雙室爐生產(chǎn)技術(shù)研究

馮波

（上海大屯能源股份有限公司鋁板帶廠，江蘇 徐州 221600）

近年來，再生鋁行業(yè)呈現(xiàn)出蓬勃發(fā)展的趨勢，作為降本增效的有力手段之一，大部分熔鑄企業(yè)鋁廢料的使用比例也在逐年增加。鋁廢料中的鋸屑、銑屑等體積較小的屑狀薄料，在普通的熔煉爐中加入后若直接見到明火，燒損較大，造成不必要的經(jīng)濟(jì)損失，常見爐型及熔煉工藝下通常綜合燒損可達(dá)到8%以上。

為降低鋁屑廢料的燒損，熔鑄企業(yè)通常會配置雙室爐或感應(yīng)爐，由于感應(yīng)爐單次熔化量通常小于5t，對于鋁屑使用量較大的企業(yè)，雙室爐是相對合理的選擇。由于各個鋁熔鑄企業(yè)使用的鋁廢料存在差異，各類爐型燃燒系統(tǒng)也不盡相同，行業(yè)內(nèi)使用雙室爐的鋁廢料燒損也不盡相同。

1 雙室爐工作原理及燃燒控制系統(tǒng)簡介

1.1 雙室爐工作原理

雙室爐的主體包括主爐膛、副爐膛、泵區(qū)（旋渦加料井）3 個區(qū)域。3 個區(qū)域各自相對獨立，為滿足鋁液在3 個區(qū)域之間的循環(huán)流動，相鄰的每2 個區(qū)域之間設(shè)有通道連接。鋁液流動的動力由機(jī)械泵提供。主爐膛設(shè)有一對蓄熱式燃?xì)鉄?，用于提供熱量，主、副爐膛之間采用隔墻隔開，在隔墻上部設(shè)有煙氣流通的通道，高溫?zé)煔馔ㄟ^該通道可進(jìn)入副爐膛。泵區(qū)內(nèi)安裝有機(jī)械泵。爐料通過爐門或漩渦井加入爐內(nèi)，爐內(nèi)使用天然氣介質(zhì)燃燒進(jìn)行熔化。鋁壓塊料及薄料可從雙室爐的副室爐門口加入爐內(nèi)，在副室的爐門口設(shè)有熱橋，剛?cè)霠t的鋁廢料放置在熱橋上，通過爐氣進(jìn)行預(yù)熱烘干后，再推入副室的鋁液熔池。鋸屑、銑屑、車屑等碎屑鋁廢料通過傳送帶送至雙室爐漩渦井，以均勻的速度在漩渦的作用下被立即卷吸到鋁液中，并被帶入爐內(nèi)，在不與爐內(nèi)火苗直接接觸且隔絕空氣的情況下實現(xiàn)浸沒式熔化。鋁壓塊料或薄料也可以經(jīng)過破碎后，從旋渦加料井加入。

主副爐門升降均采用液壓驅(qū)動，通過鏈輪、鏈條來實現(xiàn)，運行平穩(wěn)。爐門采用液壓壓緊，爐門壓緊時具有一定的傾斜角度。下部設(shè)有導(dǎo)渣板，可方便地將鋁渣導(dǎo)入渣箱。

爐門四周設(shè)有可調(diào)整的密封裝置，兩側(cè)及上部采用軟密封（硅酸鋁纖維盤根），考慮到鋁渣的影響，下部采用硬密封（正確的清理爐門區(qū)域是很重要的，它保證了密封部件和爐門的壽命，改善了爐門的密封性）。爐門框由耐熱鑄鐵制成，并固定在爐子鋼結(jié)構(gòu)上。

爐門提升極限位置均有行程控制并與燃燒系統(tǒng)相連鎖，當(dāng)爐門提起，燒嘴主火焰自動調(diào)整到小火狀態(tài)；爐門關(guān)閉，火焰大小自動控制。

