再生鋁生產熔煉設備選擇與優缺點

來源:大瀝鋁材商務網 　作者:* 　日期:2010-12-10 　頁面功能 [字體：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 評論 ] [ 啄木鳥 ]

　　工頻有芯感應爐啟動時，應該在熔溝中充滿金屬，以形成閉合回路；每爐熔化后澆出的金屬應有一定的剩余量，以保證能充滿熔溝使熔爐能繼續工作。在下部熔溝中，有時會被熔渣和污物堵塞，影響正常熔煉工作，故在爐下側設有塞孔，以便及時清理熔溝。在熔化鋁合金時，熔溝容易被鋁的氧化物堵塞。目前，有芯感應爐多用來熔化銅合金。工頻無芯感應爐沒有’熔溝，麻煩少，爐體構造筒單，比有芯爐優越。但每爐澆注后也應在坩堝中留剩余量，以便于順利繼續工作。有的無芯感應爐中間裝的是鑄鐵坩堝，可以提高電磁效率，特別適合熔煉鋁合金用。
　　高頻率的交流電在金屬中通過時，發生“集膚效應”，即在金屬爐料中因感應而產生的電流并非均勻分布，而是金屬表面的電流密度最大，越向內部電流密度越小，到一定深度后，則幾乎沒有電流了，一般，把電流集中的表層深度稱為“穿透深度”�？捎孟率接嬎悖� 
δ= ρ 
μf 
式中： 
6——電流穿透深度，厘米； 
p——金屬的電阻系數，歐姆•厘米： 
u——金屬的導磁系數： 
f——電流頻率，赫茲。
　　由上式可知，穿透深度與金屬料的電阻系數的平方根成正比，與導磁系數和電流頻率的平方根成反比。即是，對一定金屬而言，電流頻率越高，穿透深度越小，這樣。在金屬很薄的表層厚度上通過大量電流，其產生的熱量就集中，這有利于金屬爐料的加熱熔化。所以中頻感應爐比工頻爐的電效率高得多，而且允許使用比較小塊的金屬料。中頻適用于無芯感應爐，而不必安裝工頻所必備的磁扼，同時每次熔化后可以澆出全部金屬液，而不必保留剩余量。可用來熔煉鋼和鋁，效率和質量很高，而且勞動條件好。但中頻感應爐需要專用的變頻設備來供電，使其熔煉產品的成本增高。高頻爐一般不用來熔化鋼和鋁合金。這種由金屬料內部感應電流來加熱的爐子，是內熱式熔化爐，它的熱效率比前述的坩堝爐和反射爐的要高得多，感應爐的爐襯一般是用耐火材料搗筑，也可以用予制的坩堝裝入。
　　鋁合金的熔煉過程包括金屬料熔化和金屬液態處理兩階段。熔化階段耗能大而費時長，應采取措施盡快熔化而減少金屬的損耗。液態處理階段則根據各熔煉合金的特點不同和爐料成分和品質的不同，一般有熔煉除雜、合金化、精煉脫氣和變質等步驟。
　　在生產規模大時，反射爐多數為雙聯法，即先在容量大和效率高的反射爐中快速熔化金屬，再將溶液注入對溫度控制嚴格的電阻爐或反射爐中進行液態金屬處理及保溫，然后再澆注。這樣兩爐聯用，各發揮其所長，能達到較好的經濟和技術指標。具體采用何種爐型，選用哪種熔煉工藝方法，應從熔煉合金的質量和產量要求來確定。
　　1.3熔煉爐的發展
　　熔煉爐技術的發展是伴隨其它工業技術特別是電子技術和新材料技術的發展而發展的。從爐型方面看，以上介紹的雙室反射爐、帶加料井熔煉爐、電磁攪拌反射爐、旋轉式反射爐以及可傾式耐熱坩堝爐等都是發展的方向。從加熱方式上看，無非是用到一些高能束加熱源，如激光、電子束、離子束等。熔體保護采用一些特殊結構的密閉容器，以便實現真空或者是氣體的保護，避免熔體受到環境氣氛的污染。從節約能源角度看，在爐體的保溫設計上采用以新型保溫材料以充分提高能源的利用率。從環保角度看，增添了爐氣、爐渣的凈化處理系統。坩堝材料從石墨材料向耐高溫合金坩堝方向發展，以提高坩堝爐的使用壽命。從攪拌方式看，機械攪拌和電磁攪拌都在快速的發展，尤其是電磁攪拌將很快被采用。
