1、1熔炼炉和静置炉的基本要求1992894 号“铝加工厂建设标准”和 YSJ 011-9l“铝加工厂工艺设计规范 ”铝合金熔炼炉的主要任务就是高效率的熔化铝锭、废料和其他炉料，配制铝合金。铝合金熔炼炉的发展史，实际上就是针对存在的问题不断改进提高炉子效率的历史。对现代铝合金熔炼炉的基本要求是：1)热工性能好。即熔化速度快，热效率高，单位产量燃料消耗少。2)操作性能好。即炉温均匀，炉温、炉压、炉内气氛可以方便调节控制，装料、搅拌便于实现机械化作业，对燃料变化的适应性强。3)性能价格比高。即设备占地面积小，单位产量设备投资低、使用寿命长，维修成本低，金属损耗少，使用燃料便宜易得。4)环保安全。即设备
2、噪音低，炉子密封性好，排烟好，操作环境好；设备在点火、燃烧、熄火过程中要有可靠的安全保障。按照建标1992894 号“铝加工厂建设标准”和 YSJ 011-9l“铝加工厂工艺设计规范”的要求，铝及铝合金的熔化，宜采用火焰炉，热效率应大于 40%。容量 l5 t 及以上的火焰熔化炉宜采用圆形或其他先进炉型，配以换热器，燃烧系统宜采用自动控制。容量 l5 t以下的火焰熔化炉可采用比例控制烧嘴。静置炉用于接受在熔炼炉中熔炼好的熔体，并在其中进行精炼、静置和调整熔体温度，在铸造过程中对熔体起保温作用。因此，熔体的最终质量在许多情况下与静置炉的类型和结构有关。对静置炉的基本要求是：1)炉内水蒸气含量少。
3、2)熔池内熔体的温差小、保温良好并能准确控制炉温。3)具有一定的升温能力。4)容量与熔炼炉相适应。5)结构简单、操作方便。按照建标 1992894 号“铝加工厂建设标准”和 YSJ 011-91“铝加工厂工艺设计规范的要求，静置炉(保温炉) 宜采用电阻炉。当电源不足或炉子容量较大时，也可采用火焰炉，并应设置炉温自动控制装置。二、变形铝合金熔炼炉分类和优缺点比较1熔炼炉的分类常用变形铝合金熔炼炉分类方法很多，按使用热源的种类分，有电炉和燃料炉(燃煤炉、燃油炉、燃气炉)两大类。电炉按加热方式、结构和频率又可细分为很多种，燃料炉俗称火焰炉，也可按炉型和炉体结构细分为很多种，见图 2121。22电阻反
4、射炉的优缺点电阻反射炉的优点是：水蒸气含量少，烧损小，炉温控制准确，熔炼的金属质量高；没有噪音，没有燃烧废气，工作环境好；结构简单，造价较低，维护保养简便。缺点是：加热元件只能安装在炉顶，单位功率不大(通常为 3040 kW/m2)，不仅生产率低，而且炉子占地面积较大；热效率比火焰炉高，但比感应炉低；另外，由于金属熔体和熔剂对加热元件的腐蚀作用，不仅给操作带来困难，而且需要经常更换加热元件。3感应电炉的优缺点感应电炉的优点：热量产生在金属材料本身；合金烧损少，熔化速度快，热效率高；有电动搅拌作用，使熔体的成分和温度更为均匀，而且减轻了工人炉前操作的劳动强度；熔体表面积和熔体体积的比可以尽可能小
5、，减小了合金氧化、吸气的机会。同时，炉内水蒸气含量少，温度易于调节和控制，熔体品质高；烟尘少，噪音小，作业环境好。感应电炉的缺点是：电器设备费用较高。两种类型的感应电炉相比较，熔沟式有芯感应炉具有原始功率因数较高(一般为 0.3%0.5%) 、设备投资少( 约为同容量坩埚式无芯感应炉的一半)、热效率较高的优点。但这种炉子开炉操作较复杂，必须留 20%30%的起熔体，搅拌作用不如坩埚式强烈。熔沟的工作条件恶劣(同时受高温、金属静压和电磁力的冲刷作用，而熔沟壁很薄，由内外温差引起的热应力很大)、寿命较短、且易为炉渣所堵塞。所以，熔沟式有芯感应炉多用于产量大、合金品种少、昼夜连续作业、炉料以新锭和大
