據(jù)統(tǒng)計，國內(nèi)鋁合金熔鑄的綜合能耗高于國外約8%～10%，產(chǎn)品的綜合成品率卻低約10%。因此，提高鋁合金熔煉過程的熱效率，提高鑄件質(zhì)量和成品率，節(jié)約資源能耗，已顯得十分迫切，這也是企業(yè)降本增效，增強(qiáng)企業(yè)競爭力的重要手段。因此，尋找鋁合金熔煉爐的節(jié)能方法和措施，提高熔煉爐的熱效率顯得至關(guān)重要。

 

鋁合金熔煉爐的熔煉過程大致可分為4個階段，即爐料裝入—軟化下榻—爐料化平—全部熔化。對鋁料的加熱是通過燒嘴火焰的對流傳熱、火焰和爐墻的輻射傳熱以及鋁料間的傳導(dǎo)熱來完成的，整個過程中，三者之間比率不斷變化，固態(tài)時鋁的黑度小，導(dǎo)熱能力強(qiáng)，隨著熔煉的進(jìn)行，爐料進(jìn)入半固態(tài)，導(dǎo)熱能力下降，熱力學(xué)性質(zhì)發(fā)生了根本的變化，液態(tài)鋁的導(dǎo)熱能力僅為固態(tài)鋁的40%，熔池上部向底部的傳導(dǎo)傳熱過程十分緩慢。

 

熔鋁爐能平衡圖

 

 

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煙氣帶走熱量節(jié)能分析及措施

對于火焰反射爐來講，在鋁的熔化期，爐內(nèi)溫度一般控制在1100℃-1200℃，此時的出爐煙氣溫度即為爐內(nèi)氣氛溫度，經(jīng)計算，煙氣帶走的熱量約占爐子熱負(fù)荷的60%左右，如果不充分利用這部分余熱，將造成巨大的熱能損失，同時給環(huán)境帶來熱污染和煙氣污染。

因此，應(yīng)充分利用熱傳導(dǎo)和煙氣余熱，減少排放煙氣帶走的熱量，實現(xiàn)熔鋁爐的節(jié)能，具體措施可采取：

1.  采用高速均勻化燒嘴，對爐料進(jìn)行噴射加熱，改善爐內(nèi)空氣循環(huán)，強(qiáng)化爐內(nèi)傳熱。高速噴嘴使燃?xì)猥@得充分燃燒，提高了燃燒值，減少了燃料的損失，提高了熱效率。

2.  采用蓄熱式高溫?zé)煔馊紵�技術(shù)和余熱梯級利用技術(shù)，充分利用煙氣余熱，提高風(fēng)溫，減少熱量損失。目前，蓄熱式熔鋁爐已經(jīng)得到一定規(guī)模應(yīng)用，研究表明，采用蓄熱式熔鋁爐可節(jié)能60%，極大提高熔鋁爐的熱效率，余熱梯級技術(shù)利用可使煙氣排放溫度達(dá)到150℃左右，減少了熱損失。

 

 

 

 

2

過量空氣系數(shù)控制節(jié)能分析及措施

在燃料流量一定的情況下，過量空氣系數(shù)過大，將導(dǎo)致大量空氣未參與燃燒就進(jìn)入爐膛，這些空氣將降低爐溫，隨煙氣攜帶走大量的熱量，導(dǎo)致熔鋁爐能耗較高。經(jīng)計算，在650℃排煙溫度條件下，當(dāng)過量空氣系數(shù)等于1時，即沒有大量未參與燃燒空氣情況下，排氣熱損失在30%左右，而在同等排煙溫度時，如果過量空氣系數(shù)為1.5時，則排氣熱損失達(dá)到41%。

由此可見，控制過量空氣系數(shù)對提高熱效率具有重大意義。當(dāng)然，過量空氣系數(shù)也不能小于1，否則會造成燃料不完全燃燒，燃料的化學(xué)熱不能充分釋放出來，而損失大量能量。同時，由于燃料的不完全燃燒，還會產(chǎn)生有毒有害氣體，污染環(huán)境。

在實際生產(chǎn)中，燒嘴燃料量不是一成不變的，這就要求助燃空氣量要隨著燃料量的波動而調(diào)整，否則，將導(dǎo)致排煙中含有可燃?xì)怏w或排煙中含有大量空氣，影響熔鋁爐的節(jié)能效果，甚至帶來安全隱患。所以為實現(xiàn)過量空氣系數(shù)可控，可采取以下措施：

