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《2020年第十五届中国国际铝加工峰会》

藏器待时!2020年SMM全新打造《中国国际铝加工峰会》,盛情邀约全国铝加工行业龙头企业,资深专家,齐聚一堂,呈现专业看法和前瞻解读,就2020年中国铝加工市场的“新方向”与您共享行业的远见卓识。

《2020年第十五届中国国际铝加工峰会》

【铝峰会】专家分享:铝行业的绿色原料及利用技术

来源:SMM

【铝峰会 I 专家分享:铝行业的绿色原料及利用技术】北京科技大学新材料技术研究院副院长张深根在SMM主办的《第十五届中国国际铝加工峰会》上阐述了铝二次资源在经济发展中的重要性,对铝行业的绿色原料及利用技术,包括如何充分发挥金属二次资源合金特性的作用、再生铝生产中的应用等方面进行了讲解。

SMM讯:2020年6月11日,由SMM主办的《第十五届中国国际铝加工峰会》于山东烟台召开。会上,北京科技大学新材料技术研究院副院长张深根阐述了铝二次资源在经济发展中的重要性,对铝行业的绿色原料及利用技术,包括如何充分发挥金属二次资源合金特性的作用、再生铝生产中的应用等方面进行了讲解。

铝行业的绿色原料及利用技术阐述


 

铝二次资源

在生产、流通、消费、生活过程中产生的不再具有原使用价值并以各种形态存在,但可以通过某些技术、工艺综合利用加工、回收等,使其重新获得具有使用价值的各种含铝物料

1、铝金属二次资源:资源性和污染性。

来源复杂:不确定性、丰富性、多样性;资源价值高:品位高、金属品种多;以合金或单质形态存在。

2、铝二次资源在经济发展中的重要性。

1)扩大铝的资源:2019年,全球再生铝3300.20万吨,为总产量的32.75%,呈增长趋势;2019年,中国17.14%、美国约80%、日本100.00%;我国从2002年的130吨增长至2019年725万吨,且持续增长。

2) 降低铝的生产成本:原生铝需采矿、氧化铝制备、电解铝等,投资和生产成本很高,我国吨再生铝比原生铝可节约投资87%;再生铝主要成本为原料,降低生产费用40~50%; 吨再生铝节能95%以上。

3)节约资源,改善环境:我国铝土矿保有量仅占世界的3.33%,对外依存度增至60%;原生铝生产过程产生大量矿渣、赤泥、含氟/碱/盐电解渣及熔炼渣等,以及大量废气、废水等,环境负担重;铝二次资源品位高,成分单纯,流程短,工序少,“三废”少,三废治理的费用少。


如何充分发挥金属二次资源合金特性的作用?

——中间合金原理及应用

中间合金是以一种金属为基体(如铝、铜、铁等),将一种或者几种单质加入其中,以解决该单质易烧损、高熔点不易熔入、密度大易偏析等问题或者用来改善合金性能的特种合金。

1、合金化型中间合金:主要作用是向熔体中添加某些元素。

1)熔点较高,如铝中添加 Si、Fe、Cr、Cu、V等元素。2)易挥发烧损,如铝中添加 Mg、Ca 等元素。3)润湿性差,如铝中添加 B、C 等元素。4)密度相差大,易偏析,如铝中添加 Bi、Sn 等元素。

如果以单质形式添加这些元素,则需要提高温度,延长熔炼时间,或者过量添加以弥补烧损。实收率难以保证,造成炉前成分的多次调整,影响生产效率。(因此,以上元素一般以中间合金的形式加入。)

2、晶粒细化型中间合金:主要作用是释放出大量的异质晶核,细化合金晶粒。

铝合金晶粒细化型中间合金主要有:Al-Ti、Al–Ti-B、Al-Ti-B-RE、Al-Ti-C、Al-Ti-B-C 等。 Al-Ti、Al-Ti-B 中间合金在铝合金晶粒细化方面有较高的性价比,是目前工业上应用较广泛的晶粒细化剂。

Al-Ti-B 中间合金由于 TiAl3和TiB2的双相形核作用,其细化效果优于 Al-Ti 中间合金。但是,Al-Ti-B 中间合金中的 TiB2粒子有比较明显的聚集现象,同时当铝合金中含有 Zr、Cr、V、Mn 等合金化元素时,会夺取 TiB2粒子中的B,形成相应的硼化物,使 TiB2粒子发生“中毒”现象,从而使细化剂减弱或失去作用。

