小型金属熔炼炉

 　　小型金属熔炼炉



　　1金属熔炼炉的作用及结构

　　1.1 金属熔炼炉的作用：

　　金属熔炼炉的作用主要是在确保安全生产的前提下，进行有效的容量控制、炉子维护及废料回收处理，优质、高效、低成本地在熔炼炉内完成熔炼工艺的基本操作，为铸造提供具体要求如下：

　　1)获得化学成分均匀且符合要求的合金熔体。合金材料的组织和性能除受生产过程中的各种工艺因素影响外，在很大程度上取决于它的化学成分。化学成分均匀指的是金属熔体的成分和杂质含量应在国家标准范围内，同时满足客户特殊化学元素成分要求。此外，为保证制品的最终性能和加工过程中的工艺性能，应将某些元素含量和杂质控制在最佳范围内。

　　2)获得纯净度高的合金熔体。熔体纯净度高是指在熔炼过程中通过熔体净化手段，降低熔体中的含气量，减少金属氧化物和其他非金属夹杂物，尽可能避免在铸锭中形成气孔、疏松、夹杂等。

　　3)复化不能直接回炉使用的废料使其得到合理使用。不能直接回炉使用的废料包括部分外购废料、加工碎屑、自产废料等通过熔炼炉复化处理。

　　4)熔炼炉熔炼工艺要求包括合理控制熔炼时间，减少熔炼烧损，采用最佳的精炼方法精炼温度，以获得化学成分、温度均匀并符合要求、纯净度高的熔体。

　　1.2 铸造铝合金熔炼炉的结构

　　熔炼炉按结构可分为矩形炉、圆形炉;按炉子结构可分为固定式、倾翻炉;按加热能源不同可分为燃料加热炉和电加热炉式;按加热方式可分为直接加热式和间接加热式;按炉内气氛的不同可将熔炼炉分为无保护气体和保护气体式。固定式火焰反射熔炼炉结构简单，价格便宜，依靠液位差进行铝合金转注，炉子对位朝着大型化方向发展。

　　2 熔炼炉投入使用后常出现的问题

　　2.1 生产匹配问题

　　结合实际供铝能力、后续铸造产能及生产产品订单量等方面综合考虑，采用最佳熔炼炉-静置炉对应铸造机或熔炼炉直接对应铸造机的组合模式，实现设备投入、生产产量最优组合。

　　一是生产组织配套不理想，熔炼炉-静置炉浇铸机匹配选择不合理，1~1 对 1 单线产能没发挥出来，2~1 对 1 单线投资产能存在浪费。

　　二是设备前期投入成本高，生产产品面对市场没有优势，造成设备利用率不高。

　　三是熔炼炉容量设计不合理、熔炼炉保温性能差，温度损失大，热能利用率低，炉子内衬材料砌筑不达标等，导致了使用成本的增加以及炉子寿命的降低。

　　2.2 炉子维护问题

　　1)进铝液入口、放铝合金液出口设计不便于日常清理维护。由于电解原铝液中含有很多杂质，主要是电解质、氧化渣、碳杂质等，很容易造成结渣。一旦发生进出铝口堵塞的情况，恢复处理会花费较多时间和物力，影响正常生产进程。

　　2)炉门设计不合理导致温度损失大，日常炉子清理维护死角多，造成结渣，严重影响产品质量，同时降低熔炼炉有效容积。

　　3)与铝接触内衬耐火砖的耐电解原铝腐蚀性能不理想，在使用中耐高温变形能力不足，尤其是炉底耐火砖在使用中膨胀变形，炉底中部拱起造成使用寿命的快速降低等。

　　3 设计及改造需要考虑和解决措施

　　3.1 熔炼炉容量的确定

　　熔炼炉台数设计的确定主要依据后续生产配套浇铸机产能、熔炼炉生产节拍共同决定。出于产品质量和生产成本考虑，一般每炉次铝合金液配制合格后要控制在 2~4h 内浇铸成型，其中需要对生产线配套做出选择，是选择 1~1 对 1 单线还是 2~1 对 1 单线，即重点确定需要配制熔炼炉的台数。

