Aluminium International Today Chinese March 2016

原生鋁

鑄造

軋制

健康安全

當代國際鋁業雜誌中文版 www.aluminiumtoday.com

3月號

鋁工業生產和加工的專業刊物

我们改变…铝加工世界

信赖 – 源于铝加工业的实力 对每个团队成员专业知识及能力的信赖是我们成功的基 础。在铝加工领域，这意味着，我们能够为世界范围内 的用户提供全面的服务。从加热预处理到成型及精加工， 我们始终从容应对市场新的挑战。

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目錄 1

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當代國際鋁業雜誌中文版

鋁工業生產和加工的專業刊物 2016 年 3 月號

概要

封面

編輯部

AIT CHINESE techmo_chi.pdf 1 3/22/16 4:57 PM

主編：Nadine Firth 電話：+44 (0) 737 855115 nadinefirth@quartzltd.com

原生鋁

鑄造

軋制

健康安全

當代國際鋁業雜誌中文版

顧問編輯：Tim Smith PhD, CE ng, MIM 助理編輯：Annie Baker

www.aluminiumtoday.com

3月號

營銷部

鋁工業生產和加工的專業刊物

國際營銷經理：Paul Rossage paulrossage@quartzltd.com 電話：+44 (0) 1737 855116 地區營銷經理：Anne Considine anneconsidine@quartzltd.com 電話：+44 (0) 1737 855139

M

Y

MY

阿聯酋環球鋁業的 DX+ 冶煉技術

用於巴林鋁業的擴建

04

鋁電解槽廢舊陰極碳 :

無數的機會

CY

CMY

K

廣告製作部

08

緊湊型鑄造車間

12

鋁軋製的投資

軋制

製作主任：Martin Lawrence

發行和訂閱

年度訂閱（6期）： 英國201英鎊 其他國家（6期）： 219英鎊（328歐元） （451美元）

航空郵費另計 零售每本：37英磅

冶煉的成功 :

鑄造車間

C

CM

集團營銷經理：Ken Clark kenclark@quartzltd.com 電話：+44 (0) 1737 855117

Elizabeth Barford 電話：+44 (0) 1737 855028 傳真：+44 (0) 1737 855034 電郵：subscriptions@quartzltd.com

02

11

最寬的六輥冷軋機

環境

Cover picture courtesy ofTechmo 提供 封面圖片由

14

過濾袋故障檢測器 :

用以降低粉塵的排放

汽車工業

本刊蒙鋁業聯盟Aluminium Federation鼎力支持

17

2

汽車板材的報廢回收

安全 19

減小爆炸帶來的危

8 ALUMINIUM INTERNATIONAL TODAY (當代國際鋁業) 每年6期，由英國 Quartz 商業媒體 有限公司出版。 Quartz Business Media Ltd 地址：Quartz House, 20 Clarendon Road, Redhill, Surrey RH1 1QX, England. 電話：+44 (0) 1737 855000 傳真：+44 (0) 1737 855469 電子郵箱：aluminium@quartzltd.com Aluminium International Today (USO No; 022-344) is published bi-monthly

by Quartz Business Ltd and distributed in the US by DSW, 75 Aberdeen Road, Emigsville, PA 17318-0437. Periodicals postage paid at Emigsville, PA. POSTMASTER: send address changes to Aluminium International c/o PO Box 437, Emigsville, PA 17318-0437.

Printed in the UK by: Pensord, Tram Road, Pontlanfraith, Blackwood, Gwent, NP12 2YA, UK

12

© Quartz Business Media Ltd 2016

ISSN 1475-455X

當代國際鋁業

@AluminiumToday

2016年3月

2 概要

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冶煉的成功： 阿聯酋環球鋁業的DX+冶煉技術 用於巴林鋁業的擴建 從1979年成立以來，阿聯酋環球鋁業 （EGA）一直致力於鋁冶煉過程的不斷創 新。這清楚地反映在過去大約25年的時 間，貫穿阿聯酋環球鋁業內部的不斷發 展，也反映在不斷增加鋁冶煉技術設備專 利的工業規模。擁有的冶煉技術專利可以 進一步提高產量，增加生產效率和環境效 益，同時有助於提高阿聯酋環球鋁業的生 產能力。阿聯酋環球鋁業目前每年生產240 萬噸，這使得其成為世界五大鋁業生產商 之一。 阿聯酋環球鋁業的為技術發展付出的 努力從不曾被人忽視。相反，阿聯酋環球 鋁業作為冶煉技術方面傑出的供應商，理 所當然地在全球工業生產中贏得了一席之 地。上述說法最近得到了巴林鋁業(Alba)的 再次確認。2012年12月巴林鋁業選擇阿聯 酋環球鋁業的為其6號生產線做融資可行性 分析。隨後，巴林鋁業做出里程碑式的決 策，其6號生產線的擴建計劃選用DX+冶煉 技術。2015年7月初聲明，這個數十億美元 的工程需要建一個新的長達1.4千米的電解 槽，其將幫助巴林鋁業年產量增加51.4萬 2016年3月

噸。6號線的建設預期在2016年上半年啟 動，計劃2019年初試運行。 其他的冶煉廠也對阿聯酋環球鋁業的 冶煉技術產生了興趣。DX+冶煉技術是由 迪拜鋁業(DUBAL，也被稱為阿聯酋環球鋁 業阿里港)開發的，迪拜鋁業是阿聯酋環球 鋁業的子公司。迪拜鋁業工廠中DX+冶煉 技術的5個電池被建在Eagle控制線上，2010

年以420千安初運營，之後不斷增大電流強 度，到2013年末已達到450千安。 DX+冶煉技術的非凡的性能已經在阿 聯酋鋁業公司(EMAL，作為阿聯酋環球鋁 業的阿爾塔威拉被大家所知)得到驗證，在 那裡有444個DX+電池安裝在1.7千米長的3 號電解槽中，該電解槽建於EMAL 二期工 程。 EMAIL的3號電解槽是在2014年中期

DX+冶煉技術 (a) (迪拜 Eagle 控制線)

DX+冶煉技術 (b) (EMAL 3號電解槽)

電流強度

449.0千安

455.0 千安

單位能耗

13.38 千瓦時/千克鋁

13.41千瓦時/千克鋁

電流效率

94.9 %

94.7%

產量

3.43 t噸鋁/機組/天

3.47 噸鋁/機組/天

陽極效應頻率

0.064 AE/機組/天

0.090 AE/機組/天

陽極效應時間

14.5 秒

9.7秒

17 千克 CO2 當量/噸 鋁

16千克 CO2 當量/噸 鋁

PFC排放*

0.409 千克碳/千克鋁

0.415千克碳/千克鋁

Fe

0.048%

0.038%

Si

0.026%

0.024%

碳消耗

(a) 從2013年4月29日到2014年1月12日，DX+冶煉技術試點關閉前整個週期都是在450千安下運營。 (b) 2015年第二季度: 全部444個試點在455千安下運營三個月。 * 二氧化碳的當量值是根據 IAI Tier 2方法和IPCC第二種評估報告計算的。

表1 DX+冶煉技術的性能參數

當代國際鋁業

概要 3

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5個超DX+試點電解池 從2015.05.16到2015.08.15三個月的運營 電流強度

454.6 千安

單位能耗

12.83 千瓦時/千克鋁 95.3%

電流效率 產量

3.49 噸鋁/機組/天

陽極效應頻率

0.009 AE/機組/天 8.3 秒

陽極效應時間 PFC排放*

1千克 CO2 當量/噸 鋁

碳消耗

0.404千克碳/千克 鋁

Fe

0.029%

Si

0.028%

*二氧化碳的當量值是根據 IAI Tier 2方法和IPCC第二種評估報告計算的。

表2 五個超DX+試點電解池的性能參數

DX+冶煉結束電解池，安裝在EMAL的3號電解 槽，這是世界上最長的額電解槽。

全面投產，自2015年3月11日以來一直穩步 在455千安(它最終有望在460千安運營)運 營。DX+冶煉技術在兩個地點的性能比較 總結於表1中。 DX+ 冶煉技術可提供下列幾方面的效 益：電流效率、能源消耗和環境性能指 標，同時可提高生產力。在設計上，工業 版提供了： ■ 最優的生產能力，每天3.4噸/電解池，且 產品平均純度高達99.9%。這使資本支出 快速回籠，再加上其優異的攀升潛力， 每個電解池將會產生更好的收益率。 ■ 節能的設計，使單位能耗為13.4千瓦時/ 千克鋁，並且電流效率達到94.5%左右。 這能夠節約能源以及節約運營成本。 ■ 通過減少化石燃料消耗降低環境影響( 是增加能效產生的直接效益)，並且減 少碳消耗(陽極)，使其少於0.415千克 碳/千克鋁。此外，DX+冶煉技術電池 的陽極效應(AE)頻率在啟動穩定後是很 低的。但是更重要的是，阿聯酋環球鋁 業有著專有的先進邏輯控制，約束平均 陽極效應時間少於10秒。 當代國際鋁業

■ 設計上充分的多功能性，允許運營能力 加固有潛能的基礎上發展在更高的電流 強度性能表現。 完整的可持續發展的解決方案 此外，與其他技術相比，建造一個和DX+ 冶煉技術相結合的冶煉廠的每公噸投資具 有更高的競爭力，而且其建設週期也明顯 縮短。可靠性，延長的適用期和勞動力輸 出的提高有助於進一步降低運營支出和降 低總的成本。生產力的提高、能源效率的 提升以及環境影響的降低，這些影響因素 意味著DX+冶煉技術提供了真正的可持續 發展解決方案。 非常重要的是，阿聯酋環球鋁業可以 提供冶煉廠完整鏈條的各個環節所需要的 全部物質及技術等，包括先進的可盈利的 技術、工程、項目開發、長期的原材料供 應、遍布全球的營銷和銷售網絡以及訓練 和備受讚譽的卓越運營能力。 事實上，作為向巴林鋁業提供DX+冶 煉技術合同的一部分，阿聯酋環球鋁業需 要為6號線擴建工程提供全面的支持。 富有經驗的支持團隊將被借調到該工 程的建設中，並且一個超過800個文件的工 程包將由阿聯酋環球鋁業提供，作為DX+ 冶煉技術的技術許可證協議的一部分，該 工程包內包括說明手冊、圖紙和培訓 材料。