1.2 燃燒控制系統(tǒng)簡介

雙室爐燃燒系統(tǒng)采用的是蓄熱式燃燒。蓄熱式燃燒系統(tǒng)的一個完整控制系統(tǒng)包括2 個主槍及天然氣管路，并由各種控制開關(guān)、壓力開關(guān)、檢測儀器等組成。當(dāng)一個燒嘴工作時，另一個燒嘴起排煙作用，相互交替進(jìn)行，高溫?zé)煔庠跓煜虏康男顭嵯渲羞M(jìn)行熱量交換后通過煙道管路排出，排煙溫度極限設(shè)置在230℃左右，將冷空氣預(yù)熱到700℃以上，最大限度將燃燒熱能留在爐內(nèi)，進(jìn)而收獲降耗節(jié)能的目的。兩個燒嘴的切換動作由PLC控制系統(tǒng)決定，在本燃燒控制系統(tǒng)中設(shè)有3 種切換模式。3 種切換模式分別為定周期切換、等溫差切換、定溫強(qiáng)制切換。本燃燒控制系統(tǒng)有以下突出特點：

（1）采用了爐壓連續(xù)控制技術(shù)，使?fàn)t壓按設(shè)定值自動有效控制。（2）鋁液溫度采用串級控制技術(shù)，控溫精度達(dá)±30℃，可同時兼顧熔化及保溫需要。（3）采用了小槍點火然后切換大槍點火方式。（4）先進(jìn)的雙火檢監(jiān)測，強(qiáng)調(diào)安全燃燒理念。（5）采用了可編程控器和觸摸屏通訊的方式完成各工作狀況單動聯(lián)動、聯(lián)鎖保護(hù)、時序控制功能，操作界面簡單明了。（6）采用高可靠氣動角行程蝶閥進(jìn)行空、煙氣切換，使用壽命可達(dá)100 萬次以上，并配有高可靠閥位位置開關(guān)，確保切換安全。（7）采用了定周期切換、等溫差切換、定溫強(qiáng)制保護(hù)切換等多套并行切換方式，使系統(tǒng)運行最佳化。（8）系統(tǒng)運行各穩(wěn)壓閥、調(diào)壓閥、電磁閥、壓力開關(guān)等主要元器件全部選用歐洲可靠產(chǎn)品，增強(qiáng)設(shè)備運行可靠性。

2 試驗過程

2.1 研究雙室爐鋁水溫度的控制技術(shù)

鋁水溫度是影響鋁屑熔化效率的關(guān)鍵因素，從熔化效率的角度考慮，鋁水溫度越高越好，但實際生產(chǎn)過程中，還需考慮鋁水溫度過高對熔體質(zhì)量的影響，本次研究將在700 ～760℃的熔化溫度范圍內(nèi)，通過根據(jù)生產(chǎn)實際情況，不斷進(jìn)行摸索，選擇、壓縮到最佳的鋁水溫度控制范圍，并保持控制的精度。

雙室爐分主室和副室，因副室鋁水不直接接觸燃?xì)饣鹧?，以主室鋁水的傳導(dǎo)熱進(jìn)行保溫，生產(chǎn)過程中，主要以主室鋁水溫度為控制依據(jù)。通過多個爐次的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得出以下結(jié)論。

（1）加料過程中鋁水溫度低于720℃，鋁水流動性變差，鋁屑在漩渦井處很容易堵塞。

（2）鋁水溫度高于750℃，雙室爐排煙風(fēng)機(jī)和高溫循環(huán)風(fēng)機(jī)很容易出現(xiàn)故障，溫度長時間超過葉輪設(shè)計容易造成葉輪變形，動平衡不穩(wěn)，且由于升溫過程的控制誤差，很容易導(dǎo)致局部鋁水溫度超過760℃發(fā)生熔體過燒。

（3）未連續(xù)加料時，鋁水溫度控制在700℃以上即可，長期高溫將增加生產(chǎn)成本，且導(dǎo)致熔體氫含量增加影響產(chǎn)品質(zhì)量。

綜上，最終雙室爐鋁水溫度控制范圍如表1 所示。

表1 雙室爐鋁水溫度控制范圍

2.2 持續(xù)優(yōu)化鋁屑加料速度

影響鋁屑加料速度的因素主要有鋁屑的品質(zhì)、輸送帶運行狀態(tài)、漩渦井狀態(tài)、鋁水溫度等，針對優(yōu)化鋁屑加料速度，針對各種因素實施了各項技術(shù)措施，對機(jī)械泵葉輪的方向進(jìn)行了反復(fù)設(shè)計優(yōu)化，確保減小阻力使流量最大化，同時為了加快鋁液循環(huán)，增大了原有電機(jī)和變頻器的功率，對三檔位的控制頻率進(jìn)行了調(diào)整。為適應(yīng)電機(jī)在高溫環(huán)境中的使用壽命，對原有電機(jī)新增加了獨立散熱風(fēng)機(jī)并進(jìn)行了聯(lián)鎖，確保了設(shè)備穩(wěn)定可靠運行。

