鋁及鋁合金熔煉爐(簡稱熔化爐)是鋁加工熔鑄行業(yè)最常用的設(shè)備,其熔煉過程也是鋁加工行業(yè)能源及材料消耗最大的生產(chǎn)環(huán)節(jié),熔化速率及噸鋁消耗是熔鋁爐兩個最基本的能力指標(biāo)。河南耐火材料廠從鋁熔煉熱工過程分析著手對熔鋁爐爐型結(jié)構(gòu)及控制技術(shù)作一些基本探討。
1 熔鋁爐熱工過程分析
熔煉工藝的基本要求是:盡量縮短熔煉時間,準(zhǔn)確地控制化學(xué)成分,盡可能減少熔煉燒損,采用最好的精煉方法以及正確地控制熔煉溫度,以獲得化學(xué)成分符合要求,且純潔度高的熔體。熔鋁爐是典型的周期式高溫熔煉設(shè)備,一般來說,從鋁錠入爐到熔煉結(jié)束,大致可細(xì)分成以下幾個階段:裝料期、熔化升溫期、精煉及保溫期。在設(shè)計(jì)矩形熔煉爐時,應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)火焰與鋁錠表面的充分接觸,強(qiáng)化對流傳熱,同時還要盡可能延長高溫?zé)煔馀c金屬的交換時間,以達(dá)到更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。
裝料問題也是矩形熔鋁爐要解決的問題之一:
1.1 裝爐料順序應(yīng)合理。爐料應(yīng)盡量一次入爐,二次或多次加料會增加非金屬夾雜物及含氣量。
1.2 對質(zhì)量要求高的產(chǎn)品的爐料,在裝料前必須向熔池內(nèi)撒20~30kg粉狀熔劑,在裝爐過程中對爐料要分層撒粉狀熔劑,這樣可提高爐體的純潔度,也可減少燒損。
2 熔鋁爐的爐襯設(shè)計(jì)
目前,國內(nèi)大多數(shù)熔鋁爐爐子的爐襯材料還是以高鋁磚為主要熔池內(nèi)襯材料,材料選型及采購方便、施工方案成熟、易于烘烤、成本低廉、是多數(shù)用戶采用高鋁磚的主要因素。但從使用情況上看,高鋁磚抗侵蝕能力方面還有很大的不足,尤其在渣線方面侵蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重,從實(shí)踐上看,采用常規(guī)高鋁磚砌筑的爐襯平均壽命只有3年左右。
全澆注爐襯結(jié)構(gòu)是熔鋁爐爐襯技術(shù)發(fā)展趨勢。近年來,國內(nèi)在這方面的應(yīng)用也逐漸多了起來,也取得了一些成功應(yīng)用實(shí)例。在熔鋁爐用耐火材料選型及使用方面,設(shè)計(jì)選型時應(yīng)當(dāng)考慮如下幾個因素:
2.1 爐襯材料應(yīng)具備更高的使用溫度、更強(qiáng)的抗氣流沖刷能力。
2.2 應(yīng)能適應(yīng)不同種類的合金生產(chǎn),能承受各種精煉劑對耐火材料的侵蝕。
2.3 應(yīng)具有較好的不積渣性能。
2.4 能適應(yīng)種類繁雜的回爐料及各種廢鋁對高鋁磚產(chǎn)生的侵蝕性。
3 熔鋁爐燃燒器及其應(yīng)用技術(shù)
在熔鋁爐設(shè)計(jì)中,燃燒器的選型及合理的布置是最重要的環(huán)節(jié)之一,也是熔鋁爐優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵所在。由于鋁金屬黑度較小,接受輻射傳熱力較弱,因此,在熔鋁爐設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能強(qiáng)化對流傳熱能力、提高火焰對鋁金屬對流的效果。
