再生铝重熔炉、造渣剂和重熔工艺

技术领域

本发明涉及再生铝资源处置技术领域，具体涉及再生铝重熔炉、造渣剂和重熔工艺。

背景技术

铝作为全球用量最大的有色金属，由于其有质量轻、导电性好、耐氧化、有良好的延展性。并且在添加一些微量元素，可以得到性能更加优异的铝合金。因而被广泛的应用在日用消费、电子电气、机械、交通运输等行业。

近年来，随着我国各行各业对铝的需求逐年增加，铝的供应量逐年增大，由于我国原铝主要来源于电解铝，而国内有将近一半的电解铝用氧化铝是从国外进口，这导致生产成本大大增加。为此需要大力发展再生铝行业。再生铝，就是废旧铝资源再生。

再生铝的能耗仅为电解铝3-5%，每生产一吨再生铝，二氧化碳、硫氧化物的排放量分别较原铝生产工艺少0.8吨和0.06吨，节能减排优势显著。

废旧铝再生熔炼的目的，是在重熔炉内，将分拣、破损等预处理好的废旧铝进行熔化，获得杂质和夹渣含量低、含气量低、流动性好的再生铝合金溶体，为后续的精炼，进一步合金化和铸锭等工序打下基础和创造条件。

再生铝的熔炼包括金属料的熔化和金属液态处理两个阶段，熔化阶段能耗大、费时长，是熔炼的核心。当前，再生铝的重熔炉主要有：1、坩埚炉，是早期和小型的熔炼再生铝的常用设备。2、反射炉，熔池式炉膛的熔炼设备称为反射炉，由于炉膛容积大，适用于大批量生产，是再生铝的主体设备。反射炉有多种，包括水平式回转炉，倾斜式回转炉，旋转式反射炉，侧井炉，双室反射炉等等。

然而，这些重熔炉的热效率普遍在30%以下，存在烧损率大、能耗高的缺点。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种再生铝重熔炉，让再生铝的熔炼热效率达到90%以上，不燃烧燃料，减少碳排放。还提供了一种再生铝重熔的造渣剂和重熔工艺。

根据第一方面，一种实施例中提供一种再生铝重熔炉，为用双电极结构形式直流等离子熔分炉，用于废旧铝重熔成再生铝，包括炉体，所述炉体中包括炉膛，所述炉体上开有通向炉膛的进料通道，所述炉体的侧壁上设置有铝液出口和废渣出口，所述铝液出口低于废渣出口，所述炉体内设置有至少一对直流电极，所述一对直流电极可同时升降，所述进料通道为导向型通道，让从进料通道进入的原料下落区域包含至少一对直流电极的电弧区域，以让进入的原料较近的获取电弧能量快速溶解。

在一些实施例中，所述直流电极的对数为1-8对。

在一些实施例中，所述一对直流电极包括正极电极和负极电极，所述正极电极和负极电极均为石墨电极。

在一些实施例中，所述一对直流电极连接直流整流电路。

在一些实施例中，所述直流整流电路，为12脉波直流整流电路、24脉波直流整流电路、48脉波直流整流电路和96脉波直流整流电路中的一种。

在一些实施例中，所述一对直流电极由升降装置带动进行升降。

在一些实施例中，所述进料通道设置在炉盖上或炉体侧壁上。

根据第二方面，一种实施例提供一种再生铝熔炼用造渣剂，为高炉重力除尘时排出的粉状的工业固体废弃物，即高炉重力除尘灰，在重熔铝的过程中覆盖在铝液的表面。

根据第三方面，一种实施例提供一种再生铝重熔工艺，其步骤如下：

步骤一、熔炼前备料

将高炉重力除尘灰用压球机压制成球团，球团的粒径为1-5cm同时将废旧铝破碎成小尺寸颗粒料，便于下料顺利；

步骤二、熔炼

首先、重熔炉刚开始熔炼时，将撕碎后的废旧铝和用高炉重力除尘灰制成的球团按照质量百分比30-50%：70-50%的比例混合后加入到重熔炉中，加入量高于出铝口，低于出渣口，然后通电熔融，直至全部熔化，熔融期间，温度控制在750-800℃，熔化后，造渣剂覆盖在铝液表面，其厚度不低于10cm；

