前些時間，本報以“中國再生鋁產業(yè)2015形勢預測”為題，報道了中國再生鋁業(yè)的現狀及未來發(fā)展方向。報道顯示，歷經數十年的中國再生鋁業(yè)目前基本上還是初級鑄造合金錠。高端變形鋁合金尚處于探索階段，拓展產品品種，將是中國再生鋁業(yè)今后發(fā)展方向。
　　歷經數十年發(fā)展，然而中國再生鋁產業(yè)，迄今為止只能生產初級鋁合金錠，發(fā)人深思。
　?。ㄒ唬?br />　　30年前出現的由鋁硅鈦三元合金配制的含鈦0.6%上下的鋁硅共晶合金，用于汽車發(fā)動機中的活塞、缸體、缸蓋等零部件制作，經試驗室試驗，工業(yè)性試驗，以及5萬、15萬公里行車試驗，結果合金有以下優(yōu)點：有良好的細化結晶組織作用、較高的耐熱性、較高的耐磨性；能使活塞使用壽命延長35%左右，合金經濟效益明顯。由河南省科技委員會發(fā)布的鑒定證書注明ZL108T活塞合金技術規(guī)格、合金化學成分如下（%）：Si:11-12, Cu:1.4-1.6, Mg:o.6-0.8, Mn:o.5-0.7, Ti:0.5-0.6, Fe:0.4-0.5, Al余量。
　　來自全國26個單位派出技術專家34人，參與鑒定，其中多家汽車制造廠、拖拉機廠、活塞廠及內燃機配件制造廠、汽車研究機構等。鑒定具有很高的專業(yè)性、權威性。與此同時產出的鋁硅鈦亞共晶變形合金，經過專業(yè)機構測試，其機械性能接近LD2 ,可作為LD3代用品，廣泛應用于建筑業(yè)、運輸業(yè)等諸多部門，市場空間不可限量。雖然上述產品因其生產方式、生產方法不科學，嚴重破壞電解工藝、損壞電解槽，被放棄、禁用，未能產業(yè)化，但產品的優(yōu)越性、廣泛適用性，仍然給人留下深刻的印象。以鋁土礦直接電解，違規(guī)蠻干，嚴重破壞電解工藝，傷損電解槽被放棄禁用，理所當然，但鋁硅鈦三元合金，不應被忽視，應探索、研發(fā)其它方式、方法進行生產。
　　事實證明，對礦石進行改性加工處理，使其理化性能適應電解工藝要求的復合氧化鋁，作為電解添加劑，與氧化鋁混配進行電解，經試驗室試驗，可以在保持電解工藝正常運行的條件下，產出含有少量鈦及硅的鋁硅鈦三元合金，可用于再生鋁深加工，可以產出上述ZL108T的活塞合金和亞共晶變形合金?？上Т朔ň篃o人問津，長期被忽視。我國再生鋁產業(yè)步履蹣跚數十年，只能生產初級鑄造鋁合金錠。
　　除了電解法之外，還可以采用其它方式、方法。例如電熱法、碳熱法、化學置換法等。關鍵是要有創(chuàng)新發(fā)展思維理念和意愿，能勇于開拓創(chuàng)新。在諸多方法中，電熱法產業(yè)化已有先例?？蔁捴坪伕吖璧匿X硅合金，以再生鋁、廢雜鋁稀釋最為有效、便捷、科學合理。如果能使再生鋁產業(yè)與電熱法結緣伴行，或將是再生鋁產業(yè)轉型升級、迅速產出高級鑄造合金、高端變形合金的最強勁有力的引擎，使再生鋁迅速走出低谷，由弱轉強，面目一新。為此，筆者就電熱法略述拙見如下。
