在由上海有色网信息科技股份有限公司（SMM）主办的SMM AICE 2026（第二十一届）铝业大会暨铝产业博览会-铝板带箔行业发展论坛上，东北大学教授朱庆丰围绕“再生铝制备大扁锭的关键控制环节和技术”的话题展开分享。
铝合金回收过程概述
2010年以来，我国的铝材年产量快速增加，2014年达到4500万吨以后产能连年保持在4500万吨以上。社会上积累的大量的铝合金制品，随着这些制品达到报废年限，会产生大量的再生铝。
报废制品的保级回收直接关系着企业的利润和国家的的可持续发展。
铝不易氧化，制品报废后铝仍具有高价值，可回收使用。自铝应用以来，75%原铝仍在循环利用，铝回收所需能耗约为电解铝的5%。
在“双碳”经济的大背景下，再生铝的高效回收和保级使用已成为铝加工行业的新趋势。
铝原料市场中，纯度越高的铝价值越高。
变形铝合金中的很多元素的价格高于纯铝Al本身(如3系合金中的Mn元素)，如果这些合金分类明确，再生铝价值是高于工业纯铝的。因此，将更高价值的再生铝保级回收使用已经成为很多企业新的利润增长点。
在较为粗放的快速发展期间，我国并未建立良好的再生铝分类标准，加之分选、脱漆和熔炼等技术水平差距，致使大量高价值的变形再生铝流入铝铸造行业，这不仅造成了铝的贬值，更不利于变形铝合金的的长期循环使用。
随着铝加工行业竞争的加剧，越来越多的企业开始关注再生铝的保级使用，这已经成为很多铝加工企业控制原料成本的关键点。
再生铝的回收涉及垃圾分类、打包、破碎，分选、脱漆，熔炼，精炼，铸造等多个环节。
分类回收和分选是保级使用的关键；高效的熔化、精炼是控制能耗、烧损的关键；合适的铸造、加工工艺是提高合金杂质元素容限的关键
随着更多的铝制品达到报废年限，再生铝量将越来越多，再生铝将成为影响铝加工企业原料成本的重要因素。
与电解铝一样，再生铝是重要资源，再生铝的流向受价格影响，分类、重熔回收效率高的企业有再生铝定价优势，能获得更多的再生铝。
再生铝回收不可避免的造成杂质元素的累计，能消除杂质元素危害的先进铸造和成形技术是扩大高杂质容限再生铝应用范围的关键技术。国外铝加工企业在积极开发相关技术。
为了兼顾生产效率和产品质量（控制杂质元素造成的有害相），国外板材厂已经开始大量使用宽幅、小厚度板锭（350×2600mm）生产铝合金板带材。凝固冷却速率更快的双带式连铸和铸轧技术也被国外企业用于开发新型的再生铝合金板材。
本报告主要针对再生铝制备大扁锭过程中涉及的一些技术问题进行梳理。
再生铝的种类及特点
不同铝制品制造的综合 成品率不同，会产生大量废料，这部分回收的废料往往分类明确，可以内部回收循环使用。
废弃产品中的废料则为真正意上消费后的废料，这些废料的组成和形态更为复杂，回收保级使用较为困难。
铝制品的回收率与多种因素有关。体积大的制品比体积小且掺杂严重的薄物品更易回收。铝含量高的制品比含铝量低的制品更值得回收。铝含量高但回收工艺复杂的易拉罐的回收率高于铝含量低的建筑碎片的回收率。
有完善回收基础设施制品的回收率高，如汽车。行业参与度低产品回收率低，如白家电。
当行业有意收购自己的产品时，回收率会上升，如电力、易拉罐。
用户的要求也会增加再生铝的回收率，如苹果等企业对碳足迹的要求。
铝加工企业和深加工企业产生的废料，多是种类相对明确的废料，块状废料在收集过程中如果能很好的管控，可以作为一级废料使用。
一些与其他材料结合的废料则需要特殊处理工序，如断桥铝，链接到一起的零件等
屑状废料在机械加工过程中产生，数量大，表面积大且容易被污染，保级回收难度大。保级回收的效益明显。
再生铝回收的关键控制环节
不同种类的铝制品 脱漆与其他材料的组合程度不同，回收过程中的主要流程存在较大差异，易拉罐的收集、分选和脱漆和高效重熔是关键环节。
汽车行业的拆解，破碎和分选更为关键。
经过分选脱漆后的再生铝，在熔铸过程中还涉及高效熔炼，除杂质元素，铸造等多个关键环节。
高效熔炼技术，主要是降低再生铝熔化时的烧损和能耗、提高效率。
除杂质元素技术，主要是去除熔入铝熔体的Fe、Cr、Zr等元素，使得再生铝能够保级回收使用。
