曾宏凱

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

在鋁產(chǎn)品的生產(chǎn)加工過程中，不可避免的會產(chǎn)生大量的工藝廢料和殘次品。比表面積相對較小的鋁合金扁錠切頭尾料及熱軋過程中的切頭料、切邊料被稱為一、二級廢料。鋁合金鑄錠的鋸屑料、銑屑料，厚度小于2mm的不規(guī)則冷軋切邊、切片薄料，鋁箔切邊料等被稱為三級廢料。它們共同的特點是金屬比表面積大、形狀不規(guī)則，且大多含有較多的油污、有機涂層及其它污染雜質(zhì)。近年來新建的鋁材加工廠年產(chǎn)能多數(shù)在幾十萬噸級別，如此大規(guī)模的鋁加工廠，從其自身的加工廢料中回收利用的廢料金屬，燒損每減少0.1%，每年節(jié)約的金屬將達百噸級。在提倡“綠水青山就是金山銀山”“碳達峰碳中和”的今天，如何有效的處理這些廢料，減少金屬的燒損，提高金屬的綜合利用率，是當前鋁加工企業(yè)亟需解決的問題[1]。

1 鋁加工廠廢料的特點及回收處理現(xiàn)狀

鋁加工廠生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的三級廢料(圖1)，因其具有如下幾個特點，是目前鋁加工廠最棘手的待處理廢料：

第一種是鋁加工廠熔鑄車間生產(chǎn)的鑄錠鋸切頭尾時，由鋸口產(chǎn)生的鋸屑，這部分廢料占鋁板帶材加工產(chǎn)品投料量的0.2%左右，占鋁擠壓材加工產(chǎn)品投料量的0.8%左右。廢料的特點是每1t廢料約含1100g的潤滑油，經(jīng)壓塊后密度可達2.0t/m3。

第二種是鋁板帶材加工廠生產(chǎn)用的扁鑄錠銑面產(chǎn)生的銑屑，這部分廢料占鋁板帶材加工產(chǎn)品投料量的3.5%左右。廢料的特點是每1t廢料約含6g的潤滑油，且大部分以散料的形式進行回收利用，其密度約為0.3t/m3。

第三種是由鋁擠壓材加工廠生產(chǎn)用的圓鑄錠車皮鏜孔產(chǎn)生的鋁屑，這部分廢料占鋁擠壓材加工產(chǎn)品投料量的5.5%左右。廢料的特點是含有較多的潤滑用乳液。

第四種是鋁板帶材加工廠生產(chǎn)產(chǎn)生的厚度小于2mm的冷軋切邊、切片薄料、鋁箔切邊料等，這部分廢料占鋁板帶材加工產(chǎn)品投料量的7%左右。廢料的特點是含較多的軋制油，經(jīng)打包后廢料的密度可達2.0t/m3。

第五種是鋁板帶材加工廠生產(chǎn)產(chǎn)生的含有機涂層的冷軋切邊、切片薄料。而這種廢料的特點是每1t廢料約含15kg的有機物涂層，經(jīng)壓塊后廢料的密度可達2.0t/m3。

這些三級廢料的共同特點是比表面積大、密度輕、廢料表面含有較多的有機油污或涂層。目前，國內(nèi)鋁加工企業(yè)大多采用將這些廢料直接投入熔煉爐重熔的傳統(tǒng)方法進行回收處理。但將三級廢料直接投入熔煉爐的處理方法，其突出問題是金屬燒損大，有機物燃燒產(chǎn)生的含有有害氣體的煙塵環(huán)境污染較重。例如國內(nèi)某大型鋁板帶材加工廠統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，利用三級廢料直接投入熔煉爐的處理方法，金屬平均燒損率為7.5%，遠遠大于采用燃氣熔煉爐熔化重熔用鋁錠進行生產(chǎn)時2%的金屬燒損率。所以，采用將三級廢料直接投入熔煉爐的處理方法不僅造成了大量的金屬資源浪費，而且提高了企業(yè)生產(chǎn)成本，降低了企業(yè)的經(jīng)濟效益，不利于企業(yè)健康長遠的發(fā)展[3]。

①-銑屑廢料；②-鋸屑壓塊料；③-鋁箔廢料；④-涂層廢料圖1 三級廢料Fig.1 Level 3 waste

2 鋁加工廠生產(chǎn)廢料處理方式發(fā)展方向

雙室爐由廢料室、加熱室、燃燒及熱風循環(huán)系統(tǒng)組成。輔助設(shè)備由電磁泵系統(tǒng)、加料系統(tǒng)組成。因其特殊的熔鋁形式和熱能的高效利用形式，逐漸成為現(xiàn)代鋁加工廠處理自產(chǎn)廢料的主流處理方式。該爐型可處理包括較干凈的厚壁廢料以及一、二級廢料和碎片狀，薄壁、帶油污雜質(zhì)的三級廢料。雙室爐處理廢料有以下幾個特點：