　?。ǘ?br />　　電熱法煉制鋁硅鈦合金工藝過程中，有些重要環(huán)節(jié)必須妥善處理，倘漠然置之，就會遭到挫折和失敗，國內外此類事例比比皆是。上世紀60年代，我國撫順、本溪、唐山、上海等地都曾試過電熱法煉制鋁硅合金，無一例外，都因忽略了煉制鋁硅合金的某些環(huán)節(jié)的特殊要求，先后放棄了試驗。其主要原因，一是爐子選用不當，冶煉工藝事故頻頻，無法正常生產；二是爐料配備粗放隨意，產出合金含鐵高，用途受限。同時球團耐熱強度不高，造碴多，漲爐底事故頻頻發(fā)生。
　　與大多數礦熱還原工藝不同，煉制鋁硅合金有其特殊性，有特殊要求。首先，它要求反應區(qū)能量密度足以保證產出的合金能連續(xù)不斷、及時地從出口順利淌出，而且保持均衡穩(wěn)定；要求反應區(qū)溫度能穩(wěn)定保持在2050℃~2200℃之間，溫度低了反應不完全造渣多，溫度高了還原金屬特別是鋁會大量揮發(fā)；要求物料成分尤其是還原劑成分穩(wěn)定，保持反應區(qū)導電率穩(wěn)定；工藝過程爐料要均勻下移，在合金及時排出的同時，CO及碴也及時均勻排出；要求電極能埋得深，電極消耗保持均衡；總之，反應區(qū)各項工藝要素、電制度、熱制度平衡而不紊亂。
　　長期試驗研究和生產實踐證明，雖然大功率三相礦熱爐也能取得較好的技術指標，但與單相單電極爐相比卻相形見絀，因而單相單電極爐應是首選。用三相三電極礦熱爐煉制鋁硅合金時，各項消耗指標都偏高，而且經常發(fā)生熔煉工藝紊亂，尤其是功率小的爐子，無法正常生產，勉強維持，產出的合金含鋁量也達不到要求，究其原因主要是：
　?。ㄒ唬┬」β嗜酄t，三根電極三個反應區(qū)，即便較大的6300kVA爐子，每相功率也只有6300/3kVA，顯然反應區(qū)的能量密度太小，產量小，無法連續(xù)出爐，還原金屬尤其是鋁在爐子內停留時間過長，大量揮發(fā)，產率低，合金中鋁含量少，只能達到30%~35%。
　?。ǘ┤酄t電抗大，功率因數低，一般只有0.78~0.88，加以功率小，相對地爐壁、爐面、爐底散熱面積大，熱效率低，電耗高。
　?。ㄈ捴其X硅合金，工藝要求采用低電壓大電流，這時有效電阻及無功電阻值在不斷變化，無法做到三相功率完全一致，三個反應區(qū)能量密度均衡，為了消除這種不均衡狀態(tài)，就要經常變動變壓器二次相序，迫使停電，破壞了熔煉工藝，金屬產率低，電耗增加。與單相單電極爐比較，鋁及硅的損失都大，如表：
　?。ㄋ模┤嚯姞t因三相功率不均衡，需要調整，致使三根電極上下移動頻繁，反應區(qū)能量密度均衡遭破壞，各項工藝要素也隨之變壞，還原反應無法快速、完全地進行，生產出現紊亂，爐子經常處于不滿負荷狀態(tài)。
　?。ㄎ澹┤嚯姞t三根電極之間產生分流，這不但降低了反應區(qū)的能量密度，還使爐子上部的溫度升高，降低了爐料電阻，迫使電極埋入深度變淺，導致難熔物SiC、Al4C3積存于爐底，造成塌料、漲爐底事故，無法正常生產，直至最終被迫放棄生產。
　　認真總結經驗，同時并參考國外經驗，不難得出結論，電熱法煉制鋁硅合金，確實有其特殊性，有一定難度，但如果爐子選用得當，爐子具備了煉制鋁硅合金所必備的功能，煉制鋁硅合金是完全可行的。前蘇聯(lián)數十年的經驗證明，爐子的功率必需保證反應區(qū)能量密度足夠大，足以保證每分鐘的產量達到連續(xù)出爐同時帶出積存于爐底部的碴，三相爐的有功功率通常是13000kVA以上，單相單電極爐的有功功率通常是10000kVA以上。
