熔铝炉运行特点与热工过程分析

环保窑炉

  一、熔铝炉运行分析

   熔铝炉是典型的周期式高温熔炼设备，一般来说，从铝锭入炉到熔炼结束，大致可细分成以下几个阶段：装料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升温期、精炼及保温期。

二、熔铝炉内料堆熔化过程

   装料通常是在热炉下进行的，这时，烧嘴通常设在关闭或小火状态，随着冷炉料的加入，炉温下降很快，装料时间越长，炉温下降越多。刚装入炉的铝锭在炉内呈料堆状态，随着温度上升，料堆表面的炉料开始熔化，熔融的铝液向下流动，当温度达到600℃左右时，支承料堆的强度消失，料堆下降并没入液面以下，炉内逐渐呈水平镜面。

三、火焰冲击作用

   在料堆没入液面以前，火焰直接冲击到料堆上，由于强冲击作用，炉内对流传热效果占主导作用，热效率最高，炉料熔化最快，炉温上升缓慢。

四、固液转换过程

    随着料堆逐渐没入液面，液面下的熔体呈固液混合状态，对流传热作用逐渐下降，炉温上升速度逐渐加快并很快达到定温（通常设定在1150～1200℃），辐射传热作用逐渐上升，这时，表面铝液的温度上升很快，并将热量向液面下的固液混合体传递，但由于铝金属黑度较小，辐射传热效率并不高，同时此过程还伴随着铝的固液转化，这个阶段熔体的温度变化不大，有时还出现铝液温度下降的现象。

    纯铝的固液转变温度为660℃，铝的比热容为880J/kg·℃，熔化潜热高达393KJ/kg，使一吨纯铝熔化，需要先升温到660℃（约需134737Kcal热量，相当于16m³天然气），然后再将其熔化（约需94020 Kcal热量，相当于11m³天然气），总共需要27m³天然气才能将其融化，远高于铜（213 KJ/kg）、镍（305 KJ/kg）等金属，因此，铝的固液转化期需要消除更多的热量。如果考虑到熔铝炉的热效率，所需天然气量会高很多。
   
    因此，在炉内液面化平以后，一方面由于传热效率的降低，另一方面又因固液转化需要更多的热量供应，熔化过程变得更为缓慢，需要的时间更长，消耗的热量更多。同时，排出的烟气温度也最高。

四、铝液保温过程

    当炉内固体铝全部转化成液态铝以后，熔体对热负荷的需求大幅减少，铝液温度上升速度很快，此时如不及时调整热量供应量，容易出现熔体过热现象。

    在保温期，金属熔体对热量的需求较少，这时，热负荷的供应主要是补充炉体散热损失。

天然气熔铝炉

分析上述各阶段特点，可得出以下的结论：

（1）在加料期，应尽可能缩短加料时间，提高装料作业效率，可提高炉子的能源利用率。

（2）在熔化期，采用高速长火焰燃烧器，加强火焰对铝锭的冲击能力，可加速铝锭的熔化速度。

（3）在液面化平以后及固液转化期，在强化辐射传热的同时提高火焰对液面的对流加热能力，同时采用必要的熔体搅拌手段，可显著缩短熔化时间。

（4）在固液转化期完成后，铝液温度上升很快，应及时控制热负荷的供应量，避免过烧现象的发生。

（5）精炼及保温期应精确控制热负荷大小，确保以最小的热量供应量实现保温效果，从而降低不必要的能源消耗。从铝熔化的过程分析可以看出，在铝的熔化过程中，各阶段热负荷的需求情况及热传导方式均有很大的差异，只有认真分折这些特点，才能做好针对性的设计及控制工作，也只有这样，才能实现熔铝炉设计的最优化效果。