6、块料为主的场合。坩埚式无芯感应炉的优点是：搅拌作用比熔沟式炉强烈，熔炼温度更高(可达l600 ，比熔沟式炉高 100200)，在有效容量相同的条件下，输入功率比熔沟式炉可大数倍，因而熔化速度快，而且合金转组方便，炉结的清理和维修都较方便。缺点是原始功率因数低(通常小于 0.2)，单位产量能耗较高，热效率较低。为了提高功率因数，需要有相当数量的补偿电容器。而且，坩埚炉多为单相，一般需要三相平衡装置。对于中频3感应炉，还需有变频设备，因而使炉子造价更高。这种炉子主要用于中间合金熔制，废料重熔，合金转换频繁及间隙作业的场合。在坩埚式无芯感应炉中，随着电流频率增大，电流渗透深度减小(见表 2121)，
7、集肤效应更明显，搅拌作用减弱。但由于磁力线变化频率提高，金属的涡流电势增大，炉料中热能增加，因而熔化速度和热效率提高，起熔也很容易。反之，工频炉传递功率困难，熔化速度和起熔速度都比较慢。但工频炉不需要变频装置，设备投资较省，在使用和维护方面比较简单，常用于大容量的炉子。表 2121 铝在不同频率下的电流渗透深度电流频率 /Hz 25 50 500 1000 10000物态 固态 液态 固态 液态 固态 液态 固态 液态 固态 液态电流渗透深度/cm 1.7 5.2 1.2 3.68 0.38 1.16 0.27 0.82 0.085 0.264火焰炉的优缺点 火焰炉的最大优点是熔化速度快，炉子
8、容量可以做得很大，因而产量高，成本低。缺点是：火焰直接与金属接触，易烧损，易造成局部过热，炉子中水蒸气含量高，熔体吸气量多(应该指出：在严格遵守熔炼、精炼及转注工艺的条件下，也能得到满意的熔体品质)；由于燃烧废气带走大量热量，在不采取余热利用措施的前提下，与电炉比较，炉子的热效率低；此外，在采用气体或液体燃料时噪音较大，在排烟和通风设备不健全的情况下，燃烧废气有可能污染车间空气，恶化作业环境。1)固定式矩形炉这种炉子 见图 2122(a)的侧壁设有炉门，用装料机或人工将冷料经炉门装入炉内炉子的端面上安装的油喷嘴或煤气烧嘴向液面略有倾斜。这种炉子具有如下特点：能随意设计炉子容量的大小；可以留出较
9、大的装料口；易于小修；设备费比倾动式炉便宜。对于容量为 3040 t 的这种炉子，其热效率可达 25%35%。安装换热器后，热效率可达 40%55%(见表 2122)。表 2122 南海通润熔铝炉主要技术性能炉子型号 TRRl2 TRR25 TRR45容量/t 12 25 45炉架及炉壳材料 型钢+全包钢板熔池材料 一级高铝砖隔热材料 轻质保温砖结构形式 斜炉门拱顶矩形炉燃料种类 0#轻柴油喷嘴类型 环保型高效节能蓄热式喷嘴燃烧能力/kgh -1 3504续表 2-12-2炉子型号 TRRl2 TRR25 TRR45燃料单耗/kg(tAl) -1 5070排烟温度/ 200工作方式 一队喷嘴交