(1)碎屑狀的廢料可以從電磁泵系統(tǒng)的上料井裝料。電磁泵同時能實現(xiàn)爐子的鋁液循環(huán)，該循環(huán)是通過電磁泵從加熱室熔池抽出相對高溫的鋁液經(jīng)上料井打到廢料室。這種方式加強了從加熱室到廢料室的熱傳輸，使熔池溫度和化學成分更均勻，同時也使碎屑狀的廢料浸沒進入爐膛的鋁液中，避免直接與燒嘴火焰接觸，降低了廢料金屬的燒損。

(2)廢料室側(cè)墻外裝有變頻控制的熱氣循環(huán)風機，可用于加強廢料室內(nèi)的熱氣流傳輸，并將熱氣抽吸后直接噴射到放在廢料室爐橋上的廢料，使這些廢料通過爐子自身的熱風循環(huán)系統(tǒng)及廢料室特殊的燒嘴快速預熱，使廢料中的油污、有機涂層等雜質(zhì)蒸發(fā)出來進入廢料室的爐膛煙氣內(nèi)。

(3)爐內(nèi)處于低氧氣氛。為減少金屬燒損，在廢料預熱和熔化時，爐內(nèi)氣氛中的氧含量需降到最低。雙室爐特殊設(shè)計的燃燒和助燃系統(tǒng)，有效的控制空燃比，保證整個爐膛內(nèi)在工作過程中始終處于低氧氣氛狀態(tài)。

(4)熱分解氣體二次燃燒。廢料室的煙氣含有油氣、有機物蒸發(fā)氣體等熱分解有害氣體，由一個循環(huán)風機送到加熱室的燒嘴區(qū)域進行二次燃燒。二次燃燒需保持在特定溫度、特定加熱室尺寸和低氧氣氛中的條件下進行。在加熱室，有害氣體的燃燒時間比在任何所謂后燃室的燃燒時間都長。在加熱室對熱分解氣進行二次燃燒，同時利用該熱分解氣的熱值(熱分解氣中可燃物燃燒時產(chǎn)生的熱量)對加熱室進行加熱，因此，減少了雙室爐的能耗。同時，因為進入加熱室的熱煙氣是來自廢料室，沒有摻入外界空氣，保證了整個燃燒氣體的低氧含量，可有效防止增加爐內(nèi)金屬的燒損。

(5)中央式換熱系統(tǒng)(CCR)。雙室爐的燃燒系統(tǒng)中有一個中央式換熱系統(tǒng)(CCR)。其工作原理是利用加熱室爐膛內(nèi)的熱煙氣對蓄熱體進行加熱，同時保證該熱煙氣能迅速冷卻至250℃以下(設(shè)備廠家稱之為淬冷)。通過對煙氣的淬冷而不是一般的緩冷，且保證排放的煙氣溫度始終低于250℃，可有效避免有害物質(zhì)，特別是二噁英的重新合成。助燃風機抽吸的冷空氣，通過經(jīng)加熱后的蓄熱體被迅速加熱至900℃左右再進入燒嘴系統(tǒng)與燃氣混合進行燃燒。這樣有效地利用了煙氣的熱量，提高爐子的熱效率，降低爐子的燃料消耗。

(6)特殊設(shè)計的爐門加料系統(tǒng)。除了散狀的廢料之外，其它含油、含涂層的廢料都可以通過廢料室的爐門加入。廢料先加入特殊設(shè)計的加料車料斗中。加料車的密封罩可與爐門罩完全對接，因此，裝料時爐內(nèi)逸出的所有煙氣將被爐門煙罩收集并送到煙氣處理系統(tǒng)，避免車間環(huán)境遭受較大程度的污染。開啟爐門后，加料車的料斗移到廢料室爐橋上方，抽回料斗的底板，廢料平穩(wěn)的落到爐橋上，因此，沒有廢料直接落入熔池。所有廢料進入熔池前在爐橋上被預熱并干燥。圖2是雙室爐的工作原理圖。

圖2 雙室爐工作原理Fig.2 Working principle of dual-chamber furnace

3 總結(jié)

鋁加工廠生產(chǎn)產(chǎn)生的廢料占加工材投料量的20%～30%，選擇合適的處理方式對這些廢料進行處理利用，無疑將較大程度的提高生產(chǎn)企業(yè)綜合成品率和經(jīng)濟效益，降低金屬消耗量和企業(yè)生產(chǎn)成本。

雙室爐特殊的廢氣二次燃燒設(shè)計和煙氣溫度淬降功能，可有效防止合成有機物雜質(zhì)燃燒產(chǎn)生二噁英等有害氣體。針對大批量、不頻繁更換合金品種的生產(chǎn)企業(yè)，且廢料尺寸范圍較大，含較多油污、乳液、有機涂層，應(yīng)采用雙室爐對其進行復化處理。