再生铝生产熔炼设备选择与优缺点

来源:大沥铝材商务网 　作者:* 　日期:2010-12-10 　页面功能 [字体：大 中 小] [ 打印 ] [ 投稿 ] [ 评论 ] [ 啄木鸟 ]

一般反射炉每吨铝耗燃料的情况如下，燃煤反射炉耗标准煤在200-300公斤左右；燃重油反射炉油耗大约为60-80公斤；燃柴油反射炉大约耗油50公斤左右，最先进的已经达到30公斤；半煤气反射炉煤耗大约为260-300公斤左右。

　　工频有芯感应炉启动时，应该在熔沟中充满金属，以形成闭合回路；每炉熔化后浇出的金属应有一定的剩余量，以保证能充满熔沟使熔炉能继续工作。在下部熔沟中，有时会被熔渣和污物堵塞，影响正常熔炼工作，故在炉下侧设有塞孔，以便及时清理熔沟。在熔化铝合金时，熔沟容易被铝的氧化物堵塞。目前，有芯感应炉多用来熔化铜合金。工频无芯感应炉没有’熔沟，麻烦少，炉体构造筒单，比有芯炉优越。但每炉浇注后也应在坩埚中留剩余量，以便于顺利继续工作。有的无芯感应炉中间装的是铸铁坩埚，可以提高电磁效率，特别适合熔炼铝合金用。
　　高频率的交流电在金属中通过时，发生“集肤效应”，即在金属炉料中因感应而产生的电流并非均匀分布，而是金属表面的电流密度最大，越向内部电流密度越小，到一定深度后，则几乎没有电流了，一般，把电流集中的表层深度称为“穿透深度”。可用下式计算： 
δ= ρ 
μf 
式中： 
6——电流穿透深度，厘米； 
p——金属的电阻系数，欧姆•厘米： 
u——金属的导磁系数： 
f——电流频率，赫兹。
　　由上式可知，穿透深度与金属料的电阻系数的平方根成正比，与导磁系数和电流频率的平方根成反比。即是，对一定金属而言，电流频率越高，穿透深度越小，这样。在金属很薄的表层厚度上通过大量电流，其产生的热量就集中，这有利于金属炉料的加热熔化。所以中频感应炉比工频炉的电效率高得多，而且允许使用比较小块的金属料。中频适用于无芯感应炉，而不必安装工频所必备的磁扼，同时每次熔化后可以浇出全部金属液，而不必保留剩余量。可用来熔炼钢和铝，效率和质量很高，而且劳动条件好。但中频感应炉需要专用的变频设备来供电，使其熔炼产品的成本增高。高频炉一般不用来熔化钢和铝合金。这种由金属料内部感应电流来加热的炉子，是内热式熔化炉，它的热效率比前述的坩埚炉和反射炉的要高得多，感应炉的炉衬一般是用耐火材料捣筑，也可以用予制的坩埚装入。
　　铝合金的熔炼过程包括金属料熔化和金属液态处理两阶段。熔化阶段耗能大而费时长，应采取措施尽快熔化而减少金属的损耗。液态处理阶段则根据各熔炼合金的特点不同和炉料成分和品质的不同，一般有熔炼除杂、合金化、精炼脱气和变质等步骤。
　　在生产规模大时，反射炉多数为双联法，即先在容量大和效率高的反射炉中快速熔化金属，再将溶液注入对温度控制严格的电阻炉或反射炉中进行液态金属处理及保温，然后再浇注。这样两炉联用，各发挥其所长，能达到较好的经济和技术指标。具体采用何种炉型，选用哪种熔炼工艺方法，应从熔炼合金的质量和产量要求来确定。
　　1.3熔炼炉的发展
　　熔炼炉技术的发展是伴随其它工业技术特别是电子技术和新材料技术的发展而发展的。从炉型方面看，以上介绍的双室反射炉、带加料井熔炼炉、电磁搅拌反射炉、旋转式反射炉以及可倾式耐热坩埚炉等都是发展的方向。从加热方式上看，无非是用到一些高能束加热源，如激光、电子束、离子束等。熔体保护采用一些特殊结构的密闭容器，以便实现真空或者是气体的保护，避免熔体受到环境气氛的污染。从节约能源角度看，在炉体的保温设计上采用以新型保温材料以充分提高能源的利用率。从环保角度看，增添了炉气、炉渣的净化处理系统。坩埚材料从石墨材料向耐高温合金坩埚方向发展，以提高坩埚炉的使用寿命。从搅拌方式看，机械搅拌和电磁搅拌都在快速的发展，尤其是电磁搅拌将很快被采用。