　　在選用三相爐時，16500kVA以上的爐子，為了使三相有功功率保持平衡，反應區(qū)能量密度均衡穩(wěn)定，建議采用二次低壓補償裝置（西安瑞弛冶金設備公司首創(chuàng)），以使功率因數提高到0.93左右。如有適用調頻裝置，亦應采用。在采用三相能量平衡裝置時，可使三相能量保持平衡，相電壓50~55V以使低電壓大電流。
　　在選用單相單電極時，增設調頻柜，可使電耗降低7%~10%，功率因數達0.93上下。在利用閑置礦熱爐時，功率6300kVA的爐子改造后功率可增大1.58倍，不屬國家規(guī)定淘汰之列，新建10000kVA以上單相單電極低頻爐，建議采用8927416X專利技術。舊爐改造可采用兩種方式：交-直-交-低頻方式，十二相同步-逆變-低頻方式。
　　8927416X專利技術特點在于，爐體安裝在爐底平車上，爐膛內安裝有一根自焙電極，采用低頻交流電源。爐體外裝有可繞爐體移動的扒皮車。爐底平車置于基礎上，車板上設有多條鋼軌，爐體放在鋼軌上，爐底平車的移動由油缸和管路組成液壓系統(tǒng)控制，可使爐體沿爐口方向移動，以改變電極在爐膛中的位置。電爐采用的交流電源，是三相電源采用整流、逆變電路技術后，構成的單相低頻交流電源，亦即將三相市電經變壓器變壓，再經可控硅整流、逆變后，構成單相低頻交流電源。扒皮車由車體及設于車體上的電焊機、扒皮夾子、汽動裝置組成、車輪放在爐體外側的圓形軌道上。
　　把三相礦熱爐改造成單相單電極爐，采用交-直-交-低頻方式，與8927416X專利技術不同之處是，所利用的閑置礦熱爐原有爐體是固定的，而電極是可移動的，可以根據工藝需要隨時改變其與出口之間的距離。采用十二相同步-逆變-低頻方式時，原有爐體也不變，只將固定電極裝置改為可移動，原有變壓器留用，其接線為A/Y，需再添一臺Y/Y性能變壓器，組成十二相同步-逆變-調頻交流電源，功率增大2/1.265倍。用上述兩種方式改造的爐子，所用電極的直徑正好與原有爐體的直徑相適應。爐子具有的電氣特性，完全符合煉制鋁硅合金的工藝要求。
　　兩臺6300kVA經改造的單相單電極低頻爐，其產量高于一臺普通16500kVA三相爐子的產量，其創(chuàng)造的技術、經濟效益更優(yōu)于后者。前蘇聯(lián)長期實踐經驗證明，采用單相供電的六根電極排成一行的長方形電爐，煉制鋁硅合金最有發(fā)展前途，它具有良好的工藝與電氣特性，功率因數提高5%~7%，電耗下降15%。
　　鑒于各地多有閑置三相礦熱爐，建議選擇條件好的爐子，就地（或移地）加以改造，將其改造成為單相單電極低頻爐。改造后的爐子將具有諸多優(yōu)點。現以6300kVA三相爐子，以十二相同步——逆變——低頻方式改造為例，加以說明：
　　（1）改造后的爐子，功率增大為9960kVA，完全可保證連續(xù)出爐的工藝要求。
　?。?）利用原有爐體、設施，可節(jié)省大量投資，并不難在3~5個月內投入生產。
　?。?）由于單相單電極能量密度大，反應區(qū)各項技術要素穩(wěn)定，溫度易于控制在所要求的2050℃~2200℃之間。
