據統計，國內鋁合金熔鑄的綜合能耗高于國外約8%～10%，產品的綜合成品率卻低約10%。因此，提高鋁合金熔煉過程的熱效率，提高鑄件質量和成品率，節約資源能耗，已顯得十分迫切，這也是企業降本增效，增強企業競爭力的重要手段。因此，尋找鋁合金熔煉爐的節能方法和措施，提高熔煉爐的熱效率顯得至關重要。

 

鋁合金熔煉爐的熔煉過程大致可分為4個階段，即爐料裝入—軟化下榻—爐料化平—全部熔化。對鋁料的加熱是通過燒嘴火焰的對流傳熱、火焰和爐墻的輻射傳熱以及鋁料間的傳導熱來完成的，整個過程中，三者之間比率不斷變化，固態時鋁的黑度小，導熱能力強，隨著熔煉的進行，爐料進入半固態，導熱能力下降，熱力學性質發生了根本的變化，液態鋁的導熱能力僅為固態鋁的40%，熔池上部向底部的傳導傳熱過程十分緩慢。

 

熔鋁爐能平衡圖

 

 

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煙氣帶走熱量節能分析及措施

對于火焰反射爐來講，在鋁的熔化期，爐內溫度一般控制在1100℃-1200℃，此時的出爐煙氣溫度即為爐內氣氛溫度，經計算，煙氣帶走的熱量約占爐子熱負荷的60%左右，如果不充分利用這部分余熱，將造成巨大的熱能損失，同時給環境帶來熱污染和煙氣污染。

因此，應充分利用熱傳導和煙氣余熱，減少排放煙氣帶走的熱量，實現熔鋁爐的節能，具體措施可采取：

1.  采用高速均勻化燒嘴，對爐料進行噴射加熱，改善爐內空氣循環，強化爐內傳熱。高速噴嘴使燃氣獲得充分燃燒，提高了燃燒值，減少了燃料的損失，提高了熱效率。

2.  采用蓄熱式高溫煙氣燃燒技術和余熱梯級利用技術，充分利用煙氣余熱，提高風溫，減少熱量損失。目前，蓄熱式熔鋁爐已經得到一定規模應用，研究表明，采用蓄熱式熔鋁爐可節能60%，極大提高熔鋁爐的熱效率，余熱梯級技術利用可使煙氣排放溫度達到150℃左右，減少了熱損失。

 

 

 

 

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過量空氣系數控制節能分析及措施

在燃料流量一定的情況下，過量空氣系數過大，將導致大量空氣未參與燃燒就進入爐膛，這些空氣將降低爐溫，隨煙氣攜帶走大量的熱量，導致熔鋁爐能耗較高。經計算，在650℃排煙溫度條件下，當過量空氣系數等于1時，即沒有大量未參與燃燒空氣情況下，排氣熱損失在30%左右，而在同等排煙溫度時，如果過量空氣系數為1.5時，則排氣熱損失達到41%。

由此可見，控制過量空氣系數對提高熱效率具有重大意義。當然，過量空氣系數也不能小于1，否則會造成燃料不完全燃燒，燃料的化學熱不能充分釋放出來，而損失大量能量。同時，由于燃料的不完全燃燒，還會產生有毒有害氣體，污染環境。

在實際生產中，燒嘴燃料量不是一成不變的，這就要求助燃空氣量要隨著燃料量的波動而調整，否則，將導致排煙中含有可燃氣體或排煙中含有大量空氣，影響熔鋁爐的節能效果，甚至帶來安全隱患。所以為實現過量空氣系數可控，可采取以下措施：

1.  精確測定燃料流量流速，實現流量流速的快速精確控制，保持燃料流速的穩定。

2.  安裝煙氣分析儀和反饋裝置，測量煙氣成分，并將信息即時反饋給主機，進行助燃空氣流量控制，使過量空氣系數為1-1.05，確保熔鋁爐處于最佳燃燒工作狀態。

3.  改善燒嘴處燃料噴出狀態，使燃料成霧化分散噴出，從而助燃空氣量理論值和實際值更接近。

 

熔鋁爐節能系統現場照片

 

 

 

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爐壁爐門節能分析及措施

在熔鋁爐的熱損失途徑中，爐壁爐門散熱損失是僅次于排煙煙氣的熱損失，熔煉過程熱損失的15%-25%，特別是出料口、爐門等處的漏熱非常大。盡管高溫鋁液本身的發射率較低，但是鋁液上面漂浮的一層氧化物發射率較高，況且輻射換熱與熱力學溫度的四次方成正比，因此，爐壁爐門熱損失特別大，另外，個別耐火材料和保溫介質破損地方往往引起局部漏熱，導致爐內熱量散失。

因此，為減少爐料爐門的熱損失，提高熱效率，可采取如下措施：

1.  在爐門和取料口處采用優化設計的反射罩結構，起到遮熱板的作用，防止熱量的大量散失。

2.  采用封閉式電磁攪拌技術進行熔液的溫度均勻化和成分均勻化，減少熔煉過程中爐門開啟時間，減少熱損失。

3.  采用短流程熔鑄工藝，流槽內鋪墊保溫介質，減少取料口和輸送過程中鋁液熱損失。

4.  定期檢查爐壁，避免爐壁局部破損，引起漏熱，或者安裝熱成像儀，對爐壁溫度進行監控，及時修補引起漏熱的爐壁。

5.  爐壁爐門采用絕熱或隔熱性能好的材料。

 

 

 

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爐溫均勻性節能分析及措施

在大型熔鋁爐中，爐溫分布不均勻會導致鋁液燒損，煙氣中氧化鋁含量增加，煙氣排放溫度升高，同時爐膛內高溫區可能使爐壁溫度超限，縮短熔煉爐壽命。由于爐內溫度不均，亦造成爐壁爐門熱損失增大，消耗更多能量。為減少爐溫不均造成的影響，可采取如下措施：

1.  合理設計燒嘴噴射的角度，防止出現升溫死角。一般情況下，圓形熔鋁爐內氣氛流動較均勻，不易出現升溫死角，方形熔鋁爐由于結構的限制，在四角處容易出現升溫死角，因此，應合理設計燒嘴噴射角度，增加爐內氣氛流動性，分散受熱面積，使爐內溫度場均勻化。

2.  鋁熔化平后進行適當電磁攪拌，讓鋁液在爐內實現紊流，進行熱對流，實現鋁液溫度的均勻化和成分均勻化，減少局部過熱。

 

 

 

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爐渣節能分析及措施

作為鋁合金熔煉時的雜質，爐渣是必須與鋁液分離的，生成爐渣的因素很多(包括氧化燒損、爐內雜質等)，因爐渣帶造成的熱損失約占鋁熔爐熱損失5%左右，這些熱損失主要由爐渣帶走的熱和扒渣時散失熱組成，因此，為減少這部分熱損失，可采取以下措施：

1.  減少爐渣的生成量，通過減少氧化燒損，采用純凈原材料，降低爐門打開頻次，改善爐內氣氛等措施減少爐渣生產量。

2.  減少扒渣時間，減少熱損失。通過合理設計抄灰房位置，使用專用扒渣工具來減少扒渣時間。

某鋁企熔鋁爐余熱利用設備

 

根據以上分析，通過采用陶瓷球式蓄熱式系統、電磁攪拌短流程熔鑄工藝、高速均勻化燒嘴、反射罩式爐門、定期檢查爐膛、使用專用扒渣工具等裝置或措施，使鋁合金熔煉爐節能約65%，排煙溫度降低到500℃左右，有效地減少了熱量損失和污染物排放，降低了生產成本。

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