熔铝炉设计

铝及铝合金熔炼炉(简称熔化炉)是铝加工熔铸行业最常用的设备,其熔炼过程也是铝加工行业能源及材料消耗最大的生产环节,熔化速率及吨铝消耗是熔铝炉两个最基本的能力指标。河南耐火材料厂从铝熔炼热工过程分析着手对熔铝炉炉型结构及控制技术作一些基本探讨。
1 熔铝炉热工过程分析
熔炼工艺的基本要求是:尽量缩短熔炼时间,准确地控制化学成分,尽可能减少熔炼烧损,采用最好的精炼方法以及正确地控制熔炼温度,以获得化学成分符合要求,且纯洁度高的熔体。熔铝炉是典型的周期式高温熔炼设备,一般来说,从铝锭入炉到熔炼结束,大致可细分成以下几个阶段:装料期、熔化升温期、精炼及保温期。在设计矩形熔炼炉时,应尽可能实现火焰与铝锭表面的充分接触,强化对流传热,同时还要尽可能延长高温烟气与金属的交换时间,以达到更经济的运行效果。
装料问题也是矩形熔铝炉要解决的问题之一:
1.1 装炉料顺序应合理。炉料应尽量一次入炉,二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。
1.2 对质量要求高的产品的炉料,在装料前必须向熔池内撒20~30kg粉状熔剂,在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂,这样可提高炉体的纯洁度,也可减少烧损。
2 熔铝炉的炉衬设计
目前,国内大多数熔铝炉炉子的炉衬材料还是以高铝砖为主要熔池内衬材料,材料选型及采购方便、施工方案成熟、易于烘烤、成本低廉、是多数用户采用高铝砖的主要因素。但从使用情况上看,高铝砖抗侵蚀能力方面还有很大的不足,尤其在渣线方面侵蚀现象更为严重,从实践上看,采用常规高铝砖砌筑的炉衬平均寿命只有3年左右。
全浇注炉衬结构是熔铝炉炉衬技术发展趋势。近年来,国内在这方面的应用也逐渐多了起来,也取得了一些成功应用实例。在熔铝炉用耐火材料选型及使用方面,设计选型时应当考虑如下几个因素:
2.1 炉衬材料应具备更高的使用温度、更强的抗气流冲刷能力。
2.2 应能适应不同种类的合金生产,能承受各种精炼剂对耐火材料的侵蚀。
2.3 应具有较好的不积渣性能。
2.4 能适应种类繁杂的回炉料及各种废铝对高铝砖产生的侵蚀性。
3 熔铝炉燃烧器及其应用技术
在熔铝炉设计中,燃烧器的选型及合理的布置是最重要的环节之一,也是熔铝炉优化设计技术的关键所在。由于铝金属黑度较小,接受辐射传热力较弱,因此,在熔铝炉设计中,应尽可能强化对流传热能力、提高火焰对铝金属对流的效果。
多年以来,高速烧嘴及换热器一直是熔铝炉的标准配置,但在实际生产中,由于熔铝炉粉尘附着及恶劣的烟气侵蚀的缘故,熔铝炉换热器总是难以解决的一个难题,使用效果也不是很理想。
近年来,蓄热式燃烧器的应用改变了这个局面,通过采用这种燃烧器,熔铝炉烟气的排放温度可降低250°C以下,其吨铝能耗大幅度更低。
以下是蓄热式燃烧系统系统的大致原理:
3.1 蓄热燃烧系统的原理
它通过两个蓄热室交替切换工作状态来回收烟气中的余热。工作状态是左侧蓄热体放热,加热流经左侧蓄热体的气体(空气或煤气);右侧蓄热体吸热,回收流经右侧蓄热体的烟气中的显热。通过不断地切换工作状态,左右两侧的蓄热体可以把烟气中的显热传递给空气或煤气。适当设计蓄热体的蓄热量和换向时间,可以将烟气温度降低到露点附近,最大限度地提高燃料的热利用率。
3.2 蓄热燃烧系统的燃烧组织
采用蓄热燃烧技术,不能用传统的方式组织燃烧,燃烧的组织与传统预混和扩散燃烧完全不同。在传统燃烧中,燃料和空气是通过一个烧嘴喷入炉膛的,燃料和空气有较好的掺混,混合可燃气体在炉膛内形成火焰。这种火焰燃烧在距喷口一定距离处有温度和热流量的高点。
的提高,大家对熔铝炉的燃烧控制技术也越来越重视,先进的控制技术在实践中不断被应用,高水平熔铝炉在燃烧及炉温控制方面已实现了全自动控制。这些技术主要包括:
4.1 火焰大小的连续调节及控制。

4.2 炉膛定温控制。

4.3 铝液温度的连续测量及串级控制技术。

4.4 炉压的全自动调节控制。

4.5 完善的连锁及安全保护措施。

5 电磁搅拌装置在熔铝炉中的应用
电磁搅拌器主要由变频电源和感应器组成,变频电源把工频50/60Hz的工频交流电变成频率为0.8~3.5Hz的两相低频电源。该电源通入感应器线圈后将产生一个行波磁场,此行波磁场穿透炉底的不锈钢板及炉衬作用于铝溶液,使铝溶液产生有规律的移动,从而达到搅拌的目的。改变变频电源的电压、频率和相位,即可改变搅拌力的大小和方向。
电磁搅拌可以对铝熔液进行无接触有效搅拌,使熔体的化学成分及温度均匀化,同时可减少氧化渣的形成,缩短熔炼时间,提高生产率,大幅降低工人的劳动强度等等......。正是由于电磁搅拌有众多优点,才使得电磁搅拌器被越来越多的本行业人士所认可,获得了广大用户的好评,并已成为铝熔铸行业的必备设备。
铝熔炼及加工设备熔铝炉的炉型设计、炉衬结构及燃烧器的型式、熔铝炉控制等方面的知识。近年来,随着新技术的发展及科学的进步,熔铝炉的设计技术得到了很大改善。但是根据工艺生产方式的不同、炉料种类及燃烧器形式等原因都会对熔铝炉的综合性能产生很大的影响。因此,熔铝炉设计工作就是要根据这些条件作针对性的设计,也只有这样,才能实现熔铝炉的最优化设计应用。