多年以來,高速燒嘴及換熱器一直是熔鋁爐的標(biāo)準(zhǔn)配置,但在實(shí)際生產(chǎn)中,由于熔鋁爐粉塵附著及惡劣的煙氣侵蝕的緣故,熔鋁爐換熱器總是難以解決的一個難題,使用效果也不是很理想。
近年來,蓄熱式燃燒器的應(yīng)用改變了這個局面,通過采用這種燃燒器,熔鋁爐煙氣的排放溫度可降低250°C以下,其噸鋁能耗大幅度更低。
以下是蓄熱式燃燒系統(tǒng)系統(tǒng)的大致原理:
3.1 蓄熱燃燒系統(tǒng)的原理
它通過兩個蓄熱室交替切換工作狀態(tài)來回收煙氣中的余熱。工作狀態(tài)是左側(cè)蓄熱體放熱,加熱流經(jīng)左側(cè)蓄熱體的氣體(空氣或煤氣);右側(cè)蓄熱體吸熱,回收流經(jīng)右側(cè)蓄熱體的煙氣中的顯熱。通過不斷地切換工作狀態(tài),左右兩側(cè)的蓄熱體可以把煙氣中的顯熱傳遞給空氣或煤氣。適當(dāng)設(shè)計(jì)蓄熱體的蓄熱量和換向時間,可以將煙氣溫度降低到露點(diǎn)附近,最大限度地提高燃料的熱利用率。
3.2 蓄熱燃燒系統(tǒng)的燃燒組織
采用蓄熱燃燒技術(shù),不能用傳統(tǒng)的方式組織燃燒,燃燒的組織與傳統(tǒng)預(yù)混和擴(kuò)散燃燒完全不同。在傳統(tǒng)燃燒中,燃料和空氣是通過一個燒嘴噴入爐膛的,燃料和空氣有較好的摻混,混合可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)形成火焰。這種火焰燃燒在距噴口一定距離處有溫度和熱流量的高點(diǎn)。
的提高,大家對熔鋁爐的燃燒控制技術(shù)也越來越重視,先進(jìn)的控制技術(shù)在實(shí)踐中不斷被應(yīng)用,高水平熔鋁爐在燃燒及爐溫控制方面已實(shí)現(xiàn)了全自動控制。這些技術(shù)主要包括:
4.1 火焰大小的連續(xù)調(diào)節(jié)及控制。
?4.2 爐膛定溫控制。
?4.3 鋁液溫度的連續(xù)測量及串級控制技術(shù)。
?4.4 爐壓的全自動調(diào)節(jié)控制。?
4.5 完善的連鎖及安全保護(hù)措施。
?5 電磁攪拌裝置在熔鋁爐中的應(yīng)用
電磁攪拌器主要由變頻電源和感應(yīng)器組成,變頻電源把工頻50/60Hz的工頻交流電變成頻率為0.8~3.5Hz的兩相低頻電源。該電源通入感應(yīng)器線圈后將產(chǎn)生一個行波磁場,此行波磁場穿透爐底的不銹鋼板及爐襯作用于鋁溶液,使鋁溶液產(chǎn)生有規(guī)律的移動,從而達(dá)到攪拌的目的。改變變頻電源的電壓、頻率和相位,即可改變攪拌力的大小和方向。
電磁攪拌可以對鋁熔液進(jìn)行無接觸有效攪拌,使熔體的化學(xué)成分及溫度均勻化,同時可減少氧化渣的形成,縮短熔煉時間,提高生產(chǎn)率,大幅降低工人的勞動強(qiáng)度等等......。正是由于電磁攪拌有眾多優(yōu)點(diǎn),才使得電磁攪拌器被越來越多的本行業(yè)人士所認(rèn)可,獲得了廣大用戶的好評,并已成為鋁熔鑄行業(yè)的必備設(shè)備。