2.2.1 嚴(yán)格控制鋁屑的形態(tài)、水油含量

通過破碎機(jī)對鋁屑、鋁切邊卷（直徑﹤0.8m，長度小于1.6m，厚度﹤2mm）、鋁型材（長度﹤1.6m，厚度﹤2mm）、鋁打包塊（體積﹤0.8m×0.8m×0.8m，厚度﹤2mm）等鋁廢料進(jìn)行破碎處理物料，處理后要求材料散開，不能有團(tuán)裝料。由于車銑加工時刀片狀態(tài)和車銑工藝的不同，鋁屑廢料的形態(tài)也不盡相同。往雙室爐添加的鋁屑廢料最理想的狀態(tài)是密度大、體積小、水油含量低。為保證鋁屑廢料品質(zhì)，多次調(diào)整廢料采購技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，最終滿足雙室爐加料要求。

2.2.2 將鐵質(zhì)鏈板機(jī)技術(shù)改造為皮帶輸送帶

雙室爐初始設(shè)計配置了封閉式鐵質(zhì)鏈板機(jī)，使用時很容易出現(xiàn)卡塞故障，維護(hù)極其不便，經(jīng)常導(dǎo)致加料暫停，極大的影響生產(chǎn)加料效率。通過調(diào)研和論證，最終更改為皮帶輸送帶，有效解決了容易卡塞的問題。同時因皮帶為開放式運行，方便維保人員對皮帶輸送帶定期進(jìn)行維護(hù)保養(yǎng)，防止皮帶出現(xiàn)跑偏、磨損等情況發(fā)生，有效保障了加料效率和設(shè)備使用成本。

2.2.3 保持漩渦井通暢狀態(tài)

漩渦井是雙室爐的核心構(gòu)件之一，是讓鋁屑進(jìn)入爐內(nèi)的入口，保持漩渦井通暢是保證加料效率的關(guān)鍵所在，且鋁屑在氧氣的存在下會發(fā)生燃燒反應(yīng)，漩渦井一旦發(fā)生堵塞，不但需要加料停止，還可能有爆燃、爆炸等危險情況發(fā)生。

2.2.4 保持鋁水溫度符合要求，低于要求范圍及時停止加料

鋁水溫度是影響鋁屑熔化效率的關(guān)鍵因素，通過研究和摸索，鋁屑加料時最佳的鋁水溫度控制范圍是720～750℃，并通過充分?jǐn)嚢韬腿斯y溫復(fù)核等手段保持溫度控制偏差不超過5℃。加料過程中鋁水溫度低于要求時，化料能力下降嚴(yán)重，極易發(fā)生堵料，需及時中止加料，等待鋁水升溫符合要求后再恢復(fù)加料。

2.3 研究鋁屑水油含量的檢測與控制技術(shù)

鋁屑中水油含量將直接影響到加料效率及燒損，主要通過加強(qiáng)廢料入廠檢驗、檢測，不符合要求的及時反饋處理，確保水油含量符合要求。

目前，大多數(shù)企業(yè)使用的鋁屑主要來源于新能源汽車輪轂加工廠車削過程產(chǎn)生的碎屑，里邊殘留了車刀潤滑冷卻時噴淋的油和水，一般情況下，輪轂廠家在裝袋前已進(jìn)行了甩干，但未能百分百去除。

為準(zhǔn)確測量鋁屑中的水油含量，因地制宜使用鋼板設(shè)計制作了烘烤箱，來料鋁屑隨機(jī)取樣后放置到烘烤箱中，再使用叉車叉運到爐內(nèi)進(jìn)行烘烤，在爐內(nèi)約760℃爐氣溫度烘烤5 ～10min 后進(jìn)行前后重量對比計算，得出水油含量。通過多次檢測，結(jié)合加料過程中漩渦井狀態(tài)，雙室爐添加鋁屑的水油含量需嚴(yán)格控制在2%以下。

2.4 研究漩渦井及主副室通道的清理維護(hù)技術(shù)

鋁水在爐內(nèi)長時間停留、鋁水排空、廢料品質(zhì)低、廢料量過大等都會在漩渦井及主副室通道上積渣，由于各處通道正常狀態(tài)下都浸沒在鋁水中，給清理工作造成很大困難。前期主要使用叉車用長桿釬子進(jìn)行疏通主副室通道，人工使用渣鏟或釬子清理漩渦井，但效果不佳。

