降低铝熔损的炉渣处理方法

    在铝合金熔炼过程中，由于铝氧化以及铝与炉壁、精炼剂相互作用而造成不可回收的金属损失叫烧损。烧损和渣中所含的金属总称为熔损。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2%～5%,而渣中的含铝量为渣量的40-60%左右。因此，正确的处理铝炉渣，回收渣中的铝来降低熔损具有重要的意义。5t火焰反射炉熔炼铝合金的实践，介绍处理铝炉渣来减少熔损的方法。
　　
　　1　减少铝炉渣的措施：铝合金熔炼过程中，随着渣量增加，铝的熔损也增多，而渣量的多少与熔炼温度、炉料状态、生产工艺等因素有关。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；
　　
　　（2）严格控制熔炼温度，防止过热，火焰喷射应有一定的角度，以便快速熔化，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）扒渣前对渣处理；
　　
　　2　对炉渣的处理
　　
　　（1）扒渣前的处理：精炼后浮到熔体表面的渣，与熔体的浸润性较好，湿润角小于90o,渣中混有相当数量的熔体，这一部分熔体呈颗粒状分散在渣中，与渣粘附在一起。熔体温度低时两者的湿润性更好，若此时扒渣，随渣带出的熔体重量约是渣重量的60%。将炉渣量1‰～2‰的造渣剂均匀地撒地熔体表面，来减少渣中的含铝量。造渣剂与铝液的反应如下：Na2SiF6→2NaF SiF4；2NaF Al2O3→NaAlO2 NaAlOF2 ；4NaF 2Al2O3→3NaAlO2 NaAlF4 ；6NaF Al2O3→2AlF3 3Na2O 反应物AlF3与铝、氧发生放热反应，所释放的热量，使粘性熔渣成为松散粉末状的干性渣。这样，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。
　　
　　（2）出炉后的铝渣处理：应当指出，经过上述处理后扒出的渣仍混有铝滴。在扒渣时，首先将其扒入带有孔眼的铁箱内，使一部分粘附在渣上的铝熔体可渗漏出。扒渣完毕后，再将渣倒入准备好的坑内（经特殊处理），向渣中撒一些造渣剂，同时搅拌，使渣与造渣剂混匀，5～10min后从坑内将渣扒出。依靠造渣剂的快速升温作用使渣温达到950℃左右，渣中铝滴周围的氧化膜破裂，而铝滴借助自身重力逐渐汇集落到坑底。经过二次处理的渣就只含有较少量的铝粒了，将冷却后的渣存放在一定地方，从中拣选其中的铝粒。采用上述处理铝炉渣来回收的方法，简易可行。目前，在铝合金熔炼过程中熔损降到1.6%,有时可达到1.4%,如每年生产5000t铝合金，可将原来因熔损而造成的经济损失减少40万元，经济效益相当可观。一系列的改进，但它们均是间歇操作，小的改进并不能大幅度降低钛的价格。因此应开发新的、低成本的连续化工艺才能从根本上解决高生产成本这一问题。为此，研究人员进行了大量的实验和研究。当前研究的重点有以下几种方法：电化学还原法为了降低成本，人们对金属钛直接除氧进行了研究。国外有人用电化学的方法使钛中固溶氧的浓度降低到检出界限(500 ppm)以下。他们认为在电化学除氧的过程中，除氧剂钙在电解氯化钙熔盐时产生，O2-在阳极以CO2或CO的形式析出。这种新型高纯化方法，不仅用于钛的脱氧，而且适用于钇、钕等稀土金属，并且可使氧含量降低到10ppm。
　　
　　电化学的方法的工业化实验的流程是：首先将二氧化钛粉末用浇注或压力成形，烧结后作阴极，以石墨为阳极，以CaCl2为熔盐，在石墨或钛坩埚中进行电解。所加电压2.8V～3.2V，低于CaCl2的分解电压(3.2V～3.3V)。电解一定时间后，阴极由白色变为灰色，在SEM下观察，0.25μm的TiO2转变为12μm的海绵钛。以氯化钙为熔盐，最主要的原因是其价格低，并且对O2-具有一定的溶解度，使析出的钛不易被氧化；另外， CaCl2无毒，对环境无污染。
　　
　　与TiCl4熔盐电解相比，此方法所用原料是氧化物而不是易挥发的氯化物，所以制备过程可以简化，而且产品质量高；不会发生钛的各价离子间的氧化还原反应；阳极析出气体为纯氧气(惰性阳极)或CO、CO2的混合气体 (石墨阳极)，易于控制，无污染。
　　
