摘要：铝合金废料回收利用对资源节约与可持续发展意义重大，熔炼过程中的金属烧损是影响回收效率与经济效益的核心问题之一。过度的烧损表现为金属的氧化与挥发，不仅降低熔体收得率，亦导致合金成分偏移及性能波动。鉴于烧损涉及熔炼设备、工艺参数、废料特性及操作管理等多重因素交互影响，当前研究与实践需要系统梳理烧损成因并总结切实可行的控制策略。文章聚焦于铝合金废料熔炼烧损控制的实际技术措施，分析不同控制手段的内在机理与实践效果，以提升再生铝生产过程的工艺水平。

　　关键词：铝合金；废料熔炼；烧损

　　铝合金废料的多样性源于其来源的复杂性，包括铸造废料、机加工废料切屑、废旧型材及报废零部件等。熔炼过程中的烧损指高温环境下金属不可逆的氧化形成渣相以及部分元素的气化逸失现象，金属氧化物熔渣层的累积与低沸点合金元素的蒸发是其主要表现形式。此类损失直接改变了目标合金的化学组成，对最终材料的冶金质量与力学性能产生难以预测的负面效应。同时烧损增加了单位产品的原材料消耗和能源成本，降低了熔炼设备的生产通量，对再生铝产业的经济运行构成挑战，有效抑制烧损已成为实现铝合金高效清洁再生的关键技术需求。

　　1铝合金废料熔炼烧损概述

　　1.1铝合金废料的分类与特点

　　铝合金废料依据物理形态与化学成分呈现多层次结构特征。其中机械加工产生的车屑刨花属于高比表面积松散物料，其与空气接触面积扩张自然引发强烈氧化活性。至于冲压工序形成的碎片边角料通常附着冷却液膜层，这类非金属介质在高温环境下加剧氢元素溶解倾向。铸造厂回流的浇冒口残块含过量过滤渣体，其内部裹挟的氧化皮膜在熔融过程中必然形成夹杂缺陷源［1］。回收站收集的旧门窗型材表面氧化层经历自然老化，那么腐蚀产物显著提升金属杂质富集概率。挤压车间返回的卷材尾料残留润滑剂高温炭化后演变成灰分化合物，因而对熔体纯净度提出特殊净化要求。各种来源废料携带的有机污染物与水分含量变量构成复杂性预热体系，这些物理化学特性直接奠定后续熔炼工艺设计基础。

　　1.2熔炼烧损的概念与表现形式

　　铝合金熔炼过程中的物质损失呈现多维度失效机制。例如，固态金属氧化是原子级别能量转移过程，通常铝元素优先与氧气结合生成结构疏松的氧化铝薄层，接着孔隙结构进一步加速氧扩散侵蚀深度。熔体剧烈翻动促进氧化皮膜断裂剥离，随后此类微米级氧化物碎片被电磁搅拌反复撕裂后形成新氧化核心。关于挥发组分散失现象，主要集中在低沸点金属元素动态变化阶段，当特定合金元素跨越临界温度阈值后便加速气化逸出，最终诱发成分偏移。机械夹带金属损失归属于流体附着炉渣的物理运动，表现为黏稠浮渣包裹的铝滴伴随扒渣操作脱离熔池。因此，金属烧损的本质是氧化反应、元素挥发、机械夹杂三者耦合的物质减量，其在生产现场直观呈现浮渣总量非线性增长，同时合金元素分析值发生意外波动，并且最终金属结算质量持续亏缺［2］。

　　1.3烧损对铝合金质量的影响

　　熔炼环节的金属损失不仅导致产品力学性能劣化，还会破坏能源系统平衡。微量氧化夹杂物弥散分布于凝固结构内部，这类硬质点持续充当断裂裂纹启裂源，导致工程构件疲劳寿命出现不可逆衰减。镁元素过度烧损会造成强化相形成平衡偏移，使材料强度指标逐步偏离标准区间，造成产品降级。回收环节积累的铁元素浓度超标时，会诱导金属间化合物粗化，降低变形铝合金延伸率。能源系统层面会出现热平衡机制破坏，氧化反应剧烈放热会产生虚假温升信号，误导燃烧控制系统降低燃料供给，导致固态物料熔融不充分，进而延长总熔化周期。单位产品能耗面临双重损耗叠加，其一，金属质量损失对应的无效能量消耗，其二，工艺时间延长导致的固定能耗分摊增加。原材料采购成本承受非预期上涨压力，主元素补偿投料与合金化辅料重熔配置，还会增加车间额外库存资金占用。