然后，进入正常持续熔炼过程，将撕碎后的废旧铝可连续的从进料通道投入重熔炉中，进行重熔，此时熔炼温度可控制在600-660℃，同时可打开出铝口流出重熔好的铝液，并在适当时候从出渣口出渣，在此过程中，撕碎后的废旧铝中可加入用高炉重力除尘灰制成的球团，以补充重熔炉内的造渣剂，加入量以质量百分比计不超过30%，整个熔炼过程中，重熔炉内造渣剂始终覆盖在铝液表面，其厚度在10-60cm。

在一些实施例中，所述球团的粒径为1-5cm，制成球团后，需要经过干燥程序，除去球团中的水分，所述废旧铝颗粒料经过干燥，去除水分。

根据上述一种实施例中提供一种再生铝重熔炉，为用双电极结构形式直流等离子熔分炉，废旧铝，以电能为能源，整个重熔过程中产生二氧化碳很少，几乎对环境没有污染，对电网没有谐波污染；热效率高达95%。

根据第二方面，一种实施例提供一种再生铝熔炼用造渣剂，为高炉重力除尘灰，具有熔点低，密度小，可漂浮在铝液表面，能起到铝液面与空气隔绝的作用，防止熔融的铝液面氧化；

同时，还能起到埋住弧光锁住弧光的热量不外溢的作用，导致弧光的热量全部用于加热废旧铝，提高热效率。

根据第三方面，一种实施例提供一种再生铝重熔工艺，对废旧铝进行重熔，由于熔渣中含有致密的氧化物，从而达到了隔绝铝熔液与空气的接触，最大限度的减少了铝熔液的氧化问题，具备使用废旧铝再利用的价值，不仅能减少污染，而且还能进为废旧铝的利用找到一条新的途径。

附图说明

图1为本发明重熔炉的结构示意图。

图中：1、炉体；2、直流电极；3、出铝口；4、出渣口；5、进料通道。

实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本发明作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。在某些情况下，本申请相关的一些操作并没有在说明书中显示或者描述，这是为了避免本申请的核心部分被过多的描述所淹没，而对于本领域技术人员而言，详细描述这些相关操作并不是必要的，他们根据说明书中的描述以及本领域的一般技术知识即可完整了解相关操作。

另外，说明书中所描述的特点、操作或者特征可以以任意适当的方式结合形成各种实施方式。同时，方法描述中的各步骤或者动作也可以按照本领域技术人员所能显而易见的方式进行顺序调换或调整。因此，说明书和附图中的各种顺序只是为了清楚描述某一个实施例，并不意味着是必须的顺序，除非另有说明其中某个顺序是必须遵循的。

本文中为部件所编序号本身，例如“第一”、“第二”等，仅用于区分所描述的对象，不具有任何顺序或技术含义。而本申请所说“连接”、“联接”，如无特别说明，均包括直接和间接连接（联接）。

实施例

请参考图1，根据第一方面，一种实施例中提供一种再生铝重熔炉，为用双电极结构形式直流等离子熔分炉，用于废旧铝重熔成再生铝，包括炉体1，炉体1包括用钢板制成的炉体外壳，炉体外壳内设置有耐火材料层，耐火材料层用高铝浇注料浇筑而成或者高铝可塑料捣打而成，或者用高铝砖、刚玉砖、莫来石砖、锆英石砖等一种或多种垒砌而成。