　　1.4反射炉体筑造简介
　　反射炉，顾名思义是通过反射的热对炉料进行加热，使炉料熔化并熔炼。传统的反射炉是燃煤的，在炉子的一端建有燃烧室，火焰在上升过程中遇到拱型炉顶，被炉顶反射到熔炼室，从而达到熔炼的目的。反射炉不仅用于再生铝企业，在有色金属行业被广泛应用，如铜冶金、铅冶金等。
　　随着冶金技术的发展，反射炉发展很快，尤其是燃料的改进，大量采用燃油、燃气等，反射炉得到了很大的改善，依靠反射的意义正在减小，目前炉体的设计已经不单纯考虑对火焰的反射，而重点考虑提高炉子热利用率和减少烧损。
　　1.5反射炉热工
　　1.5.1反射炉的热传递
　　传热是一个复杂的物理现象，一般分为传导、对流和辐射三种传热方式。反射炉炉体主要由炉顶、炉墙和炉底组成，三者对反射炉的传热有重要的意义。
　　三种热传热方式在反射炉中同时存在，一般称之为综合传热。在实际生产中，火焰辐射废铝料和炉子的四壁，四壁再把热传导（或辐射、反射）给铝料，与此同时，一部分热通过四壁散失到体系之外，这是热损失的主要因素，因此，在筑炉时要重视炉墙的保温。热的对流是在存在温差的情况下才能发生，如果炉内的温度一致，那么就不存在对流，但实际上炉内存在很大的温差，在炉料为融化之前，炉料周围的空气远底于火焰的温度，因此火焰与炉料周围的空气产生对流传热，炉料融化之后，熔融液体的不同部位存在较大的温差，因此熔融铝液中主要依靠对流来传热的。
　　在反射炉中，炉墙对热的传递起着重要的作用，它的作用如下：把一部分热吸收，同时又把一部分热辐射给炉料；直接把火焰的热反射到炉料；把热通过墙体传导给炉料。因此在反射炉的设计和筑造过程中，要尽量考虑到三中传热的关系，充分考虑炉墙的结构和选用的材料。
　　1.5.2反射炉的燃料和消耗
　　反射炉的燃料主要有煤炭、煤气、柴油、重油和天然气。无论以何种燃料，其热传递的形式基本一致，所不同的是热效率有所不同，熔化速率有所差异，燃料成本有较大的差异。
　　一般反射炉每吨铝耗燃料的情况如下，燃煤反射炉耗标准煤在200-300公斤左右；燃重油反射炉油耗大约为60-80公斤；燃柴油反射炉大约耗油50公斤左右，最先进的已经达到30公斤；半煤气反射炉煤耗大约为260-300公斤左右。燃料的消耗与反射炉的生产能力有关系，一般炉子越大，单位燃料消耗越低，以下立出了几个常用反射炉燃料消耗的情况。
　　（1）某企业15吨燃重油油炉技术参数
　　（2）半煤气反射炉煤耗情况
　　1.5.3反射炉的热效率
　　反射炉的热效率一般都不算太高，尤其是火焰式的反射炉，一般情况下，几种炉子的热效率情况如下：
　　反射炉热效率低，也就是说大量的热被浪费了，根据反射炉熔炼的特点，反射炉热的分配主要是：
　　（1）直接用于熔炼的热大约为25-30%，这部分热主要为融化和熔炼铝消耗；
　　（2）通过反射炉墙外表和炉门散失的热，一般占15-25%，有时可达30%以上；
　　（3）烟气和炉渣带走的热大约为40-50%，在熔炼铝合金过程中炉渣的产生量较少，而且不是熔融状态的，因此，炉渣带走的热很小，主要是烟气带走的热；
　　为了提高反射炉的热效率，要通过各种办法减少热的损失，如加厚炉墙和炉顶，添加隔热层；尽少开启炉门的次数；在设计炉子的时候，要尽量减小炉子的表面积，提高炉子的容积。
　　1.5.4反射炉的余热利用
　　为了提高热的利用率，要考虑到余热利用的问题，尤其是烟气带走的热的利用。对烟气余热的利用，目前主要的办法是利用烟气预热燃料（气体）和空气，达到较好的效果。建设余热锅炉也是一种比较好的办法。