新一代技術 在發展更低資本支出、高電流強度的電解 槽單元做出的進一步的努力，造就了超 DX+冶煉技術的設計方案。通過引入多方 面的減小電壓降的舉措，降低在電解池中 主要的能源消耗，因此應用超DX+冶煉技 術的電解池與應用舊技術的電解池比較， 能夠充分地降低單位能耗。增強整體的電 池設計使得機組之間的距離縮短，進而降 低在單位容量的裝機容量和高產量下的佔 地面積方面的資本支出。最終得到的是一 流的解決方案。 超DX+電解池額定工況下的電流強度 為440千安，單位能耗小於等於12.5千瓦時/ 千克鋁。2014年，5個超DX+冶煉技術示範 機組在迪拜鋁業的Eagle生產線安裝運營， 取代了之前的5個DX+冶煉技術機組。從 2014年5月啟動運營，其中一個機組就安裝 了熱回收系統(HRS)，並且熱回收效率已達 到200千瓦。表2中列出了超DX+冶煉技術 的性能優勢。 展望未來，阿聯酋環球鋁業正致力於 一項新的冶煉技術的概念，這個新概念依靠 高電流強度的技術(超過600千安)，將實現更 低的能源消耗(低於12千瓦時/千克鋁)。與其 他技術相比，該技術將具有強大的競 爭力。█ 聯繫方式：www.ega.ae

2016年3月

4 概要

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鋁電解槽廢舊陰極碳： 無數的機會 作者：Dawei Yu1、Vishnuvardhan Mambakkam1、Andre Hernandez Rivera1、李東輝 (Donghui Li)1 以及Kinnor Chattopadhyay1,2

鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)作為一種熔劑 我們對鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的利用進行 了一些相關調查，即將鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)作為一種添加劑，從熔融金屬鎳或者金

屬銅轉爐的爐渣中重新回收金屬元素。在一 個鎳冶煉或者銅冶煉工廠，氧化吹煉是一種 慣常的做法，即通過往熔融的冰銅中註入普 通空氣或富氧空氣，將硫元素和鐵元素從熔 融的冰銅中去除。 在轉爐運作期間，由於工作環境含有氧 氣，具有氧化特性以及吹煉操作還具有湍動 的性質，大量的貴重金屬元素(包括鎳元 素、銅元素以及鈷元素)將以氧化物(溶解在 熔渣中)和硫化物(夾帶著冰銅液滴)的形式， 丟失在熔融轉爐的爐渣中，這就需要我們進 一步地從轉爐的爐渣中回收這些金屬元素。 金屬元素地回收將在一個電動的冰銅沉降轉 爐中進行，在這個沉降轉爐中，熔融轉爐的 爐渣將保持在高溫狀態(大約1200攝氏度)， 並持續​​這個溫度2-5個小時。另外，通過添 加焦炭，將其作為還原劑，可以在冰銅沉降 轉爐中產生一個具有還原性質的環境。因為 冰銅相的密度比熔融硅酸鹽爐渣相的密度 大，冰銅液滴將逐漸下沉，穿過熔融的渣 爐，最終沉澱到沉降轉爐的底部，這樣我們 就能對這些金屬元素進行進一步回收了。 鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)中的碳元素 非常重要，因為它可以創建一個具有還原性 質的環境，通過減少溶解的鎳元素、銅元素 和鈷元素的氧化物進入含金屬的或者冰銅的 組織中的量，從而來提高冰銅的回收率。鋁

電解槽廢舊陰極碳(SPL)中的氟化物可以降低 熔融轉爐中爐渣的粘度，從而使得冰銅液滴 通過熔融爐渣的沉降速度加快。另外，我們 還進行了熱力學模擬，利用100克熔融鎳轉 爐的爐渣，通過均衡不同總量(1-5克)的鋁電 解槽廢舊陰極碳(SPL)來進行模擬，並且還計 算了其中平衡相的化學成分。根據熔融爐渣 的化學成分，利用FactSage軟件的粘度模 塊，熔融爐渣的粘度也可以計算出來。另 外，我們還編寫了MATLAB程序，把冰銅 的回收率寫成第一次加入的鋁電解槽廢舊陰 極碳(SPL)的質量分數的函數，用來模擬在熔 融轉爐爐渣中同時進行的大量冰銅液滴的沉 降，並且經過測量，得到熔融轉爐中爐渣的 深度為1米。 圖1說明了我們的仿真結果，圖中冰銅 回收率被繪製成了關於沉降時間的函數，並 且還添加了第一次加入的鋁電解槽廢舊陰極 碳(SPL)的質量分數這個變量。從圖中我們可 以看到，第一次加入的鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)，大大加速了冰銅的沉降過程。通過第 一次加入1.25 %(重量百分比)的鋁電解槽廢 舊陰極碳(SPL)，與傳統的沉降過程相比較， 在沉降了100分鐘之後，冰銅的回收率就可 以達到90%了，而傳統的沉降過程中，在沉 降了240分鐘之後，冰銅的回收率也只有 20%左右。

100

80

圖1：冰銅回收率關於 沉降時間的函數圖，以 及冰銅回收率關於第一 次加入熔融轉爐爐渣中 的鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)的質量分數的變 化規律圖。

冰銅回收率(質量分數%)

眾所周知，鋁電解槽廢舊陰極碳(簡稱SPL)是 一種來自鋁電解槽的廢棄產物。由於該廢棄 產物中存在可經過過濾等獲取的氰化物和氟 化物，美國國家環境保護署(簡稱USEPA)在 1988年將鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)歸類為一 [3] 種危險的廢棄物材料 。 在不同文獻的報導中，鋁電解槽廢 舊陰極碳(SPL)的組成成分都具有很大的 [1, 3-5, 6-18] 差異 ，這是因為鋁電解槽的內襯成 分、拆除過程以及轉爐的使用時間長短等均 [3] 存在差異 。就2014年這一年來說，全世界 [19] 就生產出了大約5312.7萬噸的原料鋁 。並 且，每生產一噸的原料鋁，就會生成大約25 [8] 公斤的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL) 。因此， 鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的產生率大約是1 到1.5百萬噸每年，對於製鋁行業而言，這 是一個重大的環境負擔。 目前需要處理的項目包括以下幾點：安 [9] 全填埋，這需要昂貴的整治費 ；把鋁電解 槽廢舊陰極碳(SPL)作為其他行業(例如：煉 [17, 20] 鋼行業 、礦物棉行業)的原料使用；還可 [16] 以用作流化床的燃燒 ，高溫水解以及高溫 [1] [3] 脫硫等等 。先前的大量研究 表明：在生 成的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的總量中，超 過50%都存儲在了已經填滿或者尚未填滿的 地方或者建築物中，來等待被進一步處理。 這不僅僅只是代表了一種重大的環境風險， 而且還為鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的有效廢 物管理開闢了更多的機會，並且還可以將它 [21] 用作一種資源、一種戰略上的原材料 。 在加拿大的多倫多大學裡，冶金工藝和 模型製作小組(PM2G)正在通過熱化學模擬和 先進的特征描述技術對鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)進行廣泛的研究，從而來了解它的化學性 能。另外，他們還開發了鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)的潛在可替代用途。加拿大多倫多大學研 製出的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的一部分潛在 用途，將在以下部分中進行詳細的討論。

60

0 wt% 0.2 wt% 0.5 wt% 1.0 wt% 1.25 wt% 1.5 wt% 2.0 wt% 3.0 wt% 4.0 wt% 5.0 wt%

40

20

0 0

50

100 時間 (分鐘) 150

200

250

作者介紹：1. 冶金工藝和模型製作小組(簡稱PM2G)，材料科學與工程系，多倫多大學，加拿大。 2. 首席執行官，創新萃取技術股份有限公司，加拿大。

2016年3月

當代國際鋁業

6 概要

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四氟化硅 (SiF4)

3,000

氟化氫 (HF)

轉爐

摩爾 (Moles)

2,250

轉爐爐渣

冰銅液滴

冰銅液滴

圖2：冰銅在熔融轉爐爐渣中沉降的試 驗設備。

750

轉爐爐渣

0 1,100

1,200

1,300

圖3：(A)第一次加入了質量分數為2%的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)添加 物進行冰銅沉降後，轉爐爐渣的橫截面；(B)冰銅液滴沉降到轉爐底部的 顯微圖像。

另外，我們還進行了相關的實驗研究， 來探索加入了鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)後， 對冰銅沉降過程的影響。將第一次加入的不 同質量分數的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)與固 體轉爐爐渣混合，加入電阻爐中(與圖2)，並 使其溫度保持在1200攝氏度，對其保溫1小 時。並且我們還需要對固體產品進行相關檢 查。圖3顯示了在第一次加入了2%(質量分 數)的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)添加物，並 進行沉降後，轉爐爐渣的橫截面。從圖中我 們可以看到，大多數的冰銅液滴已經沉降到 轉爐的底部，這也證明了：第一次加入的鋁 電解槽廢舊陰極碳(SPL)能夠明顯使得冰銅的 沉降過程加快。 鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)作為一種原材料 來加工製造碳化硅(SiC)磚塊 布魯斯南(Brosnan)在2002年被授權的一項專 [22] 利中 ，提出了一種處理鋁電解槽廢舊陰極 碳(SPL)的方法，即通過粉粹這些廢棄物(鋁 電解槽廢舊陰極碳(SPL))，並且在高溫下(大 約為1800攝氏度)往這些被粉碎的廢棄物中 添加二氧化硅(SiO 2 )。在高溫下粉粹廢棄 物，添加二氧化硅(SiO2)，需要克服固體相 與固體相之間的動力學相互作用力，因此能 夠破壞有害的氟化物和氰化物。其中，氟化 物會轉化為含氟元素的氣體(參見圖4)。為了 研究這個過程是否可以通過使用一個預處理 步驟進行改善，我們對此進行了調查。這個 調查研究中所採用的手段是一個分兩步的溶 淋過程，該過程已經在“從廢棄鍋的鋁電解 槽內襯中通過化學溶淋作用回收碳和冰晶 [23] 石”一文中提出 。本文提出了一種分兩步 的溶淋過程，目的在於採用該方法對六氟鋁 酸鈉(Na3AlF6)，三氧化二鋁(Al2O3)，二氟化 鈣(CaF2)以及NaAl11O17進行過濾去除。隨著 這些成分的去除，將會有更多碳的表面積暴 露，從而能夠與硅(二氧化硅)發生反應，因 2016年3月

