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摘要 ：再生铝是我国工业发展中的重要组成部分 , 其在铝 总产量中占比日益提高。再生变形铝合金成套技术的应用有利 于优化再生铝过程， 提高再生铝质量， 降低其中的燃损和污染问题，从而实现绿色可持续的铝工业发展。本文围绕再生铝合金的 特性现状进行分析 , 重点研究了再生变形铝合金成套技术的技 术应用和优化策略、技术创新发展以及应用效果两个方面 , 希望 能为相关工作提供一定帮助。
关键词 ：再生变形铝合金,成套技术,预处理,熔炼,除杂
我国再生铝工业相对较为落后。然而，随着21 世纪经济的 快速发展， 铝工业也迎来了快速发展的时期， 再生铝的产量随之 不断增加。虽然再生铝的利用率逐年提升， 但其在铝材投入总量 中的占比仍较低，所以再生变形铝合金的生产成为当前乃至今 后重点进步发展的方向。在这个过程中， 再生变形铝合金的生产 占据重要地位。加强应用再生变形铝合金成套技术， 不仅能够提 高铝生产质量， 满足市场需求， 还能带动我国铝工业的绿色持续 发展， 促进我国打开国外市场。
1 再生铝合金特性及现状分析
再生铝合金的来源多种多样，其牌号和质量也各不相同。只 有通过科学的技术分析手段才能鉴别其中的化学组成，否则只 能大致区分熟铝和生铝。在前期分拣过程中，为了做好分类，还 需利用快速光谱仪进行分析。再生铝料中还包括熟料中的碎料、 板料和切边料等， 这些料的表面积过大， 容易在熔炼期间出现严 重的氧化造渣问题，使得其中出现较多的非金属氧化物和金属 氧化物。为避免其中的低熔点金属混进变形废铝生料当中， 发生 成分超标，需要利用光谱仪打样，将其中的成分加以调整，确保 合格后再进行铸造。在熔铸过程中，一些品类的成分比较固定， 如易拉罐、普通门窗料或固定加工厂的固定碎边料等， 因此可以 直接进行熔炼。为了得到更为优质的铝合金， 可利用光谱仪确定 其中的化学成分， 使其后续可更具有针对性地利用。对于板料之 类的熟料而言， 通常可在熔铸前用快速光谱仪打样确定成分， 区 分熟铝和生铝成分之后，再进行生产。根据成分的不同，再进行 配料， 得到成分范围比较理想的再生铝锭， 以提高产品在市场上 的竞争力。
从整体看，我国再生铝事业的发展相对落后，起步较晚，与 先进国家相比还存在一定差距。然而，自改革开放后期，再生铝事业得到了快速的发展， 相关企业的规模也在不断扩大， 例如浙 江的万泰铝业已逐渐成为全国知名的民营企业之一，成为铝合 金生产的领军企业;江西、上海、营口等多个城市陆续建立新厂， 年产量超过几十万吨，发展趋势较为良好。然而，在当前铝合金 再生事业的发展中， 仍然存在一些问题待解决和优化， 具体表现 为以下几点 ：
(1) 在整体上看，我国铝合金再生产业的技术发展较为落 后，落后表现在生产技术不够先进，甚至有些过时。尽管逐渐引 进了先进的生产技术和设备， 然而由于废旧铝来源的问题、生产 投入成本等方面的限制， 难以完全利用先进技术， 未充分发挥效 果。此外，当前再生铝研究机构和人才较为匮乏，缺乏专业技术 和研究人员， 这使得生产技术的研发和实践能力受到限制， 难以 充分发挥再生铝在科技领域上的优势。
(2) 目前，我国废铝回收体系不够完善，回收流程存在许多 难点和问题，例如分拣难度较大、回收过程混乱等。此外，再生 铝厂在实际操作过程中未能按照相关规范处理铝渣，导致铝损 失过多，资源浪费严重。同时，废旧铝本身存在的稳定性差，难 以完全满足规定的生产要求。这些问题限制了废铝回收利用的 发展，也制约了再生铝产业的健康发展。因此，需要加大投入、 建立健全的回收体系， 加强技术创新， 提高资源利用效率。