鋁熔煉及加工設(shè)備熔鋁爐的爐型設(shè)計(jì)、爐襯結(jié)構(gòu)及燃燒器的型式、熔鋁爐控制等方面的知識。近年來,隨著新技術(shù)的發(fā)展及科學(xué)的進(jìn)步,熔鋁爐的設(shè)計(jì)技術(shù)得到了很大改善。但是根據(jù)工藝生產(chǎn)方式的不同、爐料種類及燃燒器形式等原因都會對熔鋁爐的綜合性能產(chǎn)生很大的影響。因此,熔鋁爐設(shè)計(jì)工作就是要根據(jù)這些條件作針對性的設(shè)計(jì),也只有這樣,才能實(shí)現(xiàn)熔鋁爐的最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用。
1 熔鋁爐熱工過程分析
熔煉工藝的基本要求是:盡量縮短熔煉時間,準(zhǔn)確地控制化學(xué)成分,盡可能減少熔煉燒損,采用最好的精煉方法以及正確地控制熔煉溫度,以獲得化學(xué)成分符合要求,且純潔度高的熔體。熔鋁爐是典型的周期式高溫熔煉設(shè)備,一般來說,從鋁錠入爐到熔煉結(jié)束,大致可細(xì)分成以下幾個階段:裝料期、熔化升溫期、精煉及保溫期。在設(shè)計(jì)矩形熔煉爐時,應(yīng)盡可能實(shí)現(xiàn)火焰與鋁錠表面的充分接觸,強(qiáng)化對流傳熱,同時還要盡可能延長高溫?zé)煔馀c金屬的交換時間,以達(dá)到更經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行效果。
裝料問題也是矩形熔鋁爐要解決的問題之一:
1.1 裝爐料順序應(yīng)合理。爐料應(yīng)盡量一次入爐,二次或多次加料會增加非金屬夾雜物及含氣量。
1.2 對質(zhì)量要求高的產(chǎn)品的爐料,在裝料前必須向熔池內(nèi)撒20~30kg粉狀熔劑,在裝爐過程中對爐料要分層撒粉狀熔劑,這樣可提高爐體的純潔度,也可減少燒損。
2 熔鋁爐的爐襯設(shè)計(jì)
目前,國內(nèi)大多數(shù)熔鋁爐爐子的爐襯材料還是以高鋁磚為主要熔池內(nèi)襯材料,材料選型及采購方便、施工方案成熟、易于烘烤、成本低廉、是多數(shù)用戶采用高鋁磚的主要因素。但從使用情況上看,高鋁磚抗侵蝕能力方面還有很大的不足,尤其在渣線方面侵蝕現(xiàn)象更為嚴(yán)重,從實(shí)踐上看,采用常規(guī)高鋁磚砌筑的爐襯平均壽命只有3年左右。
全澆注爐襯結(jié)構(gòu)是熔鋁爐爐襯技術(shù)發(fā)展趨勢。近年來,國內(nèi)在這方面的應(yīng)用也逐漸多了起來,也取得了一些成功應(yīng)用實(shí)例。在熔鋁爐用耐火材料選型及使用方面,設(shè)計(jì)選型時應(yīng)當(dāng)考慮如下幾個因素:
2.1 爐襯材料應(yīng)具備更高的使用溫度、更強(qiáng)的抗氣流沖刷能力。
2.2 應(yīng)能適應(yīng)不同種類的合金生產(chǎn),能承受各種精煉劑對耐火材料的侵蝕。
2.3 應(yīng)具有較好的不積渣性能。
2.4 能適應(yīng)種類繁雜的回爐料及各種廢鋁對高鋁磚產(chǎn)生的侵蝕性。
3 熔鋁爐燃燒器及其應(yīng)用技術(shù)
在熔鋁爐設(shè)計(jì)中,燃燒器的選型及合理的布置是最重要的環(huán)節(jié)之一,也是熔鋁爐優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)的關(guān)鍵所在。由于鋁金屬黑度較小,接受輻射傳熱力較弱,因此,在熔鋁爐設(shè)計(jì)中,應(yīng)盡可能強(qiáng)化對流傳熱能力、提高火焰對鋁金屬對流的效果。
多年以來,高速燒嘴及換熱器一直是熔鋁爐的標(biāo)準(zhǔn)配置,但在實(shí)際生產(chǎn)中,由于熔鋁爐粉塵附著及惡劣的煙氣侵蝕的緣故,熔鋁爐換熱器總是難以解決的一個難題,使用效果也不是很理想。
