博比巴茨（上海）機(jī)械設(shè)備有限公司

　　摘 要：

　　從熔鋁爐熱工過程分析入手，指出不同爐型或者是同一爐型的熔鋁爐使用不同燃料或不同的燃燒器，其燃料的消耗會不同，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不同，因此，對企業(yè)而言選擇適合的燃料與燃燒器實(shí)現(xiàn)以較小的能源消耗獲取非常大的熔鋁速率，從而達(dá)到熔鋁爐設(shè)備能源利用率較優(yōu)化的目的。

　　前言

　　鋁及鋁合金熔煉爐（簡稱熔鋁爐）是鋁加工熔鑄行業(yè)較常用的設(shè)備，其熔煉過程也是鋁加工行業(yè)能源及材料消耗非常大的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，熔化速率及噸鋁能耗是熔鋁爐兩個較基本的能力指標(biāo)，不同爐型或者是同一爐型的熔鋁爐使用不同燃料或不同的燃燒器，其燃料的消耗會不同，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也不同，因此，對企業(yè)而言選擇適合的燃料與燃燒器實(shí)現(xiàn)以較小的能源消耗獲取非常大的熔鋁速率，從而達(dá)到熔鋁爐設(shè)備能源利用率較優(yōu)化的目的。

　　1 熔鋁爐熱工過程分析

　　熔鋁爐是典型的周期是高溫熔煉設(shè)備，一般來說從鋁錠入爐到熔煉結(jié)束，大致可分為以下幾個階段：裝料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升溫期、精煉期及保溫期。

　　裝料通常是在熱爐條件下進(jìn)行的，這時，燒嘴通常設(shè)在關(guān)閉或小火狀態(tài)，隨著冷爐料的加入，爐溫下降很快，裝料時間越長，爐溫下降越多。剛裝入爐的鋁錠在爐內(nèi)成堆狀態(tài)，隨著溫度上升，料堆表面的爐料開始熔化，熔融的鋁業(yè)向下流動，當(dāng)溫度達(dá)到 600℃左右時，支撐料堆的強(qiáng)度消失，爐內(nèi)呈水平鏡面。

　　在料堆沒入液面以前，火焰直接沖擊在料堆上，由于強(qiáng)沖擊作用，爐內(nèi)對流傳熱效果占主要作用，熱效率較高，爐料熔化較快，爐溫上升緩慢。

　　隨著料堆逐漸沒入液面，液面下的熔體呈固液混合狀態(tài)，對流轉(zhuǎn)熱作用逐漸下降，爐膛溫度上升速度逐漸加快不達(dá)到設(shè)定溫度，輻射作用逐漸上升。

　　在爐內(nèi)液面化平以后，一方面由于傳熱效果的降低，另一方面又由固液轉(zhuǎn)化的需要，熔化過程變得更加緩慢，需要時間更長，消耗熱量更多。同時，排出的煙氣溫度也較高。

　　當(dāng)爐內(nèi)固體鋁全部轉(zhuǎn)化呈液態(tài)鋁以后，熔體對熱負(fù)荷的需要大幅減少，鋁液溫度快速上升，此時較易出現(xiàn)熔體過熱現(xiàn)象。精煉及保溫操作對熱量的需求較少，這時，熱負(fù)荷的供應(yīng)主要是補(bǔ)充爐體散熱損失。

　　從熔化的過程分析可以看出，在鋁的熔化過程中，各階段熱負(fù)荷的需求情況及熱傳導(dǎo)方式均有很大差異。

　　2 熔鋁爐的能源

　　目前，國內(nèi)熔鋁爐所用能源多數(shù)是以煤、柴油、重油、天然氣和煤氣為主。而煤是儲存量較多，分布較廣的燃料，常用的煤指標(biāo)有水分、灰分、揮發(fā)分和發(fā)熱量。不同產(chǎn)地，不同類別的煤，質(zhì)量等級相差很大。