工业管理不到位。从国家层面来看，再生铝合金行业目前仍 然缺乏政策支持和引导， 监管制度也较为松散， 导致该行业的发 展秩序混乱。同时，针对再生铝合金工业的污染特点，还没有明 确的环保标准和监管制度， 这导致了严重的污染问题。在一些企 业缺乏严格的管理规范和环保意识的情况下， 烟气污染、噪声污 染等问题也普遍存在，环境保护效果十分有限。因此，需要加强 政策支持和监管力度， 建立规范的管理制度和环保标准， 促进行 业健康有序发展， 保护环境和公共利益。
2 再生变形铝合金成套技术应用
2.1 技术研究背景及总体思路
对于铝工业的持续发展而言，再生铝是根本性的出路。随着 我国工业的发展，对铝的需求量不断增加，而铝土矿依存度较 高，供需矛盾日益突出。根据历史数据，1981 年至 2007 年我国 的原铝表观消费量累计达到了 7471.4 万吨。根据有色金属工业 协会再生金属分会的测算，铝产品的预期使用寿命在 15 年至 18年之间。从2020 年开始，2005 年前消费的铝产品已经开始进入 报废期，预计到2025 年我国的废铝资源将达到 1177 万吨，成为 废铝资源大国。预计到那时， 我国再生铝回收和利用比率将进一 步提高。根据《有色金属行业碳达峰行动方案》，到2025 年我国 的再生铝产量将达到 1150 万吨。随着相关技术的不断发展和完 善，再生铝的节能减排率将逐渐提高至 95% 以上，节水效果达 到 97%，并将减少27%左右的进口，降低对外依存度。再生铝工 业中，存在着几项基本的技术难点，包括合金成分调控难度大、 熔体的纯度低以及二次污染严重等问题。造成这些技术难点问 题的主要原因在于再生铝材料来源广泛， 杂质含量较高， 或含有 机涂层等问题。
为了解决上述问题难点，可以通过产学研用高效合作以及 从基本理论和关键技术出发， 不断实现并创新产业化全链条。在 应用中，应确定整体思路，确保再生变形铝合金成套技术相比 以往的再生技术具有更明确的再生目标成分，以确保材料的高 效利用，净化熔体，降低烧损和污染问题。在思路确定和研发路 线设计中， 从再生变形铝合金环节， 确定再生目标成分铝合金技 术，重点解决档次下降和附加值递减的问题。在熔炼环节中，实 现铝二次资源的氩气精炼除气技术和设备的应用，重点解决氢 含量高、外带污染严重的问题。在再生变形铝合金环节中，应采 用再生变形铝合金加工技术， 重点解决大型装备、连铸连轧以及 模具设计制造问题。在铝二次资源环节中， 应利用铝二次资源预 处理设备及技术，重点解决杂质多、氢含量高、收率低和污染严 重等问题。
2.2 技术应用和优化策略
2.2.1 应用先进预处理技术
根据再生铝加工特点和铝合金的特征来看，要提高再生效 果和产品性能，需要加强对生产前的分拣、分级管控、预处理以 及生产过程中的精炼，提高熔体质量等，使再生铝能够保级使 用。但由于铝合金废料及铝种类较多，在实际使用、拆解和回收 利用中很可能产生一定的污染问题，甚至会出现非铝物质或油 污等杂质影响再生过程。其中杂质会严重影响熔炼环节， 使其中 发生一定的物理化学反应，从而影响铝的质量，并污染周围环 境。因此，为了有效降低铝合金中的杂质，降低废铝处理过程中 的环境污染，应加强化学组成的结合，优化生产模式，以更低的 生产成本实现更高的产品附加值。同时， 应注重混杂废铝的分拣 工作， 并提高破损和拆解效率， 以预处理工艺提高再生铝技术水 平，达到环境保护的要求。
2.2.2 应用高效节能熔炼炉
就目前的再生铝发展现状来看，节能、高效的快速熔炉是满 足废铝熔炼要求的基础，也是未来发展趋势。然而，目前部分再 生铝企业在熔炼过程中仍然使用较为落后的矩形反射炉设备或敞开式坩埚炉设备等。在此基础上，要达到节能效果，还应加强 对废铝熔炼炉的创新和开发。例如， 应用综合性更强的高效节能 熔炼炉或借鉴国外较为先进的再生铝工业， 使用侧井炉、双室熔 铝炉等设备。通过这些措施，可以延长炉子的使用期限，提高熔 炼炉的热效率，降低烧损问题，达到节能减排的效果，并提高铝 资源的回收利用率。这些举措可以促使再生铝事业的快速进步 和发展。
