁過程中，盡可能避免飛邊、毛刺、波紋、重量不符等次品鋁產(chǎn)生，同時(shí)在生產(chǎn)要結(jié)束前盡可能將流槽內(nèi)液鋁推入模具內(nèi)形成合格產(chǎn)品，以減少大塊鋁量。
對(duì)已產(chǎn)生的次品鋁等進(jìn)行有效處理
對(duì)于各種原因產(chǎn)生的次品鋁、大塊鋁以及鋁渣、鋁豆等采取合適的裝爐順序加入混合爐內(nèi)，在必要的情況下可先進(jìn)行廢料復(fù)化操作，以避免不必要的燒損。
通過上述分析，鑄損雖然在熔鑄過程中不可避免，但通過控制鋁液溫度、降低鋁液和空氣接觸力度、控制鋁灰中含鋁量、減少次品鋁量等措施，對(duì)有效降低熔鑄過程中的鑄損，將會(huì)產(chǎn)生顯著效果，也必將給企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益。