高冷速铸造技术，再生铝回收时，铸造技术冷却速率的提升可以减结晶相的尺寸，提高传统合金牌号的杂质容限，有利于再生铝的回收。
再生铝制品的破碎、分选、脱漆技术
包装用铝制品使用时需要有较大的体积，制品在报废回收后经过“压实”后才能更经济的运输。废料的收集过程中不可避免的混入其他材质，因此需要对再生铝进行破碎和分选。
交通工具和机械类铝结构件多与其他材质的材料进行链接，需要经过破碎后才能更好的进行分选，破碎分选是再生铝回收过程中的关键环节。
一些制品表面涂覆有机涂料，如易拉罐，这些制品在重熔前还需要进行脱漆处理，否则不仅会造成更多的烧损，还会影响制品质量污染环境。
再生铝的破碎技术
破碎是铝制品回收的重要环节，破碎是对材质进行分类的前提，利用挤压剪切，锤压等各种方式对制品进行破碎，获得便于分选的颗粒。
破碎过程的应满足高效、环保和降低金属损失的要求。
各种破碎技术有各自的技术特点，破碎后再生铝的致密度、均匀性、碎末的的产生量；成本和噪声是评判破碎技术优劣。实际生产中，应根据废料的特点选择适合的破碎技术。
破碎后的碎块中有大量不同的材质、不同形貌的颗粒，如塑料、钢和其他有色金属，还不同牌号的铝合金。分选就是将不同材质的废料分开，理想状态是将不同牌号的铝合金分开，这直接关系到能否保级回收。
根据掺杂物的种类和特点有多种分选方式，可识别材料成分的光谱传感器分离法，可以区分不同牌号的合金，已经成为众多先进铝加工企业关注的焦点。
再生铝制品的分选技术
对于再生铝中比较轻的塑料类材质，可以通过风选进行分选，而对于一些铁磁性的钢材，可以通过磁选进行分离。
利用不同材质材料在磁场下的受力不同可以实现涡流分选。可以将铝与其他塑料类的制品分开，也可以区分不同材质的无磁性金属。
Tomra分拣解决方案推出了自动分拣薄片单元，这种分拣主要是按颜色进行鉴别，然后用其他将薄片分开。2015年推出了新一代机器能够完成两个独立单元的工作，精度更高，减少了优质材料的损失。提高了可靠性，并提高了吞吐量。
这种分拣方式难易分辨不同种类的合金。
激光诱导击穿光谱法可是实现移动粒子的成分检测。可以分辨力度为1-15cm，移动速度为3m/s的废料。这可以实现每小时处理7吨废料分选能力。美国休伦河谷钢铁公司于2004年委托建造了第一座此类工业设施，并开始投入运营。
2016年11海德鲁也与Austin AI开展合作，尝试用该技术分拣汽车废料，5xxx和6xxx废料，发现该人工智能系统在高效分拣中的巨大潜力。
中科院沈阳自动化所已经开发了相关设备，并正在推广应用。
不同种类铝合金的高效自动分选是当下国外企业关注热点，用X射线、激光检测成分检测、结合人工智能图像识别技术，对不同的铝合金进行高效分选的新技术和相关专利不断被开发出来。
再生铝制品的脱漆技术
表面阳极氧化，涂漆以及覆盖有机膜是铝合金制品表面处理的主要手段。此外，铝合金在车削过程中长伴有油污。
铝表面覆盖的不同物质在再生铝回收过程中会对金属回收率造成影响，产生的挥物会污染环境。
因此，对再生铝进行脱漆、除油也是一些再生铝回收过程中的关键环节。
表面涂漆或喷漆的铝合金在直接放入熔炼炉内进行熔炼，会造成烧损，这些烧损与合金中的Mg含量以及是否进行溶剂保护有关。
图给出了不同材料在重熔时的金属烧损量，可见有涂层材料的烧损明显大于裸料。
溶剂覆盖虽有一定效果，烧损仍然比较大。此外，直接熔炼还会造成形成大量的有害气体，污染环境。
铝合金表面的涂层主要是有机物，通过加热可以使涂层充分挥发和碳化实现“脱漆”。
在不同温度和气氛下再生铝表面的脱漆需要的时间如表所示，可见随着温度的升高脱漆时间变短。
再生铝和热的气体可以在回转炉中充分接触，有利于表面有机物的挥发和碳化，已经行业内常用的再生铝产线的脱漆设备。
海德鲁的易拉罐回收线采用了回转炉技术，并取得了较好的脱漆效果。
再生铝的熔炼，净化技术
再生铝的熔炼技术
破碎分选后的再生铝多成屑、片状，表面积大，直接加热容易熔化发生氧化和烧损。
熔炼过程中的添加方式和炉型直接关系着烧损量和能耗。国外企业先后设计了多种加料熔化方式和炉型。