耐火材料层围成的空腔为炉膛，炉体的侧壁上设置有出铝口3和出渣口4，其中出铝口3的高度低于出渣口4，为了便于出铝和出渣，出铝口3和出渣口4错位设置。

在出铝口3和出渣口4处，耐火材料中用大型碳化硅砖或者大型氮化硅砖砌筑。

为了更好的制作重熔炉，炉体包括炉盖，炉盖与炉体制作方式相同，也具有钢制炉盖外壳，钢壳的内表面设置耐火材料层，耐火材料层用高铝浇注料浇筑而成。

对于耐火材料层中的高铝浇注料，高铝可塑料，高铝砖中的Al

炉体内设置有两对直流电极2，每一对直流电极2均由升降装置带动进行升降。

升降装置，包括立柱和设置在立柱上可上下移动的横臂，横臂远离立柱的一端设置直流电极夹持器，夹持一对直流电极2。横臂通过横臂滑盒穿在立柱上，让横臂上下移动，立柱内中空，立柱的顶端设置有柱头横梁，柱头横梁的一端位于立柱顶部，另一端朝外，柱头横梁的竖向投影落在横梁上，柱头横梁上设置有多个定滑轮，拉绳的一端固定在横臂上，拉绳绕过柱头横梁上的多个定滑轮，从立柱的顶端进入立柱内部，在立柱内部有一块配重物，拉绳系在配重物上，并且配重物能随横臂的上下移动而在立柱内上下移动。配重物的重量接近横臂和横臂上一对直流电极2重量之和，这样配重物的重力抵消了横臂和一对直流电极的全部或绝大部分重力。立柱上上下设置有齿条，横臂上设置有电机，电机上设置有与齿条配合的齿轮，电机转动，可带动横臂上下移动。由于有配重物的存在，从而让电机以很小的力就可以驱动横臂沿立柱做上下移动，提高了升降装置的灵活性，减小了直流电极2的功率。

上述升降装置中，配重物也可设置在立柱外，具体的配重物与一对直流电极分别位于立柱的两侧，由于力矩的存在，配重物的质量可以比较小，就能起到平衡横臂和一对直流电极的作用。当然，这种方式，由于配重物需要占用另外的空间，结构不够紧凑。

上述升降装置中，立柱下部可设置旋转装置，让立柱在一定的弧度范围内进行转动，这样，在需要更换直流电极时，不要要站在重熔炉的上方，而是站在旁边，即可更换，极大的便于直流电极2的更换维护。

上述升降装置中，电机可与控制系统连接，通过控制系统来控制电机的启停，如，电机用伺服电机，控制系统中具有控制用的PLC，通过PLC控制电机的启停，可实现相应的加速、减速、停止、正转、反转等一系列的动作，并把这些动作通过横臂传递给直流电极，从而实现直流电极在重熔炉的炉膛内的位置调整，最终使得电弧电压及电弧电流处于平稳运行状态。采用PLC控制后，可让直流电极闭因电极下降力矩过大而顶断电极事故的发生，同时可以有效避免出现大电流冲击高压跳闸的现象。

炉体内设置的两对直流电极2的布置方式为相对设置，两对直流电极2的四个电极呈正方形四角布置，其中对角的两个电极为同一极，即一个对角的两个电极为正极，另一个对角的两个电极为负极。

两对直流电极分别连接一套直流整流电路。具体的一套直流整流电路包括变压器和整流桥，每台变压器配一组整流桥，每组整流桥有六个整流管，每个两整流管连接一相，共三相，由于交流三相电经过整流后，就是6脉直流，但是由于6脉直流的脉动系数大，为0.057，不可避免地存在着3、5、7次高次谐波，整流出来的直流电压、直流电流瞬时值波动大，不利于作为加热用的电源，因此，本发明中，重熔炉的直流整流电路也不用6脉整流电路，而是用12脉整流电路，24脉整流电路，48脉波整流电路和96脉波整流电路中的任一一种。

由于重熔炉在熔炼再生铝的过程中，需要的功率大，因此，每组整流桥中的整流二极管均为大功率整流二极管，如可用ZP型整流二极管。

12脉整流电路，24脉整流电路，48脉波整流电路和96脉波整流电路均为6脉波整流电路整数倍，因此，12脉整流电路，24脉整流电路，48脉波整流电路和96脉波整流电路中变压器的数量也为6脉波整流电路的整数倍个，但是，相关变压器前或后需要加装移相器，以确保12脉、24脉、48脉和96脉中的波峰均匀，这样的整流电路整出的直流壁6脉直流的脉动系数小，电压波形也逐步的更加平稳，高次谐波含量低，逐步到几乎看不到，因此，作为直流电源，稳定性更高，但是，由于脉波数越高，用到的变压器和整流桥的数量越多，相关直流电源的造价也高，因此，在实际中，根据客户的需求可从上述整流电路中选择。

