[发明专利]浮渣量小的铝熔炼方法

说明书

广义上讲，本发明涉及铝熔炼方法，该方法尤其适用于铝的循环使用或铝的回收。

近年来，由于立法的影响和制铝工业旨在降低能耗和投资方面的努力，已大大提高了废铝或铝碎屑的循环使用或回收量。有约一半的废铝来自制铝废料。但是，来自废饮料罐的废铝量已迅速增大，因此要求有新的熔炼方法和制铝能力。

为了提高循环使用或回收的经济效益，已在铝熔炼炉的设计和操作上作了大幅度的改进。更好地控制温度设定点和燃烧的化学计量已提高了燃料效益。通过改进操作实践也已在某种程度上减小了加热期间铝表面的浮渣，即氧化物生成量。但在直接火焰炉中，由于炉内气氛中存在氧化性气体，尤其是存在氧气和从直接火焰燃烧器出来的燃烧产物，所以使浮渣的进一步减少受到限制。更具体地讲，直接火焰炉的炉内气氛中含有CO₂，H₂O和O₂，该气氛中不断送入铝进料。在用空气作氧化剂时，CO₂，H₂O和O₂的总浓度一般为约30％。铝熔炼期间形成的大部分浮渣据认为是因为与这些氧化性气体接触所致。虽然已合理地充分认识到了熔体温度，熔体组成和炉内气氛对氧化速度的影响，但对于所形成的浮渣量的减少仍然受到限制。

在用辐射管加热铝进料的非直接火焰炉中采用受控气氛可大幅度减少氧化损失。但这类炉的传热速度低，辐射管受腐蚀并且投资大和维修改保养费用高又使其不经济。

因此，仍需要可大幅度减少氧化损失和浮渣生成量并又不会大幅度增加损资或生产成本的直接火焰铝熔炼方法。

本发明涉及在直接焰炉中熔炼铝进料的改进方法。将该进料引入炉中并使其受到放在进料上的一或多台直接火焰燃烧器的辐射加热作用。将非氧化性气体从直接火焰燃烧器和铝进料之间引入以在进料附近形成气体层，该气体层可将进料与包括直接火焰燃烧生成的燃烧产物的常规炉内气氛分隔开。与不存在该气体层时进行的氧化过程相比，该非氧化性气体层具有减少进料氧化程度的组成。

图1是按本发明进行气体分层的铝熔炼炉系统的简化示意图。

图2示出了用于直接火焰炉的氧气-燃料类型燃烧器例子。

图3示出了实施例所述炉。

图4示出了实施例所述辐射类型燃烧器。

图5是实施例所得结果图，其中示出了对于28.7毫米或50.8毫米内径管而言，CO₂＋O₂＋H₂O的体积％浓度随氮气流量(×28316.8厘米³/小时)的变化情况，该实施例中使用了1，3或6根管注入氮气。

图6是实施例所得结果图，其中示出了对于氧气-燃料类型燃烧器和辐射类型燃烧器而言，CO₂＋O₂＋H₂O的体积％浓度随N₂与天然气之比而变化的情况。

图7是实施例所得结果图，其中示出了用废饮料罐(UBC)进行氧化试验的结果，该实施例表明了本发明减少浮渣生成量的优点。该图中示出了wt％(重量百分比)增重随炉中温度(K)变化的情况，其中包括用氧气/燃料类型燃烧器的分层系统(“STRATIFIED O₂-FUEL”)，用空气/燃料燃烧器的未分层系统(“NORMAL AIR-FUEL”)和用氧气/燃料燃烧器的未分层系统(“NORMAL O₂-FUEL”)。

本发明涉及对直接火焰铝熔炼炉中气氛加以分层以在加热和熔炼铝的过程中获得有利的结果。所谓“分层”(“stratification”)，是指在炉内的一或多台直接火焰燃烧器和铝之间设置炉内气氛隔离层，该层用于隔离或保护铝，使其基本上不受炉内燃烧产物的影响。该层具有减少铝进料在未被隔离时会发生的氧化程度的组成。向炉内引入非氧化性气体或非氧化性气体混合物即可形成这种隔离层。在非氧化性隔离层之上并含有大量燃烧产物的气氛分层称为“燃烧层”。

非氧化性层或分层和燃烧气体层或分层将在一定程度上相互混合，因此两层之间无需，而且通常亦不会完全区别开。不过，由于引入了非氧化性气体并且形成了非氧化性层，所以铝进料的氧化可得到控制，其方式基本上与燃烧层的组成和氧化性无关。含有这种分层气氛的炉基本上保留了直接火焰炉的优点(如传热速度高并且成本低)，同时又可控制进料受氧化的气氛。