中國壓鑄雜志
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白小姐中特网一肖中特期期准免费:無需清掃的燃氣連續熔化保持爐的開發

作者:admin 來源:原創 發表時間:2018-07-18
 
正英日坩工業燃燒設備(上海)有限公司  梶谷健 巖根末廣
 
概 要:鋁熔化爐通常是以反射型(輻射型)為主的熔化方式,一直到1972 年根據對流加熱方式的原理進行開發的強制對流傳熱為主的急速熔化爐即塔式投料熱對流預熱方式的出現后就被一直沿用到今天。
 
關鍵詞:燃氣 保持爐 開發
 
1、 前言
熔化能力在 AL-2T/Hr-5T/Hr 的大型熔化爐的氧化物清掃作業時受到爐門口吹出的熱風的嚴酷環境影響下,對于操作者的熟練度要求極高。不僅如此,對爐內氧化物的清掃甚至要求達到一日 3次以上,雖然作業艱苦,除此之外沒有更好的辦法。我們通常認為爐內氧化物的產生是鋁在熔化及保溫時所產生的附屬物,不會覺得異常。但在節能、減排的社會共識下,應對此觀念進行了反思。如果能很好的抑制鋁氧化物的產生,那就可以降低燒損率,提高鋁水品質,降低勞動強度,節能就可以實現了。出于這幾點,我們首先開發了小型的熔化保持爐。
 


 
2、 新開發熔化保持爐的理念
通過鋁水表面的氧化膜的?;ぷ饔靡種蒲跗?,防止進一步的氧化,以便達到高品質的熔化效果。
 
2.1 重新認識氧化膜的?;ぷ饔?/div>
熔化爐中保溫室的鋁熔液是通過對周圍空氣中的游離氧元素和水蒸氣進行快速化學反應、在鋁熔液表面形成氧化膜。所形成的氧化膜有效抑制了燃燒產生的廢氣(其中 98%左右的氫元素)吸收,并且對其持續的氧化反應的抑制也很顯著,但在清渣作業中,氧化膜被破壞,新鮮的鋁液面露出,不止持續增加對氫氣的吸收、氧化的進行,而且鋁水表面氧化膜的碎片混入鋁熔液中和鋁水中的非金屬雜質一起對鑄件的特性造成顯著的損害。
 
鋁熔液長時間靜置的話,氧化膜會產生龜裂,在鋁熔液的表面,非晶體物質 
Al2O3 會加快形成結晶物質 Al2O3 的氧化膜的生成。r- Al2O3氧化膜緊密的?;ぷ饔?,對熔液燃氣的吸收、氧化的抑制有效。但是,溫度與時間的關系圖1經過一段時間后,非安定的 r- Al2O3 形成安定的 ∂ Al2O3, 從密度3.42x103kg/m3
的 r- Al2O3 形成密度為3.95-4.10x103kg/m3 剛玉質,體積引起收縮,并使氧化膜產生龜裂并加速氧化。從圖 2可以說明,在高溫的情況下氧化膜的形成迅速,氧化量增加明顯。
 



 
以上引用的文獻說明如果鋁氧化膜具有細密的?;ぷ饔?,使得潛伏時間能延長的話,在此期間就無需清渣了。
 
讓氧化膜潛伏時間延長的條件
1)在鋁熔液表面進行均勻加熱,如果燃燒器火焰(1100℃-1200℃)接觸鋁液表面,或發生液面晃動以及局部過熱的話,鋁液表面的鋁溫度在 800℃以上便會加快促進氧化(溫度和氧化增量的參照圖 圖 2)。
2)保溫室內的氣氛溫度控制在770℃-800℃之間。
3)保溫室內的燃燒氣氛可以進行弱還原或強還原的控制。
就算是弱還原氣氛良好的保溫室內、鋁熔液表面上下進行晃動,側壁耐火物和鋁液水線部位的氧化必然會有所增加,所以必須加以考慮,還是希望爐內是強化還原氣氛。
2.2 新型的熔化方式
傳統的急速熔化使高溫高速噴流燃燒熱氣流直接噴射于鋁材表面,鋁材與這時燃燒還沒有完全的火焰進行接觸,大量吸收強制對流熱量后能被快速熔化,但另一方面,燃燒不完全的氧氣對鋁材料的氧化現象(金屬燒損)也很明顯。在這里,配合使用強還原燃燒氣氛,高速噴流型短火焰燃燒器就能使得燒損率得到大幅改善。
 