1,500

此在動力學反應中起到推進的作用。為了調 查這個預處理是否可以提高碳化硅(SiC)的形 成過程，鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的樣本將 接受兩種不同的測試(參見圖5)。 在第一個測試中，鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)將運用於沒有過濾環節的碳化硅(SiC)生 產過程。鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)是基礎 相，將與二氧化硅(SiO2)以摩爾比率3:1的比例 添加到二氧化硅(SiO2)中去。之後，鋁電解槽 廢舊陰極碳(SPL)與二氧化硅(SiO2)的混合物將 被放入到一個氧氣含量較低的熔爐中(採用氮 氣(N2)進行鼓風，用來創建一個具有還原性的 運作環境)，並且加熱到1800攝氏度(℃)進行保 溫。我們使用一個水塔對其產生的氣體進行 收集，並且對氟化物的產生率進行相關測 量。而剩餘的固體產品將重新取回，另外， 碳化硅(SiC)則通過浮選的方式分離出來。 在第二個測試中，首先是採用2.5摩爾 每升(mol/L)的氫氧化鈉溶液(NaOH)對鋁電 解槽廢舊陰極碳(SPL)進行過濾，然後用水進 行清洗，然後再用9.7摩爾每升(mol/L)的氯 化氫溶液(HCl)對鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL) 進行過濾。剩餘的固體副產品則將重新取 回，對於氟化物產量的測量，這裡我們採用 的是光電子能譜(XPS)的方法。之後，再對 重新取回的固體副產品進行第一個測試過程 的操作。最後，我們將對氟化物氣體的產量 和碳化硅(SiC)的產量再次進行相關測量。 鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)作為一種原 材料 從鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)中去除氟 化物，並且同時產生可用產品的一種方法， 是用鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)生產氫氟酸， 而氫氟酸在氟化行業中是利用開采的礦物氟 石生產的[24]。 這就會產生經濟上的壓力，驅使我們繼 續開採氟礦石，從而導致環境問題。然而， 通過回收第一次加入的鋁電解槽廢舊陰極碳

1,400 1,500 溫度 (攝氏溫標)

1,600

1,700

1,800

圖4：四氟化硅(SiF4)和氟化氫(HF)的排放量，來 自以鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)為熔劑的碳化硅 (SiC)產品的熱力學模擬結果。

(SPL)中氟化物的含量，就可能會水洗包含氣 體的氟化物，從而產生氫氟酸，這還能從經 濟上對回收過程提供支持。 從全球範圍來說，每年大約有超過四百 萬噸的氟石被開採。其中一部分的氟石將用 於生產氟化氫(HF)的產品，每年大約會產生 一百萬噸[25]。氟化氫(HF)對於氟碳聚合物的產 品，例如聚四氟乙烯，許許多多不同種類藥 物的中間化合物，如百憂解和殺蟲劑，以及 在電子方面，都具有其重要的作用[25]。氟化 氫(HF)也可以作催化劑的用途，使碳鏈較小 的烯烴相互反應，構成碳鏈較長的鏈烷烴。 在工業上，氟化氫(HF)常用於生產人造冰晶 石，這是熔融電解質的主要組成成分[25]。 為了處理第一次和第二次加入的鋁電解 槽廢舊陰極碳(SPL)中的氰化物，最經濟的方 法是在溫度低至200攝氏度(℃)的運作環境 下，對他們進行燃燒處理[26]。這樣做的另一 個優勢是，通常來說，燃燒可以使得較高的 碳元素含量被耗盡，從而減少了剩餘的固體 產品的質量，還可以將鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)燃燒的能量用於其他局部性的過程。為 了定義最適當的燃燒情況，我們以第一次加 入的鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的MSDS參數 為基準，用FactSage軟件進行了模擬研究。 我們對溫度在500攝氏度(℃)到1800攝氏 度(℃)範圍內的工況進行了研究，並且將干 燥的空氣加入到了燃燒爐中，使干空氣的量 與鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)中的碳元素的量 達到特定的化學計量比[27]。如果達到了平衡 的條件，在800攝氏度(℃)時，大部分的氟化 物會以固體的形態存在，還有一些不容易與 其他物質發生反應的氟化物，將以氣體的形 式離開。降低溫度有利於降低氟化物的排 放，因此，如果我們的目的是使得大多數的 氟化物保持為固態相，燃燒就需要在較低的 溫度下進行。但我們並沒有什麼很好的原因 去降低燃燒溫度，因為這樣做後，就需要對 當代國際鋁業

概要 7

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採用2.5摩爾每升 (mol/L)的氫氧化鈉溶液 (NaOH)對鋁電解槽廢 舊陰極碳(SPL)進行過 濾，去除其中的六氟鋁 酸鈉(Na3AlF6)和三氧化 二鋁(Al2O3) 。

採用9.7摩爾每升 (mol/L)的氯化氫溶液 (HCl)對鋁電解槽廢舊陰 極碳(SPL)進行過濾， 去除其中的二氟化鈣 (CaF2)和NaAl11O17 。

氟化氫 (HF)

四氟鋁鈉 (NaAIF4)

1,475

1,800

9

在製造碳化硅(SiC) 的過程 中，使用剩餘的固體作為 廢棄物。 粉碎廢棄 物(使達到90%的 粒子的直徑小於1毫米 (1mm)加入二氧化硅(SiO2) (例如:沙子)。

氟氣 (F2)

12

質量 (g)

用水清洗剩餘的固 體，從而去除氟化鈉 (NaF)。

水 (H2O)

氟化鈉 (NaF)

過濾預處理步驟 [2]

6

參考文獻： [1]: Brosnan D.A. Process for Recycling Spent Pot Liner: USA, 6471931B1 [P]. 2002

在低氧熔爐中對混合物進行加 熱，溫度最少加熱到1800攝氏 度(1800℃)。 用水塔或者其他處理方法 對含氟元素的煙道廢棄物 進行處理。

碳化硅(SiC)生產步驟 [1]

[2]: Zhong-ning S, Wei L, Xian-wei H, Bi-jun R, Bing-liang G, Zhao-wen W. Recovery of carbon and cryolite from spent pot lining of aluminum reductions cells by chemical leaching (J). Transactions of Nonferrous Metals Society of China, 2012:222-227

圖5：預過濾過程以及碳化硅(SiC)形成過程的工藝流程圖。

離開的氣體進行一次水洗，還要對固體的廢 棄物進行處置，而且這期間產生的副產品也 沒有什麼經濟效益。另外一種可選擇的燃燒 溫度範圍是高於1300攝氏度(℃)，這樣做的 目的是將大部分的氟化物轉化為氣體。燃燒 的溫度越高，形成的四氟鋁鈉(NaAlF4)氣體 就越少，產生的氟化鈉(NaF)氣體就越多， 而氟化氫氣體的產量則略有增加(具體參見圖 6)。燃燒最後剩餘的固體產品將包括氧化鋁 (Al2O3)、Ca2Mg2Al28O46以及CaMg2Al16O27。此 外，當溫度在1300攝氏度(℃)和1500攝氏度 (℃)之間時，我們沒有檢測到液態的產品。 當溫度接近1500攝氏度(℃)時，氟化氫(HF)連 同其他作為雜質的氟化物氣體，都將被水洗( 詳見圖7)。這些水洗後的產物需要進一步被 提純，從而用於生產商業用的氫氟酸。 其他的思路 利用鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)來生產碳化硅 (SiC)這個想法，相較於將鋁電解槽廢舊陰極 碳(SPL)用做熔劑這一思路而言，已經深深的 紮根於我們的思維過程中，該想法也可以理 解為，我們可以利用鋁電解槽廢舊陰極碳 (SPL)來推進未來襯裡材料的發展。由於碳化 硅(SiC)具有耐磨和減少阻力的特性，這使其 成為了一種令人印象深刻的工程材料。因 此，對於一個鋁的鈾電解槽(關閉一個循環 的迴路，重新回到製鋁行業)而言，作為一 種爐襯，它能夠運行的很好。不管怎麼樣， 鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)的其他部分，也可 以被用來生產爐襯材料。 例如，在2014年發表的一篇論文中，作 者就詳細描述了一種可能的襯墊材料，該材 料由石墨、氧化鋁以及碳化硅製成[28]。因為 對於製鋁行業而言，渣滓(多余的氧化鋁有 時需要刮掉，有時則需要跟鋁電解槽廢舊陰

3

0 500

825

1,150 溫度 (攝氏溫標)

圖6：燃燒過程產生的氣體中，主要氟化物所包含的種類。

第一次加入鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)

燃燒 o (950-1050 C)

氟化物

清水洗滌

氫氟酸 (HF)、 氟化鈉 (NaH)、 四氟鋁鈉 (NaAlF4)

包含氣體

圖7：從第一次加入鋁 電解槽廢舊陰極碳 （SPL）後，消除燃燒 過程中產生的氰化物和 氟化物。

無毒的煅燒

水泥膠合 或 填埋

極碳(SPL)混合)也是一個很嚴重的問題，因 此，我們也需要有對渣滓進行處理的方案， 而這種可能性，使得研究者更加關注鋁電解 槽廢舊陰極碳(SPL)和渣滓混合的部分。 另一種可能性是利用集中的碳元素和氟 化物含量，同時限制鹵素的含量，來生產全 氟化碳，或者全氟化合物(PFCs)。如果我們 能夠成功地對製取的全氟化碳或者全氟化合 物(PFCs)進行純化，這些穩定的化合物可能 可以用於醫學用途，即在一些自動生成血細 胞的地方，使全氟化合物(PFCs)作為氧氣的 運載體[29]。全氟化合物有很廣的優點，不僅 具有生物的惰性，而且其溶解氧氣的能力超 過了血漿溶解氧氣能力的50倍[30]。因此，他 們在外科手術中是很有用的，因為手術可能 需要額外的氧氣供應[29]。 全氟化合物也可以用於液態的空氣流 通，即在急性肺損傷發生的地方，使肺部充

無氟化物， 不產生氣體

EPS 或 電子過濾器

滿能夠攜帶氧氣的液態全氟化合物，以代替 空氣中的氮氣[31]。儘管關於鋁電解槽廢舊陰 極碳(SPL)產生的氣體的淨化，仍然存在技術 問題，但全氟化合物(PFC)依然很有希望運 用於未來的醫學應用中。 結論 加拿大多倫多大學的冶金工藝和模型製作小 組(PM2G)，將鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)看 做是一種戰略材料，而不是一種危險的廢棄 物。在21世紀，我們需要採取更好的廢棄物 管理手段來處理鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)， 而不是採用像掩埋、海水瀝濾這樣的手段。 前進發展的道路上，我們將會在更多有價值 的方面來對鋁電解槽廢舊陰極碳(SPL)加以利 用，增加其運用的範圍，確保其具有適當的 廢物處理和清理方法，以及確保其具有更簡 單、更安全的運作環境。█

欲知全部參考文獻表，請查閱www.aluminiumtoday.com 的文章，並點擊spent potlining. 本文的pdf可供免費下載。 當代國際鋁業

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8 鑄造車間

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緊湊型鑄造車間 基蒂馬特冶煉廠新式小型鑄錠生產的高效能設計

