鑄造用鋁混合爐設(shè)備選型與應(yīng)用

王海偉，楊雪英

（1黃河鑫業(yè)有限公司，青海西寧 811600；2中國鋁業(yè)青海分公司，青海西寧 810108）

混合爐是鋁電解鑄造車間最主要的設(shè)備，其主要作用是保持并加熱鋁液使鋁液達到最益鑄造的溫度，所以混合爐保溫效果好、能耗小是評價混合爐設(shè)備性能優(yōu)越的重要指標(biāo)。

1 混合爐的選型

黃河鑫業(yè)有限公司熔鑄分廠一期選用的是目前廣泛使用的“爐門升降式電熱40 t鋁混合爐”（以下簡稱I系列爐型）。其結(jié)構(gòu)特點是熔池及爐膛連通且封閉，斷面如同字母“C”，開口即操作平臺一側(cè)設(shè)置液壓驅(qū)動升降的爐門，爐頂平行排列36支直線型硅碳棒作為熱源，距離熔體液面約1.8 m.

二期選用近10年來行業(yè)引進的新爐型“爐頂開合式電熱50 t鋁混合爐”（以下簡稱II系列爐型）。其結(jié)構(gòu)特點是熔池上方?jīng)]有爐膛，直接與爐頂相連，爐頂承載24組魚骨狀排列的U型硅碳棒可水平移動，熱源距離熔體液面約0.4 m.

2 兩種混合爐的性能及差異

經(jīng)過一段時間的運行，對兩種爐型的主要功能和效果進行對比見表1所示。

表1 兩種爐型的主要功能和效果

2.1 I系列混合爐的性能

I系列爐型較為傳統(tǒng)，行業(yè)內(nèi)凡機械扒渣方式的多采用該結(jié)構(gòu)形式，經(jīng)貴陽鋁鎂設(shè)計研究院等單位優(yōu)化日本方案后沿用了幾十年，該爐型主要特點：

1）工藝流程中爐內(nèi)空間相對封閉，雖有爐門開關(guān)，但爐襯耐火材料的溫度變化即熱振較小，可在較長時間內(nèi)維持其理化指標(biāo)（如耐壓強度、重?zé)€變化、蠕變等）緩慢衰減，這是延長爐襯壽命的重要條件之一[1]。

2）混合爐運行時，爐襯材料沿垂直和周向的熱脹冷縮是不可避免。渣線以上，由2.5 m高、0.3 m厚的澆注砌體形成爐膛，這部分砌體的重量恰好限制了熔池砌體膨脹時的升高；另一方面，溫度降低時，為熔池縮回原來狀態(tài)提供了外力。

2.2 II系列混合爐的性能

II系列混合爐結(jié)構(gòu)形式與I系列爐型明顯不同，爐襯渣線以上沒有爐膛部分，I系列爐型的兩項優(yōu)勢在II系列混合爐上就不存在。雖然II系列爐型理論使用壽命低于I系列爐型，但是公司二期選用II系列混合爐主要原因是其節(jié)能和操作便捷的特點，實際運行證明取得了預(yù)期效果。

2.2.1 II系列爐的加熱原理

II系列爐型結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢在于，電熱元件與鋁液距離很近，符合輻射傳熱的距離原則。在相同環(huán)境條件下，非接觸式電熱設(shè)備的熱源與被加熱物的距離越近，輻射傳熱效率越高[2]。如圖1，距離熱源近的S表面獲得了熱源P的全部熱量，當(dāng)需要傳遞到距離較遠(yuǎn)的S表面時，相同面積獲得的熱量就大打折扣。通常電解鋁液溫度較高，進入混合爐的目的主要是均質(zhì)、凈化，這個過程的散熱不是我們所關(guān)注的，但鋁液溫度過低影響鑄造質(zhì)量時就需要快速升溫。事實證明，II系列混合爐配置的功率較低，升溫速率卻高于I系列混合爐。

2.2.2 II系列爐的保溫原理

圖1 II系列爐型

經(jīng)分析，II系列混合爐相對節(jié)能的另一個原因在于爐頂使用了陶瓷纖維疊壓材料。這種材料以質(zhì)輕、導(dǎo)熱率低、比熱容低的白色纖維制成，有隔熱、增強輻射反射、抗熱震性的功能[3]，其中導(dǎo)熱系數(shù)和比熱容指標(biāo)是陶瓷纖維在爐頂應(yīng)用的主要因素。理論上，黏土和Al2O3類砌體的比熱容是陶瓷纖維的16～42倍。這就意味著兩種形式的混合爐運行中，熱源用于爐頂吸收直到飽和的熱量相差16～42倍。隨著爐頂?shù)纳?，這部分熱量需要不停地補充。陶瓷纖維的導(dǎo)熱系數(shù)僅為0.07 w/m·k以下，是澆注砌體的1/8，這兩項指標(biāo)的差異直接體現(xiàn)了噸鋁電能消耗的不同。

另外，在混合爐運行的工藝流程中，包括返回料入爐、攪拌扒渣、清爐、更換電熱元件等環(huán)節(jié)，II系列爐型表現(xiàn)出相對便捷的特點。

3 結(jié)論

通過對兩種鑄造用鋁混合爐設(shè)備在生產(chǎn)實際中的應(yīng)用，II系列混合爐以其節(jié)能性好、操作便捷等優(yōu)點為企業(yè)生產(chǎn)降低生產(chǎn)成本。但是II系列混合爐爐頂為開合式，上方無法配置集煙除塵系統(tǒng)，生產(chǎn)中攪拌工藝環(huán)節(jié)會有相當(dāng)?shù)臒焿m溢出，對廠房環(huán)境及工人健康造成一定影響。為II系列混合爐加裝集塵裝置，增設(shè)排煙系統(tǒng)，將有利于生產(chǎn)環(huán)境的改善和產(chǎn)品質(zhì)量的提高。

［1］蔣光羲.冶金爐熱工基礎(chǔ)［M］.重慶：重慶大學(xué)出版社，1993.

［2］王秉銓.工業(yè)爐設(shè)計手冊［M］.第3版.北京：冶金工業(yè)出版社，2010.

［3］王誠訓(xùn).耐火材料技術(shù)與應(yīng)用［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2000.