移动炒灰机的可行性研究

                                      刘顺强  深圳合知创行管理咨询有限公司

周有智  重庆大江美利信压铸有限责任公司

【摘要】    

随着环保节能的要求，汽车轻量化需求已成为大势所需，铝作为汽车轻量化需求的首选材料被广大汽车设计和制造者广泛接受；铝也是一种重要的战略金属,铝工业是我国的优势产业,近年来我国铝工业取得了长足发展,原铝产量和消耗量已稳居世界第一位。然而,铝工业又是典型的高能耗产业, 随着世界能源供应的日趋紧张和环境压力的增大，铝工业面临节能降耗的紧迫任务，对铝渣的有效回收利用也是铝工业生产中的一个重要环节。

本文主要以提高压铸行业熔炼炉炒灰的出水率为研究对象，通过对移动炒灰机和传统炒灰机的作业方式作对比，研究移动炒灰机的可行性，以提升炒灰的出水率，降低企业生产成本，提高企业的行业竞争能力，为企业创造更大的价值。

 

关键词：轻量化需求；熔炼炉；扒铝渣；炒灰机；出水率；

 

移动炒灰机使用的背景及目的

2011年7月 德国宝马公司采购部负责人赫尔伯特·蒂埃斯（Herbert Diess）接受《欧洲汽车新闻》采访时讲，汽车轻量化材料对宝马汽车公司的重要性正在日益增长。蒂埃斯表示，宝马汽车公司目前已经成为了全球汽车产业中最大铝金属采购商，目前宝马5系和7系车型分别含有230千克和300千克铝金属。（来自《宝马：汽车轻量化材料需求将出现增长》（参考来源：http://auto.gasgoo.com/News/2011/07/190435383538348168470.shtml）

无独有偶，2012年，奇瑞汽车和捷豹路虎新成立的合资公司宣布，将在2014年建成后可生产包括全铝车身轿车在内的高档车型。如今，用铝材替代钢材，生产更多轻质、节能的汽车已是大势所趋。100多年以来，汽车工业的发展与铝合金的应用密切相关，而汽车制造业的繁荣，正在推动铝消费量的增长。

有关研究表明，以铝代替钢制造汽车，可使整车重量减轻30％～40％，制造发动机可减重30％，制造轮毂可减重30％。此外，铝质散热器比相同的铜制品轻20％～40％，而铝制车身比钢制车身轻40％以上。在车辆运行周期中，其自身质量每下降1000kg，就可以减少燃油消耗4800L，降低温室气体排放11.2吨。这是一组令人振奋的数据。（参考来源http://fund.cnfol.com/121227/105,2025,14053075,00.shtml）

目前，铝在汽车中的用量仅次于钢与铸铁，居第三位，而在全铝轿车中的用量则上升到第二位。美利信压铸公司作为国际汽车及通信市场的压铸供应商，铝是公司最主要的生产材料，每天消耗的铝锭用量近50吨，公司熔炼炉采用火焰反射炉熔炼铝合金，由于炉料不同，渣量为炉料量的0.5%～10%。铝渣的主要成分是氧化铝和一些非金属夹杂，铝渣通过扒渣工艺从炉内扒的同时会有夹杂的金属铝被带出，而渣中的含铝量为渣量的30-70%左右，再生铝熔炼铝渣中的铝含量更是高达50%~80%，但是公司铝渣炒灰出水率（铝合金重量/铝渣重量）却比较低，因此找到正确的处理铝渣工艺和设备，提高铝渣的出水率对公司成本的降低具有非常重要的意义。

铝渣回收处理方法分析

1．铝渣基本组成及性质

基本组成：金属铝(占渣量的40-60%)，Al2O3，Fe/Si/Mg的氧化物及K/Na/Ca/Mg等的氯化物等；

基本性质：铝渣的温度较高，遇空气可发生氧化反应，在铝渣冷却的过程中，会造成大量的金属因为氧化烧损而损耗，同时铝渣对接触物腐蚀性强（吸入危害健康）

2．减少铝渣的处理措施

铝合金熔炼过程中，随着渣量增加，铝烧损及扒渣时带出的金属铝也会增多，我们进行铝渣处理的目的不是造出大量的铝渣进行回收处理，而是在保证铝液品质的前提下减少铝渣量，因此如何采取措施减少铝渣量也是至关重要的。渣量多少与熔炼温度、炉料状态、生产工艺等因素有关。正常生产中可从以下几方面减少渣量：

1. 合理的炉子几何尺寸及加料顺序，先加废料，再加铝锭；

2. 严格控制熔炼温度，防止过热，火焰喷射应有一定的角度，以便缩短熔炼时间。

3. 合适的熔剂量和精炼时间，搅拌要平稳，不破坏熔体表面氧化膜，适时对铝熔体覆盖；

4. 对废杂铝分类、清洗，对比表面积大的细碎炉料用压力机打包；

5. 扒渣前对渣进行处理。如使用造渣剂使铝熔体与渣中氧化物的湿润性变小，使混在渣中的颗粒状铝滴脱离而出，回到熔体中；

6. 合理掌握扒渣时机。熔体温度低时渣与熔体的浸润性较好，渣中混有相当数量的熔体，若此时扒渣，随渣带出的熔体重量约是渣重量的60%；

7. 使用专业的扒渣工具及工艺。

3 铝渣回收处理技术

我国的铝渣回收处理技术工艺起步较晚，设备和工艺较为落后，很多企业仅仅采用手工分拣冷却后直接低价外卖，不但工作劳动强度大，污染严重，回收率低浪费大，且对工人的健康造成很多伤害。国外铝渣处理技术经过多年发展和完善，已形成了比较有代表性的技术和设备。