力拓 – AP技術實現了工廠中將AP技術與 一個世紀以來的鋁生產經驗結合起來的最 具綜合性的冶煉設備。 在這套設備中一個關鍵技術是緊湊的 鑄錠鑄造車間的設計。它通過最優方法和 現代儀器來展現一個高效率並且安全的鑄 造車間。 緊湊型鑄造車間的設計在2011年TMS 的一篇文獻中第一次被提出[1]。在那之後力 拓集團利用它的主要特征作為其在加拿大 英屬哥倫比亞的基蒂馬特現代化改造項目 的一部分來建造新型的鑄造車間。這個項 目目前在啟動階段。 基蒂馬特現代化改造項目 基蒂馬特現代化改造項目(KMP)是對有著 60年曆史的基蒂馬特冶煉廠進行現代化改 造，這個項目擁有美國48億美元的投資。 在2015年六月首次液態金屬生產成功，目 前焦點為如何使產量安全持續的上升，直 到完全生產力達到約420,000公噸。這一目 標預計在2016年實現。 在鋁行業中，現代化的冶煉廠已經提 出了其性能和所負責的金屬產量的最高標

圖1：三件套的3D結構三個 熔爐-兩條鑄錠生產線

準。在擁有力拓AP技術最新發展的預烘干 技術和完全採用由Kemano發電站提供水電 力的條件下，基蒂馬特冶煉廠將是最有生 產力和競爭力的鋁冶煉廠之一，並且擁有 著業界最低的碳足跡生產流程。 從戰略上來講，由於位於加拿大西海 岸，基蒂馬特冶煉廠能夠很好地滿足鋁在 環太平洋地區以及在北美的客戶中快速增 長的需求。 緊湊型鑄造車間: 設備和佈局 基蒂馬特現代化改造項目中的新型鑄造車

間的額定容量為30萬噸/年，並且專用於生 產小型鑄錠。兩組設備分別擁有兩 個熔爐，對於這種類型的生產，傳統的安 裝是將兩組設備連接到同一個獨立操作的 鑄錠生產線上。同時，這個(四個)熔 爐的容量則是根據上文提到的鑄錠生 產線和從電解電池列中傳送來的金屬來決 定的。 新裝置的結構由三個熔爐和兩條鑄錠 生產線組成，並且這三個熔爐是通過同一 個共享的流水槽連接的，如圖1所示。 當其中一個熔爐在鑄造的時候，另兩 個熔爐準備被填充。另外，每個熔爐都會

圖2：基蒂馬特冶煉廠熔爐 Gaston Riverin*, Nicolas Tardy-Berger*, Simon L’Heureux**, Mélanie Simard**, Marko Torman** *Rio Tinto – Aluval – BP07 - 38341 Voreppe Cedex– France ** Rio Tinto - Kitimat Work – PO Box 1800 – Kitimat – BC Canada – V8C 2H2

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鑄造車間 9

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熔爐減少為三個)。 ■ 通過減少澆注時間從而縮短時間週期 (鑄造速率由60噸/小時變為30噸/ 小時)。 如果將傳統佈局(四個熔爐/兩條生產 線)和基蒂馬特佈局(三個熔爐/兩條生產線) 進行比較，運營能力在以下幾個方面得以 改善：

圖3：基蒂馬特鑄造車間擁有30萬噸/年的小型鑄錠產量的設計

在一條或​​者兩條鑄錠生產線上完成鑄造。 這個計劃的操作模式是在任何時候 都有且僅有一個熔爐在進行生產工作。而 這個熔爐是否在兩條鑄錠生產線同 時工作則取決於它們當時的可用性。 沒有任何問題的情況下，在一條生產線工 作時，另一條生產線可以啟動或者 關閉。 具體到基蒂馬特這個項目，熔爐的容 量是一百噸(圖2)，鑄錠生產線的額定鑄造 速率為30噸/小時。在這種前提下，基蒂馬 特項目中單個的熔爐的鑄造速率可達到60 噸/小時。 對於基蒂馬特冶煉廠，這個最初提出 來的佈置加以改進優化，如圖3所示。 該鑄錠生產線的對稱性佈局使得其可 以保持操作者的工作區域和設備運行的區 域完全分開。這樣可以保證操作者有一個 更加安全的工作環境。 通過這種緊湊型鑄造車間的設計，力 拓集團成功的將投資成本保持在可控範圍 內(CAPEX)，同時提高生產力並獲得設備 的最高效率。

■ 減少以金屬延遲結束的移位數量(積壓 的工作): ■ 從3.8%減少到2.5% ■ 更高的熔爐可用性 ■ 增加5% ■ 更少的澆築時間 (通過高效率的澆築速率) ■ 減少 6% 熔化損失 為了最大限度的減少熔化損失，建議減少 傳輸期間的金屬湍流並且減少鋁在液態下 的時間，以避免其氧化。基蒂馬特的結構 主張以下兩個原則： ■ 金屬通過虹吸作用從坩堝傳送到熔爐 (圖5) ■ 在熔爐內通過較高的鑄造速率從而達到 最短的停留時間 金屬損失預估低於重量的0.5%，這一 結果符合行業的標準 。 能量損耗 在過去的幾年中，力拓集團一直在積 極的提高其鑄造車間中設備的能源利用 率，不斷改進創新，以降低特定氣體的 消耗。 這些研究成果已經在基蒂馬特鑄造爐 實施。一旦基蒂馬特達到標準容量，則在 原有450MJ/t的基準消耗量上預期可節省 100MJ/t。

圖4：基蒂馬特鑄造車間

預期的性能 熔爐數量的優化和設備佈局的簡化可以 使得資本輸出相應減少。除此之外，從這 種擁有高生產效率的緊湊型鑄造車間 的設計還可以使得設備擁有更好的操作 性能。 更高的設備使用率 提高該系統的資產利用率(AUR)的方式主要 有兩種： ■ 設備的數量減少了25% (由之前的四個 當代國際鋁業

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10 鑄造車間

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功的關鍵要素。 目前，力拓集團正在逐步使用一個稱 為MESAL的手機應用，這個應用可以向使 用者提供基於關鍵績效指標的公司管理每 日報告(圖7)。

圖5：金屬傳送

這意味著鑄造車間的運營成本將節約 大概$1/t。 安全性 (EH&S) 鋁鑄造車間的佈局對於安全有著重要的影 響。在整個項目中，從設計到建設和運營 各個階段，將進行多項風險分析以滿足最 高的安全標準，這和力拓對其所有設備的 要求一樣。 其中一項由失效模型和效果分析 (FMEA)方法指導的KMP計劃流水槽系統已 經通過了工藝危害性分析(PHA)的審查。 FMEA分析在2013年一月末完成。多學科 小組通過對潛在的健康、安全、環境和經 濟形勢分析，確定了23項風險。 雖然並沒有發現嚴重風險(IV級)， 但是仍然有一些高級別(III級)，中等級 別(II級)和低級別(I級)風險被確認存在通過 對風險等級的評估，得到了消除這些 風險的建議，並確認余下少數風險已被 緩解。 只有一個III級/高級別風險仍然存在， 這個風險涉及有由金屬溢流而導致的潛在 傷害，由流水槽中未被有效加熱所產生的 剩餘水分而引起的爆炸，或是由工作人員 暴露在鼓風機產生的熱空氣中而導致的燒

圖6：鑄造車間的MESAL的屏幕截圖

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傷。小組針對所有高級別(III級)風險提出建 議，以此希望將風險降低至一個“最低合 理可行(ALARP)水平”。 如今，所有團隊在施工階段均努力工 作，使得力拓集團的員工擁有最安全的工 作環境。 製造執行系統 (MES) - MESAL 獲得可靠，實時的信息是冶煉廠獲得成功 的至關重要的因素。基蒂馬特項目是一個 業界領先的為製造執行系統(MES)提供解決 方案的優秀平台。基蒂馬特鑄造車間應用 了最全面的集成鋁業製造執行系統 (MESAL)的解決方案。 鑄造車間的集成鋁業製造執行系統覆 蓋了在和其他冶煉廠聯繫的過程中，這個 部門所需的流程及追踪優化。它覆蓋了鑄 造車間整體的生產鏈： ■ 熱金屬流動管理 ■ 鑄錠鏈操作管理 ■ 儀 錶 盤 和 數 據 分 析 ( B & C 鑄 造 ， 比 較 分析) MESAL 在基蒂馬特冶煉廠被完全應 用，這是冶煉廠在啟動階段獲得全球性成

啟動階段更新 力拓緊湊型鑄造車間概念是在2011年早期 在TMS活動中提出的。幾個月之後的2011 年12月，基蒂馬特現代化改造項目收到了 許可通知。作為該項目的一部分，緊 湊型鑄造車間的設計已經建成並且在2015 年交付給力拓的BC運營團隊。自那時起， 三爐兩線投入使用，產量基本維持穩步 上升。 力拓集團的緊湊型鑄造車間從預投料 試車到2015年的起步階段以及如今的上升 階段都證明了該設計的穩固性。三爐兩線 系統如今已經在運營，並具有安全，可持 續發展和高效率的特點。 結論 力拓-AP技術已經研發出一種鑄錠鑄造車 間。和傳統的使用配套設備(兩個熔爐供應 一條生產線)的解決方案相比，這種三件套 熔爐的配置(三個熔爐供應兩條生產線)提供 了巨大的改進空間。 它展示了一種更高的設備利用率，通 過更簡潔的佈局滿足了最高的HSE 標準。 在2015年，KMP團隊將這種高產率的 緊湊型鑄造車間的技術包投入生產。 力拓如今正在等待著小型鑄錠生產在 生產力，熔損和能源消耗方面的基準測試 結果。 這種結構構成了AP技術包的一部分並 且為力拓項目所保留。█ 參考文獻 [1] “New Casthouse Smelter Layout For The Production Of Small Non-Alloyed Ingots: Three Furnaces / Two Lines; Berlioux J., Baudrenghien JL, Bourgier A., Rio Tinto, TMS Light Metal 2011.