由于本实施例中，直流电极2有两对，分别连接一套直流电源，因而需要两套直流电源，这两套直流电源可以同一种直流电源，可以为不同种直流电源。

直流电极2为用石墨制成的石墨电极，具体的从普通功率石墨电极、高功率石墨电极和超高功率石墨电极中选择，这几种石墨电极的区别在于，在相同的功率下，其电极的粗细不同，具体以圆柱形直流电极为例，当直流电极为普通功率石墨电极时，直径最大，而当为超高功率石墨时，直径最小。

炉体1的侧壁上部设置有进料通道5，进料通道5倾斜设置，延伸到两对直流电极2的中间，让原料从四个电极中间下落，其下落区域正好完全覆盖直流电极2的电弧区域，让直流电极2的电弧的能量充分与原料接触，加快原料的熔融速度。

进料通道5可由高铝耐火材料整体制成，这样可不仅可以快速的更换进料通道，也可在延伸到两对直流电极2的中间时，起到绝缘作用，防止在直流电极2在进料通道5处产生电弧。

为了能让原料快速的从进料通道5中进入的炉膛内，进料通道5的内腔横截面呈矩形，整个进料通道5在延伸到两对直流电极2中间后向下弯折，可尽量的让下落区域小，让原料下落集中。

根据第二方面，一种实施例提供一种再生铝熔炼用造渣剂，为高炉重力除尘时排出的粉状的工业固体废弃物，即高炉重力除尘灰。

高炉重力除尘灰是指在高炉冶炼过程中，从炉顶产生出来的烟气经重力除尘器后，再通过布袋除尘灰收集的灰尘。 高炉重力除尘灰主要成分是矿粉和焦炭的粉末组成的混合物。

高炉重力除尘灰的粒度相对较粗，通常粒度大于120目（即0.125μm）的占总量的97%，平均粒径在均超过130μm。

高炉重力除尘灰根据不同产地的矿石和不同工艺其成分不同，以及不同设备收集的，其密度也不同，通常在0.7-1.1g/cm

为了使得高炉重力除尘灰能够起到良好作用，优选易熔的高炉重力除尘灰，或者优选可用做电炉氧化期冶炼造泡沫渣的高炉重力除尘灰。

根据第三方面，一种实施例提供一种再生铝重熔工艺，其步骤如下：

步骤一、熔炼前备料

将高炉重力除尘灰用压球机压制成球团，球团的粒径1-5cm同时将废旧铝破碎成小尺寸颗粒料，便于下料顺利。

高炉重力除尘灰事先在混合机内加入适量的水，通常加水量按质量比不超过6%，让高炉重力除尘灰具有一定的潮湿粘合性，然后在对辊压球机上压制成球团，球团的大小在1-5cm。由于再生铝的重熔需要考虑到透气性，粉末状原料是不能直接进入重熔炉的，因此，制成球团是必要的，也便于进入重熔炉内,在实际的使用过程中，过大的球团漂浮在铝液表面并不会完全覆盖着铝液，为了能够完全覆盖，球团的大小通常控制在1-3cm，具体根据冶炼废铝的破碎大小不同，而不同。但是球团通常选择从同一压球机压制的尺寸集中的球团，比如集中在1.5cm或2cm。

高炉重力除尘灰制成的球团的水会在电弧的加热下汽化，体积急速膨胀，会产生不利于熔炼的副作用，比如产生爆炸等影响冶炼的因素。因此，在进入重熔炉之前，需要进行干燥，以去除水分。

高炉重力除尘灰制成的球团的干燥设备可用余热干燥炉、热封干燥炉、微波干燥炉等干燥设备进行干燥，干燥后的球团直接送入重熔炉中，不可长期放置，超过一定时间，需要重新干燥。

