无论是国外技术还是国内技术，现 有在线精炼系统因工艺和结构问题，在 除氢、除杂方面均存在一定的缺陷和不 足［２］，许多方面还有待改进，如控制除氢
图 ２ ＬＡＲＳ 精炼系统
过程的工艺参数优化（如提高净化气体的 预热温度等） 及引入多级化工艺设计理 念；改进和优化旋转喷吹转子的材料和 结构设计以得到弥散、细小、分布均匀的 气泡，从而提高除氢、除杂效率；优化设 计除气室的结构、形状和尺寸等等。
我国是铝制品的生产和消费大国， 巨大的废铝资源等待再生利用。采用废 铝生产高品质再生铝，是我国铝工业发 展的重要环节。由于废铝的来源和组成 非常复杂，因此必须采用先进的技术才 能使之获得有效的处理。铝合金产品的 质量主要取决于熔炼与铸造环节，而除 氢、除杂是熔铸工序的关键。与原铝相 比，利用废铝为原料生产铝合金锭，其 洁净程度、含气量等参数的控制必然更 为困难，因此熔铸过程中铝熔体的纯净 化技术无疑是关键和难点。
反应室的体积变化以防止铝熔体 内 气 泡 聚 集 长 大 气泡在铝熔体中上 升的过程中，铝熔体压力的降低使气泡 不断扩张。如果净化室的体积变化不适 应气泡的自由长大，将会使气泡相互碰 撞而聚集，从而导致精炼效率的降低。 因此，反应室单位体积的变化率必须与 气体体积的变化率相等，以避免与减少 气泡自身碰撞、聚集。这是 ＬＡＲＳ系统净 化室的设计上的又一大特点［８］，也就是 将净化室做成敞口形（见图５），确保了反 应室自下而上的单位体积的变化率达到 最佳值，以防止铝熔体中气泡在上升过 程的聚集长大。
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废铝回收 L A R S 的
技术处理
ＬＡＲＳ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ｒｅｃｌａｉｍｉｎｇ ｔｈｅ
Ｗａｓｔｅ Ａｌｕｍｉｎｉｕｍ
文 ／ 刘昕怡 林高用 彭大暑
Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ａｓ ｏｕｒ ｃｏｕｎｔｒｙ ｐａｙ ｍｏｒｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｃｙｃｌｉｃ ｅｃｏｎｏｍｙ，ｉｔ ｗｉｌｌ ｈａｖｅ ｔｏ ｆｏｃｕｓ ｍｏｒｅ ｏｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｃｒａｐ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｎｄ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｓｅｃｏｎｄ ｂｉｒｔｈ．Ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｆｏｒ ｒｅｍａｋｉｎｇ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｐｒｏｄｕｃｔｓ ｒｅｑｕｉｒｅｓ ｍｏｒｅ ｃａｒｅｆｕｌ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｔｏ ｑｕａｌｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌ ｄｕｒｉｎｇ ｒｅ－ｍｅｌｔｉｎｇ ａｎｄ ｍｅｔａｌ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｐａｐｅｒ ａｎａｌｙｓｅｓ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ＬＡＲＳ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｏｆ ｕｎｉｑｕｅ ｉｄｅａｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ： ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｄａｔａ ｏｆ ｔｈｅ ｒｅｆｉｎｉｎｇ ｅｆｆｅｃｔ ｏｎ ｄｅｇａｓｓｉｎｇ ａｎｄ ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ ｔｈｅ ａｄｖａｎｔａｇｅ ｏｆ ＬＡＲＳ ｉｎ ａｌｕｍｉｎｕｍ ｒｅｃｙｃｌｉｎｇ． Ｋ ｅ ｙ ｗ ｏ ｒ ｄ ｓ ：ＬＡＲＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｒｅｆｉｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）；Ａｌｕｍｉｎｕｍ Ｓｃｒａｐ；Ｒｅｆｉｎｉｎｇ Ｄｅｇａｓｓｉｎｇ；Ｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ
图 ３ 在线预热装置（ａ）及效果示意图（ｂ，ｃ）
（ ａ ）带预热通道的石墨旋转头（ ｂ ）没有预 热通道时的除气情况（ ｃ ） 带有预热通道 时的除气效果
ＬＡＲＳ 系统的一大突出特点是［９］，净 化气体的原位预热，即预热可在净化装 置内部完成（见图３）。石墨套管内壁与旋 转轴外表的螺旋凹槽形成螺旋形通道， 该螺旋通道使净化气体流过的路径增 长，更长的气体流动路径确保净化气体 在进入铝熔体前能够被预热到非常接近 熔体铝的温度。这样可以避免净化气体 进入反应室时形成热膨胀，即在与铝熔 体中的杂质接触并凝集之前，始终能保 持细小并均匀分散的状态，使它们与熔 体的接触面保持最大，从而改善和强化 了净化气体吸收氢气与吸附夹杂 物的效率。
保 护 气 体 覆 盖 保护气体覆盖是在 双反应室中充入氮气作为覆盖保护气 体［９］，其目的是在反应室内保持一个没 有氧和水分的环境，以尽量减少熔体金 属液面以上的石墨元件氧化以及夹杂物
虽然 Ｌ Ａ Ｒ Ｓ 精炼系统也是利用旋转 石墨喷头向铝熔体喷入精炼气体，利用 形成的气泡之间的碰撞来实现净化和去 除铝熔体中的氢气与氧化物夹杂，但 ＬＡＲＳ系统还是具有不同于其他精炼系统 的巧妙构思与独特结构，因此其除氢、 去杂效果更好。从表 １ 和表 ２ 可见 ＬＡＲＳ 系统除氢的效率一般都在 ７０％ 以上，对 ６０６３铝合金，其除氢率甚至可达到８４％； 在去除碱金属和碱金属盐方面的优势则 更为明显，因为除气与去杂是相互关联 的，均匀细小的气泡在去除氢气的同 时，带出了细小的碱金属颗粒，而其他 精炼系统由于很难形成如此细小分散的 气泡，因此难以对碱金属和碱金属盐粒 子起到精炼作用，所以一般不将此数据 作为其精炼效果评定标准。
２．ＬＡＲＳ 技术原理
ＬＡＲＳ 是上世纪九十年代中期，由美 国ＡＬＭＥＸ 公司开发成功的一种新型在线 铝液精炼系统。它构思独特，在设备结 构上进行精巧的改进，使得在线精炼效 果得到明显提高。它的工艺过程可简单 描述为［８］：熔体金属被惰性气体和卤素 气体混合处理；气体通过特殊设计的石 墨转子注入熔体金属中，从熔体金属熔 池底部产生细微分散的气泡，转子切割 气泡并帮助去除结块的粉末杂质；这些 气泡携带杂质、吸附的气体和碱金属杂 质上升到熔体表面；熔体金属表面上的 惰性气体压力保持正压，以避免铝和石 墨砖被氧化，以及避免加热装置被腐 蚀；加入一定量的卤素气体，以便与碱 金属反应生成氯化物，这些氯化物将依 靠浮力上升到液面上并被排出。
国家的铝加工企业获得应用。
预 处 理 含铝废杂物在熔炼之前的
一 、LARS系统的
技术原理
１ ． 废铝处理工艺
预处理阶段，包括分类、解体、切割、磁 选、打包和干燥等工作。预处理的目的 是清除易爆物、铁制零件和水分。在废 铝预处理上我国大多处于手工分选和简
废铝品种繁多，成分各异，通常不 单机械处理，杂质剔除不彻底，且劳动
调 整 合 金 成 分 由于有的合金元素 在熔炼过程中有损失，在精炼处理之前 向液态铝合金中添加合金元素，使熔炼 后的铝合金符合产品标准。