受到爐內(nèi)鋁水人工噴粉精煉的啟發(fā)，最終決定采用氬氣噴粉的方式對各處通道進(jìn)行了疏通，噴出的4AB 精煉劑由于有升溫和除渣功效，同時，適當(dāng)提高鋁液的溫度，熔化一部分殘留鋁渣，目前，各處通道的疏通獲得了良好的效果。

2.5 優(yōu)化漩渦井加料系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖監(jiān)控措施

由于鋁屑在漩渦井處容易堵塞，可能發(fā)生爆燃或爆炸事故，加料過程中安排專人對漩渦井需實時不間斷的進(jìn)行監(jiān)控，但在發(fā)生故障時，人員如果在現(xiàn)場容易發(fā)生安全事故。所以，在漩渦井增加高溫攝像頭實時遠(yuǎn)程在漩渦井觀察區(qū)觀察井內(nèi)情況，為確保漩渦井出現(xiàn)堵塞后能第一時間停機(jī)，后期增加了火焰檢測裝置，研究設(shè)計了安全聯(lián)鎖裝置，在漩渦井觀察區(qū)域設(shè)置了一鍵急停按鈕，漩渦井有堵塞等異常情況時，盯崗人員可第一時間拍下急停按鈕，中止加料，確保加料安全。

3 研究結(jié)果

3.1 雙室爐鋁水溫度精準(zhǔn)控制

本次研究最終確定雙室爐鋁水溫度控制范圍是720～750℃，在這個溫度范圍下，雙室爐加料效率和熔化效率均較高，熔體無過燒風(fēng)險，排煙風(fēng)機(jī)故障率也較低。

通過充分?jǐn)嚢韬腿斯y溫復(fù)核等技術(shù)措施的實施，雙室爐內(nèi)鋁水溫度得到了精準(zhǔn)控制，偏差≤5℃。

3.2 鋁屑加料速度全面提升

通過研究和控制鋁屑的品質(zhì)、輸送帶運行狀態(tài)、漩渦井狀態(tài)、鋁水溫度等，雙室爐鋁屑加料速度得到全面提升，可穩(wěn)定控制在3 ～5t/h。

3.3 鋁屑水油含量控制穩(wěn)定

通過嚴(yán)格執(zhí)行取樣烘烤檢測水油含量的技術(shù)措施，雙室爐添加鋁屑的水油含量可嚴(yán)格控制在2%以下，確保每車都取檢合格，不合格嚴(yán)格做退貨處理，對降低鋁屑燒損起到了關(guān)鍵性的作用，同時也是安全生產(chǎn)的保障。

3.4 漩渦井及主副室通道的清理技術(shù)突破

通過采用氬氣噴粉的方式對各處通道進(jìn)行疏通，雙室爐漩渦井及主副室各處通道的疏通獲得了良好的效果，減少了積渣，對加料效率提升和降低燒損均起到了較好的作用。

3.5 漩渦井加料系統(tǒng)的安全聯(lián)鎖監(jiān)控落實

通過設(shè)計了安全聯(lián)鎖裝置，在漩渦井觀察區(qū)域設(shè)置一鍵急停按鈕，漩渦井有堵塞等異常情況時，盯崗人員可第一時間拍下急停按鈕，中止加料。通過充分發(fā)揮一鍵急停聯(lián)鎖的作用，可以避免因漩渦井加料堵塞造成雙室爐爆燃及爆炸事故，有效確保了雙室爐的生產(chǎn)安全。

4 結(jié)語

通過以上研究和分析，最終確定以下措施對優(yōu)化雙室爐生產(chǎn)工藝、提高雙室爐生產(chǎn)效率以及保障生產(chǎn)安全是積極有效的：將雙室爐鋁水溫度控制范圍在720 ～750℃，雙室爐生產(chǎn)效率較高，熔體無過燒風(fēng)險；嚴(yán)格控制鋁屑的水油含量在2%以下，是降低鋁屑燒損和保障生產(chǎn)安全的有力措施；保持漩渦井通暢，及時進(jìn)行有效清理是保證加料效率的關(guān)鍵所在；鑒于漩渦井加料存在較大的安全風(fēng)險，建議各個生產(chǎn)企業(yè)合理安排人員盯崗，同時，可在必要的位置增加緊急停車按鈕以及高溫攝像頭等設(shè)施，使生產(chǎn)安全可控。