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一种新型电热铝保持炉及其应用效果

时间 2011-07-11 点击 1090

 一种新型电热铝保持炉及其应用效果

                                                                               卢志锋1,曲新亮2
                                                        (1.河南中孚实业股份有限公司,河南 巩义451200;
                                              2.郑州中实赛尔科技有限公司,国家郑州高新技术产业开发区 450001)
         摘 要: 介绍了一种目前国内较先进的电加热铝保持炉专利技术及装备,重点介绍了专利原理、技术结构特点及综合对比评价,通过在电解铝企业应用所取得的显著效果,进一步说明该新型保持炉是一种具有应用推广价值的高效节能环保工业炉。
         关键词: 电热保持炉;移动式炉盖;近距离辐射加热;

1 、前言

保持炉是铝电解厂铸造车间的重要热工设备。由电解槽生产出来的原铝为中间产品,含有各种杂质且品位相差较大,需要在保持炉中经过调配、均质、净化、澄清及扒渣后才能进行浇铸。保持炉热工特点是:每个运行周期中铝液的温由850℃~900℃降至750℃左右,原铝液带入的热量用于返回铝块的熔化及炉体的散热,热量不足时由设备热源补充。其加热温度可达950~1000℃,铝溶液的温度约为690~750℃。
我国目前铝工业生产中所用的保持炉就主要结构形式来分有以下几种:
1.1     蓄热式燃油(气)保持炉
以对流加热为主、辐射加热为辅,可充分利用废气余热。但是现有的燃油(气)炉仍存在以下问题,致使它的推广受到限制:
Ø         烟气中都有过剩的氧气,在烟气对流传热的同时,必然造成铝的氧化烧损,烧损率为1%左右。以年产10万吨铝锭计,全年损失1000吨铝,价值1900多万元。
Ø         占地面积及空间大,散热大。
Ø         燃料消耗量大,吨铝重油单耗为16kg,费用高。
Ø         烟气污染、噪音干扰严重,难于清除熔池的炉壁结渣。
1.2     传统固定式炉顶电炉
炉型结构为箱型,电热元件分电阻带和硅炭棒两种。电阻带因遮蔽系数大,热量散不出去,造成自身烧坏,并且更换困难,故此种炉已在淘汰中。用硅炭棒的电炉遮蔽系数小,但也存在以下问题:
Ø         结构上硅炭棒悬挂于固定炉顶下,而棒的下面留有炉门高度、操作空间和防止炉料溢出的安全高度,这样硅炭棒至被加热面之间的距离很大。要保证炉料所需热量,就必须提高硅炭棒的功率,从而增大电耗和硅炭棒的表面负荷。
Ø         加料、搅拌、扒渣及投入返回铝时,铝液极易飞溅到硅炭棒上,而损坏硅炭棒。
Ø         因硅炭棒制作长度受到限制,当炉子容量增大时,炉体只能在长度上延伸,这样全炉铝液的均质效果难以保证,并且搅拌、扒渣操作困难。
Ø         炉体极易变形,导致硅炭棒断裂。
Ø         难于清除熔池的炉壁结渣。
1.3     倾翻炉
用倾翻炉体的方法出铝,加热方式有电、燃油、燃气多种,可对浇铸温度和金属液位进行精确控制,从而保证较高的产品质量,但结构庞大、复杂,并且价格昂贵。建造倾翻炉必须考虑到对地基的高要求,炉子倾翻机构(足够强度及刚性的炉子钢结构、液压系统及油缸等)、液态铝输送系统(流口)和灵活的外围系统的联结机构(如天然气供给管道)等所导致的投资和维修费用的增加。

2   新型电热铝保持炉的原理、结构

 
 图1   新型电热铝保持炉结构示意图
B-1 移动小车     B-2 电热炉盖    B-3 炉壳      B-4 炉内衬      B-5 轨道

2.1       基本设计原理

作为电加热元件的硅炭棒,对被加热体的加热形式只有唯一的辐射传热。而辐射传热的特点是:在两辐射面之间的辐射传热量决定于物体的性质、表面状态、温度和相对位置等因素。在特定的物体性质、表面状态和温度等条件下,只有一个可变量——两辐射面之间的距离r。而两辐射面之间的辐射传热量Q与它们之间的距离r的平方成反比,即Q∝1/r2,如何能缩短硅炭棒至被加热面之间的距离,即为本炉体结构的创新实质。