针对再生铝回收过程中废料的特点和形态，西马克公司设计了6种不同的废料添加装置，目的是实现废料的高效添加，减少能耗和烧损。
通过这些设计可以减少加料时间和次数，降低能耗。
再生铝重熔过程中的高效回收是控制烧损和减小能耗的关键。
西马克公司给出了不同的再生铝适应的5种典型炉型。
单室熔炼炉适合熔化原铝、清洁型材和废料和部分油性和涂漆废料。
碎屑重熔炉适合熔化机械加工形成的铝屑。
万能回转倾斜炉适合熔化带Fe的废料和铝渣和部分断桥铝、易拉罐等涂漆废料，可是显现沉降提纯。
铝屑重熔炉有烘烤和预热功能。避免了传统的压块的能耗和油污造成的烧损。先用离心装置去除水分，再将预热的废料直接浸入到铝水避免烧损，提高收得率。
2020年1月在Cromodora Wheels投产了一条1万吨/年的产线，用于回收车轮切削铝屑。
该炉可以将烧损控在1%以下，能耗低于600kWh/t。1班只需要一名操作人员。污染低，排放满足相关标准。
该炉不能进行除杂处理，Fe、Cr、Zr等杂质元素。
再生铝的净化技术
在再生铝在回收不可避免的混入一些杂质元素，当杂质超标后就不能满足合金成分范围，因此，如何去除杂质是再生铝保级使用的关键技术。
按杂质元素种类，可以分为溶质分配系数低于1的Fe、Si杂质，和溶质分配系数高于1的Cr、Zr、Ti等。
块状Fe制品混入再生铝时，熔化过程中可以通过磁选进行分离，若Fe熔入铝熔体就只能通过除铁技术进行处理。
Fe含量高时可以通过沉降法进行除铁，Fe含量低时可以通过顺序结晶法进行除铁。
当铝熔体中溶解的Fe含量较高时，可以通过向合金中加入Mn元素，形成初生相，利用重力沉降作用实现分离。
本课题组做了一些初步的研究，发现可以Al-0.9Fe-1.7Mn合金上层的Fe、Mn可分别将至0.6和1.2之下；Al-6.6Si-0.8Fe-1.37Mn上层Fe、Mn含量可以将至0.5和0.6之下。
当铝熔体中的Fe、Si含量较低且仍需提纯时（如Fe、Si含量很低的2、7系合金）。可以通过结晶核沉降法实现Fe、Si杂质的去除。该方法自1965年被提出技术原形，一直有新的专利技术被报道出来。
2012年肯联铝业公开的专利，采用顺序结晶法降低Fe，Si含量。通过长11-12小时的保温沉降，可以获得64%-78%的提纯金属。提纯效率在78kg/h-150kg/h之间。
Cr、Zr、Ti等元素是高强铝合金中添加的微量元素。含Zr的7x75合金和含Zr的7X50合金铝屑容易混在一起，当Cr、Zr、Ti的总量超过一定值时就会形成粗大的结晶相，影响制品的性能，造成这些合金不能保级回收。因此， Cr、Zr、Ti 等元素的去除技术对于7xxx、2xxx铝合金铝屑的保级回收至关重要。
1990年加铝提出了，利用Zr、Cr、Ti在铝熔体中溶解度的变化，通过控制熔体的降温区间，实现Zr、Cr等元素的沉降分离。起到提纯的作用。通过增强沉降，可以有效去除熔体中的Zr、Cr等元素。
2001年美国专利给出了去除2、7xxx合金废料中的Cr、Zr、Ti等元素技术。利用形成初生相的沉降，将元素沉降到熔体的底部。通过倾倒分离上层更“纯净”的熔体。
国内在这方面的报道还比较少，多用感应炉直接做成复化锭、或降级使用。
1983年凯撒铝的业技术人员分析了再生铝合金因元素超标导致的铸锭开裂和热轧开裂问题。
认为合金的Cr当量应该小于0.236wt.%.计算公式为：Cr+2.03V+0.54Ti+0.24Mn+0.055Fe。
再生铝回收过程杂各种质元素总含量的控制非常重要。
再生铝的扁锭DC铸造和形变热处理技术
板带材的锭坯的主要生产方式有DC铸造，履带式（带式）铸造和铸轧，轮带式和立弯式连铸。冷却速率更快的双带式和铸轧在控制结晶相方面有更大的优势，更适合高杂质含量再生铝的生产。通过减小锭坯厚度和增加冷却强度也是改善DC铸锭组织的有效途径。
用铸轧法生产的高Fe含量8011合金的结晶相更小，轧制成箔材后更不容易因形成因含Fe相导致的针孔，适合于轧制更薄的产品。如能解决中心偏析问题，铸轧适合多种牌号高Fe含量再生铝的生产。