圖7：MESAL手機應用截屏

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軋製 11

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最寬的六輥冷軋機 當地時間為2015年3月31日，比原先計劃的時間還要提前了10天， 世界上最寬的六輥制鋁冷軋機正是投入運行，在俄羅斯境內的 Kamensk Uralsky工廠(也就是KUMZ )生產了第一卷鋁材卷料。 本文作者為：Tommaso Settimo* 這是一個龐大的工程，涉及到一個全 新的冷軋機的安裝，而建成之後的工廠的主 要任務就是第一時間處理來自於俄羅斯鋁業 公司的KUMZ的鋁材卷，而這些線圈首先 是通過現有的熱軋技術來生產的，這些冷軋 機都是從新達涅利1+1熱連軋機處進行的一 體式完全安裝而得來的。 這種先進的六輥單機架冷軋機通俗來 說，就相當於一個“金剛石軋機”。在安裝 了這樣一個先進的冷軋機裝置後，達涅利公 司將會進一步鞏固其在鋁材板材產品的市場 地位，這也是既Diamond Mills公司收到來自 於泰國的Nikkei Siam鋁業公司(NSA)以及來 自於比利時的Aleris Duffel公司的大量訂單之 後，達涅利公司的一個重大的戰略部署。而 這種所謂的“金剛石軋機”也將會進一步代 表最新和最高端的軋機技術。 特別需要注意的一點是，這些軋機能 夠提供一些特別定制的板材，這些螺旋板材 的寬度最大能夠達到2800mm，而且幾乎都

是提供給航空或者航天工業來使用的，這些 板材的厚度也是可以調節的，從8mm到 0.2mm不等，通過不斷調整軋機的距離，使 得這些材料都可以進行相應的定制，以滿足 各種特定的需求。 對這種金剛石軋機進行這樣的六輥式 的設計，是對這一技術的全新挑戰，與此同 時，還將需要轉配有俄羅斯鋁業公司所生產 的KUMZ鋁材，從而可以製造出一系列的 更為廣泛的產品的種類，這些產品將會涵蓋 更加廣泛的寬度和厚度，同時也將包含足夠 多各種各樣的合金材料，當然，這其中也包 括各種航空航天產品及其衍生品，而這一切 的最終目的就是為了解決俄羅斯鋁材 KUMZ的當前以及未來都有可能面臨的需 求和問題。 對於這個龐大的工程項目來說，軋機 是其中較為重要的關鍵部件，擁有大量的關 鍵技術特點，這也是這個項目所需要的，這 些技術中包含以​​下幾個方面：首先，包括一

第一捲成功生產的捲材

個六輥的換擋設備，可以用來控制在機器的 運行過程中所需要的動態移動，而如果要達 到這個效果，最好的辦法就是使用平行輥來 實現；先進的軋機需要一個非常穩定的軋機 機架，這可以保證在軋製鋁材的過程中，軋 機可以使用更寬參數範圍內的材料，增強其 使用材料的能力和範圍，達涅利公司的 H​​I-RES冷卻液噴霧設計配備了恆定距離的 電動閥門，可以對26mm的斜噴嘴進行相應 的調節，從而可以橫跨整個條帶的寬度範 圍，輔助以相應的熱邊緣噴霧劑(HES) 來覆蓋到鋼材的邊緣上，為了實現便於操作 的目的，所有的系統都將安裝在一個自動控 制的閉環系統之下，與此同時，我們還 將要提供最高級別的鋼材的平坦度性能 保障。 這整個項目還包括這樣一套DANECO2的煙氣淨化以及冷卻液回收的系統， 從而能夠確保實現最嚴格最苛刻的排放標 準，於此同時，還要能夠實現運行成本的降 低，而達到此目標所需要的條件為進行軋製 潤滑油的回收利用，還有就是使用DANPURITY冷卻板式過濾器進行過濾，最終能 夠確保產品的工藝性能和產品質量的提高， 同時還能達到一個額外的好處，那就是可以 不斷增長和延長冷卻液的壽命，進一步節約 運行的成本，降低投資，從而獲得更加豐厚 的利潤。 達涅利公司的全自動化的HiPAC設 備，第二期系統以及第一期電力系統的動態 模型；在此工廠中，新式軋機所生產出來的 線圈將會由一個托盤傳送系統來進行處理， 他將要連接一個線圈製備站，線圈檢測站和 一個高存儲的系統；同時，也將把該公司的 技術，工藝以及相應的產品支持有機地聯繫 在一起。 2015年5月19日，隨著一個盛大的開幕 式的舉行，冷軋廠正式落成，得到許多領導 人的滿意和興趣，其中包括公司的區域總 監，來自於俄羅斯鋁業KUMZ的首席執行 官Skornyakov先生，以及來自於達涅利公司 的首席運營官Alzetta先生等人均表示出了很 大的滿意和興趣。█

第一卷變厚度的捲材(通過5個階段，從9mm降低到1.2mm) *意大利達涅利公司的項目總監

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12 鑄造車間

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鋁軋製的投資 為進一步促進其在鋁業的發展，山東魏橋創業集團（中國）幾年前做出戰略性決策，決定投資建成一 座新的平板軋制廠。

魏橋創業目標躋身中國鋁業軋制領先 地位，並且成為世界範圍內的優質軋制產 品供應商。這項決策依賴Achenbach技 術，使得山東魏橋在箔材軋制和帶材軋制 生產上取得成功。威海示範廠最新建成， 該廠車間配有材料寬幅2300毫米的軋制機 和1850毫米的薄帶軋制機。

以最高的生產率，穩定地完成軋制任務， 同時節約資源，軋制機有以下特性：

新印刷鋁片廠 兩種軋制機都實現聯機以滿足顧客的 需要，並都處於最優化階段。軋制機及其 關鍵技術將是印刷鋁片產品的核心。兩種 軋制機都採用自動化技術，裝有 OPTIROLL i3系統和OPTIPURE系統。 山東魏橋很重視環境保護，因此，軋機系 統包括軋制油微過濾的SUPERSTACK II 系統和廢氣淨化的大型AIRPURE系統。 這兩種軋制機器都與高價倉庫相連。 在鋁卷預備階段，通過控制操縱器，鋁卷 自動送至軋制生產線，在此階段首先生成 鋁帶，然後鋁帶自動進入軋制機。 軋制機的這種緊湊式設計確保了在低 附加生產時間內鋁帶的最佳生產量。為了

■ 為了達到質量和生產率的要求，兩種 軋制機都安裝了OPTIROLL i3系統。 該系統根據模型厚度和驅動調控，確 保產品符合嚴格的厚度公差。鋁帶平 整度可以通過控制調節滿足目標規 格。新開發的熨平輥確保材料繞卷而 沒有夾痕或缺損。

■ 鋁卷重達32噸，以高達1500米/分鐘的 速度，在高強度的帶材張力下製成0.1 毫米的鋁帶，確保平版印刷鋁片表面 的高光潔度。

■ 「網絡數據原理」可以實現檢索軋制 過程中幾乎任意時間和位置的數據。 所有重要的鋁卷數據將被記錄並與高 價倉庫的數據相連接。鋁卷數據採集 包括鋁卷從進口至出口的全過程。鋁 卷隨後移至操縱器外進行進一步 加工。

■ AIRPURE系統（用於兩種軋制機的氣 體淨化）廢氣淨化設備直徑為6.6米， 是Achenbach建成的最大氣體淨化 設備。 流動優化裝置和理想的流體分布確 保了在如此規模下的氣體淨化效果。在 最佳的軋制條件下，SUPERSTACK過濾 器中的壓輥油從固相顆粒上脫離。然 而，液體污染物比如液壓用油和其他高 沸點物質是在Achenbach精餾系統中被完 全分離的。因此市場上氣體淨化和壓輥 油處理最有效的設備正用於魏橋創業的 工廠。 ■ 最後，目前為了高效分類廢棄物，在 鋁卷準備、初期處理和解體檢查過程 中產生的所有廢棄物與鋁合金是分 開的。 在啓動印刷鋁片生產後，威海將對鋁 箔生產做出進一步決策。Achenbach和魏 橋創業將繼續保持信任合作的關係。█

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Aluminium Today 2016_03_Print 07.03.2016 10:28 Seite 1

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14 環境

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過濾袋故障檢測器： 用以降低粉塵的排放

圖1：針對垂直 管道所設計的靜 態洩漏檢測器

本文作者為：Audrey Beaumont*，Chin Lim*，Jean Ba​​p tiste Robin*，Rahul Jain**，Julian Sowah**以及Santosh Kumar**等 Fives公司收到鋁材冶煉工廠的委託向他們提 供檢測洩漏控制的處理方案和裝置。而這些 工廠的設備方案都是基於干燥的洗滌技術， 因此這些設備在以下方面效率是很高的，包 括通過這幾個設備來處理排放的煙氣，煙氣 由還原罐產生(燃氣處理中心—GTCs)，陽極 焙燒爐中產生的氣體(煙氣處理中心—FTCs) ，有時會由兩者同時產生煙氣(煙氣燃氣混 合處理中心—F&GTCs)[1]。 現代化的冶煉工廠必須制定最嚴格的排 放標準，其監管機制也將是最嚴苛的，包括 粉塵排放的要求以及相應的局限性(這些標 準有時甚至高達5mg/Nm3)[2]。那麼這就將意 味著，一個流量或產量為2,000,000 Nm3/h的 GTC設備或工廠，在標準的情況下，被允 許達到的最大灰塵排放量為10kg/h。 為了解決問題，Fives公司已有解決方法 來降低粉塵的排放量，這些都需要通過監測 過濾袋的可能存在的損壞或者自然磨損，檢 測洩漏問題的解決方案。 干式洗滌技術 全干式洗滌的淨化工廠設備(其中包括 FTCs，GTCs 以及FGTCs等)的設計是一個 過程設計的模式，而這些設備的處理過程基 本相同，燃氣或煙氣將會從電解槽和/或陽 極焙燒爐中排出，並且通過管道輸送到反應 器中。新鮮的或用以循環的氧化鋁的混合物 將會以一定的優化比例被注入到這些反應堆 中，以便與被污染的空氣能夠充分混合。由 於大量的過濾介質的存在，作為填充物的氧 化鋁混合物濾料將會被附著在過濾袋的表面 上，一旦​​這些氧化鋁混合物發生充分的氟化 反應，它們將會運送到鋁的電解反應過程 中；同時，干淨的燃氣將會在風機的作用下 發生遷移而耗盡，而煙氣將會通過主要的排 煙管道被排放到大氣中去。 Fives公司現代化的過濾器模塊中(其 中，比如有TGT-RI或者Ozeos等)，配備了 一個獨立的壓力變送器，其目的就是為了能 夠實時的監測過濾袋處的壓力降。當過濾袋 處的壓力降達到優化的設定值的時候，此時 就會導致脈衝信號的觸發，使低壓的壓縮空