　　该法不仅促进了阴极附近的还原反应，同时使还原得到的钛脱氧。这种方法将氧化物的直接电解还原和电化学脱氧法相结合，是制备钛的一种新型方法，成为钛提取工艺中最引人注目的方法。根据2000年英国自然杂志发表论文的数据估算，采用该方法，每吨海绵钛降低生产成本13000美元左右，目前全球五六万吨的总产量如果改由该电化学方法生产，每年将节省7.7亿美元的生产成本。
　　
　　Armstrong法Amstrong等对Hunter法进行改进，使之成为连续化生产工艺。其流程是：首先将TiCl4气体注入过量熔融的钠中，过量的钠起冷却还原产物并携带产物进入分离工序的作用。除去钠和盐即可得到产品钛粉。产品中氧含量最低为0.2%，达到二级钛的标准。对工艺略加改进，可生产VTi、AlTi合金。与 Hunter法相比，该方法的具有连续化生产、投资少、产品应用范围广、副产物分解为钠和氯气可循环利用的优点。
　　
　　该方法已经接近了工业化生产，但仍然存在几个问题，如怎样进一步降低氧含量，产品成本如何等。
　　
　　TiCl4电解还原法从电解工艺过程角度看，采用TiCl4电解法比Kroll法和Hunter法均具有优越性。因此，从Kroll开发热还原法当初就有将钛的冶炼过程转变为电解法的想法。
　　
　　TiCl4电解还原法是惟一一种曾经被认为是可能取代Kroll工艺的方法，美国、前苏联、日本、法国、意大利、中国等都对其进行了长期和深入的研究。采用TiCl4电解还原法在技术上首先需要将TiCl4转变位钛的低价氯化物且使之溶解于熔体中，同时，必须将阴极区和阳极区隔开和使电解槽密封。
　　
　　意大利有人一直致力于TiCl4电解法的研究，他们通过对氯化法电解数据的分析，发现当温度在900℃以上，电解液中不存在Ti2＋或Ti3＋，只有Ti4＋和Ti。以此为依据所建立的电解工艺为：TiCl4气体注入多层电解质中并被吸收。这个多相层由钾、钙、钛、氯、氟的离子以及钾、钙等组成，并且把钛阴极以及石墨阳极分开。在最低层生成的液体钛沉到熔池底部至带有水冷的铜坩埚中，形成铸锭。但是该方法得到的钛的纯度不高，效率低。
　　
　　展望具有优越性能且资源丰富的钛从20世纪后半叶起作为理想材料受到关注，但迄今为止都没有从稀有金属中摆脱出来，世界钛的年产量仅有数万吨。由于Kroll法是以金属镁还原四氯化钛得到海绵状金属钛，再加上流程长、工序多等因素的迭加，导致海绵钛成本居高不下，影响了钛在各行业的应用，使其在许多应用领域中尚未推广使用。但是，我们相信，随着科技的发展，金属钛新的生产工艺开发、生产成本的降低、生产规模的扩大，21世纪将真正成为钛的世纪。
　　
　　入到工件表层，形成冶金型牢固结合的沉积层。主机电源放电周期为10-3~10-1秒，高频率的放电和电极棒（焊条）在工件表面的高速旋转扫描，可实现大面积高效率的沉积涂层。
　　
　　为什么能实现“冷焊”（热输入低）？
　　
　　这是因为放电时间（Pt）比放电间隔时间（It）短，放电间隔期间热量迅速扩散到工件的其他部分，因此热量不会集中在工件的处理部分，实现真正意义的冷焊
　　
　　为什么结合强度高？
　　
　　电极棒（焊条）瞬间被电弧离子化并转移到与其接触的工件上面，同时出与等离子电弧的高温（8000-10000℃）在工件表层下形成如盘跟错节般的坚固扩散层，因此结合强度高不会脱落。
　　
　　精密模具修补冷焊机设备特点：
　　
　　¤ 设备先进可靠，德国本土技术，国际水准大功率氩气保护，可长时间工作。¤ 旋转式自损电极，沉积、堆焊效率高，冶金结合、涂层质密。¤ 一机多用，可进行堆焊沉积、表面强化等功能。通过调节设备的放电电压，和放电频率，可获得须求的堆焊或强化涂层的厚度和光洁度。¤ 操作简单、低热输入，模具修补时无须预热，堆焊的瞬间过程中无热输入，因而模具不变形、不退火、咬边和残余应力，不改变模具或产品金属组织状态。¤ 电极来源广，经济实用。¤ 适用基材广，包括低碳钢、中碳钢、模具钢、不锈钢、工具钢、铸铁、铸钢、铸铝、铝合金、铜合金、镍合金、碳钨合金等，以及所有可以导电的导电体。¤ 环保性，工作过程中无任何污染。¤ 经济性，可现场在线修复，提高生产效率，节省时间和费用。¤ 修复精度高，涂层厚度从几微米到几毫米，只须打磨、抛光。也可进行车、铣、刨、磨等各类机械加工，以及电镀等后期加工。