1. Comparação do Fluxo de Processo entre Alumínio Primário e Alumínio Reciclado
O alumínio primário começa com a mineração de bauxita e é refinado em alumina através do processo Bayer. Em seguida, é reduzido a alumínio líquido através da eletrólise Hall-Elute e, finalmente, fundido em lingotes de alumínio primário. O alumínio reciclado utiliza diretamente vários tipos de sucata de alumínio como matéria-prima, contornando os processos de mineração e eletrólise. Os processos centrais incluem alimentação, pré-aquecimento, fusão, refino, isolamento, fundição, serragem e tratamento térmico de homogeneização.
Diferenças nos processos de produção entre alumínio primário e alumínio reciclado
A sucata é dividida em sucata interna e sucata externa. A sucata interna provém do processo de produção da nossa fábrica, como risers de fundição, aparas de serragem e bordas de laminação. Estes tipos de sucata têm composição limpa e geralmente não requerem pré-tratamento complexo. Podem ser remelidos diretamente no forno; A sucata externa provém de produtos descartados no final do consumidor, como componentes automotivos, latas de alumínio, cabos e peças de alumínio de eletrodomésticos, que precisam ser classificados e descascados antes de serem colocados no forno. O processo de refino após a fusão inclui ligas e mistura de componentes, remoção de escória de fluxo, desgaseificação rotativa, filtração cerâmica e remoção de hidrogênio fundido e inclusões não metálicas; Em seguida, o metal fundido entra no forno de isolamento para controle estático de temperatura, completando a fundição semicontínua para obter tarugos de placas de alumínio. Alguns dos tarugos também precisam passar por tratamento térmico de homogeneização de longo prazo para eliminar a segregação de fundição e melhorar o desempenho do processamento de laminação subsequente.
O processo completo de entrada e saída de energia material da fábrica SAPA é mostrado na figura a seguir. O limite do sistema inclui todo o processo de forno de pré-aquecimento, forno de fusão, forno de isolamento, fundição, serragem e tratamento térmico de homogeneização; A entrada inclui lingotes de alumínio bruto, materiais de sucata internos e externos, fluxo, combustível de propano, eletricidade, oxigênio e gás argônio; A saída inclui tarugos de placas de alumínio, escória de alumínio, vários resíduos de processo e perda de energia transportada por gases de combustão e água de resfriamento.
2. Principais tipos de fornos de fusão
A pesquisa foca na comparação de fornos de indução amplamente utilizados na indústria com fornos a oxigênio e combustível. (1) Forno de indução: dependendo da indução eletromagnética para gerar diretamente calor Joule dentro do metal para fundir material de alumínio, sem necessidade de combustão de combustível, com emissões mínimas de fumaça, e o metal fundido não é facilmente contaminado por produtos de combustão; A principal perda de energia vem da dissipação de calor da parede do forno, do calor levado pela escória de alumínio removida e da grande quantidade de calor levada pela água de resfriamento da bobina de indução.

2) Forno a oxigênio e combustível: usando propano como combustível, sem ar para auxiliar a combustão, usando oxigênio puro para auxiliar a combustão. A combustão de combustível de ar comum trará uma grande quantidade de nitrogênio, que é aquecido e levado com uma grande quantidade de calor pelos gases de exaustão; A combustão a oxigênio não contém uma grande quantidade de nitrogênio nos gases de combustão, o que pode reduzir significativamente o fluxo total dos gases de combustão e minimizar a perda de calor; O equipamento é equipado com agitação eletromagnética EMS para melhorar a transferência de calor do metal fundido e aumentar a taxa de fusão. As principais perdas de calor dos fornos a oxigênio e combustível vêm de gases de combustão de alta temperatura, paredes do forno, água de resfriamento e escória de alumínio.

A fábrica também é equipada com fornos de pré-aquecimento, que são divididos em fornos de pré-aquecimento por combustão direta de combustível e fornos de pré-aquecimento por calor residual de gases de combustão; O forno de pré-aquecimento por calor residual de gases de combustão recupera o calor dos gases de combustão de alta temperatura do forno a oxigênio e combustível para secar e pré-aquecer os materiais de sucata que entram no forno sem a necessidade de consumo adicional de combustível, o que é uma medida importante de economia de energia. Todos os fornos de isolamento são a gás, mantendo a temperatura do metal fundido e completando o refino e a remoção de escória; Todos os tratamentos térmicos de homogeneização são realizados em fornos elétricos.
3. Métodos de contabilidade de pesquisa
Seguindo a primeira lei da termodinâmica, a massa total de entrada é igual à massa total de saída; Energia total de entrada = calor efetivamente utilizado + vários tipos de perdas de calor. [Q {entrada}=Q {saída}=Q {útil}+Q {perda}] A perda de calor é subdividida em: perda de dissipação de calor por radiação + convecção da parede do forno, perda de calor sensível dos gases de combustão, calor levado pela água de resfriamento, perda de calor por queda de temperatura durante o transporte e calor sensível levado pela escória de alumínio e resíduos de processo. Calculando simultaneamente a transferência de calor radiativa e a transferência de calor convectiva para a dissipação de calor da parede do forno; A perda de calor dos gases de combustão é calculada com base na diferença de entalpia de cada componente nos gases de combustão; Os valores de entalpia dos materiais em diferentes temperaturas são calculados usando o software termodinâmico Thermo Calc, banco de dados TCAL1, para obter os valores de entalpia de alumínio e ligas em diferentes temperaturas, que são usados para cálculo de calor durante os processos de transporte, aquecimento e resfriamento.
Seguindo as normas ISO14040 e ISO14044, adotando um limite de "do berço ao portão", excluindo as fases de uso subsequente e reciclagem de sucata do produto.
As emissões de carbono incluem emissões diretas e indiretas:
Emissões diretas: A combustão de propano e diesel dentro da fábrica produz gases de efeito estufa;
Emissões indiretas: emissões da produção de lingotes de alumínio primário a montante, pré-tratamento de sucata, produção de energia e preparação de materiais auxiliares.
A eletricidade utilizada pela fábrica provém da energia nuclear da Vattenfall na Suécia, com um fator de emissão de carbono de apenas 6,5 gCO ₂ eq/kWh; Os lingotes de alumínio nativo são provenientes do banco de dados EAA da Associação Europeia de Alumínio; O ônus do pré-tratamento de materiais de sucata retornados dentro da fábrica interna é calculado como 0; A sucata de reciclagem externa é incluída nas emissões de carbono do tratamento de trituração e classificação; A contribuição de oxigênio, água de resfriamento e argônio é muito baixa e é ignorada no cálculo. A pegada de carbono é igual ao consumo de vários materiais multiplicado pelos fatores de emissão de carbono correspondentes, e acumulada para obter o equivalente de CO ₂ por tonelada de produto.