氣將會被釋放出來，注射到氧化鋁混合物的 濾袋之中，從而達到清潔濾袋的效果。每一 排濾袋大概每隔10到20分鐘就將要被清洗一 次，時間的長短和間隔都將取決於過濾袋中 過濾介質氧化鋁的質量和使用的時間。 隨著時間的推移，由於過濾袋需要清 洗，氣體沖刷過濾袋，長期暴露在外的過濾 袋的外部織物將會腐蝕而產生大量的孔隙， 最終導致過濾袋發生洩漏。洩漏問題的出現​​ 將會導致作為過濾材料的氧化鋁混合物將會 從過濾器的內部洩露出來，使過濾器中氟粒 子迅速增加，又由於管道中存在大量的粉塵 排放，多種因素的共同作用，最終將會導致 整個過濾單元的整體效率下降。 對於過濾設備的操作人員來說，重要的就 是要仔細監測這些有可能出現的洩漏點，從而 確保經過過濾設備之後的煙氣中，粉塵含量是 能夠達到符合標準。因此，如果發現出現洩漏 的過濾袋，必須快速及處理或更換，以保證過 濾器能夠有效地工作。為了快速準確地識別出 現問題的過濾袋和及時更換，確保整體過濾效 率，針對過濾袋的洩漏問題，Fives公司已經開 發了大量多種多樣的解決方案了。 靜態洩漏檢測器 靜態洩漏檢測器的原理是通過實時觀察和檢測 某一個排煙管道內的灰塵沉降的方式來得到相 關管道的洩漏信息。這些靜態洩漏檢測器擁有 其他設備所不具備的優勢，比如他們的工作是 不需要任何的能源或電力來維持，造價比其他 檢測器來說是更加低廉的。最有優勢的是靜態 洩漏檢測器彼此之間都是獨立存在的，不需借 助其他計算機軟件的輔助，便能夠完全正常工 作的。當然，過濾器的出口端的設計也是不盡 相同，為了適應每一種過濾器出口管道的設計 方案，Fives公司已經針對這一系列的情況做出 了相應的研究，根據他們出口的位置的不同， Fives公司已經開發出了兩種不同的探測器方案 以供消費者選擇。 這將分幾種不同情況來討論，第一種是 對於垂直的管道，該系統包括一個玻璃製成 的管道，這根管道將會放置在過濾器的外 部，在重力作用下，粉塵將會發生沉降作

用，同時，由於管道是玻璃製成的，其外觀 為透明的，因此，粉塵的沉降全過程都將是 可視化的(如圖1所示)。在安裝有靜態洩漏檢 測器的過濾設備上，氣體的流向是煙氣通過 檢測器的頂部進入到檢測器中，通過檢測器 在流經水平的玻璃管之後，灰塵將會在重力 的作用下，落在玻璃管道的水平方向上，然 後，氣流繼續沿著管道方向前進，向上流 動，最終離開檢測器，從GTC的出口處流 出，達到檢測的效果。但是，有一種情況是 當管道或者過濾袋中存在洩漏的時候，由於 重力的作用，氣流中的灰塵依然會落在玻璃 管道的管壁上，因此，管道上依然會存在一 些灰塵，而且會一直留在那些位置之上，這 也是無法避免的情況。 然而，對於水平佈置的管道來說的，靜 態洩漏檢測器所遵循的工作原理是與垂直管 道所佈置的檢測器的原理是相同的，當然， 當過濾除塵所採用的設備為微型的旋風除塵 器時，其工作原則是不同的(如圖2所示)。在 水平放置的靜態洩漏探測器的入口處的管 道，大量被檢測的氣流則將通過管道的入口 進入到探測器中。當氣流中存在大量灰塵的 時候，一方面，這些灰塵將會受到旋風除塵 器形成的旋風所造成的離心力作用，而另一 方面，灰塵將會與靜態洩漏檢測器的壁面發 生撞擊作用，兩種力的相互作用，共同導致 灰塵將會在玻璃管中沉降。此時，除去灰塵​​ 的氣體將會排放出來，離開檢測器，從而實 現檢測洩漏的作用。 上述的兩種系統已經投入運營，而且已在 Fives公司的最新過濾工廠的設備中進行耦合使 用，包括Sohar鋁業公司(位於阿曼)，Ma'aden鋁 業公司(總部位於沙特阿拉伯)以及卡塔爾鋁 業公司(位於卡塔爾)等。在發生電氣故障的 特殊情況下，這些靜態洩漏檢測器由於不需 要電能，從而能夠一直保持持續的監測和控 制，對於過濾器的狀態一直保證能夠穩定安

*Fives Solios SA， **Qatar鋁業公司 (Qatalum)

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16 環境

圖2：針對水平管道所設計的靜態洩漏檢測器

全地運行，這是其他監測器所無法達到的效 果，也顯示了靜態洩漏檢測器相對於其他設 備獨有的優勢。 但是卻存在一個不可忽略的問題，每一個 工廠的設備總是存在一定的特點，靜態洩漏檢測 器不可能能夠完全滿足和匹配各個工廠和設備的 需求。首先就是由於這些靜態洩漏檢測器是沒有 任何電子監控系統的，因此，這些工廠將需要配 備相應的操作人員對現場狀況做定期檢查。因 此，Fives公司給出了以下建議，在設備的旁邊留 下相應的日常通道，以方便檢查人員的走動，以 及在日常情況下對過濾出口的靜態洩漏檢測器進 行控制操作。然而，Fives公司已經觀察和發現對 於不同的客戶或者設備公司來說，這種檢查洩漏 的頻率是隨機可變的，不同的公司所採取的頻率 也是不同的，因此，有的時候，在過濾操作人員 發現過濾袋洩漏的情況之前，已有大量的時間被 浪費，也就是說，很有可能發現洩漏會很晚，在 發現之前已嚴重的洩漏，這將會導致大量粉塵的 排放，甚至導致安全問題。 除此之外，這些靜態洩漏檢測器也不是 完美的，並不一定能為客戶提供最佳的精度範 圍，這是因為這些靜態洩漏檢測器只能夠監測 到整個過濾器模塊是否發生洩漏的狀況，只有 一個大致的洩漏範圍，而不能確定在哪個具體 的吹管或者過濾袋上發生洩漏。因此，如果想 確定出具體的洩漏位置，比如識別是哪個過濾 包發生嚴重的洩漏問題，操作的要求就更高， 操作條件也將更加苛刻，為要達到這樣的效 果，必須要依次打開過濾器上方這樣的4個閥 門，從而依次尋找洩漏的過濾袋處的氧化鋁濾 芯的存在，而進行這樣的操作還將需用橋式起 重機的才能夠完成(這4個通道的閥門如圖3所 示)。最後，在進行檢查洩漏的過程中，每一 行的過濾器都必須進行仔細全面的檢查，不可 以遺漏，確保發現所有的洩漏。 最後，正如前述，洩漏的存在將會導致 排放的煙氣中，灰塵的比例顯著增加，同時 氧化鋁濾料的大量溢出。洩漏將會導致非常 昂貴的代價，舉例來說，如果在一個過濾袋 的上面存在一個可以洩漏的小孔，那麼其中 氧化鋁濾料的洩漏量可以達到每小時0.01噸， 非常嚴重。換句話說，假設氧化鋁濾芯的價 格為每噸350美元的話，按照這個消耗的速 度，這將意味著對於一個洩漏的濾袋來說， 2016年3月

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光氧化鋁的損失量就將會是每天84美元，這 樣的洩漏是十分嚴重，損失非常巨大。 卡塔爾鋁業公司(Qatalum)安裝了手動的洩 漏檢測器，顯著提高了煙氣的排放水平，將粉 塵的排放量降低到很低的濃度範圍。另一方 面，工廠設備運行的好壞和運行成本的損失都 與維修維護團隊的效率和反應的靈敏度有關。 在卡塔爾鋁業公司(Qatalum)的運行過程中，氧 化鋁濾芯的洩漏量已經大量減少，洩漏問題已 經解決，這一切歸功於操作團隊的快速反應和 精確操作，一旦在這些洩漏檢測器上發現了某 處明顯的洩漏，便立即做出反應，及時採取行 動，確保洩漏量減少到最低水平。但是，在其 他一些工廠，操作人員的反應相對較慢，處理 速度更低，從而導致了更多的氧化鋁濾料的損 失，經濟性和效率的下降。 因此，Fives公司發明了這樣一種可以進 行互補的過濾洩漏監測系統，它可以直接安 裝在過濾器的內部，並且可以提供受洩漏影 響的管道的具體信息，從而顯著提高維修的 效率和減少停機時間，更好地降低損失。 自動洩漏檢測器 自動洩漏檢測器是基於靜電探頭的原理來工作 的，在氣流運動的過程中，氣流場中的大量粒子 相互摩擦，產生大量靜電電流，而這些靜電均可 以被靜電探頭測量到，而靜電的測量方法有以下 幾種：可以通過灰塵對探頭的影響或是通過測量 附近的別的探針的移動來確定等。為達到自動檢 測的效果，需要通過一個4到20毫安的電流信號 對這些數據進行採集和處理，然後轉換到電腦或 者控制器。清洗系統每次都能夠觸發一整行的設 備，並且都將會遵循特定的模式，這樣也能夠更 好地優化過濾袋的性能。在整個清洗過濾的過程 中，在煙氣氣流通過過濾袋中過濾介質的時候， 少量的氧化鋁濾料的粉塵將會被靜電探針檢測出 來。在清洗整個系統的過程中，正常標準的粉塵 濃度將會被設置和記錄下來。 然而，在某些情況下，比如當整個系統 存在嚴重的洩漏問題時，靜電探針將會檢測 到氧化鋁濾料的粉塵含量將會更高。然而正 是由於清洗順序的模式以及靜電探頭的信號 相互結合，共同作用的實現，導致該系統能 夠很好地識別洩漏的某一行，精確定位到某 一個洩漏的位置。 因此，當維修和維護的團隊到達正在發 生洩漏的過濾器位置時，他們將得到需要檢 修的那一行過濾袋的所有資料和信息。然 而，過濾器的頂部濾門的開啟必須要借0助 於橋式起重機，所以也有一定的限制，總 之，操作要求是極為嚴格的。 除此之外，根據大量的報導和運行參 數，使用自動洩漏檢測器的可以更加及時地發 現並處理洩漏的問題，更快速地恢復過濾器的 運行。而當使用的檢測器為靜態洩漏檢測器， 這個時間將會增加許多，尤其是用於檢修不經

圖3：過濾袋被氧化鋁濾料所包圍

常進行狀況，恢復時間將會達到幾天甚至幾 週，其損失將十分巨大。因此，在發生洩漏的 情況下，採用自動洩漏檢測器的時候才能最大 程度地增加客戶對洩漏問題的反應的敏感度， 在保證維護操作的限制的同時，還能減少粉塵 的排放量。在一些工廠中，需要對天然氣進行 過濾處理，此時，如果採用內置的濕式洗滌 器，那麼將會是更加有用，比如在卡塔爾鋁業 公司。事實上，檢測器能夠實時的將信號反饋 給運營商和操作人員，以利做出最快速的反 應，採取相應的預防措施，從而可以避免了氧 化鋁粉塵大量堆積在濕式洗滌器的內部，但是 這個過程的發生是很易被忽視，而且也不易被 操作人員發現的。 當洩漏發生時，粉塵的排放量是可迅速 上升到45%以上。因此我們需要盡可能快速 和有效地發現洩漏的存在，並及時地做出反 應，這一點也是至關重要的。 自動洩漏探測器的裝置已經成功實現工業 化，並且已經完整運行，這些裝置大多在Fives 公司中的最近的工廠設備中投入生產，這些投 入生產的工廠包括：Fjardáal公司(冰島)，Ma'aden 鋁業公司(沙特阿拉伯)，卡塔爾鋁業公司，RTA Alma公司(加拿大)，Alouette 公司的第二期工程( 加拿大)以及RTA Arvida公司(加拿大)等。 對於需要進行洩漏檢測的公司來說，他 們都想要用自動洩漏檢測器，基於此，Fives公 司給出的建議是，將自動和靜態兩種洩漏檢測 器來進行耦合使用，以提高測試的精度。由於 過濾袋的洩漏的檢測是至關重要的，這些靜態 洩漏檢測器將會為特殊情況提供一種備用方 案，從而保證在自動洩漏檢測器發生故障時， 依然能保證整個洩漏檢測系統處於最佳的運行 狀態，保證過濾系統安全穩定地運行。█ 參考文獻 [1] M. Coulon, B. Hureiki and C. Lim; Single Fume and Gas Treatment Center for Aluminium Smelters – A Better Approach (Light Metal Age, October 2013).