2.2      新炉型结构特点说明

Ø         安装在炉盖上的硅炭棒随炉盖一起固定在可水平对开的电动小车上,从而实现对炉膛的开启、闭合,与固定式炉顶的电热炉相比,硅炭棒下面不用留炉门高度及搅拌、扒渣等操作空间,电热元件至金属液面的距离可由传统电炉的1000mm降至300mm左右,从而在被加热体得到同样热量的前提下,大大减少硅炭棒的供给功率,显示出本炉体结构的节电优点。同时加热总功率及硅炭棒的表面负荷降低,有助于延长其使用寿命。
Ø         优化炉体尺寸,缩小熔池长宽深三向尺寸差,加大熔池深度,减少熔体的表面积,达到降低散热,减少占地面积和空间高度目的。
Ø         为增强保温,采用复合式熔池内衬,炉壁温升≤55℃ ;操作平台一侧作出斜坡,方便扒渣机刮头刮渣和人工添加少量固态铝。出铝口及出渣口采用高铝砖—炭化硅砖组合件,保证出铝畅通,截流方便,且不易损坏,即使损坏, 在炉外即可更换。炉沿处采用铸铁砖以减少对机械扒渣等操作的限制。
Ø         采用可控硅智能调功装置精确控温,加热功率无级连续控制,通过恒转矩变频器实现炉盖的平滑关、闭,高低速自动转换,自动/手动人工切换功能,可满足加热炉的整体工艺要求 。
Ø         采用烘炉温控柜完成电加热烘炉全过程,配备智能型温控表,内含40段温度控制曲线预设定,升温平稳,烘炉温度可精确控制在±1℃ 偏差内,操作轻松,确保优质烘炉。
Ø         紧凑的炉体轮廓尺寸有利于车间的工艺配置,两台炉并排布置只需27m跨的厂房,在同一厂房内可双向对称布置四台炉,共用一个操作平台;可双机同时铸锭,缩短混合炉运行周期。
Ø         配置双层出铝口,上下层先后出铝,利用下半池沉淀重渣的时间进行上半池出铝,满足产品高品位的需求,亦可降低下层出铝口出铝时的压力,缩短混合炉生产周期,减少散热损失。
Ø         由于不用燃料且炉盖相对密闭,就没有燃烧产物和入炉气流在炉膛内循环,避免高温铝液的氧化烧损。

3  综合对比及应用效果

 
近年来随着国家环保要求的日趋严格及能源价格的上涨,从而引起炉子投资费用、运行成本增加,市场竞争异常激烈。只有在对企业产品的质量要求、炉子的运行方式、投资和运行成本进行仔细评估后,才能选择合适的炉型及其操作系统。
我公司为“铝电合一”的25万吨/年现代化大型铝电解企业,电力成本很低,因此清洁、高效无污染的电炉一直是首选炉型,实际上保持炉自身的热工特点决定了电炉完全可以胜任加热要求。但原有的4台40t传统电炉在使用中也有一些弊端,主要是搅拌、扒渣完全为繁重的人工劳动,须通过炉子两侧对开的6个小炉门进行,存在死角用大耙无法清除,高温工况使劳动效率降低,日常检修工作也存在危险。另外炉子在夏季作业时,由于炉内温度过高散热不好而迟迟无法浇铸,有时被迫通过延长溜槽或投入成品锭的方式降温,给生产组织带来困难,同时增加了不必要的铝烧损。
以上弊端在使用2台移动式炉盖保持炉后迎刃而解,炉盖全部打开后,可使用扒渣机进行机械化搅拌、快速扒渣和清除炉子结渣等操作,搅拌扒渣时间可缩短20分钟;可方便安全的直接将任意尺寸形状的返回冷料入炉,人工维护检修炉子简便安全;炉膛全部敞开后直接辐射散热,夏季生产无忧。
下面为几种电炉的技术经济指标对照表,若产能按12.5万吨/年计算,使用新型保持炉可比传统电炉每年节约直接成本593.75万元。
保持炉类型
新型专利炉
倾动式电炉
传统电炉
容量(t)
45
50
40
炉体轮廓尺寸(mm)
(长×宽×高)
7000×7194×3043
12300×5140×4540
9130×5435×3350
加热功率(kw)
660
1180
1200
电热元件
硅碳棒
硅碳棒
硅碳棒
氧化烧损/折合费用
0.5%
1187.5万元/年
0.4%(电磁搅拌)
950万元/年
0.7%
1425万元/年
吨铝能耗/折合费用
≤15kw·h
71.25万元/年
35kw·h
166.3万元/年
40kw·h
190万元/年
炉型吨位投资
(万元/吨)
3.5
7.8
3.0
全年费用总计
1258.75万元
1116.3万元
1852.5万元
           

4   结束语

新型铝保持炉的应用,表明了它具有经济、环保、高效、节能的特点,可以减轻工人的劳动强度,改善劳动条件,提高生产工艺的自动化程度和水平,减少烧损等,经济效益显著,值得推广应用。除适合在大中型电解铝企业作保持炉使用外,还可以推广应用到一些中小型再生铝企业作为熔铝炉,具有广阔的市场前景。
参考文献:
[1] Oliver M00S,铝熔铸厂用的熔炼或保温炉.轻合金加工技术,2004,Vo1.32,No9
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