　　1.4反射爐體筑造簡介
　　反射爐，顧名思義是通過反射的熱對爐料進行加熱，使爐料熔化并熔煉。傳統的反射爐是燃煤的，在爐子的一端建有燃燒室，火焰在上升過程中遇到拱型爐頂，被爐頂反射到熔煉室，從而達到熔煉的目的。反射爐不僅用于再生鋁企業，在有色金屬行業被廣泛應用，如銅冶金、鉛冶金等。
　　隨著冶金技術的發展，反射爐發展很快，尤其是燃料的改進，大量采用燃油、燃氣等，反射爐得到了很大的改善，依靠反射的意義正在減小，目前爐體的設計已經不單純考慮對火焰的反射，而重點考慮提高爐子熱利用率和減少燒損。
　　1.5反射爐熱工
　　1.5.1反射爐的熱傳遞
　　傳熱是一個復雜的物理現象，一般分為傳導、對流和輻射三種傳熱方式。反射爐爐體主要由爐頂、爐墻和爐底組成，三者對反射爐的傳熱有重要的意義。
　　三種熱傳熱方式在反射爐中同時存在，一般稱之為綜合傳熱。在實際生產中，火焰輻射廢鋁料和爐子的四壁，四壁再把熱傳導（或輻射、反射）給鋁料，與此同時，一部分熱通過四壁散失到體系之外，這是熱損失的主要因素，因此，在筑爐時要重視爐墻的保溫。熱的對流是在存在溫差的情況下才能發生，如果爐內的溫度一致，那么就不存在對流，但實際上爐內存在很大的溫差，在爐料為融化之前，爐料周圍的空氣遠底于火焰的溫度，因此火焰與爐料周圍的空氣產生對流傳熱，爐料融化之后，熔融液體的不同部位存在較大的溫差，因此熔融鋁液中主要依靠對流來傳熱的。
　　在反射爐中，爐墻對熱的傳遞起著重要的作用，它的作用如下：把一部分熱吸收，同時又把一部分熱輻射給爐料；直接把火焰的熱反射到爐料；把熱通過墻體傳導給爐料。因此在反射爐的設計和筑造過程中，要盡量考慮到三中傳熱的關系，充分考慮爐墻的結構和選用的材料。
　　1.5.2反射爐的燃料和消耗
　　反射爐的燃料主要有煤炭、煤氣、柴油、重油和天然氣。無論以何種燃料，其熱傳遞的形式基本一致，所不同的是熱效率有所不同，熔化速率有所差異，燃料成本有較大的差異。
　　一般反射爐每噸鋁耗燃料的情況如下，燃煤反射爐耗標準煤在200-300公斤左右；燃重油反射爐油耗大約為60-80公斤；燃柴油反射爐大約耗油50公斤左右，最先進的已經達到30公斤；半煤氣反射爐煤耗大約為260-300公斤左右。燃料的消耗與反射爐的生產能力有關系，一般爐子越大，單位燃料消耗越低，以下立出了幾個常用反射爐燃料消耗的情況。
　　（1）某企業15噸燃重油油爐技術參數
　�。�2）半煤氣反射爐煤耗情況
　　1.5.3反射爐的熱效率
　　反射爐的熱效率一般都不算太高，尤其是火焰式的反射爐，一般情況下，幾種爐子的熱效率情況如下：
　　反射爐熱效率低，也就是說大量的熱被浪費了，根據反射爐熔煉的特點，反射爐熱的分配主要是：
　�。�1）直接用于熔煉的熱大約為25-30%，這部分熱主要為融化和熔煉鋁消耗；
　�。�2）通過反射爐墻外表和爐門散失的熱，一般占15-25%，有時可達30%以上；
　�。�3）煙氣和爐渣帶走的熱大約為40-50%，在熔煉鋁合金過程中爐渣的產生量較少，而且不是熔融狀態的，因此，爐渣帶走的熱很小，主要是煙氣帶走的熱；
　　為了提高反射爐的熱效率，要通過各種辦法減少熱的損失，如加厚爐墻和爐頂，添加隔熱層；盡少開啟爐門的次數；在設計爐子的時候，要盡量減小爐子的表面積，提高爐子的容積。
　　1.5.4反射爐的余熱利用
　　為了提高熱的利用率，要考慮到余熱利用的問題，尤其是煙氣帶走的熱的利用。對煙氣余熱的利用，目前主要的辦法是利用煙氣預熱燃料（氣體）和空氣，達到較好的效果。建設余熱鍋爐也是一種比較好的辦法。