[2] B. Hureiki, Emissions Processing at Qatalum Smelter (AluSolutions 2013).

[3] P. Plisson, B. Hureiki and C. Lim; Sustainability improvement in GTCs (Aluminium International Today, May/June 2014). 當代國際鋁業

汽車工業 17

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汽車板材的報廢回收 汽車鋁板材供應商的下一個主要挑戰是，在合金配方中摻入更多的回收廢料，以進一步減少與鋼的成 本差。這一挑戰比使用沖壓車間的廢料更困難，因為這一次的廢料有的是來源於國內的廢物流，有的 是來源於報廢車輛的碎片。Geoff Scamans*解釋說。

在一個著名的研究中，是由英國支持開發 的名叫Realcar的項目，涉及到集約型汽車 的防抱死裝置的報廢，包括先前用於工程 測試的40輛捷豹XJs和兩輛捷豹XKs。這些 車輛都要接受報廢車輛指令，所有的液 體、電池和輪胎被移除，並經爆破銷毀。 此外，發動機和車輪被拆除後用於單獨回 收。車輛被壓碎、切割並進行分離，將所 得的鋁組分放入旋轉傾斜爐中熔化並澆鑄 成錠。然後對組合物進行分析，以確定其 是否適合作為未來可再生汽車的來源。然 而，這些合金含有來自於殘余鋼和鉚釘中 的高質量的鐵，鋁鑄造合金中的硅，電線 和連接器中的銅，以及其他不合需求的微 量元素。 英國支持並由捷豹路虎汽車公司領銜 的二次創新項目Realcar 2，已於2015年8月 完成。這一項目主要評估了廢鋁的應用， 這些廢鋁來源於英國國內的廢物流，是機 械生物處理(MBT)回收廠下面的垃圾填埋 場的副產物。該項目的主要挑戰是要找到 一個可行的方法，從有色金屬(NF)中分離

出鋁成分，並從機械生物處理回收廠輸 出。最好的分離效果是用氣刀分離器在渦 流中進行分離並切碎。在該項目的進行過 程中，我們意識到了自動分離技術的長足 發展。掌握有色金屬廢物流自動分離技術 的公司有Steinert公司，Tomra Titech公司 和Redwave公司。這些公司已經開發出了 一種用於食品流和礦物流的分離系統，現 在也被用於金屬廢料流的分離。他們的X 射線透射（XRT）系統已經取代重介質過 濾系統，並用於從汽車報廢碎片（Zorba） 中提取有色金屬。Zorba由美國的廢料回收 工業協會(ISRI)命名，廢料回收工業協會還 定義了各種各樣的混合廢金屬的術語。這 三家公司都是同時在開發以X射線熒光 (XRF)為基礎的系統，這一系統可以將金屬 碎片分類成單獨的合金類型。這對於從鋁 組分中分離出鑄造成形的、不同等級的合 金是至關重要的。 Novelis公司處於這個領域的領導地 位，他們在Nachterstedt新開的廢品回收設 施，擁有三條廢料處理生產線，可以在鑄

造坑中提供25噸/小時的滾動塊產品。其中 兩條生產線是用過的飲料罐(UBCs)和相關 的廢料，第三條生產線是汽車沖壓車間的 廢料和其他合適的最終鍛造產品的廢料。 為了這條生產線，他們已經從Tomra Titech公司購買了兩套X射線熒光（XRF） 分離系統。 X射線熒光分揀系統從便攜式X射線熒 光系統發展而來，它用於在現場快速測量 金屬碎片的組成成分。當一種金屬被主X 射線激發時，基於不同金屬的組成成分它 會發出特有的二次X射線。不論其顏色或 表面污染與否，這些被傳感器捕獲的特定 的X射線會立即得到評估，從而使混合金 屬廢料的分類成為可能。一種元素，幾種 元素或著兩種甚至更多的元素的組合，可 以作為分類標準和閾值，並且每個單元的 敏感性都是可變可調的。X射線熒光光譜 分選技術，已應用於Redwave公司對Zorba 的分離。在第一個分離步驟中，除了鋁以 外所有金屬都被專門分離出來，以提供一 個重金屬部成分和鋁成分。在第二個分離

*Innoval公司首席科学官

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18 汽車工業 步驟中，使用基於鋁合金中含有的合金元 素銅、鋅和鐵，從純淨的廢料中分離出含 量更高的鐵、銅和鋅，使它們的組成成分 符合像AA6111一樣的合金規範。 與照相機或X射線透射等其他分類技 術相比，X射線熒光光譜分選技術具有明 顯的優勢。Redwave公司估計，根據X射線 熒光技術對Zorba的分選，這些回收金屬所 得的收入，可以使X射線熒光設備在不到 一年的時間內就能收回成本。 鋁廢料的液態金屬工程 ABS的閉環回收利用的另一種方法，已 在布魯內爾大學進行評估。這項工作的 目的是使用合金熔體的高剪切熔體調節 技術，容許夾雜物和鐵作為合金的雜 質，或提高鐵的去除效率。鋁和鎂的氧 化物構成了ABS回收物品中的主要組成 部分。這些氧化物通常是以緊密排列的 納米級氧化物顆粒的形式存在於膜中， 它可以通過密集的熔融剪切形式分散 開，使它們盡量降低對機械性能的損 害。這些分散的氧化物可以提高鋁和鐵 金屬顆粒的異相成核。氧化物分散液通 過高剪切裝置的一個簡單的轉子定子來 迅速實現，這一裝置在被澆鑄之前用於 調節液體鋁。這項技術已成功地實施在

2016年3月 Inserat_2015_Eirich_Carbon.indd 1

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連續鑄造過程中， 如直流鑄造工藝和 雙輥鑄工藝。 回收報廢汽車廢 料的主要任務是，清 除多余的鐵、氣體( 比如氫)和夾雜物。 在高含鐵量(0.7-2的 重量百分比)時，含 鐵顆粒成為凝固過程 中主要相態。 這些顆粒比熔 體的密度要高，這 給減少鐵的濃度提 供了合適的時機。 高剪切熔體調節可 以提供一個連續的 多用途的熔融處理 過程，以除去多余的鐵、氫和夾雜物，從 而減輕它們的有害影響。在這最近剛獲得 專利的熔融處理過程中，熔融鋁的廢料不 斷的從熔化爐轉移到熔融處理室。在這一 過程中，我們用轉子-定子的高剪切裝置 來同時分散夾雜物和惰性氣體氣泡。這些 被分散的氣體氣泡聚集氫氣，同時為了形 成鐵顆粒要把熔融溫度冷卻到可控的範圍 內。然後把這些熔融顆粒源源不斷的運輸

到保溫爐內，以允許含鐵顆粒的沉積並伴 隨污泥清除，而從其它的保溫爐內清理的 熔融物可以做進一步使用。這項技術是在 被稱為RecycAl的歐盟FP7項目下發展起來 的。這個項目在2015年8月完成了中期審 查。Realcar2項目的廢料來自機械生物處 理公司(MBT)的有色金屬廢棄物，這些廢 棄物的輕、重餾分來源於葡萄牙Soldouro 城的MBT工廠。然後由Inalsa公司在西班 牙加工成合金鑄錠。█

當代國際鋁業 04.02.2015 11:22:40

安全 19

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減小爆炸帶來的危險 2015年8月4日，在美國的Noranda鋁業公司 的儲物間內，發生了一場大規模的意外爆 炸事件，給大家提供了一個最簡單直白的 提醒，那就是鑄造材料發生爆炸，依然是 一件可能會發生的事。 這場爆炸產生的原因，是由於在一個 運行中的高爐內部出現了耐火磚失效的嚴重 問題，缺少耐火磚的保護，導致了高溫的液 態金屬燒穿了高爐的爐壁，從而出現了許多 意想不到的情況的發生，使得大量的數以十 萬磅的液態高溫金屬原料從高爐內部洩露出 來，全部跑到工廠內部的地面上。鋁業公司 認為發生了這樣的情況，從高爐中跑出來的 液態高溫金屬不斷運動，向著附近的其他地 方不斷運行，進入到附近的鑄造井之中，或 者從一些鋼製的蒸汽排放管道中進入。由於 這些鋼鐵的管道都是裸露在空氣之中的，導 致高溫的液態鋁與低溫的鋼鐵材料接觸，管 道的內部存在著大量的水蒸氣，鋁與水蒸汽 在高溫條件下發生化學反應，最終導致了十 分嚴重的爆炸。 無論何時，只要兩種溫度相差十分大 的液態物質發生直接的接觸，那麼就能夠 導致爆炸的發生。這裡所說的爆炸卻是一 種單純的物理變化的過程和物理現象。但 是這裡卻還有一些額外的變化涉及到鋁反 應的過程。鋁是一種及其活潑的化學元 素，它能夠非常充分的與氧氣發生反應， 這個反應的過程是很強烈的。鋁和氧氣在 大自然中都很容易發生接觸和反應，產生 穩定的氧化鋁鋁礦。而在工業生產中，如 果想要製造和生產出純淨的鋁材，也就是 鋁金屬單質，那麼將需要提供大量的能 量，使得氧化鋁中的鋁和氧之間的化學鍵 能夠發生斷裂，而產生一種新的化學鍵， 鏈接在兩個鋁原子之間。而在另一種情況 下，如果這一過程發生相反的反應，即分 離的鋁原子與氧原子重新結合，那麼之前 所提到的那部分熱量便會充分釋放出來， 在這些裸露的鋼管之中，這些氧氣將來源 於水中或者來源於空氣之中，同樣的，在 鋼筋混凝土的牆壁裡，或者在一些不銹鋼 的材料裡面，也會存在著各種各樣的氧元 素，而這些氧元素均能夠與高溫的液態鋁 單質發生劇烈的化學反應，釋放出大量的 熱量。這些能量是非常巨大的，舉個例子 來說，如果是1公斤的鋁與其所需要的氧氣 發生充分的反應，其釋放的能量的值將可 以達到2.8公斤TNT炸藥爆炸所釋放的能 量，這是非常可怕的。 2 Al + 3 H2O = Al2O3 + H2 + 能量 當代國際鋁業