1.  精確測定燃料流量流速，實現(xiàn)流量流速的快速精確控制，保持燃料流速的穩(wěn)定。

2.  安裝煙氣分析儀和反饋裝置，測量煙氣成分，并將信息即時反饋給主機(jī)，進(jìn)行助燃空氣流量控制，使過量空氣系數(shù)為1-1.05，確保熔鋁爐處于最佳燃燒工作狀態(tài)。

3.  改善燒嘴處燃料噴出狀態(tài)，使燃料成霧化分散噴出，從而助燃空氣量理論值和實際值更接近。

 

熔鋁爐節(jié)能系統(tǒng)現(xiàn)場照片

 

 

 

3

爐壁爐門節(jié)能分析及措施

在熔鋁爐的熱損失途徑中，爐壁爐門散熱損失是僅次于排煙煙氣的熱損失，熔煉過程熱損失的15%-25%，特別是出料口、爐門等處的漏熱非常大。盡管高溫鋁液本身的發(fā)射率較低，但是鋁液上面漂浮的一層氧化物發(fā)射率較高，況且輻射換熱與熱力學(xué)溫度的四次方成正比，因此，爐壁爐門熱損失特別大，另外，個別耐火材料和保溫介質(zhì)破損地方往往引起局部漏熱，導(dǎo)致爐內(nèi)熱量散失。

因此，為減少爐料爐門的熱損失，提高熱效率，可采取如下措施：

1.  在爐門和取料口處采用優(yōu)化設(shè)計的反射罩結(jié)構(gòu)，起到遮熱板的作用，防止熱量的大量散失。

2.  采用封閉式電磁攪拌技術(shù)進(jìn)行熔液的溫度均勻化和成分均勻化，減少熔煉過程中爐門開啟時間，減少熱損失。

3.  采用短流程熔鑄工藝，流槽內(nèi)鋪墊保溫介質(zhì)，減少取料口和輸送過程中鋁液熱損失。

4.  定期檢查爐壁，避免爐壁局部破損，引起漏熱，或者安裝熱成像儀，對爐壁溫度進(jìn)行監(jiān)控，及時修補引起漏熱的爐壁。

5.  爐壁爐門采用絕熱或隔熱性能好的材料。

 

 

 

4

爐溫均勻性節(jié)能分析及措施

在大型熔鋁爐中，爐溫分布不均勻會導(dǎo)致鋁液燒損，煙氣中氧化鋁含量增加，煙氣排放溫度升高，同時爐膛內(nèi)高溫區(qū)可能使?fàn)t壁溫度超限，縮短熔煉爐壽命。由于爐內(nèi)溫度不均，亦造成爐壁爐門熱損失增大，消耗更多能量。為減少爐溫不均造成的影響，可采取如下措施：

1.  合理設(shè)計燒嘴噴射的角度，防止出現(xiàn)升溫死角。一般情況下，圓形熔鋁爐內(nèi)氣氛流動較均勻，不易出現(xiàn)升溫死角，方形熔鋁爐由于結(jié)構(gòu)的限制，在四角處容易出現(xiàn)升溫死角，因此，應(yīng)合理設(shè)計燒嘴噴射角度，增加爐內(nèi)氣氛流動性，分散受熱面積，使?fàn)t內(nèi)溫度場均勻化。

2.  鋁熔化平后進(jìn)行適當(dāng)電磁攪拌，讓鋁液在爐內(nèi)實現(xiàn)紊流，進(jìn)行熱對流，實現(xiàn)鋁液溫度的均勻化和成分均勻化，減少局部過熱。

 

 

 

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爐渣節(jié)能分析及措施

作為鋁合金熔煉時的雜質(zhì)，爐渣是必須與鋁液分離的，生成爐渣的因素很多(包括氧化燒損、爐內(nèi)雜質(zhì)等)，因爐渣帶造成的熱損失約占鋁熔爐熱損失5%左右，這些熱損失主要由爐渣帶走的熱和扒渣時散失熱組成，因此，為減少這部分熱損失，可采取以下措施：

1.  減少爐渣的生成量，通過減少氧化燒損，采用純凈原材料，降低爐門打開頻次，改善爐內(nèi)氣氛等措施減少爐渣生產(chǎn)量。

2.  減少扒渣時間，減少熱損失。通過合理設(shè)計抄灰房位置，使用專用扒渣工具來減少扒渣時間。

某鋁企熔鋁爐余熱利用設(shè)備

 

根據(jù)以上分析，通過采用陶瓷球式蓄熱式系統(tǒng)、電磁攪拌短流程熔鑄工藝、高速均勻化燒嘴、反射罩式爐門、定期檢查爐膛、使用專用扒渣工具等裝置或措施，使鋁合金熔煉爐節(jié)能約65%，排煙溫度降低到500℃左右，有效地減少了熱量損失和污染物排放，降低了生產(chǎn)成本。

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