方法	工艺特点	特点
MRM法	把热铝渣直接送入带有搅拌装置的设备中，使铝液沉积于设备底部，这时加入能产生放热反应的熔剂，使渣保持所需温度。	剩下的铝渣还可进一步进行筛选、粉碎、熔化回收铝。
IGDC法	从熔炉中取出热铝渣，放入冷却渣盘内，通入氮气防止金属氧化。	氧化损耗少，操作环境好，渣量多时要使用多台设备。金属回收后的废渣可进行二次回收。该方法总金属回收率相比MRM稍低。
AROS法	将冷却、破碎、筛选组合在一起，在低氧化气氛中处理输送渣部分要密封。滚筒中氧与热渣中的金属反应将氧消耗掉后，就能维持低氧状态。	设备紧凑、适合处理渣量较少的情况。
SPM法	在热铝渣的上部施加压力的方法。	操作环境好，回收铝后的渣饼通过破碎后作为钢铁用造渣剂，铝的回收率在30%～50%，与MRM方法相比稍低些

现状调研

熔炼工段扒渣、炒灰现场工作情况

1. 熔炼工段现有一台炒灰机，2008年9月在佛山南海苏粤机械制造有限公司购买，主要参数如下：

   型号：H-800                   外型尺寸：1400*1900*3300

   功率：2.2-5.5Kw                 工作量：100-150kg/次

   回收率：含铝量的90%（标称）

2. 公司现有五台同型号熔炼炉，常用四台，有一台作为定期维护使用；

3. 熔炼的作息时间和压铸工段一致，为三班倒，每班交接班时先扒炉渣、炒灰，每次扒渣，炒灰时间在60分钟左右，每个班都会产生大约1吨的铝渣，炒灰过程如图1所示；

4. 经过一周的现场统计1#、2#、4#三台熔炼炉共产生铝渣10950千克，出铝灰8780千克，出铝水重量约2170千克，出铝水比例约19.82%； （如表1）。      

   

    

    

    

    

    

    

    

    

    

    

   （表1）原炒灰机1#、2#、4#熔炼炉炒灰出水率

    

   

   （图1）现状炒灰过程

炒灰机问题及分析

美利信现有炒灰机H-800为热渣处理回收装置（炒灰机），是一种在MRM技术改进的设备，其设计理念就是增加了冷却、破碎、筛分组合，方便操作者最大限度的回收和处理铝渣。它的工作原理是该设备由铝液回收机和冷却破碎机组合而成，通过对热态铝渣进行碾压、搅拌来分离出液态铝液，再对分离完铝液后的灰渣进行冷却、破碎、筛分，从而得到3种粒度的固体物质：铝液-凝固后可作为原材料直接回炉重熔，中块-作为搅拌时的降温添加料循环使用，细灰-可售出他用（作为一种可再生的资源继续利用，已经在回收铝、生产硫酸铝、棕刚玉、合成聚合氯化铝、合成油墨用氧化铝以及路用材料等领域得到了广泛的应用）。

应该说公司的炒灰机在技术上是没有问题的，经与设备、技术和分厂共同分析，公司炒灰机出水率低的原因有以下几方面，

1. 公司扒渣时间比较集中。交接班的第一个小时，熔炼的操作员工停掉四台熔炼炉，在这个时间集中扒渣，导致后扒渣的熔炼炉扒出的铝渣温度降低，炒灰效果不理想；

2. 设备超负荷运转。员工操作不规范，导致熔炼炉内产生的铝渣比较多，需要炒的铝渣量比较大1吨/班，设备超负荷运转，炒灰效果不理想；

3. 炒灰机距离熔炼炉较远，每次扒渣后都要经过铝渣车周转再转移到炒灰机里，铝渣温度降低，炒灰效果不佳；

   因此经过研讨，决定选用小型的可直接放在熔炼炉旁进行炒灰的小型化设备。

移动炒灰机使用效果验证

1. 移动炒灰机参数：

   型号：MS-1200                   外型尺寸：800*810*1150

   功率：0.75kw                      工作量：100-120kg/次

   回收率：铝渣的50%-75%（标称）

设备主要配置：减速机 三相电380V  0.75Kw，坩埚，底盖，搅拌杆、传动机构

设备主要尺寸下图2：

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                          （图2）

 