　　2铝合金废料熔炼烧损的原因分析

　　2.1熔炼设备因素

　　炉体结构密封性能直接影响熔炼过程的氧化程度，耐火材料接缝处细微裂痕成为氧气渗透的隐蔽通道。炉门启闭机构运动间隙会持续吸入冷空气，导致局部金属熔体反复发生氧化还原循环。当电磁搅拌装置扰动强度超出临界阈值后，熔池表面形成旋涡状凹陷，此种流体力学效应会加速气固界面物质交换［3］。双室炉铝水输送流槽的保温层若存在缺损，会引发温度梯度骤变，使转注过程金属凝固表皮持续增厚。此外，炉渣扒除工具设计直接影响金属夹带量，传统平板式扒渣耙缺乏引流结构，黏稠渣相包裹的铝滴难以有效回流至熔池。

　　2.2熔炼工艺参数

　　升温曲线的设定需与物料相变特性相匹配，固态铝锭在300~450℃区间存在氧化活性突变现象，快速跨越该温区能够抑制氧化膜增厚。铝屑熔炼过程中，若初始铝水垫底量不足，松散铝屑会直接暴露于高温辐射环境，其巨大比表面积易诱发链式氧化反应。金属镁的添加时机直接影响其吸收效率，当铝液温度超过750℃时投入镁锭，会引发熔液剧烈翻滚，不仅造成熔体喷溅损失，还会同步产生氧化镁烟尘。保温阶段若燃气流量控制不当，会造成热能浪费，熔池表面长期维持过热状态，持续加剧氧化皮增厚。铸造生产节奏与熔炼进程缺乏动态协调，转注等待期间的铝水长时间滞留熔炉，保温阶段金属氧化总量随延长时间呈线性累积趋势。覆盖剂添加量需根据熔池表面积动态调整，保护层厚度不足的区域始终面临二次氧化风险。

　　2.3废料自身特性

　　车削铝屑螺旋状几何形态扩大其与氧气的接触面积，其缠绕形成的空隙间中附着的切削油，在高温下裂解产生还原性气体，这些气体反而延缓铝屑初始氧化进程。冲压车间产生的铝屑碎片表面残留的轧制油膜，在熔炼阶段逐渐碳化。碳元素渗透至铝液晶界后，引发局部熔体黏度异常上升，阻碍氧化物上浮分离。铸造回炉料中内嵌的陶瓷过滤网残片，成为金属凝固过程中的异质形核核心。金属凝固过程中杂质界面产生微观应力集中效应，裂纹沿氧化膜薄弱区域优先扩展。旧门窗回收料表面阳极氧化膜具有层状结构，在热冲击作用下分层剥离，剥离后的氧化铝碎片悬浮于熔体内部，成为后续熔体氧化反应的催化剂。挤压尾料残留的有机润滑剂经高温分解形成碳质悬浮物，此类纳米级颗粒吸附于氧化铝晶核表面，共同构成复合夹杂物生长基底。

　　2.4操作因素

　　投料工序的规范性影响火焰覆盖效果，当高氧化活性废料被置于熔池边缘区域时，燃烧器火焰直射将导致物料表层瞬时玻璃化。搅拌作业时间节点需配合熔化状态调整，固态物料未充分浸没就启动强力搅拌，破碎的氧化皮膜被裹挟进入熔体深部区域。扒渣操作手法不当造成熔体波动加剧，渣耙提升角度过陡导致黏附金属流股断裂呈滴状飞散。合金元素添加位置选择存在技术要点，如密度差异较大的合金锭投入熔池后，下沉速度各异，采用分散式多点投放可有效缩短成分均匀化时间。熔炼结束后的炉渣压榨需要控制压力梯度，压渣机若瞬间压力过大，易导致渣体孔隙中的铝滴被挤出，造成金属损失。双室炉铝水转运过程中，若流槽密封不严，易引发金属二次氧化，而开放式转注形成的“瀑布效应”，会使熔体表面反复生成新生氧化膜，加剧氧化损耗［4］。

