柯东杰^[1]    路贵民^[2]    Richard J.^[3]

 

[1]福州麦特新高温材料有限公司    [2]东北大学    [3]JASCO Research Ltd. Victoria. BC.Canada

 

摘要：分析现行铝合金熔炼存在的环保问题，探讨绿色熔炼途径，研究应用新型炉底透气砖技术，探讨绿色熔炼铝合金的机理、生产实践和经济分析，旨于推动铝合金绿色熔炼技术的发展。

 

关键词：铝合金  熔炼  环保   透气砖

 

 

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

 

近年来中国铝加工业迅猛发展，铝材制品在国民经济应用领域更加广泛，我国现有原铝产量已居世界第一位，然而，随着共有一个地球的环保意识的提高，对铝合金熔炼过程中所存在的污染问题，提出更高的要求，对此引起了铝冶金工作者的重视。因此，探讨发展铝合金绿色熔炼技术具有紧迫性和时代感。

众所周知，铝熔体在高温下,不但要和炉气相接触产生吸气及氧化等问题,而且不可避免地同炉衬材料相接触并发生物理化学反应,使熔体遭受杂质的污染,溶解有气体和非金属夹杂物粒子，这就是造成铸锭气孔，疏松、夹杂等具有遗传性的冶金缺隙的主要根源。所以在金属熔炼过程中，设法防止和排除金属中的气相和非金属夹杂，是铝合金熔炼中净化处理的重要目标。

目前铝合金精炼技术主要以炉内熔剂喷射精炼和炉外泡沫陶瓷过滤为主。铝熔体熔剂净化过程产生含Cl、F等有害的白色烟尘，对大气、人体和设备都存在着严重危害。尤其是熔剂精炼产生的含Cl.F等有害炉渣，对环境的污染更加严重，雨淋后可造成周围的作物和花、草、树木枯死，污染空气与水资源。据不完全统计，铝合金熔剂全国每年销售量在3万吨/年以上，废弃渣达60万吨/年以上，其对环境的危害不容忽视。尽管熔剂净化处理曾经发展过无毒熔剂，其组成主要由硝酸盐等氧化剂和碳组成，在高温下发产化学反应生成N₂、CO₂气体起一定的精炼作用，但由于对铝熔体又造成二次污染，无法达到净化指标而停滞，且增加废弃的炉渣量。

 因此，探讨铝合金绿色熔炼的技术途径，解决熔炼过程中的环保问题具有十分重要意义。

本文主要介绍无Cl.F污染源的铝熔体透气砖精炼净化技术和工艺装备、实际应用效果、社会经济效益分析，以期推动铝合金绿色熔炼技术的发展。

 

选用碳化硅与氮化硅烧结体作为基体，添加适当的添加剂，研制透气砖。透气砖平均孔隙直径小于1μm，孔隙率大于35%，以保证透气性良好且铝合金液不能进入透气砖内。

将一定比例的SiC、添加剂、气孔剂混合，球磨，保压成型， 充分干燥后在100吨压力氮化炉内焙烧，随炉冷却后转入常规氮化炉二次烧结获得透气芯。由透气芯、集气室 、底座砖、集气管、刚玉保护壳组成透气塞。

通过水模似试验研究流体在透气塞内的动力学特性，优化透气塞的结构。首先，设计制造了1000×2000的水模似池进行模似搅拌试验。采用红色细塑料米作为假设熔质颗粒，应用PLC控制各个透气塞的进气压力和流量变化来进行造浪混合，再用520万像素数码连续快速拍摄，进行计算机成像状态分析，寻找最佳的造浪工艺参数。通过模拟图象分析，证实可获得良好的搅拌均匀效果。脉冲产生的小气泡细小而弥散，对铝熔体中及吸附弥散在熔体中的杂质相的捕捉几率更高，能显著提高净化效果。

 

根据水模拟试验结果，熔铝炉床上透气砖采用“梅花桩”布置，每个透气砖底部均有三个进气孔，分别供给三个不同压力、流量的惰性气体：基气，保证少量连续供气背压，防止<