　?。?）由于只有一根電極，消除了電極間分流，電極埋入深度大，保證了電流通過電弧直達爐底，反應區(qū)能量密度衡定，還原反應正常進行，提高了熱效率，減少了熱損失。
　?。?）改造后的爐子電極與出爐口之間距離可調整（電極可移動）溫度高，保證了還原金屬及爐渣及時排出，金屬收率提高，同時中間產物SiC、Al4C3等難熔物較易被Al2O3還原，避免漲爐底現象發(fā)生。
　　（6）一根可移動電極，可保持電爐滿負荷運行，功率利用率可達100%，必要時改變電極與出爐口之間的距離，超負荷運行，可利用“平谷峰”電價制度，于夜間（谷時）多用電，以降低平均電價。
　?。?）由于一根電極，暴露于空氣中爐料中面積小因而消耗少，鐵質電極殼相應消耗少，有利于降低合金含鐵量。
　　（8）一根電極便于調頻柜安裝、維護，而低頻的應用與推廣，是國家節(jié)能措施，將工頻50Hz調低為0~3Hz，可以減少大電流線路的電抗，節(jié)能降耗。頻率0~3HZ具有直流的功能，功率分布合理，不偏弧，電流集膚效應減少，均勻流過電極，溫度高而平穩(wěn)，原料還原率高，電磁攪拌力大，微粒渣反復碰撞形成大顆粒，易于分離，使合金中混渣少，質量高，并有利于合金精制。
　?。?）單相單電極低頻爐，不但優(yōu)于三相爐，也優(yōu)于直流爐。直流電爐2/3的功率在陽極（爐底），由于熱量過于集中，不能充分利用，并造成局部過熱，導致還原金屬大量揮發(fā)，使金屬收率降低，電耗增大。國外使用直流爐煉制鋁硅合金，每噸合金耗電15000度以上，國內在煉制工業(yè)硅時每噸硅耗電竟高達16500度，而低頻爐可使電耗低于13000度/噸合金。
　?。?0）一根電極，消除了三相三根電極的三角區(qū)，便于操作，特別是便于機械化、自動化改造，也便于采用中空電極，用氮氣將氧化鋁、剛玉或高鋁礦粉與炭粉吹進反應區(qū)，使其直接反應，以提高合金中鋁含量。
　?。?1）單相單電極低頻爐較三相爐排出煙塵少30%，噪音小，利于環(huán)保達標，利于粉末提純加密技術的應用，實施無廢料廢渣生產。

　　一座改造后的10000kVA單相單電極低頻礦熱爐，可年產含鈦鋁硅合金約6000噸，按每kVA計算的年產量約為普通三相爐1.3倍。改造一臺6300kVA三相爐為10000kVA單相單電極低頻爐，所投資金不難在投產后一年內收回。
　　正是由于單相單電極爐的優(yōu)越功能，上世紀40年代，前蘇聯(lián)一種被稱為‘米格爐’的單相單電極爐風行一時，但由于對電網干擾大被禁止。我國在上世紀50年代由前蘇聯(lián)幫助建造的供煉硅用5000kVA單相雙電極礦熱爐，采用連續(xù)出爐工藝噸硅單耗可較三相爐低約10%以上。單相單電極爐較三相三電極優(yōu)勢明顯。然而迄今為止國內尚未有以單相單電極爐成功煉制鋁硅合金案例，注重點仍傾向于大功率三相三電極爐，兩家規(guī)模企業(yè)以鋁硅合金立項，建造的功率16500kVA礦熱爐，投產后都轉產鐵合金。另外多家試煉制過鋁硅合金的企業(yè)，所選礦熱爐都是三相三電極爐，因而在首選單相單電極爐同時，不可忽視三相三電極爐。三相三電極爐經技術改造后，完全可以適應煉制鋁硅合金的工藝要求。例如有功功率大于13000kVA的爐子，采用二次低壓補償，增設三相平衡自動調整裝置和調頻柜后，按低電壓大電流要求相電壓控制在50V~55V之間，反應區(qū)下移電極埋入深，使反應區(qū)能量達到最佳限度，滿足冶煉工藝要求，煉制出合格合金，使冶煉工藝運行正常穩(wěn)定。