2.2.3 应用智能控制铸造技术
通常情况下，再生铝企业不仅生产初级再生铝产品，而且更 注重如何提高杂质去除水平。企业们将再生铝产品作为基础， 加 强研发创新， 促进技术和相关装备的智能化发展和进步。通过智 能化设备控制生产铸造的工艺参数，并控制设备的自动化运行 效果，可以提高再生铝的质量和效率，提高生产强度，从而满足 大规模、高性能铝合金材料的制造生产需求， 全方位提高产品的 质量。应用智能控制铸造技术，能够进一步满足发展迅速的交 通、航空、军事等各领域的需求，并推动再生铝持续发展和不断 优化进步。
2.2.4 应用高效烟气净化技术
再生变形铝合金成套技术中，废铝的预处理环节和熔炼过 程等都会产生大量的烟气。烟气中不仅包括有害气体一氧化碳、 二氧化碳、二氧化硫等，还包括非金属氧化物、氟化物和部分有 机污染物等，这对周围环境造成了严重影响。基于这一前提，在 当前提倡持续发展和绿色发展的环境下，应加强再生铝生产制 造环节的环境保护。重视节能环保， 加强净化技术的成本投入和 研发， 使其更好地满足再生铝工业的发展需求。推动再生铝事业 绿色持续发展， 落实环境保护， 以清洁的生产带动再生铝事业的 发展和进步。
2.2.5 应用优化在线除杂技术
废铝的处理和再生过程需要全面兼顾废铝的预处理、熔炼 和精炼过程， 并不断提高以上生产过程的除杂技术， 保证再生铝 的质量和附加值的提升。在杂质处理中，尤其是铝合金熔体中 钾、钙、钠和氢等碱金属和非金属杂质的处理和净化工作更为 重要，这可以降低其对铝产品质量的影响。因此，必须加强先进 技术的应用， 特别是在铝合金熔体的净化处理方面。传统的杂质 处理方式是在保温炉中利用惰性气体精炼分批处理熔体，并在 随后使用玻璃丝布过滤其中的熔体， 以达到杂质处理的目的。但 是，这种方式在杂质处理和净化方面有一定的限制， 难以满足成 套技术的发展需求。
随着社会对铝质量要求的不断提高，相关技术也在不断研 发升级。在再生铝技术应用中，杂质处理技术也必须不断升级 发展。目前，炉内透气砖精炼、侧插式转子炉内精炼等方式以及 LARS 旋转除气法、Alpur 旋转出气法、SNIF 旋转喷头法等在线除杂技术，都是先进的除杂技术。特别是其中的在线除杂技术， 可以有效降低铝合金再生工艺中碱金属的含量，有效处理铝合 金熔体中的钠、钙、氢等杂质，并对其中的非金属杂质进行高效 处理。这有助于保证铝合金熔体的纯净度， 并保证再生铝的产品 质量达到标准。
2.2.6 熔炼铝灰渣综合利用技术
根据我国当前的废铝熔炼实际情况，通常存在铝灰渣没有经 过科学处理而被掩埋或直接排放等问题， 同样造成严重的环境污 染。此外，这种处理方式在一定程度上浪费了相关资源，不利于 资源的充分回收利用。因此，国家已于2021 年 9 月将铝灰渣列为 危险废物， 并要求必须由有资质的企业进行回收利用后再进行无 害化处理或再利用，禁止进行直接掩埋。以欧洲再生铝事业的发 展为例， 其对再生铝工业过程中产生的铝灰渣进行了充分的回收 利用，发挥其技术优势，并明确禁止采用掩埋铝灰渣处理方式， 对于环境保护工作发挥了重要的作用。因此，在我国的铝工业成 套技术应用和优化过程中，也应加强熔炼铝灰渣的综合利用，借 助技术优势， 提高环境保护效果和铝工业资源利用效率。
2.2.7 应用全生产周期计算机管控网络系统
信息技术在再生铝工业中有着其独特的优势，再生变形铝合 金成套技术中充分利用并发挥信息技术的优势， 利用计算机的智 能管理作用，以计算机系统对相关铝产品加以管理，智能化分析 其中的科学配料、化学成分，并智能控制预处理、熔炼和除杂等 生产过程，提高再生铝的生产质量和效率，保证管理效果，并利 用信息技术实现全产业链的信息化生产销售管理。通过全生产周 期计算机管控网络系统的应用，能够有效管控全过程的技术工 艺，控制生产成本及生产质量， 确保再生工业过程的高效进行。