再生铝中Fe、Si含量的增加是不可避免的，快冷却速率铸造可以减小结晶相的尺寸。
先进的DC铸造和形变热处理工艺结合也能在一定程度上提高变形铝合金的杂质容限。
DC铸造分为竖直DC铸造和水平DC连铸。竖直DC铸造是铝合金板带用锭坯的主要生产技术，能生产所有合金系列的铝合金。
竖直铸造受限于铸井深度，锭坯长度最大为12m左右，多流铸造需要多个结晶器，去头尾和铣面后成品率低。
水平连铸可以实现20m，甚至更长的铸造，用一个结晶器形成的铸锭可以用完一炉铝水。结晶器成本低，头尾少，成品率高。
铝合金板带锭坯的制备方式及特点
为了追求效率和成材率竖直DC铸造扁锭的厚度越做越大；但这会带来一系列问题，如开裂，内部组织粗大等问题，特别不利于再生铝结晶相的尺寸的控制。
扁锭结晶器的四周冷却不均匀，浇铸时需考虑液位控制和分流，液位控制系统和分流系统是扁锭DC铸造的关键控制环节。
再生铝的铸造和形变热处理技术
扁锭的厚度和结晶器结构是影响凝固过程冷却强度的关键，冷却更强的薄锭坯更有利于是高杂质含量再生铝的凝固组织调控。国外铝加工企业十分重先进DC铸造技术的开发。
控制见水点位置，获得“泡核”沸腾，增加换热效率，通过双排水眼增加“泡核”沸腾区的接触面积，实现更强的冷却，以改善组定的内部质量。
铝合金铸造和形变热处理技术
DC铸造过程中大部分热量被二次冷却冷却水带走，二冷水喷淋点处“泡核沸腾时”传热最快，提高该区域的换热可以有效提高结晶器冷却强度。
双排水眼可有效提高锭坯的冷却速率，减小锭坯心部结晶相尺寸，有利于提升合金的杂质容限。
DC铸造过程可以通过增加冷却强度，减少铸锭厚度，改变熔池内的流场等多种方式提高凝固前沿的冷却强度，进而细化DC铸造的凝固组织和结晶相，再结合适当形变热处理工艺，可以起到提高合金Fe、Si杂质容限的作用。
国外的铝加工企业在板材生产领域做了大量研究和尝试。
诺贝丽斯分析了不同工艺条件下铸锭内的结晶相的尺寸和形貌。统计了最大尺寸的结晶相数量和尺寸，优化DC铸造工艺能获得更细小的结晶相。诺贝丽斯已能用0.65wt.%Fe的合金制备易拉罐料（2022年注册的3304合金的Fe含量上限为0.8%）。
这些高杂质含量铝合金的组织性能调控技术是再生铝企业的核心竞争力之一。
2014年肯联铝业提出了新的水眼的角度，将双排水眼喷射角度的45°换成了32°。研究发现32°双排水眼的DC过程中铸锭的热裂倾向和翘曲量更小，锭坯端部轧制后不容易开裂。32°水眼铸锭心部的枝晶网格间距更小（结晶相对相应的更小）。
本课题组开展了熔体强剪切铸造圆锭的相关研究，发现通过熔体强剪切作用可以改善铸锭心部结晶相的形貌和尺寸，从而调控铸锭的内部组织。
通过外场适当的调控糊状区和浆料区凝固条件可以有效影响枝晶网格粗细和疏松的分布情况。减少枝晶网格间距、结晶相和心部疏松的尺寸。结晶相的减小有利于提高Fe、Si的杂质元素的容限。
通过对铸锭进行不同形变热处理工艺可以改善内部残余相的形貌和尺寸，在一定程度上降低杂质元素的影响。美铝技术中心针对铝锂合金提出了先轧制后均火的概念。
本课题组的研究也发现，先变形后均火更有利于减少残余相的尺寸。
总结和展望
原料成本是铝加工企业的主要成本，采用再生铝制造高附加值的产品已成为铝加企业新的利润增长点。在行业竞争日益激烈的背景下，能利用更多再生铝生产高端产品的铝加工企业将具有更强的市场竞争力。
再生铝的保级回收是系统工程，涉及多个关键技术环节，破碎分选要解决高效精准分类问题；熔炼和净化要解决烧损、能耗和杂质元素控制问题；大扁锭DC铸造和变形要解决高杂质含量合金结晶相和残余相控制问题。国外做了大量系统的基础研究，形成了较为完整的技术装备体系，并不断的开发新的技术和装备。
国内虽已经建设了大量再生铝的产能，但技术水平参差不齐。过去的20年，中国铝加工虽取得了巨大的成就，但先进技术装备还多以进口为主，自主创新能力不足。在“内卷”严重的当下，从业人员的视野、眼界、理论技术水平、理念等综合能力是实现企业高质量发展的关键。在高水平从业人员的引领下不断实现的技术创新，才能实现再生铝的更高效回收和保级使用，增加企业竞争力。