3、变质型中间合金:主要作用是改善合金显微组织。

1)Al-Si合金铸造性能优良,随着硅含量增加,出现大量的,割裂合金基体,合金变脆,力学性能显著下降。2)当Si含量超过6.0%时,变质处理,即将针、片状、板状的共晶硅和初晶硅改变成细小均匀的等轴晶,提高力学性能。(共晶硅变质中间合金有 Al-Sr、Al-Sb、Al-RE 等。初晶硅变质中间合金有Al-P等。)

4、净化型中间合金:主要作用是去除合金中有害杂质。

如Al-B中间合金用于电工用铝的净化处理。中间合金中的B元素和铝液中的Ti、V、Cr 等影响导电率的杂质元素形成 TiB2、VB2、CrB2等密度大的金属间化合物,沉降在炉底去除,净化铝液,提高导电率。

再生铝生产中的应用

1、类似中间合金:与原铝相比,废铝合金中含有Cu、Mg、Zn、Ti、Fe等合金元素,相当于中间合金,因而熔点更低,更容易熔炼。

2、成分调整:使用废杂铝代替纯金属加入,可以降低熔炼所需温度,减少金属的挥发烧损,避免炉前成分的多次调整。与原铝相比,废铝合金中已含有一定量的合金元素,因而所需加入的金属较少,存在的主要问题是多余合金元素以及外来杂质的去除。

3、晶粒细化——与原铝外加合金元素相比:废铝合金中的合金元素分布更为均匀,合金组织更加优化,产品性能更优越;对于本身含有Ti元素的废旧铝合金,有一定的晶粒细化作用,其晶粒相对于原铝应更细小,对细化剂需求不大,甚至可以不加细化剂。


如何充分发挥铝二次资源合金特性的作用?

——铝二次资源再生目标铝合金

基本原理

中间合金原理,废杂铝具有中间合金属性,可解决单质易烧损、高熔点元素不易熔入、密度大易偏析等。

成分调配,废杂铝协同调配,提升资源价值。X = [(a-b)Q+(c1+c2+…)a]/(d-a)  X—补料量,kg;a—某元素要求含量,wt%;Q—熔体总量,kg;  b—该元素的炉前分析值,wt%;c1,c2…—新补充炉料加入量,kg;d—补料中间合金或金属中该元素含量,wt%。

分子动能平台逸出模型,低氧动态热脱除水和油漆,避免二噁英污染、降低烧损率。

关键技术1:铝合金成分在线测控技术

本技术:成分调控的数学模型;成分快速分析、计算、调配;合金自动配料计算系统;协同高值利用,生产成本低。

之前技术:经验调配;纯铝、单质元素等、生产成本高。

数据库建设:铝合金牌号和成分、原材料(废杂铝及辅料)。

关键技术2:低氧动态热脱除水和油漆技术。

本技术:低氧动态热脱水和油漆;余热烟气逆流法旋转隧道窑;避免了二噁英污染;低烧损、低氢含量等。

之前技术:没有脱油漆或电加热脱油漆;二噁英污染;烧损高、氢含量高。

优化的脱漆工艺为:脱漆温度550 ℃、低真空(O2含量≤6%)

关键技术3:液下熔炼技术和蓄热式双室反射炉

本技术:液下熔炼;蓄热式双室反射炉;最大的108吨蓄热式双室炉;吨铝58m3天然气,为原铝的3.15%; 烧损低,回收率94.2%以上。

之前技术:焰加热;单室炉;烟气余热未利用;吨铝约90m3天然气;烧损高、回收率85-87%。

技术特点: 废杂铝再生目标成分铝合金;无污染、能源和资源利用效率高。

优点: 合金成分在线测控;保级升级利用;节能降耗减排;生产效率高;低成本。

经济效益情况:建立了年产30万吨废杂铝再生目标铝合金线;生产出3104、5182、ADC12、AD12.1、AlSi9Cu3、AC4CH.2、AC2BC、Y4CS等34种牌号。经济效益十分显著。

发展前景:再生目标铝合金是再生铝行业必然趋势。以2019年为例:产量:780万吨;增值:240元/吨;节能:天然气32m3/吨(折算121.6元/吨);合计:新增利润28.2亿元。

铝是一种轻金属材料,应用量大面广;废杂铝增长迅速,是重要的二次资源;提高了我国资源保障能力;保级升级再利用铝合金将是未来发展趋势,应用前景十分广阔。


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