双室熔铝炉的应用与技术特点

韩正英，朱咸中，曹 樱

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

1 再生铝发展前景

作为我国铝消费的重要组成部分，再生铝市场在近些年得到快速发展。随着国内废铝回收体系的完善，预计到“十四五”末，再生铝产量将达到1150万t。再生铝的生产能耗和产生的温室气体仅为原铝的5%左右，既可以节约能耗，又能显著减少碳排放。2050年碳中和目标的确立，使铝工业面临极大挑战，同时也为再生铝发展带来历史性机遇。

2 双室炉的结构特点

由于再生铝原料来源复杂，含有多种杂质，除了对于废铝的回收、分选工艺有较高的要求，也需要特殊的工艺装备进行废铝再生重熔。目前，常用的再生铝重熔设备有回转炉、侧井炉和双室炉。其中侧井炉主要用于处理破碎料和轻薄料，回转炉主要用于处理铝渣和铝灰，而双室炉可用于处理多种形式的废铝，是目前应用最为广泛的再生铝重熔设备。

双室炉最初主要用于处理挤压废料，随着技术发展，目前可处理多种规格的废铝，包括含有橡胶、塑料、表面含漆含油的废铝。经过分选和预处理的废铝可以直接加入双室炉进行重熔。典型的双室炉结构如图1所示。

图1 双室炉结构Fig.1 Double chamber furnace structure

双室炉按结构分为废料室和加热室，两个炉室的炉气室隔开，而熔池室相通。通过循环泵将铝液从加热室经由加料井送入废料室，用铝液熔化废铝。废料室和加热室的炉门开口方向可根据车间平面灵活布置。循环泵目前主要采用机械泵和电磁泵两种形式。

双室炉的主要技术特点是：(1)由于控制炉内为还原性气氛，且废料不与火焰直接接触，从而大大降低了氧化损耗，金属烧损少；(2)采用了先进的蓄热技术和废气燃烧技术，对废脏料燃烧时产生的废气进行二次燃烧，大大降低了燃料用量，热效率较高能耗低；(3)可装废料种类多、范围大。

废铝根据形态主要分为打包料、长条料、碎屑料。其中打包料、长条料(大块料)通过加料车加入废料室。首先将废料放置在热桥处，进行烘干和热解。烘干和热解的时间根据废铝种类及污染物含量确定，通常为10min～30min。经过预热的废铝推入熔池，利用铝液进行熔化。废料室配备有小功率烧嘴，主要用于控制炉内氧含量，以达到无氧环境，避免产生多余的氧化物，降低烧损。典型的双室炉设备参数见表1。

表1 典型双室炉技术参数

3 双室炉的环保优势

双室炉优势是可以处理含污染物的废铝，通过高温热解，废气燃烧和急速冷却过程使废气达标排放。高温热解过程首先对废料进行预热，去除水分，然后进一步加热，通过热解作用去除表面污染物。对于废料的预热是非常重要的，潮湿的废料不允许直接加入铝液中，尤其是对于打包料。热解作用主要发生在热桥上，同时当废料悬浮在铝液表层上时继续热解过程，直至废料全部浸入铝液中。

热解产生的含污染物废气导入加热室，利用加热室烧嘴进行充分燃烧分解。通过控制加热室炉气成分，一方面保证充足氧气用于可燃废气燃烧，确保热解废气安全环保的烧掉。另一方面通过燃烧可燃废气，降低双室炉能耗。然后再利用蓄热式烧嘴对烟气进行急速冷却，避免污染物(二噁英)的重新合成。

4 减少金属烧损

再生铝的熔炼过程中，金属烧损是个不可避免的问题。废铝熔炼中的烧损率是影响再生铝生产成本的关键因素[1]。烧损通常是由于炉内过量的氧气与铝和碳发生反应产生。通过对炉气氧含量的控制，再生铝的烧损主要取决于废铝氧化物含量。在双室炉运行过程中，首先尽可能避免氧气与铝发生接触，在废料室加料过程中，利用加料室烧嘴连续燃烧消耗掉炉内氧气，整个过程在关闭炉门后几秒钟内发生。燃烧器的布置还应确保火焰不会与铝液接触，减少浮渣的生成。

污染物热解后，残余碳附着在废料上。通过废料室内部的特殊熔化过程，减少碳与铝液的接触。预热的废料不会直接落入液态铝中，当废料推入铝液池中，首选会悬浮在铝液表面，然后缓慢浸入铝液中，这样氧化物大部分停留在铝液表面浮渣中。最终将附着在表面的碳和沉积在熔池表面浮渣层中的氧化物从熔炉中取出。

5 碎屑铝废料及合金化处理

双室炉除了处理打包废料和大块长条废料外，主要用于处理碎屑料。碎屑料通过加料井加入，加料井配备有循环泵(机械泵或者电磁泵)，利用旋转泵产生的漩涡将切屑吸入废料室铝液中，在废料室进行加热和熔化。这种工艺有效地避免了碎屑料的氧化，并相应地降低烧损。循环泵在加料井内形成的涡流如图2所示。

图2 加料井铝液涡流Fig.2 Aluminum liquid vortex of feeding well

对于潮湿和含油较大的碎屑料，建议在加料前进行预处理。这可以通过离心机进行机械处理，然后在滚筒干燥器中进行热处理。离心机可将碎屑料上水分去除到3%以下，然后通过烘干，彻底去除碎屑料片中残留的水分。

采用加料井搭配电磁泵的方式添加合金可以有效提高合金回收率，并确保快速混合和达到极佳的均质性，与常规加料对比情况见表2。

表2 加料回收率对比情况

6 结束语

双室熔铝炉能够高效节能地处理各种废料，减小金属烧损和污染物排放，是再生铝熔铝工艺的主要设备。随着国产双室炉设计制造技术的不断进步，设备投资不断优化，双室炉的应用在再生铝行业将得到进一步推广。