　　至于爐料制備，必須按確定的Al2O3/SiO2(以下以A/S表示)平衡配料，嚴格按操作規(guī)程進行，這是煉制鋁硅合金、鋁硅鈦合金工藝得以正常進行的必備條件。爐料需經加工清除其中有害雜質，在所有雜質中最為有害的是Fe2O3，而合金中鐵的含量很大程度決定合金的市場競爭力。含鐵過高，用于稀釋的原鋁（或再生鋁、廢雜鋁）的量加大，配制的合金成本高，利潤降低。因此，要求在煉制的合金成本不增加的前提下，含鐵愈低愈好，為此特別限定合金的含鐵量，一般不超過1.5%。
　　在限定煉制鋁硅合金鐵含量的條件下，對原料選用、加工方法，特別是除鐵方法的選定，必須做足文章，因為這涉及到市場供求如物料價格高低、加工費用大小，加工難易程度，以及國家政策要求等諸多方面因素的綜合分析、評估等。比方河南的氧化鋁工業(yè)，由于實施選礦—拜耳工藝流程，副產大量尾礦，為使尾礦資源化，獲得國家免稅待遇，可選用除鐵尾礦作原料，也可以廢棄低鋁硅比鋁土礦，經除鐵、除雜后，用以煉制鋁硅合金，兩者都具有量大質優(yōu)特點；山西省資源條件更為優(yōu)越，高嶺土普遍含鐵低，平均在0.3%上下，朔州、忻州等高鋁煤產地，排放的高鋁粉煤灰、煤矸石更為可貴。平朔二礦所產粉煤灰中Al2O3含量達47%，Fe2O3含量只有0.44%，不需要除鐵加工。另外，懷仁某煤礦所產煤灰粉中Al2O3含量高達54.22%，A/S 1.59，而Fe2O3含量為0.8%，如用作電熱煉制鋁硅合金原料，也不需要除鐵加工，懷仁所產洗選矸不需要添加含Al2O3物料，還原劑可選用洗選精煤，完全可以在煤上多下功夫。此外內蒙古、陜北等地也有高鋁煤矸石、粉煤灰產出，托克托電廠排放的粉煤灰Al2O3含量達54.77%，SiO2：36.5%、A/S 1,51、Fe2O3含量2.29%，經高梯度磁分選可降至0.6%，無需添加含Al2O3物料，可直接用以制團。實際上，全國可資源利用的煉制鋁硅合金原料可謂取之不盡，用之不竭。
　　原料制備的另一個重要環(huán)節(jié)是制團工藝。球團要求細度、導電度、機械強度、孔隙度等要充分滿足冶煉工藝要求，球團耐熱強度決定冶煉過程造碴多少的決定因素，耐熱強度必須保證球團順利進入反應區(qū)。正常運轉時約有14%~17%的殘碴形成，其成分主要是多鋁紅柱石（3Al2O3.2SiO2）、剛玉、六鋁酸鈣（Ca.6Al2O3）、SiC、AlOC等，通常在連續(xù)出爐時被帶出爐外，返回流程，如果球團耐熱程度不夠，造碴過多無法及時排出爐外，會引發(fā)漲爐底事故，事故頻發(fā)會造成無法正常生產。
　　總之，性能優(yōu)越適用礦熱爐，優(yōu)良合格球團，是煉制鋁硅合金的必備條件，不可漠然置之。
　?。ㄈ?br />　　除了上述通用方式，還可創(chuàng)新其他探索方法，例如煉制鋁硅鈦合金或鋁鐵合金使其分離制取含鐵低，并含有其他有益成份的鋁合金或含有少量鋁的鐵合金，而產出的含有少量硅、鈦的鋁合金，與再生鋁、廢雜鋁熔配如同上述成分的鋁硅亞共晶變形合金。