2.3 技术创新发展及应用效果
基于以上研究背景和总体思路的设计，进行技术的创新和 应用。在再生变形铝合金成套技术中， 具体创新和应用包括以下 几点 ：(1) 发明再生目标成分铝合金新技术。在成套技术中，确定 了相关技术的基本原理及模型，分别为中间合金原理和成分调 配模型， 以此实现铝二次资源的协同利用， 提高了资源的利用效 率。在该技术中，确定成分调控数学模型、成分在线测控系统和 合金自动配料计算系统， 并建立数据库， 将铝合金牌号和成分等 信息全部录入其中。在模型应用下，首先分析熔体的原始成分， 其次设定熔体的重量及目标合金成分、选择原材料并计算出结 果，确保材料的协同利用， 降低生产成本。
(2) 发明氩气精炼绿色熔炼技术设备。在再生变形铝合金 技术工业中，主要出现碱金属、氧化物、氢、盐类等物质杂质。 其中，碱金属主要来源于电解铝过程、再生金属、溶剂、金属添加剂、原材料油污、原铝等 ;氧化物主要包括氧化铝、氧化锌、 氧化镁和尖晶石 ;氢主要来源于潮湿的原辅材料、熔炼中燃烧 过程所产生的副产物、铸造和转炉期间接触流槽和空气中水汽 等 ;盐类则主要包括氯化钠、氯化钙、氯化镁和氟化物等。此外 还包含部分耐火材料杂质、碳化物和晶粒细化剂等。氩气精炼 绿色熔炼设备及技术，基于能源最低原理，可有效控制杂质的 产生及含量，并降低其中氢的含量。在该技术应用下，再生变形 铝合金中杂质可实现低于2000 个 /kgAl，氢含量及低氢含量低于 0.1ml/100gAl， 氮化铝低于 1%， 低烧损和收率可提高至 96%-97% 左右，其中不含精炼剂。相较于以往的再生技术而言，很大程度 地减少了杂质和氢含量， 降低烧损程度。
(3) 再生变形铝合金保级技术。目前再生铝的保级利用是大 势所趋， 各地铝加工企业都在加大这方面的投资， 主要通过前期 的预处理和综合利用等方式，实现同牌号再生铝回到自身牌号 的。以国际再生铝巨头 Novelis 为例，Novelis 与福特、沃尔沃等 主机厂合作开展“汽车板—冲压废料 —汽车板”的闭环回收体 系建设，将主机厂冲压废料和回收的报废汽车板生产汽车板供 应客户， 可以显著减少对于原铝的需求和合金元素的添加。通过 建立闭环回收系统，Novelis 能够将福特皮卡汽车车身 90% 的金 属废料回收并重新利用。
基于以上再生变形铝合金成套技术的应用，能够有效提高 相关行业的经济效益和社会效益，并且该技术具有较好的发展 前景，再生目标铝合金将成为再生铝行业的必然发展趋势。以 2020 年为例，在成套技术的应用下，总产量达到了 740 万吨，增 值240 元 / 吨，不仅得到了更多的经济利润，还有效实现了节能 减排效果。在再生变形铝合金成套技术的应用下， 可有效实现绿 色再生目标成分铝合金技术创新升级， 提高再生铝技术水平， 推 动材料循环利用和科学发展， 并提高了资源利用率， 保护环境安 全，促进可持续发展的实现。
3 结论
综上所述，当前我国的再生铝工业正处于快速发展时期，但 在发展过程中同样也伴随着一定的问题有待解决和完善。从铝 工业发展特征和铝产品特点出发，再生变形铝合金成套技术应 加强应用和优化先进预处理技术、高效节能熔炼炉、智能控制铸 造技术、高效烟气净化技术、在线除杂技术、熔炼铝灰渣综合利 用技术、全生产周期计算机管控网络系统等， 促进铝工业的绿色 持续发展，提升再生铝的生产质量和效率，控制环境污染问题， 促进再生铝工业的发展和进步。
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