废旧铝需要经过挑选，剔除杂质，尽可能的减少进入重熔炉的杂质。

以重熔炉进料通道5能进入最大尺寸的一半为限，将挑选后的废旧铝进行破碎，制成尺寸小于等于重熔炉进料通道5能进入最大尺寸的一半的碎块。然后同样进行干燥。

步骤二、熔炼

首先、重熔炉刚开始熔炼时，将破碎后的废旧铝和用高炉重力除尘灰制成的球团按照质量百分比30-50%：70-50%的比例混合后加入到重熔炉中。

由于再生铝的生产是一个在较长时间内连续生产的过程，因此，加入重熔炉的原料也需要持续进行，通常使用传送装置进行上料，比如传送带。

一个比较简单的混合方式，将破碎后的废旧铝用传送带向重熔炉的进料通道5输送，在输送的过程中，将用高炉重力除尘灰制成的球团用另外一条传送带持续的输送到装有废旧铝的传送带上，两条传送带持续传动，即可将破碎后的废旧铝和用高炉重力除尘灰制成的球团送入重熔炉，并实现混合。

破碎后的废旧铝和用高炉重力除尘灰制成的球团加入量高于出铝口3，低于出渣口4，然后通电熔融，熔融期间，温度控制在750-800℃，这样会让废旧铝全部熔化，并且有部分用高炉重力除尘灰制成的球团会熔化，其厚度不低于10cm。由于使用的高炉重力除尘灰的成分不一样，用高炉重力除尘灰制成的球团的熔化程度不一，可能全部融化，也可能只有部分熔化，但不论如何，由于用高炉重力除尘灰制成的球团的密度低，其作为造渣剂都会覆盖在铝液表面；

然后，进入正常持续熔炼过程，将撕碎后的废旧铝可连续的从进料通道投入重熔炉中，进行重熔，此时熔炼温度可控制在600-660℃，同时可打开出铝口3流出重熔好的铝液，并在适当时候从出渣口4出渣。

在此过程中，撕碎后的废旧铝中可加入用高炉重力除尘灰制成的球团，以补充重熔炉内的造渣剂，加入量以质量百分比计不超过30%。

整个熔炼过程中，重熔炉内造渣剂始终覆盖在铝液表面，其厚度在10-60cm。

实施例

根据第一方面，一种实施例中提供一种再生铝重熔炉，为用双电极结构形式直流等离子熔分炉，用于废旧铝重熔成再生铝，包括炉体1，炉体1包括用钢板制成的炉体外壳，炉体外壳内设置有耐火材料层，耐火材料层用高铝浇注料浇筑而成，耐火材料层围成的空腔为炉膛，炉体的侧壁上设置有出铝口3和出渣口4，其中出铝口3的高度低于出渣口44，为了便于出铝和出渣，出铝口3和出渣口4错位设置。

炉体内设置有四对直流电极2，每一对直流电极2均由升降装置带动进行升降。

炉体内设置的四对直流电极2的布置方式为每对电极的投影连线为一条边，四对电极有四条边，这四个边构成矩形，与每个电极相邻且最近的两个电极与该电极的极性相反。

四对直流电极2分别连接一套直流整流电路，同样为在12脉波整流电路、24脉波整流电路、48脉波整流电路和96脉波整流电路中选择，即四套可选择相同的，也可选择不同的。

炉体的炉盖上设置有进料通道5，进料通道5倾斜竖直设置，延伸到四对直流电极2围成的区域中间，让原料从四对直流电极2中间下落，其下落区域正好完全覆盖直流电极2的电弧区域，让直流电极2的电弧的能量充分与原料接触，加快原料的熔融速度。

进料通道5可由高铝耐火材料整体制成，这样可不仅可以快速的更换进料通道，也可在延伸到两对直流电极2的中间时，起到绝缘作用，防止在直流电极2在进料通道5处产生电弧。

由于进料通道5设置在炉盖上，即使是倾斜设置，其倾角也非常大，靠重力下料也非常顺利，这样进料通道5的内腔横截面可不限于矩形，可为圆形，椭圆形或其变形等，整个进料通道5在延伸到四对直流电极2中间后向下弯折，可尽量的让下落区域小，让原料下落集中。

本实施例中的造渣剂和重熔工艺与实施例一相同，就不再赘述。

本发明的再生铝重熔炉，用于废旧铝的再生熔炼，其熔炼过程采用电加热，不用燃料燃烧，不会大量产生二氧化碳，即使有二氧化碳，也是造渣剂或废旧铝带入的成分或部分石墨电极损耗氧化产生，对环境的污染很小，几乎无污染，对电网没有谐波污染；热效率高达95%。

以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。