　　3铝合金废料熔炼烧损控制实践措施

　　3.1熔炼设备的改进与优化

　　炉体接缝采用陶瓷纤维模块填充密封，能缓解因耐火材料膨胀系数差异导致的微裂纹现象。炉门滑轨系统加装磁性密封条后，可使炉门动态启闭时的冷空气渗入体积流量减少约30Nm3/h，进而减弱金属熔体表层的氧化波动。将电磁搅拌器搅拌强度调控至适宜范围，使熔池旋转速度维持在临界阈值下，能规避因旋涡状凹陷导致的二次氧化倍增效应。双室炉出铝流槽整体改造为密闭式夹层通道，外壁敷设硅酸铝保温棉，并设置温度反馈装置，铝水转注过程中的凝固层厚度可控制在1mm以内。将热电偶保护套管升级为碳化硅复合材质，并在探针校准流程中增加炉膛温度场三维扫描校准环节，熔炼全程温控精度维持在液相线±10K区间。扒渣工具引入多级阶梯式引流设计，其V形导流槽可引导黏附的铝液沿斜壁自然回流至熔池，金属夹带损失明显下降。

　　3.2熔炼工艺的调整与优化

　　铝屑投炉作业执行铝水垫底工艺，以20t液态铝作为基底覆盖于炉床底部，待疏松铝屑被熔体充分浸润成泥状混合物后再点火升温。升温曲线采用梯度升温模式，针对固态物料300~450℃氧化敏感温区，采用≥5K/min的最快升温速率，将氧化活性跃迁期持续时间缩短约40min。镁锭添加操作安排到熔炼后期，通过专用投放装置将镁锭推送至熔池中部720~740℃液层区域，使熔体翻滚强度降至微幅波动水平。燃气流量采用熔炼过程三段调控法，固液共存阶段维持最大热负荷状态，纯液态加热期热能供给匹配铸造目标温度需求。铝水转注与铸造生产节奏实现动态协同，将熔炼终点至铸造启动的窗口期控制在25min内，熔体保温阶段氧化增重率放缓。

　　3.3废料预处理

　　车削铝屑原料进入熔炼车间后，先进行油污检测分类，含油量≥3wt%物料优先投入双室炉进行高温消解处理，其高温裂解产生的油气通过二次燃烧系统实现完全氧化。冲压车间碎片采用离心抛丸预处理，剥离表面油膜后，金属表面洁净度显著提升，进而使熔渣黏度恢复至正常区间。铸造回炉料需经颚式破碎机破碎，解离附着的陶瓷过滤网残片，再通过磁选分离系统去除金属基体内嵌的氧化铝硬质颗粒。旧门窗回收料在投炉前需经600℃×2h焙烧处理，使表面阳极氧化膜基本实现分层剥落去除。挤压尾料所携带润滑剂残留物采用超声波清洗工艺，可将碳质悬浮物浓度下降至熔体可接受范围。预处理后的物料按品种分类存放各线专用料斗，分类投料模式缩短了单次投料耗时，使炉门单次开启时长减少约12min/炉次。

　　3.4操作规范的制定与执行

　　操作手册明确规定，高氧化活性废料需指定投放于熔池中心区，确保燃烧器火焰轨迹完全覆盖待熔物料。搅拌桨启动时间调整为物料半熔状态，待固态铝块被铝水包裹过半后开始低速搅拌，可有效规避氧化皮膜破碎悬浮风险。扒渣作业形成15。倾角平推技术规范，渣耙移动速度匹配熔渣黏稠状态适配，金属飞溅损失较原始操作降低30%。合金锭添加位置依据元素密度差异设定，高密度铜合金投入炉床底部区域，轻质镁系合金则在熔炼后期通过专用装置撒布于熔池中上部。压渣机液压系统增设多级压力缓冲装置，10MPa、15MPa、20MPa三级压力梯度匹配不同渣型，确保铝滴回渗率稳定在工艺设定区间。流槽转注全程采用氮气幕帘保护，通过流道优化将铝液的开放式瀑布流改造为层流接触模式，抑制二次氧化。