　　1.6筑炉的环境和地质条件
　　1.6.1对地址情况的了解
　　建设炉子，为了达到长久、安全，在建设之前一定要对筑炉周围的环境、地址情况、风向等进行深入的了解，如附近是否有河流、湖泊，是否塌陷区等。同时，对建设地点的地质情况有所了解，必要时，要参考地质部门的资料，详细了解地质情况。还要了解考季风的风向。
　　1.6.2地基
　　为了保证炉体的安全可靠和长久使用，熔炼炉必须有稳定的基础，因此地基的建造非常重要。地基一定选在好的土层上，一般要考虑以下几条原则：（1）地基切忌打在土质疏松、流沙层上，如果如果不可回避，一定要采取措施；（2）在建造基础时还要特别注意，地基一定要建在扰动层之下，打在老土上；（3）在北方地基一定要打在冻层之下。
　　1.6.3熔炼车间和炉体的布置
　　炉子的位置要考虑以下问题：1、周围空间和操作平面：便于操作、留出加料和维修的空间，运输方便、暂时不具备条件的，要预留出铸锭机的位置，有长远的考虑，使之布局合理。熔炼车间要建在风向之下（企业应该建在某个区域的风向之下或居民区之下，减少不必要的麻烦）。
　　1.7 炉体的形式和构造
　　1.7.1炉体的形状
　　目前采用的主要有园型和矩形反射炉两种。圆形炉反射炉的成本高，维修不方便，但热能利用率较高,因为相同的周长圆的表面积最大，因此，在相同周长的炉子，圆炉比方型炉的表面积大，因此受热的面积大，热效率高，炉体表面散热少。矩形油反射炉，成本低，维修方便，热效率较园形炉稍差。其炉门有对应两侧炉门或一侧两炉门，油喷嘴有单侧2~3个喷嘴或者斜对角2个油喷嘴。国内再生铝较大型企业还有顺式油反射高低炉
　　1.7.2炉型的选择
　　根据厂家需求，按照场地环境、热能材料、工艺条件进行炉体选形。
　　熔炼铝合金的炉子种类繁多，反射炉的种类多，常用的熔池式的反射炉有重油式反射炉、柴油反射炉、电阻反射炉、煤气反射炉、半煤气反射炉、燃煤反射炉等。根据企业自己的情况和当地的优势，如燃料资源、运输等，决定自己的炉型。但要注意，以重油为燃料的反射炉正在走下坡路，因为重油的粘度大，凝固点低　　　　　　（30），运输不便，在燃烧之前还需要预热，提高其流动性和雾化性，在进入喷嘴之前还需要进一步预热（110-120），增加了设备的投资。重油在燃烧时如果雾化不好，产生大量的黑烟，污染环境，同时热的利用率低。
　　从目前看，大型企业建议建设带煤气发生炉的反射炉，一次性投资大一点，但长远效益高，无污染、热利用率高、操作简单。小型企业建议建设半煤气反射炉。
　　1.7.3熔池的表面积和深度
　　熔池的表面积和深度是反射炉的重要参数，因为熔炉的热主要通过液面、四壁传导的，从理论上讲，表面积和四壁的面积大，热的传导效率就高，但是，表面积越大，在表面氧化也就越严重，同时也会使熔池无限制的增大，增大能耗和投资，但熔池过深，影响热的传导。因此，要综合考虑各方面的因素，节能、节约投资、方便维修等因素，确定熔池的长宽高。一般15吨以下的炉子熔池的深度在500毫米左右。
　　1.7.4炉体的结构
　　反射炉的结构的尺寸与炉子的生产规模有很大的关系，因此很难得到统一的公式，现以10吨的反射炉为例。燃烧空间的计算，是根据熔化铝所需的热，单位时间内燃烧的气体的体积来计算的，为了保证燃料的充分燃烧，一般在计算时要考虑空气过剩系数。空间大，则影响热能发热，降低热效率，过小，会导致向外喷火，烟气在炉内停留时间短，造成能源的浪费，因此除理论计算之外，还要通过实践来摸索。

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