10、替燃烧装机电容量/kW 40 43 80控制方式 微电脑智能化控制(全自动或手动)炉墙外表面温度/ 室温+45这种炉子还可以设计成双膛熔化-静置炉、双膛双向炉(见图 2-12-3)、带前床的熔炼炉(见图 2-12-4)和干燥炉床。5双膛熔化 -静置炉，一个炉膛熔化，另一个炉膛静置，起到利用废气余热保温、提高热效率的作用。同时在静止炉膛也装有烧嘴，防止铝液降温。双膛双向炉由两个炉膛组成，共用一个静置炉，炉子两端根据容量大小各安装有 13 个烧嘴。一个炉膛熔化时，另一个炉膛对炉料进行预热，交替进行，周而复始，可使燃烧废气排放温度降低到 350左右，从而使热效率提高 15%20%。带前床的熔炼炉就是
11、把固定式矩形熔炼炉的侧面和称为前床的加热室相连，并有敞开式液体金属槽的炉子。前床部分主要是为了熔炼废料而设置的。将废料装入前床，靠熔融金属液本身的热量来熔化。加热室和前床之间的隔墙用能升降的撇渣门隔开，一边用泵使金属液循环，一边促使废料熔化。这种炉子可使废料金属的烧损大大降低，但炉子的热效率会降低到 20%25%。干燥炉床的炉膛断面是倾斜的阶梯形，用于从含铁的铝废料中分离铁杂质。2)固定式圆形炉在火焰炉中，采用顶部加料的圆形炉(见图 2125b)与矩形炉比较具有很多优点：装炉时问短，缩短了熔化周期；燃烧气体在炉内旋转，火焰呈一定角度喷向液面，加强了对流传热，不仅炉温比较均匀，而且加快了熔化速度
12、，提高了熔化能力和热效率(对于容量为 3040 t 的炉子，热效率可达 40%)；在容量和表面积相同的情况下，熔池深度较小，而在容量和熔池深度相同的情况下，占地面积也较小：减轻了劳动强度；简6化了耐火材料结构，减少了砌砖工作量；因为上部能敞开，修炉时，炉子冷却快，易于修补。但圆形炉的炉顶开盖及移动机构比较复杂，建设投资比同容量矩形炉稍大。3)固定式竖式炉这是我国科技人员开发的一种节能性熔铝炉(见图 2126)，从上世纪 80 年代初至今，经过 20 多年的不断完善，现在基本上已在铝加工行业推广使用。这种炉子目前形式很多，有矩形、也有圆形，叫法不一，有人称快速熔铝炉，也有人称 L 形熔铝炉，还有
13、人称冲天炉、塔形炉和竖式炉等，其实基本都属于这一类。这种炉子由底炉、竖炉、燃烧系统、空气预热系统、排烟及控制系统等组成。采用翻斗式机械加料或炉顶平台人工加料。竖炉中炉料和空气预热器利用烟气预热，因此，具有较高的热效率。其主要技术经济指标见表 2123 和表 2124。表 2123 固定竖式熔铝炉主要规格和枝术经济指标规 格 L5 L8 L10 L12 L15 L20 L25额定容量/t熔化速度/th -1油耗/kgt Al-152.583O104.01214.045-55155.0205.5257.0金属损耗/%大修炉龄/a排烟1.53150%，林格曼一级表 2126 国产 RLR 系列电阻反
14、射式熔铝炉主要技术性能产品型号 额定容量 额定功 率 额定电 压 额定温 度 相数 熔池尺寸 /mm 熔化效 率7/t /kW /N / /th-1RLR 一 1659-1RLR 一 3009-3RLR 一 5259-6RLR 一 6809-9RLR 一 8009-12RLR 一 5009-15RLR 一 8009-18RLRl000924RLRl20094013691215182440165300525680800500800100012003803803803803803803803803809509509509509509509509509503333333332500170024033
