降低熔煉工藝的環境負荷，走生態發展的道路——綠色集約化鋁合金熔體處理技術的綜合應用

降低熔煉工藝的環境負荷，走生態發展的道路——綠色集約化鋁合金熔體處理技術的綜合應用。

一、前言

“生態材料學”（Ecomaterialogy）

周堯和院士提出了呼吁 ：開發生態材料工藝，發展綠色清潔集約化熔鑄生產，降低環境負荷。

“生態材料學”（Ecomaterialogy）：優質、高效、節約資源、減排降低環境負荷。

二、環境負荷及其評估方法

環境負荷（Environmental  Load ）

工藝的使用價值（Q）：所生產的產品的質量、性能及其社會、經濟效益等 。

對環境質量的影響（P）：對環境的污染、對生態的破壞、廢棄物（三廢）的排放等。

資源（能源、原材料及人工）的消耗（H）：能耗、原材料消耗、人工費、生產成本等。

環境負荷越低,該工藝的生態效應越高,對社會經濟生態發展的貢獻就越大。

三、重慶港橋“城市礦產”示范基地鋁熔鑄生產線的新工藝路線

采用有自主知識產權的成熟的高新技術與設備，降低環境負荷，形成集約型、環境友好型技術路線，大幅度降低了能耗、降低了污染，成為實現高值化、清潔化利用‘城市礦產’的生態經濟的范例。

新的鋁合金熔鑄生產工藝路線

建立質量控制計算機管理體系

發明專利技術－稀土精煉變質處理工藝 ；

發明專利技術－低溫熔煉技術；

應用蓄熱式熔爐，節能減排降耗；

建立鋁液直送生產線，降低能耗；

同時采用一系列技術措施，確保冶金質量。

一系列專利技術組成的綠色集約化的鋁合金熔體處理綜合的技術

蓄熱式燃燒技術在熔鋁爐中的應用

蓄熱式技術的應用了明顯地減少了能耗和鋁耗，節約了資源，節能減排，降低了生產成本，減輕了環境負荷

節能效果顯著 ：通過蓄熱體對煙氣余熱接近極限的回收，使排煙溫度小于等于150℃；因降低了排煙溫度，使燃料燃燒利用率達到近90%；與常規煙氣回收的爐子相比，可節能25～35%。

擴展火焰燃燒區域：通過組織貧氧燃燒，火焰燃燒區域到達爐膛邊界，使得爐內溫度分布均勻，對鋁加熱更均勻，降低了局部高溫以及富氧環境對鋁液的揮發和氧化作用。使廢鋁的燒損減少0.5% - 1%。

提高產量 ：爐內平均溫度增加，導致相同尺寸的熔鋁爐，其產量可以提高30%左右。

減排顯著：燃料在貧氧狀態下燃燒，（煙氣中含氧量在2～20%）爐內氮氧化物NOx大大減少，NOx排放量降低至100ppm以下，氮氧化物排放量減少30～40%，達到了國家級排放標準。

低溫熔煉法專利的應用

 高溫熔煉的問題

1、高溫加速了鋁及各種合金元素的氧化燒損，加大了鋁及合金元素的損耗，增加了鋁液的夾雜，還因高溫下鋁液表面的氧化膜失去了保護功能，鋁液吸氣嚴重，導致鋁液冶金質量惡化；

 2、為了提高鋁液溫度，能耗也勢必大幅度增加。同時，為保證鋁液的冶金質量，又必須加大精煉變質的力度，增加精煉劑和變質劑的用量，延長處理時間，這樣又進一步提高了能耗和鋁液的處理成本。