3 、新型熔化及保持燃燒器的開發和燃燒控制系統
3.1 熔化燃燒器(獨特的無氧化燃燒器)
熔化燃燒器的開發是為了得到最大的強制對流傳熱,為了得到助燃空氣的旋轉力矩,經燃燒測試結果證明燒嘴內導流葉板應有一定的偏轉角度、旋轉風力的增加于燃燒器的前端傳熱效果增加成正比,理由是:火焰的中心,增加了燃氣再循環的混合度、使燃燒火焰變短,而且火焰熱旋轉流沿著鋁材表面流過,增加了強制對流的傳導熱量和效率。
爐構造與熔化燃燒器的匹配條件:
1)火焰速度在 100m/sec~80m/sec、能得到大量的強制對流傳導熱。
2)不止有速度對熱氣流進行輸送,采取旋轉火焰也能增大強制對流傳熱量的提升。
3)火焰長和火焰徑。
火焰長:500mm~600mm火焰徑:200mm~300mm
4)殘留氧氣濃度控制在1000PPM 以下(目標 500PPM) (強還原的無氧化燃燒器,C 成分的析出也會減少)
3.2 保持燃燒器 (獨特的無氧化平火焰燃燒器)
保溫室內部要求鋁熔液表面避免局部加熱,進行均勻加熱,最后采用火焰長徑比為4~5倍的平焰燃燒器。另外,關于大型熔化爐,燃燒量加大對于平焰燃燒器有點困難,可以采用火焰長徑比為 0.9~1.2 倍的情況下形成短焰燃燒器。
3.3 燃燒器的控制系統特點
燃燒器控制不僅是在熱處理爐中才需要比較精確的氣氛溫度的控制,對鋁熔化也需要較精確的的控制,另外,因耐火物材質的爐蓋傳遞熱量會有所延遲,鋁熔化通常采用的無氧化均壓閥方式、比例閥控制系統不是最好方式,采用簡單的 2 點 Hi-Low-Off 方式,助燃空氣量的控制是通過比例馬達或固定孔徑的電磁閥組合進行,并且燃燒用風機采用變頻器控制的話,會更有優勢。
3.4 熱交換器
熱交換器是 500℃以上為目標,與以上所述的燃燒控制系統相結合,使得鋁熔液的氧化變少的系統正在開發中,并將配合大型爐的搭載。
 
4、 爐構造特點
保溫室是對熔化所產生氧化物不易流入的特點進行設計的。以前設計的熔化室與保溫室是連通方式采用隧道結構,鋁水熔液液位由傳感器進行控制。現在的熔化室具有傾斜爐床,連接部形成鋁液積存區,形成鋁液的升溫區域,包括燃燒排氣在內,使與保溫室獨立分離。熔化室的鋁液升溫區域與保溫室的鋁液容量有一定的比例關系,這樣使得保溫室燃燒負荷大幅變小,另
 