15、20220031050602500300650025003506000300050073002500480800030005001000030005001200030005000.250.450.801.051.200.751.201.501.80电阻静置炉在结构上与电阻熔化炉相似，只是熔池要稍微深一些，熔池镜面积要小一些，而且配置的电功率大约只有同容量熔化炉的 50%60%。几种国产电阻静置炉的主要技术性能见表 2127。表 2l27 国产 RLB 系列电阻静置炉( 保温炉)主要技术性能产品型号额定容量/t额定电压/V额定功率/kW额定温度/熔池尺寸/mm 相数RLB 一 24096RLB
16、一 250910RLB 一 300 一 915RLB 一 6009 一l8RLB 一 500924RLB 一 600924RLB 一 7009406101516242440380240250300600500600700900337025005104910200057851222400728730025006806900260075074002840763995030007953四、感应式熔炼炉感应式熔炼炉是按变压器的原理工作的。在感应线圈中通过交变电流时，在感应线圈内便产生一个交变磁场。位于交变磁场中的金属在感应电势的作用下产生感应电流。由于金属具有一定的电阻，根据焦耳-楞次定律，就有热量产
17、生，从而使金属加热熔化。在熔沟式有芯感应炉中，带铁芯的感应线圈相当于变压器的一次线圈，被加热的金属置于环绕在感应线圈外围的熔沟之内，相当于变压器的二次线圈。在坩埚式无芯感应炉中，不带铁芯的感应器相当于空气芯变压器的一次线圈，被加热的金属置于坩埚内被感应器环绕着，相当于变压器内短路连接的二次线圈。我国铝加工行业，除了某些特殊合金及某些原采用工频有芯感应电炉从事铜熔炼的企8业外，采用感应熔炼炉来熔制成品铝合金的不多，只是在生产铝中间合金时，才用到小容量的中频或工频坩埚式无芯感应炉。这种感应炉通常由炉体、电源、补偿电容器和熔炼控制台等几部分组成。中频坩埚式感应炉的炉体由炉架、感应器、坩埚、磁轭、紧固
18、装置和倾炉装置组成。炉架有固定支架和活动支架两部分，通常由型钢焊接而成，并由几个相互绝缘的单独部分组成，以防止在炉架中产生感应电流。坩埚、感应器等均安装在活动支架内，并随活动支架一起由倾炉装置控制翻转。磁轭由硅钢片叠制而成，主要起磁屏作用，以约束感应器的漏磁，防止周围金属构架发热。倾炉装置随炉子容量和炉型而异，大致有手动式、电动式和油压式三种。感应器一般用紫铜矩形管绕制而成，且用绢带或玻璃布半压缠绕，而后涂以绝缘漆，管间以云母垫片绝缘，以防止短路。由于感应器中通过的电流很大，加上坩埚壁传来的热量，使得在一殷情况下都必须对感应器通水冷却。冷却水压约 0.2 MPa，冷却水量以使出水温度不大于 4
19、0为宜。为了减少电磁振动力的不利影响，炉体在水平方向和垂直方向均采用紧固装置将其压紧。坩埚是炉子的重要组成部分，对它的基本要求是：耐火度高、抗侵蚀性好、急冷急热性能好、机械强度大，并具有较好的绝缘性能。在熔制铝中间合金时，我国多采用以石英砂为骨料、以硼酸为粘结剂的酸性材料(通用配方是：23mm 粒度石英砂 42.5%，0.250.5 mm 粒度石英砂 27%，水泥状细石英砂 25%，硼砂 2.5%，水 3%)捣制而成。但在生产 AlTiB 中间合金时，也有采用刚玉砂作炉衬的。坩埚的厚度应在保证安全生产的条件下薄一些好，通常在 50150 mm 之间。中频电源多采用可控硅变频器，具有效率高、噪音