　　上世紀90年代，我國鋁硅鐵首創(chuàng)焦作李封鐵合金廠，去前蘇聯(lián)參觀訪問回國后即試驗電熱法煉制鋁硅鐵合金一舉成功，投產后頭3天煉出的合金成分如下：
　　如果能使鐵含量保持到10%或以下，運用振動法、重力離心法、或水淬—磁選法，或可能把鐵含量降至2%~3%，含鐵2%~3%的鋁硅合金與適量再生鋁或廢雜鋁熔配，可配制出含鐵0.7以下，含鈦適量的鋁硅亞共晶變形合金，合金機械性能，經測試與LD2接近，可作為LD2的代用品廣泛應用于建筑業(yè)、運輸業(yè)等方面，從而使產能過剩的鋁硅鐵就可在自救的同時助推再生鋁業(yè)轉型升級脫困轉強。
　　可配制的鋁硅亞共晶變形合金成份及測試結果如下：
　　1.Al-6% Si-1% Ti合金可以軋制成板、擠壓成各種規(guī)格的棒、管、型材等。勿需中間退火可直接將管毛料拉拔成一定規(guī)格尺寸的半成品。
　　2.為保證得到具有較好綜合性能的Al-6%Si變形鋁合金，鈦含量應該限制在0.5%~1.0%的范圍較適宜。
　　3.Al-6% Si-1% Ti合金板的機械性能，在冷變形狀態(tài)下抗拉強度、屈服強度比工業(yè)純鋁高約5~7kg/mm2,延伸率基本相當：在退火狀態(tài)時，Al-6% Si-1% Ti合金的抗拉強度比工業(yè)純鋁高約5kg/mm2,屈服強度略高，延伸率基本相同，與同樣狀態(tài)下的LD2合金相比，抗拉強度略低，延伸率相對較高。
　　4.Al-6% Si-1%Ti合金擠壓棒的機械性能，在退火狀態(tài)下抗拉強度、延伸率比工業(yè)純鋁高，與同狀態(tài)下的LD2合金棒之抗拉強度基本接近，但延伸率和硬度要略高些，斷面收縮率約低15%有希望成為退火狀態(tài)下LD2合金棒的代用材料。
　　5.該合金成型性好，型材可一次彎成900角不裂。如與廢雜鋁熔配，廢雜鋁中銅、鋅等金屬有益無害。此外還有一種過共晶鋁硅合金早已問世也應重視。
　　關鍵仍是除鐵，2%~3%的鐵含量，在稀釋硅的同時也被稀釋。倘鐵含量稀釋不到位，再以重力離心法二次除鐵，可將其清除到0.5%以下。
　　研究表明，鋁硅鐵合金中三元相為：Fe2SiAl8、FeSiAl6、FeSiAl4,且在硅中溶解極小。用振動法、重力離心法、水淬-磁選法有可能把鐵清除到2%~3%上下，自然混鋅法亦可一試。不論哪種方式，產出的副產品都可再利用，其經濟效益仍可維持高位。
　　利用鐵在高溫時能有效抑制鋁的揮發(fā)，碳熱法煉制鋁硅合金，也是一個可行的選項。國外許多國家都曾試驗過。日本企業(yè)以高溫間接加熱法，以氧化鋁、氧化鐵粉、石墨粉按重量比60:15:25混合制團，在21500C高溫下，保溫30分鐘，煉制出鋁鐵Fe/AL2.61的鋁鐵合金。由于鐵在鋁中固溶度受熔體溫度左右，低溫時固溶度隨之降低，共晶溫度時降至0.03%~0.05%，其時鐵呈原子團存在而不紊亂，可以多種方式予以清除；由于鐵不熔于鋅和鉛也可以混鋅法、混鉛法進行處理。上世紀80年代日本人還曾以高爐法進行試驗，產出的合金含鋁60%以上，含鐵20%~25%，含硅10%~15%，雖然兩種方式都未能產業(yè)化，但都有改進優(yōu)化余地，具有一定參考價值。