精 炼 最终是否能生产出优质的铝 合金产品，主要取决于熔炼与铸造环 节，而熔铸过程中除氢、除杂最重要。对 于利用废铝做原料生产铝及铝合金锭坯 的生产线，其在线精炼技术则更为关 键。而国内８０％的熔体不经任何处理，更 无现代化在线处理，因而杂质含量较 高，熔体质量较差，影响最终产品质量。
惰性气体与铝熔体的摩擦搅拌 碱金属盐具有高流动性和表面不易 润湿的特性，并且具有与铝熔体相近的 密度，因此对任何在线精炼系统来说， 碱金属盐杂质都是最难清除的。一般铝 熔体精炼系统因为易产生涡流，且气泡 分散性不足，对碱金属及碱金属盐的净 化很难达到所期望的效果。 Ｌ Ａ Ｒ Ｓ 系统装置上的另一独特之处 是［９］，在净化室中的旋转石墨头为不对 称分布，转子的旋转带动铝熔体在净化 室中的流动，当熔体流经横断面积大的 区域时，其流速比横断面积小的区域小
的精炼水平。然而，我国虽然采用了与 内某大型再生铝厂生产再生铝的基本生
国外相同的除气方法和技术，铝熔体除 产流程［５］，其中的主要生产工序为预处
氢的水平仍然与国际先进水平有一定的 理、熔炼、合金调配与精练四个环节。
差距。例如，美国波音飞机公司向我国
某厂订货的航空铝合金７０７５、２０２４的冶
金质量要求是氢含量小于０．１０ｍｌ／１００ｇＡｌ，
正因为 ＬＡＲＳ 系统对铝熔体的在线 精炼可达到如此优良的效果，所以它是 目前应用于废铝回收的最先进的精炼技 术。与重熔电解铝相比，在废铝重熔时， 铝液中可能形成的冶金杂质更多也更复 杂［７］，主要包括氧化物和铝渣；钛、硼 聚集夹杂物；耐火尖晶石颗粒；沉积物 （如 Ａｌ－Ｆｅ－Ｍｎ－Ｃｕ 等）；氢气（来自油和 水）；阳极化和涂漆表面造成的夹杂物。
能用单一的方法加以处理。如图 １ 为国 强度大，工作环境差。
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力增加，促进了铝熔体中气泡的快速向 上迁移；同时，气体总表面积也相应减 小，从而将减小净化气体与铝熔体中杂 质的接触机会，降低净化气体与杂质聚 集的能力，影响净化效果。
熔 炼 对经预处理的废铝进行熔化， 我国 ７５％ 的废料是采用上世纪二、三十 年代的原始工艺熔炼的。使用地坑加坩 埚或反射炉，烧损一般为６％ 左右，耗油 平均１００ｋｇ／ｔ。国外８０％以上的废铝熔炼 采用现代化的装备与技术，熔炼烧损约 ３．５％，油耗平均６５ｋｇ／ｔ［６］。
ＬＡＲＳ 在线铝液精炼系统可以去除
二 、LARS 系统的
精炼效果
图 ４ 净化室熔体旋流示意图
超声波探伤能有效地检测到碱金属 及碱金属盐等夹杂物的存在。经ＬＡＲＳ系 统处理的铝及铝合金扁锭、圆锭都全部 能达到超声波探伤检测的 Ａ 级标准的要 求，多数情况下还能达到 Ｍｉｌ－２１５４ ＡＡ 级标准的要求［９］ 。
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Science ＆Techn熔体的 流速出现周期性的涨落。转轴的这种布 置方式有助于减少铝熔体出现涡流现 象，但又能起到摩擦搅拌的作用。同时， 净化气泡在净化室也能沿着螺旋形的路 径上升，使净化气泡在铝熔体中的停留 时间延长。以上这些措施促使净化气体 与铝熔体的充分混合，增加气泡与碱金 属盐杂质的碰撞、聚集的概率，有效减少 或消除精炼死角，达到最大的精炼效率。
图 ５ 净化室体积变化示意图
的产生，降低了铝液再次与气体混合的 可能性。
这些铝液中的杂质必然对铝锭质量 及后续加工造成显著影响；铝型材挤压 模易于磨损，模具成本提高，维修时间 增加；过多的杂质使挤压材料上的压模 痕迹明显，铝板层叠痕迹明显，这些缺 陷使废品率增加，造成能源、人力和材 料的浪费；轧辊更易磨损，轧辊成本和 维护时间增加；轧制铝箔时，过多的冶 金缺陷易造成铝箔断裂；锻件和型材等 超声波检测不合格；铝板、型材和锻件 早期疲劳等等。所以在铸造前，必须将 这些杂质从铝液中去除。