近年來,蓄熱式燃燒器的應(yīng)用改變了這個局面,通過采用這種燃燒器,熔鋁爐煙氣的排放溫度可降低250°C以下,其噸鋁能耗大幅度更低。
以下是蓄熱式燃燒系統(tǒng)系統(tǒng)的大致原理:
3.1 蓄熱燃燒系統(tǒng)的原理
它通過兩個蓄熱室交替切換工作狀態(tài)來回收煙氣中的余熱。工作狀態(tài)是左側(cè)蓄熱體放熱,加熱流經(jīng)左側(cè)蓄熱體的氣體(空氣或煤氣);右側(cè)蓄熱體吸熱,回收流經(jīng)右側(cè)蓄熱體的煙氣中的顯熱。通過不斷地切換工作狀態(tài),左右兩側(cè)的蓄熱體可以把煙氣中的顯熱傳遞給空氣或煤氣。適當(dāng)設(shè)計(jì)蓄熱體的蓄熱量和換向時間,可以將煙氣溫度降低到露點(diǎn)附近,最大限度地提高燃料的熱利用率。
3.2 蓄熱燃燒系統(tǒng)的燃燒組織
采用蓄熱燃燒技術(shù),不能用傳統(tǒng)的方式組織燃燒,燃燒的組織與傳統(tǒng)預(yù)混和擴(kuò)散燃燒完全不同。在傳統(tǒng)燃燒中,燃料和空氣是通過一個燒嘴噴入爐膛的,燃料和空氣有較好的摻混,混合可燃?xì)怏w在爐膛內(nèi)形成火焰。這種火焰燃燒在距噴口一定距離處有溫度和熱流量的高點(diǎn)。
的提高,大家對熔鋁爐的燃燒控制技術(shù)也越來越重視,先進(jìn)的控制技術(shù)在實(shí)踐中不斷被應(yīng)用,高水平熔鋁爐在燃燒及爐溫控制方面已實(shí)現(xiàn)了全自動控制。這些技術(shù)主要包括:
4.1 火焰大小的連續(xù)調(diào)節(jié)及控制。
?4.2 爐膛定溫控制。
?4.3 鋁液溫度的連續(xù)測量及串級控制技術(shù)。
?4.4 爐壓的全自動調(diào)節(jié)控制。?
4.5 完善的連鎖及安全保護(hù)措施。
?5 電磁攪拌裝置在熔鋁爐中的應(yīng)用
電磁攪拌器主要由變頻電源和感應(yīng)器組成,變頻電源把工頻50/60Hz的工頻交流電變成頻率為0.8~3.5Hz的兩相低頻電源。該電源通入感應(yīng)器線圈后將產(chǎn)生一個行波磁場,此行波磁場穿透爐底的不銹鋼板及爐襯作用于鋁溶液,使鋁溶液產(chǎn)生有規(guī)律的移動,從而達(dá)到攪拌的目的。改變變頻電源的電壓、頻率和相位,即可改變攪拌力的大小和方向。
電磁攪拌可以對鋁熔液進(jìn)行無接觸有效攪拌,使熔體的化學(xué)成分及溫度均勻化,同時可減少氧化渣的形成,縮短熔煉時間,提高生產(chǎn)率,大幅降低工人的勞動強(qiáng)度等等......。正是由于電磁攪拌有眾多優(yōu)點(diǎn),才使得電磁攪拌器被越來越多的本行業(yè)人士所認(rèn)可,獲得了廣大用戶的好評,并已成為鋁熔鑄行業(yè)的必備設(shè)備。
鋁熔煉及加工設(shè)備熔鋁爐的爐型設(shè)計(jì)、爐襯結(jié)構(gòu)及燃燒器的型式、熔鋁爐控制等方面的知識。近年來,隨著新技術(shù)的發(fā)展及科學(xué)的進(jìn)步,熔鋁爐的設(shè)計(jì)技術(shù)得到了很大改善。但是根據(jù)工藝生產(chǎn)方式的不同、爐料種類及燃燒器形式等原因都會對熔鋁爐的綜合性能產(chǎn)生很大的影響。因此,熔鋁爐設(shè)計(jì)工作就是要根據(jù)這些條件作針對性的設(shè)計(jì),也只有這樣,才能實(shí)現(xiàn)熔鋁爐的最優(yōu)化設(shè)計(jì)應(yīng)用。