劉進，在中國山東環宇鋁業公司工作，幫助 進行填料鑄件坑的重新塗層。

正如高溫金屬材料保護系統裡面所定 義的那樣，當高溫的鋁材接觸到溫度較低 的水的時候，將會導致一些爆炸的發生， 而這種爆炸將有可能由多種情況所導致， 具體來說，就是很明顯有三種可能的不同 方式的爆炸。自從1985年開始，鋁業協會已 經提出了這樣一種事實，這些反應的過程 需要足夠的重視和相信，需要對這些危險 有一個十分清晰的認識，並且足夠意識到 這些危險的存在。而這些爆炸的方式和效 果可以定義為以下幾個等級，等級1，等級 2和等級3。 在Noranda鋁業公司所發生的巨大爆炸 中，這裡都是由一系列小的爆炸所組成， 這些爆炸的級別都很高，達到等級3以上， 這些爆炸造成了十分巨大的損失，導致了 大約有286,000,000磅的金屬材料的損失，在 兩個垂直的方向上，其位置處產生了直徑 為150，170，200，220，250，300cm的尺 寸的鑄件年產量。爆炸所產生的能量還是 很巨大的，甚至導致了一場小型的地震， 從事發地的爆炸發生地點，也就是工廠開 始計算的話，在18公里遠的地方都能夠感 受到地震帶來的運行，輻射距離之遠，足 以體現爆炸威力之大。而處於爆炸中心的 儲物間，也在極短的時間內，灰飛煙滅， 一切都化為烏有。

對於Noranda鋁業公司的爆炸，這件事 也影響到了許多其他的鋁業公司，對於他 們來說，也需要從這裡面學到許多的經驗 和教訓，工廠的穩定運行與安全性能息息 相關，不可以置安全於不顧，完全忽略金 屬爆炸的可能性，這些都是導致安全不合 格和最終發生爆炸的因素。對於這些公司 來說，他們普遍認為這樣一件事，來自於 Wise Chem公司的塗料保護層在工廠的啟動 之前需要進行詳細的圖層，而一旦工廠已 經投入運行，那麼啟動之後的工廠將不再 需要對其圖層進行重複的塗抹，並且不需 要再次進行不斷的維護。而對於一些中國 的企業來說，他們的想法是，這種塗層只 需要使用一次就可以，就可以顯著防止金 屬的熔斷，甚至會杜絕金屬材料發生爆炸 的可能性，而且這個效果將會是永久的， 不需要後期的維護以及更換。這種想法簡 直是錯到不能再錯了。根據行業內的規 定，以及相應的最佳實踐經驗，我們發現 大概每隔18-24個月就需要對爐子的內部進 行重新的粉刷，而這個時間的製定是根據 熔斷金屬的頻率來的，他們的頻率為每隔 16-22個月就要出現一個發生洩漏的可能。 Wise Chem公司的塗料保護層在運行測試中 已經通過，並且得到了來自於美國的美國 鋁業協會的巨大支持和友情贊助。在這些 2016年3月

20 安全

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爆炸等級 特點 財產損失

等級1

等級2

等級3 非常嚴重的

沒有

小幅度的

光亮

最低的

出現閃光

強烈的

聲音

極其輕微的

大聲報道

非常巨大的噪聲

震動

短促而急劇的

短暫的搖晃

大量結構化的

小於4.5m

4.5到15m

大於15m

金屬的散發

表1. 鋁業協會所定義的幾種爆炸的等級

所做的實驗中，來自於Wise Chem公司的塗 料保護層具有更加優良的特性，相比於其 他公司的塗層保護產品，他們能夠更好地 保護高爐的內壁，在同樣的情況下，能夠 接觸更多次數的高溫液態金屬，甚至會超 過其他材料的4到5倍之多，而一旦到達這 個臨界點之後，塗層的作用將會消失，由 此帶來的結果便是內壁基層將會暴露在鋁 金屬之下，直接的接觸將會導致接下來一 系列反應的發生。對於Wise Chem公司的塗 料保護層來說，通過視覺的方法便能夠進 行簡單有效的檢查，一旦該圖層出現損 壞，熱金屬將會直接與這個高爐內壁的材 料接觸，此時的壁面將會顯示出褐色的狀 態，而之前的最原始的顏色是白色的表 面，於是便產生了強烈的對比，使得檢查 者一眼便能夠發現其中的不同，知道材料 已經被損壞的消息。中國的一些鋁業工 廠，已經裝備了這種設備，他們是：Almex USA，Hertwich，Hycast以及Wagstaff等等。 而對於上文所提到的這些製造商來說，他 們需要對他們所生產的鑄造設備進行直接 的冷卻，他們認為這是必須的，於是他們 將會使用這些來自於Wise Chem公司所生產 的塗料保護層，將這些塗料塗抹在混凝 土、鋼材以及不銹鋼的表面上，這些都是 要與高溫液態金屬鋁接觸的部分，而經過 這道工序之後，可以保證在這些材料接觸 到高溫金屬液態鋁的時候不會發生劇烈的 化學反應發生，導致出現一些其他的症狀 和出現一些危險。這是為什麼呢？這是因 為，這些工廠需要利用這些來自於Wise Chem公司所生產的塗料保護層，將他們塗 抹到他們自己的設備上，從而可以防止高 溫的金屬與低溫壁面中的一些物質反應而 發生爆炸，而這些爆炸都是可以預防的。 1994年，Pyrotek在中國成立了第一家辦 公室，為Wise Chem公司所生產的產品提供 相應的儲備、咨詢以及一些培訓的工作。在 成立之初，該公司只有一個單一的辦公地 點，總部位於中國深圳，而到目前為 止，Pyrotek在中國已經擁有了4個完整的工 2016年3月

廠，(這4個工廠分別位於南寧、東莞、西安 以及滁州)，而同樣是在滁州，他還擁有一 家銷售辦公室，同時也兼具倉庫的作 用。Pyrotek中國同樣迅速地聘用了11位銷售 工程師，他們專門處理來自於中國的高爐耐 火磚的倉庫的問題，另外，他們還聘用9位 銷售工程師，而他們作用則是專門負責提供 對中國鋁業鑄造廠的服務。除此之外，還有 一位工程師需要進行詳細的介紹，他就是來 自於Pyrotek中國的劉進，他的電子郵箱 是：jinliu@pyrotek-inc.com，他是專門為中 國的企業提供一些幫助和指導的專家，而他 從事的領域主要是關於Wise Chem公司所生 產的產品。劉進的服務對象主要是來自於中 國的企業，他們都是Wise Chem公司所生產 的產品的廣大使用者，而劉進的主要任務便 是為這些廣大的消費者提供培訓和支持，並 對他們提供足夠所需要的服務。 劉進，在2015年的年底作為專家被派往 中國，也是Pyrotek中國的重要成員之一，在 總部位於中國遼寧省的中旺集團擔任技術顧 問，他主要負責的項目為天津中旺集團的扁 定鑄造廠內的設備維護和改造，這家工廠主 要需要的幫助是將這些用於鑄造的混凝土鑄 造坑的表面上刷上一層防護圖層，保護金屬 液態鋁不會與混凝土中的氧氣發生反應，進 而產生爆炸。 Pyrotek中國還將為他們的客 戶提供一些正確的選擇，選用正確的工具對 鑄造坑進行清洗，同時還輔助他們進行塗 裝，實現這些全新的工藝。他們還組織和開 展了一個培訓課程，通過一個視屏的方式， 向他們的客戶以及學員提供許多的技術支 持，在這個項目開始之前，告訴他們怎樣準 備一個優良的圖層表面，怎樣對產品進行混 合，以及最終如何準確地進行噴塗或者塗 刷，形成一個很好的塗刷效果，保護混凝土 的內壁，進而使得整個鑄造工藝能夠完美運 行。在2016年，劉進將會面對更多的公司， 而這些公司都將會使用到這些塗層的產品， 他們大多會進行這樣的一些塗層的加工，在 這些過程中，主要是對鑄造坑進行相應的塗 刷或者是對​​他們的鋼鐵模具進行加工或者防

護等。根據行業內的規定，以及相應的最佳 實踐經驗，我們發現大概每隔18-24個月就 需要對爐子的內部進行重新的粉刷，而這個 時間的製定是根據熔斷金屬的頻率來的，他 們的頻率為每隔16-22個月就要出現一個發 生洩漏的可能。除此之外，劉進還需要向他 們的客戶解釋在鑄造層之間的表面上增加這 樣一層塗料的重要性，特別是使用Wise Chem公司所生產的產品，可以顯著提高系 統的安全性能。而來自於美國鋁業中心的研 究人員，發現這樣一件事情，他們確定了裸 露基面的最小面積，一旦裸露的面積超過這 樣一個值的時候，將會導致嚴重的爆炸，而 他們測得的最小面積只有5平方厘米。通過 這樣一個數據的發現和證明，也體現出了這 樣一套表面塗層的重要性，時刻對塗層進行 維護，對系統的安全性能的提高起到了至關 重要的作用，這是因為這些裸露的基面將是 導致高爐發生爆炸的罪魁禍首，而一旦發生 爆炸，將會損害模具，導致生產過程的停 止，在一些極端的情況下，甚至會使得模具 出現銷毀的危險，這對工廠的生產和安全來 說，都是無法承受的損失。對於Wise Chem 公司所生產的塗層，我們要進行相應的維 護，維持表面的清潔，保持其表面上不存在 油脂或者是污垢，或者是一些已經發生固態 化的凝固態金屬殘渣，這些都是需要進行仔 細的清理的。 在過去的幾十年裡，中國的鋁材行業發 生天翻地覆的變化，其增長量可以說是成指 數變化的。在這段時間內，中國的鋁業公司 大多采取了Wise Chem公司所生產的塗層； 而在這些公司的鍛造車間內，採用了業內最 好的塗層和防護措施，這些優化的運行參數 都提高了公司的安全性能，使得金屬爆炸的 可能性變得越來越小。然而對於中國Wise Chem公司的用戶來說，Wise Chem公司需 要對這些用戶進行反复的提醒，告知他們維 護的重要性，如果不進行定期的維護以 及對部分損壞的塗層進行重新加工，那麼存 在的金屬爆炸的可能性將會是十分巨 大的。█ 當代國際鋁業

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