1. 移动炒灰机使用要求：

1. 必须把溶解炉中，经过除渣剂处理后的高温（700度-750度）的铝渣投入到回收机中，被放置的已冷却的铝渣投入到回收机也无法回收。

2. 铝溶液温度700度的时候，进行除渣处理。由于除渣剂的发热作用温度上升到750度，这时迅速将铝渣投入回收机。

3. 铝渣少的时候，回收率会下降，要有回收机坩埚50%以上的铝渣，才能高效回收。

1. 移动炒灰机操作顺序

1. 将底盖扣住坩埚（图3）

2. 将接收铝溶液的槽放入机体下方。（图3）

3. 插上电源

4. 打开马达开关，使搅拌机旋转。

5. 投入除渣处理后发热状态的（700度-750度）铝渣

6. 全部投入后再搅拌几分钟。如果底部孔里流出的铝溶液成滴状，回收结束

7. 把接铝槽取出，把接渣槽放入机体底部，根据需要投入10L左右冷灰搅拌使温度下降。

8. 把下盖解开，让铝渣落入接灰槽中。（图4）

9. 关闭马达开关，把付着在腔体内部的灰清除干净。（图4）

   

               （图3）                               （图4）

1. 移动炒灰机的使用效果

   以5#熔炼炉扒渣炒灰为研究对象，经过两周实验数据验证，5#熔炼炉共产生铝渣重量约6929千克，出铝灰重量约2632千克，出铝水重量约4297千克，出铝水比例约62.0%（如表2）。

   炒灰机炒出的铝灰质量对比，原炒灰机炒出的铝灰有明显的铝块，移动式炒灰机炒出的铝灰是很细的颗粒，炒灰效果对比鲜明，由图5、图6可明显看出。

   每年按300个工作日，铝锭单价按1.8万元/吨,铝灰单价按0.3万/吨计算，按此计算移动炒灰机年增加效益（折算四台熔炼炉）：

   原炒灰机每天炒出铝水：2170*4/3/7=413（千克）

   原炒灰机每天炒出铝灰：8780*4/3/7=1672（千克）

   原炒灰机每天产生效益：（413*18+1672*0.3）=0.7936（万元）

   移动炒灰机每天炒出铝水：4297*4/14=1228（千克）

   移动炒灰机每天炒出铝灰：2632*4/14=752（千克）

   移动炒灰机每天产生效益：（1228*18+752*0.3）=2.233（万元）

   移动炒灰机每年增加效益：（2.2330-0.7936）*300=431.82（万元）

   

    

    

    

    

    

    

    

    

   （表2）移动炒灰机5#熔炼炉炒灰出水率

    

   

    

    

    

    

    

    

    

    

       （图5）原炒灰机炒出的铝灰        （图6） 移动炒灰机炒出的铝灰

2. 使用移动炒灰机的注意事项

1. 注意投入铝渣时不可混入块状物体。

2. 最先腔体是冷的，热量容易失去，要投入较多的铝渣，最好把腔体装8成满。

3. 铝渣量少，温度低的时候，腔体底部的孔可能被塞住，导致铝液出不来。如遇这种情况，先把马达停下，把接收铝渣的箱子放入机体下方，解开下盖，取出铝渣。遇到其他机械停止的情况（如跳闸，链条脱落）也一样处理。

4. 请在除渣处理后，迅速投入铝渣。除渣处理后，如果不及时将铝渣投入，就会持续发生发热反应，这样表面温度可能达到800度以上，铝燃烧起来，发生铝热剂反应（温度可高达3000度）。把发生铝热剂反应的铝渣投入的话，搅拌杆会被熔化。

5. 如果不慎将高温的（800度以上）铝渣投入，在腔体内发生铝热剂反应，请将冷的铝渣加入使温度下降。

6. 请常时保留一根备用搅拌杆。

7. 链条会由于发热伸长，所以，设备在使用4-5次以后要调整，以保持张力。

8. 使用后每天在搅拌轴上相应部位注入润滑油，请使用一般机械用的润滑油（不可使用润滑脂）

结论

移动炒灰机因为设备较小，转移方便，出水率高，每年产生的效益比较可观，并且可随时灵活转移、使用，更加符合MRM技术使用的要求，非常适合熔炼扒渣后的铝渣炒灰工作; 使用移动铝渣处理设备，不但可大幅降低劳动强度，灰渣分离后均可回炉或售出，并且在扒渣炒灰过程中不再成粉尘，避免了排放污染，社会效益显著。

随着全球性能源匮乏及环境污染问题的凸显，以及铝加工行业日益激烈的竞争格局的形成，今后铝加工行业必然向着降低能耗，减少排放方向发展，相信铝渣的回收处理会显得更加重要。

 

参考文献：
[1]孙伯勤.铝渣处理与回收技术.再生资源研究.1997（4）.
[2]王震，孙强.降低铝烧损的炉渣处理方法.轻合金加工技术.1999(9).

[3]蔡月华，项胜前，周春荣，郭加林.提高铝合金熔炼效率的研究.金属铸锻焊技术.2011(8).

[4]潘增源.减少铝合金“熔炼烧损”对策探讨.特种铸造及有色合金.1995(2).

[5]杜刚.铝渣回收处理技术及经济分析.中小企业管理与科技.2010(6).