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如何提高铝合金熔炼炉的热效率？

发布时间：2020-06-10 已经有1人查过此文章返回感应熔炼列表

据统计，国内铝合金熔铸的综合能耗高于国外约8%～10%，产品的综合成品率却低约10%。因此，提高铝合金熔炼过程的热效率，提高铸件质量和成品率，节约资源能耗，已显得十分迫切，这也是企业降本增效，增强企业竞争力的重要手段。因此，寻找铝合金熔炼炉的节能方法和措施，提高熔炼炉的热效率显得至关重要。

铝合金熔炼炉的熔炼过程大致可分为4个阶段，即炉料装入—软化下榻—炉料化平—全部熔化。对铝料的加热是通过烧嘴火焰的对流传热、火焰和炉墻的辐射传热以及铝料间的传导热来完成的，整个过程中，三者之间比率不断变化，固态时铝的黑度小，导热能力强，随着熔炼的进行，炉料进入半固态，导热能力下降，热力学性质发生了根本的变化，液态铝的导热能力仅为固态铝的40%，熔池上部向底部的传导传热过程十分缓慢。

铝合金熔炼炉

熔铝炉能平衡图

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烟气带走热量节能分析及措施

对于火焰反射炉来讲，在铝的熔化期，炉内温度一般控制在1100℃-1200℃，此时的出炉烟气温度即为炉内气氛温度，经计算，烟气带走的热量约占炉子热负荷的60%左右，如果不充分利用这部分余热，将造成巨大的热能损失，同时给环境带来热污染和烟气污染。

因此，应充分利用热传导和烟气余热，减少排放烟气带走的热量，实现熔铝炉的节能，具体措施可采�。�

1. 采用高速均匀化烧嘴，对炉料进行喷射加热，改善炉内空气循环，强化炉内传热。高速喷嘴使燃气获得充分燃烧，提高了燃烧值，减少了燃料的损失，提高了热效率。

2. 采用蓄热式高温烟气燃烧技术和余热梯级利用技术，充分利用烟气余热，提高风温，减少热量损失。目前，蓄热式熔铝炉已经得到一定规模应用，研究表明，采用蓄热式熔铝炉可节能60%，极大提高熔铝炉的热效率，余热梯级技术利用可使烟气排放温度达到150℃左右，减少了热损失。

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过量空气系数控制节能分析及措施

在燃料流量一定的情况下，过量空气系数过大，将导致大量空气未参与燃烧就进入炉膛，这些空气将降低炉温，随烟气携带走大量的热量，导致熔铝炉能耗较高。经计算，在650℃排烟温度条件下，当过量空气系数等于1时，即没有大量未参与燃烧空气情况下，排气热损失在30%左右，而在同等排烟温度时，如果过量空气系数为1.5时，则排气热损失达到41%。

由此可见，控制过量空气系数对提高热效率具有重大意义。当然，过量空气系数也不能小于1，否则会造成燃料不完全燃烧，燃料的化学热不能充分释放出来，而损失大量能量。同时，由于燃料的不完全燃烧，还会产生有毒有害气体，污染环境。

在实际生产中，烧嘴燃料量不是一成不变的，这就要求助燃空气量要随着燃料量的波动而调整，否则，将导致排烟中含有可燃气体或排烟中含有大量空气，影响熔铝炉的节能效果，甚至带来安全隐患。所以为实现过量空气系数可控，可采取以下措施：

1. 精确测定燃料流量流速，实现流量流速的快速精确控制，保持燃料流速的稳定。

2. 安装烟气分析仪和反馈装置，测量烟气成分，并将信息即时反馈给主机，进行助燃空气流量控制，使过量空气系数为1-1.05，确保熔铝炉处于最佳燃烧工作状态。

3. 改善烧嘴处燃料喷出状态，使燃料成雾化分散喷出，从而助燃空气量理论值和实际值更接近。

熔铝炉节能系统现场照片

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炉壁炉门节能分析及措施

在熔铝炉的热损失途径中，炉壁炉门散热损失是仅次于排烟烟气的热损失，熔炼过程热损失的15%-25%，特别是出料口、炉门等处的漏热非常大。尽管高温铝液本身的发射率较低，但是铝液上面漂浮的一层氧化物发射率较高，况且辐射换热与热力学温度的四次方成正比，因此，炉壁炉门热损失特别大，另外，个别耐火材料和保温介质破损地方往往引起局部漏热，导致炉内热量散失。

因此，为减少炉料炉门的热损失，提高热效率，可采取如下措施：

1. 在炉门和取料口处采用优化设计的反射罩结构，起到遮热板的作用，防止热量的大量散失。

2. 采用封闭式电磁搅拌技术进行熔液的温度均匀化和成分均匀化，减少熔炼过程中炉门开启时间，减少热损失。

3. 采用短流程熔铸工艺，流槽内铺垫保温介质，减少取料口和输送过程中铝液热损失。

4. 定期检查炉壁，避免炉壁局部破损，引起漏热，或者安装热成像仪，对炉壁温度进行监控，及时修补引起漏热的炉壁。

5. 炉壁炉门采用绝热或隔热性能好的材料。

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炉温均匀性节能分析及措施

在大型熔铝炉中，炉温分布不均匀会导致铝液烧损，烟气中氧化铝含量增加，烟气排放温度升高，同时炉膛内高温区可能使炉壁温度超限，缩短熔炼炉寿命。由于炉内温度不均，亦造成炉壁炉门热损失增大，消耗更多能量。为减少炉温不均造成的影响，可采取如下措施：

1. 合理设计烧嘴喷射的角度，防止出现升温死角。一般情况下，圆形熔铝炉内气氛流动较均匀，不易出现升温死角，方形熔铝炉由于结构的限制，在四角处容易出现升温死角，因此，应合理设计烧嘴喷射角度，增加炉内气氛流动性，分散受热面积，使炉内温度场均匀化。

2. 铝熔化平后进行适当电磁搅拌，让铝液在炉内实现紊流，进行热对流，实现铝液温度的均匀化和成分均匀化，减少局部过热。

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炉渣节能分析及措施

作为铝合金熔炼时的杂质，炉渣是必须与铝液分离的，生成炉渣的因素很多(包括氧化烧损、炉内杂质等)，因炉渣带造成的热损失约占铝熔炉热损失5%左右，这些热损失主要由炉渣带走的热和扒渣时散失热组成，因此，为减少这部分热损失，可采取以下措施：

1. 减少炉渣的生成量，通过减少氧化烧损，采用纯净原材料，降低炉门打开频次，改善炉内气氛等措施减少炉渣生产量。

2. 减少扒渣时间，减少热损失。通过合理设计抄灰房位置，使用专用扒渣工具来减少扒渣时间。

铝合金熔炼炉

某铝企熔铝炉余热利用设备

根据以上分析，通过采用陶瓷球式蓄热式系统、电磁搅拌短流程熔铸工艺、高速均匀化烧嘴、反射罩式炉门、定期检查炉膛、使用专用扒渣工具等装置或措施，使铝合金熔炼炉节能约65%，排烟温度降低到500℃左右，有效地减少了热量损失和污染物排放，降低了生产成本。

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