　　针对 1~1 对 1 连续式浇铸机生产铸造铝合金方式，具体熔炼炉容量的设计吨位主要考虑以下几点：一是浇铸铸机的生产产能;二是电解原铝液的供给能力，包括原铝液重量及供给时间;三是熔炼炉生产产品种类正常需加辅料及冷料的加入量;四是熔炼相关工艺控制要求;五是熔炼生产节拍，每炉次生产节拍需小于等于浇铸生产节拍。熔炼吨位计算可根据公式 M=ρ×V=ρ× (L1+L2) ×W×H/2=密度× (上边长+下边长) ×宽×高/2，进行计算时 ρ 近似取 2.7t/m3 。

　　3.2 熔炼炉使用性能设计

　　3.2.1 升温能力设计

　　熔炼炉的升温功能在铸造铝合金熔炼中是很关键的一环，关系到升温能力、金属烧损、能源消耗等。设计时主要考虑的内容有：一是根据总装炉量的大小和装炉熔池容量长宽高比 (L1/W/ H)，确定天然气烧嘴的数量及天然气流量;二是利用燃气余热预热助燃风技术或多氧燃烧技术，有效降低能源消耗;三是利用升温自动控制技术和非接触式电磁搅拌技术。

　　生产实践表明，熔池表面越大、熔炼时间越长、炉温控制越高、炉内水气氧含量越高，则金属损耗越高、吸气量越多。因此提出三点建议：

　　一是在确保升温能力时，尽量选择减小熔池表面积;二是采用合理装炉顺序，高温快速熔化，缩短熔炼升温时间，正确控制熔炉温度;三是尽量将物料浸入到电解原铝液后点火升温进行熔炼。

　　3.2.2 内衬、炉子保温性能设计

　　熔炼炉属于高耗能生产设备，内衬材料应具有较高的耐火度、足够的化学稳定性、机械强度和密度，较长的使用寿命、耐腐蚀、低导热，与合金液接触内衬还必须能承受一定机械冲击和炉底内衬涨缩引起的热应力冲击、抵抗精炼剂的腐蚀和热量传导散失;防渗漏浇铸层及隔热纤维板层宜有不少于 50mm 以上厚度[4]。

　　砌筑电解原铝液直接生产铝合金熔炼炉内衬时，充分考虑到内衬材料的合理膨胀变形，尤其是炉底内衬耐火砖，在设计和砌筑时留有足够的膨胀间隙，根据膨胀系数，包括横向和纵向一定距离内布置衬纸做为膨胀空间。

　　正常使用过程中，熔炼炉一直向周围空气中散发热量，这就要求一是铝液接触面外层钢板温度在 60~120℃之间为宜;二是炉顶保温面层温度不高于60℃为宜;三是装满合金液静置摆放时，铝合金液温度损失不宜超过10℃/h。

　　3.2.3 炉门、进出铝口设计

　　炉门、进出铝口设计应遵循便于维护及安全操作使用的原则。炉门设计时，要充分考虑是单炉门还是双炉门，炉门大小及安装位置，因为这关系到入炉辅料尺寸、炉子清理的难易程度及炉子保温性能。炉门开口过小，大块物料难以加入或加入时损坏炉门口浇注料，同时小炉门对应炉子清理死角区增加，炉子有效容积不能保证则带来铝液质量变差、炉内铝合金液很容易溢出增加安全隐患，停炉清理频次增加等。

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吨以下的钛铁熔炼炉、用反射炉焙烧钼精矿 的钼铁生产线及用反射炉还原、煅烧红矾钠、铬酐生产金属铬的 生产线 29、燃煤倒焰窑耐火材料及原料制品生产线 30、环形烧结机、... ---摘自《国工业气体工业协会》

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