　　3.5添加覆盖剂和精炼剂

　　覆盖剂施加工艺需根据熔池表面积精密计算单位消耗量，针对直径6m熔炉，需保证≥45kg覆盖剂均匀铺展于熔体表面，将液面裸露区域占比控制在15%以下。精炼剂添加时机与熔体洁净度建立联动机制，当在线除气装置监测的氢含量≥0.25mL/100g时，启动复合喷粉精炼工序。覆盖剂选型需兼顾不同物料特性差异，例如，铝屑熔炼采用低发泡钠盐基熔剂，卷材废料处理则专用高渗透性钾系覆盖剂。精炼气体流量根据熔池深度进行动态调节，对于6m深的熔池，氩气流量维持45Nm3/h标准值，同时对应调节转子转速，以提升气体弥散效果。渣相改性剂需在扒渣前20min加入熔体，氟化钙基改性剂可促使氧化铝渣相转化为铝酸钙共晶结构，提升渣金分离效率，进而降低金属夹带损失。溶剂添加记录纳入生产管理系统追溯模块，当消耗量波动异常时，系统自动触发工艺核查程序［5］。

　　4烧损控制实践案例分析

　　4.1案例企业简介

　　某企业作为国内大型铝合金材料生产企业，其熔铸车间长期致力于提升金属实收率与能源利用效率。该企业熔炼生产线配备熔保炉组及电磁搅拌系统，具备规模化处理返回料的生产条件。近年来面对熔炼工序中金属烧损率偏高的共性难题，车间将烧损控制列为工艺优化的核心目标之一，旨在通过系统化改进实现降本增效。

　　4.2烧损控制实践过程

　　金属实收率提升项目围绕配料优化、金属回收与工艺精细化三个维度展开具体实践。在配料环节规范专用料斗备料方式，明确易烧损返回料的投炉位置，使其投入后能够被铝液迅速覆盖以减少火焰直接接触。针对扒渣过程夹带的铝液损失，车间重启闲置压渣机并细化温度控制与操作规范，实现每月10吨以上金属回收。同时改进镁锭添加装置，将镁元素平均实收率从原有85%~92%的区间提升至93.1%，有效降低元素氧化损失。在温度控制方面采用碳化硅热电偶套管并建立测温孔清理机制，为精准控制熔炼温度提供保障，从而避免局部过烧带来的非必要氧化。

　　4.3实践效果评估

　　经过系统性实施各项控制措施，熔炼炉烧损率由2.84%下降至2.76%，达成金属实收率提升的预期目标。改进镁锭添加方式使元素实收率提高4.3%，铝渣压榨回收与高含铝渣块回用进一步减少金属流失。该项目实施过程中形成的标准化操作规范，同步带动了燃气单耗降低。

　　5结语

　　综上所述，实施铝合金废料熔炼过程的烧损控制需要综合施策，熔炼设备的密封性能改进与高效加热方式选用构成基础保障，而精确调控熔炼温度区间、优化保温时间并采用惰性或可控气氛保护是工艺优化的核心方向。进一步的技术提升可能着眼于废料智能分选与杂质在线监测技术的深度应用，探索适应不同合金体系的低烧损熔炼新工艺，并结合数值模拟技术对熔炼过程进行更精准的实时控制与管理。

参考文献

　　［1］吴津生，周雄多，梁敬军.铝合金废料熔炼过程中烧损控制实践［J］.轻合金加工技术，2014，42（7）：19-20+29.

　　［2］黄兵华.铝合金熔炼工艺与质量控制［J］.有色金属加工，2021，50（6）：36-38.

　　［3］汪胜.Mg对铝合金废料重熔再生组织和性能的影响［D］.哈尔滨：哈尔滨理工大学，2015.

　　［4］曾宏凯.铝加工厂生产废料处理方式［J］.有色金属加工，2022，51（5）：12-14+26.

　　［5］周秉才，刘民章.炉料质量对铝合金熔铸质量的影响及其应对措施［J］.有色冶金节能，2018，34（4）：21-26+30.