20、小、运行可靠、体小量轻、安装维护简单、输出功率可调等优点，在我国已普遍采用。补偿电容器是调整炉子功率因数用的。图 21211 是坩埚式变频感应熔炼炉的结构示意图。五、火焰炉9火焰炉熔化金属所需的热量是靠燃料燃烧装置供给的。燃烧产物在从燃烧装置流向烟道的过程中，热量主要以辐射的形式传给炉料。为了提高炉子的熔化效率，人们发展了火焰直接喷射加热和顶吹加热的快速熔化炉，在这种炉子中，热量主要是以对流的方式传给炉料的。1火焰炉的结构火焰炉的结构形式很多，但通常都是由炉体(包括炉基、炉底、炉墙、炉顶、炉门和金属构架)、燃料燃烧装置、废热利用装置、烟道和烟囱等几部分组成的。常用的固定式矩形炉的炉体结构大致有
21、三种形式(见图 21212)。其中(a)、(b)两种多用于液体或气体燃料炉，(c)多用于固体燃料( 块煤)炉。在(a)型炉中，火焰从炉头进入炉内，沿熔池物料面经过，到炉尾被吸人烟道。在(b)型炉中，炉顶在纵向呈下垂式，火焰从烟道的同一端进入炉内，从炉顶压向熔池液面，然后进入烟道。这种炉型使火焰紧贴金属，且燃烧产物在炉内停留时间较长，增加了对金属的辐射传热和对流传热，因而升温较快，热效率较高。在(c)型炉中，火焰从燃烧室越过火墙进入炉膛，然后被下垂式弧形炉顶压向炉料，再进人烟道。所有类型的火焰炉，炉基多用混凝土砌筑，在炉基上通常还铺设槽钢或工字钢，以避免潮湿，并起通风散热作用。熔池一般都砌成倒拱
22、形，以避免炉底上浮。为了防止金属渗入炉底，在炉底中间一般铺有一层厚度不大但十分紧密的镁砂层。为了便于放出金属，熔池底略向金属流口方向倾斜 12 。火焰炉的炉顶一般采用拱顶，拱顶中心角为 6090，拱高为跨距的 l2%l5%。根据炉子容量的大小，炉墙上开有数量不等的炉门。炉门通常开在炉子正面，其大小主要依加料槽的尺寸和操作情况而定，炉门一般用电机启闭，且通水冷却。金属构架是防止炉子变形，抵抗砌砖在烘炉或工作过程中产生的膨胀和收缩力，加固炉体。图 21213 是铝合金圆形熔炼炉的结构示意图。这种圆形炉在结构上采用了可开启的炉盖，炉盖周边采用冷却套。在炉盖的上面有炉盖提升装置。加料方式是用天车吊运料
23、斗于顶部加料。四个烧嘴对称均布在炉墙上，火焰沿切线方向并向下呈一定角度射向炉料。此外，在炉墙上还开有四个呈对称分布的烟道口。102燃料燃料是火焰炉的热源，它必须在和适量的空气混合后易于稳定的燃烧，价格便宜，供应可靠，同时在运输及贮存方面应安全方便。燃料根据物态分为气体、液体和固体三类。目前，铝加工行业主要使用气体和液体燃料。 1)气体燃料(1)气体燃料的优缺点气体燃料的优点是：燃烧效率高，用很少的过剩空气就能完全燃烧；能保持稳定的燃烧，它不像固体或液体燃料那样必须经气化或雾化并与空气混合后才进行燃烧。由于燃料本身是气体，和空气极易混合，一经混合即可燃烧。因此，点火、控制、熄火都很容易；可用排出烟气的余热来预热燃料本身(由于高温下燃料会分解，预热温度受到一定限制)； 灰分含量接近于零；和固体、液体燃料相比较，气体燃料成分中含氢多，含碳少，所以不易产生黑烟。气体燃料的缺点是：和固体、液体燃料相比较，单位体积的发热量小，所以输送管道、贮存或搬运都要多花钱；气体大多无色、无臭，因此失火、中毒的