　　液體燃料有很多優(yōu)點(diǎn)，主要含熱量高、廢物含量小、灰分低、燃燒熱效率高，同時便于運(yùn)輸。柴油價格貴限制了它的使用，重油因價格低廉而使用的較多。氣體燃料燃燒完全且易于控制，容易實(shí)現(xiàn)燒嘴的空氣，燃料自動比例調(diào)節(jié)，還可以對燃料和空氣進(jìn)行預(yù)熱，從而節(jié)約燃料。使用氣體燃料還可以實(shí)現(xiàn)輻射加熱，高速氣流均勻加熱，沖擊加熱，輻射管加熱和無氧化加熱等各種加熱工藝要求，是工業(yè)爐理想的能源燃料。

　　從我公司的多年設(shè)計(jì)制造的經(jīng)驗(yàn)上得出，就熔化成本而言，天然氣較低，煤次之，有較貴，大至相差 1- 3 倍。

　　然而，天然氣前期投入大，且受地域限制；而煤因其燃燒后排放的煙氣中含有大量的粉塵和含硫氣體，需要進(jìn)行煙氣除塵及凈化處理，也受到一定的限制。

　　3 燃燒器的應(yīng)用

　　在熔鋁爐設(shè)計(jì)中，燃燒器的選型及合理布置是重要環(huán)節(jié)之一，由于鋁金屬黑度較小，接受輻射傳熱力較弱，因此在熔鋁爐設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能強(qiáng)化對流傳熱，提高火焰對鋁金屬的對流效果。主要通過以下幾個方面來實(shí)現(xiàn)：

　　3.1 優(yōu)先選擇高出口速度并具有一定的火焰長度的燃燒器以提高對流換熱能力；

　　3.2 加大燃燒器的安裝傾角，強(qiáng)制使火焰與鋁金屬之間形成沖擊作用；

　　3.3 合理安排排煙孔位置，盡可能使火焰沿鋁液表面流動并延長高溫?zé)煔庠跔t內(nèi)的時間；

　　3.4 盡可能采用余熱回收技術(shù)，提高火焰理論溫度；

　　雖然，在火焰的沖擊下，局部會出現(xiàn)金屬過燒現(xiàn)象，但由于強(qiáng)化傳熱后，可以大大縮短總的熔化時間，爐內(nèi)總的金屬燒損兩不但不會增加，反而會略有減少。

　　多年以來，高速燒嘴及換熱器一直是先進(jìn)熔鋁爐燃燒技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)配置，但實(shí)際生產(chǎn)總，由于熔鋁爐灰附著及惡劣的煙氣侵蝕的緣故，熔鋁爐換熱器總是難以解決個難題，使用效果也很不理想。

　　因此，傳統(tǒng)的熔鋁爐噸鋁能耗是比較高的，通常噸鋁能耗都在 3000MJ~4300MJ 左右。

　　爐子熱效率大都在 30%左右。

　　近年來，蓄熱式燃燒器的應(yīng)用改變了這個局面，通過采用這種燃燒器，熔鋁爐煙氣的排放溫度可降至 200℃以下其噸鋁能耗僅為2100MJ 或更低。

　　蓄熱式燒嘴的蓄熱體采用的是氧化鋁小球，通過定期的更換氧化鋁球有效地解決了煙氣成分過臟的問題。

　　在具體應(yīng)用中應(yīng)注意以下幾方面：

　　a.與常規(guī)燃燒器相比，采用蓄熱式燃燒器的熔鋁爐爐膛尺寸應(yīng)盡可能的大一些，只有這樣，才能提供足夠的燃燒空間，實(shí)現(xiàn)非常大的小時熔化率；

　　b.蓄熱式燃燒器換向瞬間，火焰對爐膛的沖擊比非常大，應(yīng)設(shè)有公開式的輔助煙道，來保證熔鋁爐在合理的工況下運(yùn)行；

　　c.蓄熱式燃燒器換向頻繁，對各元器件的可靠性要求較高；

　　d.蓄熱式燃燒器應(yīng)配有火焰大小連續(xù)調(diào)節(jié)及控制功能，與常規(guī)燃燒器相比，由于蓄熱式燃燒器火焰更大，燃燒溫度更高，否則，精煉保溫時會出現(xiàn)更高燒損率。

　　結(jié)束語

　　熔鋁爐的燃料選擇與燃燒器的選擇涉及的內(nèi)容是多方面的，因此，在實(shí)際生產(chǎn)中，我們要因地制宜，根據(jù)各地的實(shí)際情況來選擇。