外,保溫室內的氣氛溫度也可以下降。熔化室的鋁液升溫室構造是利用熔化燃燒器的火焰外焰面對其加熱升溫的特點進行設計的。
 
5、 新型爐與舊爐型的熔化流程的區別
5.1 舊爐型
5.2 新型爐

 
6、 新型燃氣連續熔化保溫爐特點:
6.1 《新型燃氣連續熔化保溫爐》最大優點是:對于以前的保溫室內的強還原溫度、細密的氧化膜的形成對鋁熔液和燃燒氣中含有的O2?O2?H2O的氧化成份進行阻擋與接觸。
1) 形成細小的氧化膜
◆  頂部燃燒器對熔液表面進行均勻加熱。
◆ 均勻生成的細密氧化膜,使其靜止不動,鋁液表面不曝露出來。
例如:燃燒器火焰 (1100℃-1200℃)不和鋁熔液表面進行接觸,晃動及局部進行加熱,熔液表面的鋁溫度不會升至 800℃以上,防止其急速氧化。
◆  無需進行氧化物的清掃作業(基本上可以不去管它)。
◆  保溫室內進行弱還原氣氛(殘留氧氣濃度 1%以下)。
◆  保溫室內的氣氛溫度控制在770℃-800℃左右。
◆  爐的氣密性與相結合的爐壓正壓 5mm水柱相保持。
2)  熔化室已熔化的鋁熔液與熔化室氧化物不會沿著傾斜爐床一起流入保溫室。
3)  因為熔化室與保溫室相連的通道部液位是靠液位傳感器進行控制的,使得保溫室可以進行獨立分離,由于熔化室的升溫區利用熔化燃燒器的升溫作用,使得保溫室里的燃燒負荷大幅減少,另外保溫室的氣氛溫度也有所下降。
4) 熔化采用了強還原火炎的高速噴流的短炎燃燒器,鋁材料不直接接觸火焰可防止氧化物熔化。
優異性能:
1) 保溫室的氧化物 1 年最多清掃 1-2 次。
2) 強還原性火焰的高速噴流的短焰燃燒器的使用,熔化過程中鋁材料與火焰不進行直接沖擊,熔化燒損也大幅減少。
3) 因為減少氧化物的產生,所以抑制了鋁熔液中的夾雜物的產生。
4) 保溫室內的氣氛溫度低,鋁氧化膜不易吸收氫氣。
5) 熔液溫度由于保溫室和升溫區鋁熔液位的管理而形成獨立分開。鋁液溫度精度可以控制在±3℃以內。
6) 由于保溫室的氧化物不易生成,那么相比以前的耐火物的構成,得以重新強化爐體隔熱性能(爐體表面溫度:外氣溫度+25℃)。
7) 通常情況下不需要除渣,另外,除氣裝置及過濾裝置都不需要。
8) 由于使用熔化燃燒器的火焰外焰部加熱,使熔化室儲湯區的鋁熔液升溫,使得保溫室的燃燒器負荷減少、加上升級后的熱交換器,可以確保 50%以上的熱效率。
9) 包含連休時的鋁水保溫期間的節能和直接的除渣損失減少及人工節省,年間的綜合成本節約比傳統爐削減 30%以上。
 
7、  新型燃氣連續熔化保溫爐實測數據表
 

 
8、 熔化?保溫過程的熱效率(熱平衡解析)
8.1 熔化中的熱平衡輸入輸出數據分析:
 
熱 效 率 η = 24,653 / 55,000 × 100 = 44.7%
條件:
① 熔化量:95kg/Hr (3 小時平均值)
② 從壓鑄機出湯口的熔液溫度:680℃
③ 燃料:LPG
規格
① 鋁熔液 680℃的必要熱量(680+273)×0.2595+12.2=259.5kcal/kg?AL
② LPG(真發熱量) 22,000kcal/Nm3
③鋁熔化時的必要熱量95kg/Hr×259.5=24,653kcal/Hr
結果:
初期計劃 100kg/Hr 的熔化能力、同期設計的爐 200kg/Hr 的熔化能力可以得到確認其熔化效率 50%以上。
8.2 保溫中的熱平衡輸入輸出數據分析:
 
9 、總結
綜合以上最新的熔化理念、反映出開發新型燃氣連續熔化保持爐的合理性,也能預測今后對于此熔化爐的需求也會發生變化,為了適合市場的需求,由先進的技術加以支撐,可持續的進行技術改良,改善以及研發。今后,由此理念作為
基礎的大型熔化爐也在開發中,將于近期開始生產,
 
 
 
 
 
 
 
梶谷健 巖根末廣
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