采用了低溫熔煉專利，降低了熔煉溫度，解決了高溫熔煉帶來的問題，降低了環境負荷

低溫熔煉法降低了熔煉工藝的環境負荷

1.產品質量得到顯著提高

從化學成分看：鐵含量降低1 - 1.5個百分點

從物理性能上看：抗拉強度和延伸率明顯提高，斷面細密， 針孔度提高一個級別（從3級提高到2級）

2. 節能減排效果顯著（節能5% - 10%）

3. 降低再生鋁的燒損0.5 - 1個百分點

4. 操作方法簡便易行，易于推廣

采用鋁液(湯)直送技術至少可節約>800元/噸

省去鋁錠重熔材料燒損2%，按全年均價17500元/噸計算，節省350元/噸鋁；

節約燃料費用，壓鑄環節按200余方立方天燃氣計算，節省500元/t減排0.22噸CO2/噸鋁

省去熔煉環節，節約固定資產投資和折舊

實現零庫存，減少資金占壓

提升合金液品質，提高鑄件的質量

鋁液直送用澆包的預熱

輸運二萬噸鋁液可節約一千貳佰噸標準煤，減排 4400噸  二氧化碳，降低生產成本百分之十。

核心技術稀土復合精煉變質熔體處理技術（專利號：ZL01105021.7）

稀土復合精煉變質熔體處理綜合技術（專利號：ZL01105021.7），根據不同稀土元素的不同特性，巧妙地搭配形成復合精變劑。既發揮某些稀土元素變質功能，實現長效變質和細化晶粒，改善了性能；又利用某些稀土元素高電負性及儲氫特性，在鋁熔體中固氫及去除氧化夾雜，實現對熔體的凈化并能維持5-7小時，使精煉變質效果達到了最佳狀態，有效地改善了鋁合金的冶金質量和性能。這種復合精變處理工藝不產生有害廢氣及有毒物質，并減少鋁在處理中的燒損，大大減輕了環境負荷，降低了生產成本，從而成為了真正綠色集約化的鋁合金熔體復合精變處理工藝。

稀土復合精煉變質熔體處理技術的環境負荷分析

變質處理及晶粒細化效果

晶粒細化了30％，消除了鑄件加工時硬質點，改善了加工表面光潔度，提高了加工刀具壽命。

精煉凈化效果

含Sr的AlSi12Cu 合金               含RE的AlSi12Cu合金

含RE的鋁液保溫5小時，其針孔度仍保持一級水平

新精變處理工藝的ADC12合金與常規精變處理的力學性能比較

試樣抗拉強度分布                       試樣塑性分布

強度σb與塑性δ%均有所改善，而且數據更集中、離散變小

新工藝對再生鋁錠成分的影響

元素                   Si         Cu        Al

配制含量（％）          11.5      2.80    余量

含量（%）               11.0      2.81    余量

可獲得冶金質量高、性能好的再生鋁錠

新工藝大幅降低了精變處理產生廢氣、廢渣

 SO2   NOX   TSP   出渣率

新工藝    0.04％  0.20％ 0.92％ 35.1kg/噸

常規工藝 0.16％ 5.35％   2.1％  61.3kg/噸

  差率：    1:4   1:26.8  1:2.3  1:1.74

新工藝是環境友好型技術路線

四、新工藝路線的環境負荷的評估分析

新工藝新技術的綜合應用的環境負荷分析

廢棄鋁的精選和分選質量控制計算機管理體系，有效的分選處理和綜合利用措施，最大程度減少了固體廢棄物對環境的影響；

蓄熱式熔爐、低溫熔煉、稀土復合精變處理工藝以及鋁液直送技術的綜合應用，有效地提高燃料的利用率，降低能耗和材料的燒損。相應也減少了廢氣的排放 ；

充分運用稀土元素和鋁熔體相互作用的特性，實現對鋁熔體的凈化、精煉及變質處理一體化的工藝。在處理的全程中均不會產生有害的廢氣和其它副產品。

在根本上解決了常規工藝對環境造成負面影響。

資源消耗及經濟效益分析：

采用低溫熔煉技術和稀土熔體處理技術處理一噸鋁熔液，減少5－15kg鋁的損耗 ；

采用蓄熱式燃燒爐，利用尾氣的余熱加熱蓄熱室中的蓄熱材料，然后利用蓄熱材料的蓄熱加熱助燃空氣，大幅提高燃燒效率，燃油消耗減少近30％，少用33kg燃油/噸；生產時間縮短了1個多小時；

稀土精變處理使壓鑄件的鑄造廢品率下降2.67倍 ，組織中硬質點消失，機械加工的廢品率也下降，產品總廢品損失大幅度下降。為應用鋁錠的壓鑄廠帶來了經濟效益。累計創造經濟效益上億元。

并有減少排放，降低污染，節約能源等等的社會效益。

新工藝獲得上海市科技進步二等獎

這條綠色集約化的再生鋁合金熔鑄綜合技術的應用

有效的改善再生鋁合金的冶金質量和性能

降低了能耗，減少了鋁的燒損

降低了再生鋁的生產成本，還為下家帶來巨大的經濟效益

在根本上解決了常規工藝對環境造成負面影響的問題大大減輕了對環境質量影響。

有效地降低了鋁熔煉工藝的環境負荷。

為再生鋁熔鑄生產的生態發展提供一條可行之路。