1. Comparación del flujo de proceso entre aluminio primario y aluminio reciclado
El aluminio primario comienza con la minería de bauxita y se refina en alúmina a través del proceso Bayer. Luego se reduce a aluminio líquido mediante electrólisis Hall-Elute y finalmente se funde en lingotes de aluminio primario. El aluminio reciclado utiliza directamente varios tipos de desechos de aluminio como materia prima, omitiendo los procesos de minería y electrólisis. Los procesos centrales incluyen precalentamiento de alimentación, fusión, refinación, aislamiento, fundición, aserrado y tratamiento térmico de homogeneización.
Diferencias en los procesos de producción entre aluminio primario y aluminio reciclado
Los desechos se dividen en desechos internos y desechos externos. Los desechos internos provienen del proceso de producción de nuestra fábrica, como los bebederos de fundición, los recortes de sierra y los bordes de laminación. Estos tipos de desechos tienen una composición limpia y generalmente no requieren un pretratamiento complejo. Se pueden volver a fundir directamente en el horno; Los desechos externos provienen de productos desechados por el consumidor final, como componentes automotrices, latas de aluminio, cables y piezas de aluminio de electrodomésticos, que deben clasificarse y despintarse antes de poder introducirlos en el horno. El proceso de refinación después de la fusión incluye la aleación y mezcla de componentes, eliminación de escoria de fundente, desgasificación rotatoria, filtración cerámica y eliminación de hidrógeno fundido e inclusiones no metálicas; Posteriormente, la masa fundida entra en el horno de aislamiento para el control de temperatura estática, completando la fundición semicontinua para obtener tochos de plancha de aluminio. Algunos de los tochos también necesitan someterse a un tratamiento térmico de homogeneización a largo plazo para eliminar la segregación de fundición y mejorar el rendimiento del procesamiento de laminación posterior.
El proceso completo de entrada y salida de energía material de la fábrica SAPA se muestra en la siguiente figura. El límite del sistema incluye todo el proceso de horno de precalentamiento, horno de fusión, horno de aislamiento, fundición, aserrado y tratamiento térmico de homogeneización; La entrada incluye lingotes de aluminio crudo, materiales de desecho internos y externos, fundente, combustible de propano, electricidad, oxígeno y gas argón; La salida incluye tochos de plancha de aluminio, escoria de aluminio, varios desechos de proceso y pérdida de energía transportada por los gases de combustión y el agua de refrigeración.
2. Tipos principales de hornos de fusión
La investigación se centra en comparar hornos de inducción ampliamente utilizados en la industria con hornos de oxígeno y combustible. (1) Horno de inducción: se basa en la inducción electromagnética para generar directamente calor Joule dentro del metal para fundir el material de aluminio, sin necesidad de combustión de combustible, con emisiones mínimas de humo, y la masa fundida no se contamina fácilmente con productos de combustión; La principal pérdida de energía proviene de la disipación de calor de la pared del horno, el calor transportado por la escoria de aluminio eliminada y la gran cantidad de calor transportado por el agua de refrigeración de la bobina de inducción.

2) Horno de oxígeno y combustible: utiliza propano como combustible, sin aire para ayudar a la combustión, utilizando oxígeno puro para ayudar a la combustión. La combustión de combustible de aire ordinario introducirá una gran cantidad de nitrógeno, que se calienta y se transporta con una gran cantidad de calor por los gases de escape; La combustión con oxígeno no contiene una gran cantidad de nitrógeno en los gases de combustión, lo que puede reducir significativamente el caudal total de los gases de combustión y minimizar la pérdida de calor; El equipo está equipado con agitación electromagnética EMS para mejorar la transferencia de calor de la masa fundida y mejorar la velocidad de fusión. Las principales pérdidas de calor de los hornos de oxígeno y combustible provienen de los gases de combustión a alta temperatura, las paredes del horno, el agua de refrigeración y la escoria de aluminio.

La fábrica también está equipada con hornos de precalentamiento, que se dividen en hornos de precalentamiento por combustión directa de combustible y hornos de precalentamiento por recuperación de calor residual de gases de combustión; El horno de precalentamiento por recuperación de calor residual de gases de combustión recupera el calor de los gases de combustión a alta temperatura del horno de combustible, seca y precalienta los materiales de desecho que entran al horno sin necesidad de consumo adicional de combustible, lo cual es una medida importante de ahorro de energía. Todos los hornos de aislamiento funcionan con gas, manteniendo la temperatura de la masa fundida y completando la refinación y eliminación de escoria; Todos los tratamientos térmicos de homogeneización se realizan en hornos de calentamiento eléctrico.
3. Métodos de contabilidad de investigación
Siguiendo la primera ley de la termodinámica, la masa total de entrada es igual a la masa total de salida; Energía total de entrada = calor utilizado eficazmente + varios tipos de pérdidas de calor. [Q {entrada}=Q {salida}=Q {útil}+Q {pérdida}] La pérdida de calor se subdivide en: pérdida por disipación de calor por radiación y convección de la pared del horno, pérdida de calor sensible de los gases de combustión, calor transportado por el agua de refrigeración, pérdida de calor por caída de temperatura durante el transporte y calor sensible transportado por la escoria de aluminio y los desechos del proceso. Cálculo simultáneo de la transferencia de calor radiante y la transferencia de calor convectivo para la disipación de calor de la pared del horno; La pérdida de calor de los gases de combustión se calcula en función de la diferencia de entalpía de cada componente en los gases de combustión; Los valores de entalpía de los materiales a diferentes temperaturas se calculan utilizando el software termodinámico Thermo Calc, base de datos TCAL1, para obtener los valores de entalpía del aluminio y las aleaciones a diferentes temperaturas, que se utilizan para el cálculo de calor durante los procesos de transporte, calentamiento y enfriamiento.
Siguiendo las normas ISO14040 e ISO14044, adoptando un límite de Cuna a Puerta, excluyendo las etapas posteriores de uso y reciclaje de chatarra del producto.
Las emisiones de carbono incluyen emisiones directas e indirectas:
Emisiones directas: La combustión de propano y diésel dentro de la fábrica produce gases de efecto invernadero;
Emisiones indirectas: emisiones de la producción de lingotes de aluminio primario upstream, pretratamiento de desechos, producción de energía y preparación de materiales auxiliares.
La electricidad utilizada por la fábrica proviene de la energía nuclear de Vattenfall en Suecia, con un factor de emisión de carbono de solo 6,5 gCO₂ eq/kWh; Los lingotes de aluminio nativo se obtienen de la base de datos EAA de la Asociación Europea del Aluminio; La carga del pretratamiento de los materiales de desecho devueltos dentro de la fábrica interna se calcula como 0; Los desechos de reciclaje externos se incluyen en las emisiones de carbono del tratamiento de trituración y clasificación; La contribución del oxígeno, el agua de refrigeración y el argón es muy baja y se ignora en el cálculo. La huella de carbono es igual al consumo de varios materiales multiplicado por los factores de emisión de carbono correspondientes, y se acumula para obtener el equivalente de CO₂ por tonelada de producto.