　　1.6筑爐的環境和地質條件
　　1.6.1對地址情況的了解
　　建設爐子，為了達到長久、安全，在建設之前一定要對筑爐周圍的環境、地址情況、風向等進行深入的了解，如附近是否有河流、湖泊，是否塌陷區等。同時，對建設地點的地質情況有所了解，必要時，要參考地質部門的資料，詳細了解地質情況。還要了解考季風的風向。
　　1.6.2地基
　　為了保證爐體的安全可靠和長久使用，熔煉爐必須有穩定的基礎，因此地基的建造非常重要。地基一定選在好的土層上，一般要考慮以下幾條原則：（1）地基切忌打在土質疏松、流沙層上，如果如果不可回避，一定要采取措施；（2）在建造基礎時還要特別注意，地基一定要建在擾動層之下，打在老土上；（3）在北方地基一定要打在凍層之下。
　　1.6.3熔煉車間和爐體的布置
　　爐子的位置要考慮以下問題：1、周圍空間和操作平面：便于操作、留出加料和維修的空間，運輸方便、暫時不具備條件的，要預留出鑄錠機的位置，有長遠的考慮，使之布局合理。熔煉車間要建在風向之下（企業應該建在某個區域的風向之下或居民區之下，減少不必要的麻煩）。
　　1.7 爐體的形式和構造
　　1.7.1爐體的形狀
　　目前采用的主要有園型和矩形反射爐兩種。圓形爐反射爐的成本高，維修不方便，但熱能利用率較高,因為相同的周長圓的表面積最大，因此，在相同周長的爐子，圓爐比方型爐的表面積大，因此受熱的面積大，熱效率高，爐體表面散熱少。矩形油反射爐，成本低，維修方便，熱效率較園形爐稍差。其爐門有對應兩側爐門或一側兩爐門，油噴嘴有單側2~3個噴嘴或者斜對角2個油噴嘴。國內再生鋁較大型企業還有順式油反射高低爐
　　1.7.2爐型的選擇
　　根據廠家需求，按照場地環境、熱能材料、工藝條件進行爐體選形。
　　熔煉鋁合金的爐子種類繁多，反射爐的種類多，常用的熔池式的反射爐有重油式反射爐、柴油反射爐、電阻反射爐、煤氣反射爐、半煤氣反射爐、燃煤反射爐等。根據企業自己的情況和當地的優勢，如燃料資源、運輸等，決定自己的爐型。但要注意，以重油為燃料的反射爐正在走下坡路，因為重油的粘度大，凝固點低　　　　　　（30），運輸不便，在燃燒之前還需要預熱，提高其流動性和霧化性，在進入噴嘴之前還需要進一步預熱（110-120），增加了設備的投資。重油在燃燒時如果霧化不好，產生大量的黑煙，污染環境，同時熱的利用率低。
　　從目前看，大型企業建議建設帶煤氣發生爐的反射爐，一次性投資大一點，但長遠效益高，無污染、熱利用率高、操作簡單。小型企業建議建設半煤氣反射爐。
　　1.7.3熔池的表面積和深度
　　熔池的表面積和深度是反射爐的重要參數，因為熔爐的熱主要通過液面、四壁傳導的，從理論上講，表面積和四壁的面積大，熱的傳導效率就高，但是，表面積越大，在表面氧化也就越嚴重，同時也會使熔池無限制的增大，增大能耗和投資，但熔池過深，影響熱的傳導。因此，要綜合考慮各方面的因素，節能、節約投資、方便維修等因素，確定熔池的長寬高。一般15噸以下的爐子熔池的深度在500毫米左右。
　　1.7.4爐體的結構
　　反射爐的結構的尺寸與爐子的生產規模有很大的關系，因此很難得到統一的公式，現以10噸的反射爐為例。燃燒空間的計算，是根據熔化鋁所需的熱，單位時間內燃燒的氣體的體積來計算的，為了保證燃料的充分燃燒，一般在計算時要考慮空氣過剩系數�？臻g大，則影響熱能發熱，降低熱效率，過小，會導致向外噴火，煙氣在爐內停留時間短，造成能源的浪費，因此除理論計算之外，還要通過實踐來摸索。

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