淺談鋁熔體在線處理系統(tǒng)性能特點(diǎn)

孫水江

（青海煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心，青海 西寧 810008）

1 工藝過(guò)程、設(shè)備構(gòu)成、功能及工作原理

1.1 工藝過(guò)程

從混合爐流出的鋁熔體，通過(guò)在線晶粒細(xì)化裝置在線加入晶粒細(xì)化劑、在線除氣裝置精煉和過(guò)濾裝置過(guò)濾后流入前箱，進(jìn)行鑄軋。

1.2 設(shè)備構(gòu)成

鋁熔體在線處理裝置主要由在線除氣裝置、在線晶粒細(xì)化裝置、過(guò)濾裝置、電控系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、精煉氣體控制柜和連接流槽（除氣裝置與過(guò)濾裝置之間）等構(gòu)成。

1.3 設(shè)備功能

（1）在線除氣裝置用于鋁熔體的爐外在線除氣和除渣，經(jīng)在線除氣裝置處理后的鋁熔體中氫氣含量滿足鑄造工藝要求。

（2）過(guò)濾箱用于鋁熔體的爐外在線過(guò)濾，去除鋁熔體中的非金屬夾雜物，提高鋁熔體的質(zhì)量。

（3）在線晶粒細(xì)化裝置用于鋁熔體的爐外在線晶粒細(xì)化。

1.4 工作原理

如圖1，將一定流量的惰性氣體注入鋁液中，通過(guò)一個(gè)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)把注入的氣體打散成微小的氣泡并均勻地在鋁液中擴(kuò)散、上升，有效地除去鋁液中的氫氣。同時(shí)，在小氣泡的上升過(guò)程中，小氣泡的表面張力也能將一部分夾雜帶出熔體，如圖2。通過(guò)旋轉(zhuǎn)噴氣頭在熔體中的攪拌，可以使熔體中的合金元素更加均勻化。

圖1

圖2

2 技術(shù)說(shuō)明及設(shè)備特點(diǎn)

2.1 技術(shù)說(shuō)明

（1）在線除氣裝置：①精煉爐箱體由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板焊接而成）、進(jìn)口陶瓷纖維板（熱導(dǎo)率低、保溫性能好）、高性能的高鋁澆注料內(nèi)襯等構(gòu)成（耐鋁液沖刷、不粘鋁、與鋁不起化學(xué)反應(yīng)），其中澆注料厚度≥120mm，保溫層厚度≥200mm。②精煉爐蓋由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板和28#槽鋼焊接而成）、進(jìn)口陶瓷纖維組塊（熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度好、不易脫落）構(gòu)成，爐蓋保溫層厚度為280mm，同時(shí)爐蓋重量大大減輕。爐蓋上部安裝有覆蓋保護(hù)氣體的管路，覆蓋保護(hù)氣體在進(jìn)入箱體內(nèi)部之前被爐蓋預(yù)熱，這樣就盡量避免了覆蓋氣體進(jìn)入后的熱量損失。③采用浸入式加熱方式，硅碳棒置于特殊材質(zhì)（碳化硅結(jié)合氮化硅）保護(hù)套管中，整體安裝在爐體中通過(guò)輻射、對(duì)流的方式對(duì)鋁液進(jìn)行加熱保溫，停機(jī)時(shí)不需要排放鋁液，保證24h 保溫不降溫。熔體溫度連續(xù)測(cè)量和顯示，升溫速率≥20℃/h，靜態(tài)鋁液溫度控制精度≤±3℃，熔體溫度異常時(shí)報(bào)警，參數(shù)的顯示和設(shè)定可以在溫控智能儀表上實(shí)現(xiàn)。④石墨轉(zhuǎn)子組件由機(jī)體抗氧化高純石墨材料（德國(guó)SGL）制成的旋轉(zhuǎn)噴頭和轉(zhuǎn)軸構(gòu)成，其特殊的結(jié)構(gòu)與特別設(shè)計(jì)的精煉室巧妙的配合在一起，使其產(chǎn)生的氣泡彌散性更好，可減緩氣泡上升速度、增大氣泡捕獲氫和雜質(zhì)的概率，同時(shí)又避免了熔體表面漩渦的產(chǎn)生，從而達(dá)到高效地除氣、除渣和堿金屬的效果。石墨轉(zhuǎn)子由電機(jī)直聯(lián)減速機(jī)通過(guò)V 型帶驅(qū)動(dòng)，控制變頻器可使其在0 ～414rpm 之間以任意速度旋轉(zhuǎn)，滿足生產(chǎn)工藝的要求。⑤精煉爐本體由導(dǎo)熱性極好的隔板分成兩級(jí)的精煉室和保溫室，每個(gè)室各有一個(gè)方便移動(dòng)的扒渣門(mén)便于隨時(shí)清渣。⑥液壓缸提升裝置可以將石墨轉(zhuǎn)子組件單獨(dú)提升，并可旋轉(zhuǎn)180°，便于石墨轉(zhuǎn)子的檢修和更換。加熱器及其保護(hù)套管可整體通過(guò)外力提升，然后進(jìn)行更換。

（2）在線晶粒細(xì)化裝置：①線桿送進(jìn)器由電機(jī)直聯(lián)減速機(jī)驅(qū)動(dòng)，控制變頻器可使其在0 ～5m/min 以任意速度進(jìn)給，同時(shí)可選擇送1 根或2 根線桿，來(lái)滿足生產(chǎn)工藝的要求。②裝置具有線桿打滑報(bào)警功能，一旦線桿打滑或進(jìn)給進(jìn)給器不正常工作時(shí)會(huì)及時(shí)報(bào)警。出口導(dǎo)向輪為高強(qiáng)度軸承，線桿放置方式為水平方式，平穩(wěn)可靠。

（3）在線過(guò)濾裝置：①過(guò)濾箱體由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板焊接而成）、進(jìn)口陶瓷纖維板（熱導(dǎo)率低、保溫性能好）、高性能的高鋁澆注料內(nèi)襯等構(gòu)成（耐鋁液沖刷、不粘鋁、與鋁不起化學(xué)反應(yīng)），其中澆注料厚度≥120mm，保溫層厚度≥200mm。②過(guò)濾箱蓋由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板和5#角鋼焊接而成）、進(jìn)口陶瓷纖維組塊（熱導(dǎo)率低、強(qiáng)度好、不易脫落）構(gòu)成，爐蓋保溫層厚度為280mm，同時(shí)爐蓋重量大大減輕。③采用等直徑硅碳棒加熱鋁液和過(guò)濾板，由于不需保護(hù)套管，直接輻射散熱，使用壽命長(zhǎng)，且更換時(shí)方便。④特殊設(shè)計(jì)的過(guò)濾室可實(shí)現(xiàn)單級(jí)、或雙級(jí)過(guò)濾，用戶可根據(jù)終端產(chǎn)品的質(zhì)量要求選擇放置1 塊或2 塊過(guò)濾板進(jìn)行過(guò)濾。⑤過(guò)濾箱蓋可通過(guò)液壓缸提升，并可旋轉(zhuǎn)180°，更換過(guò)濾板時(shí)方便、安全。

2.2 設(shè)備特點(diǎn)

（1）如圖3，精煉室縱截面上大下小的特殊設(shè)計(jì)，使氣泡在向上移動(dòng)過(guò)程中，即使體積膨脹，也不會(huì)容易地碰撞在一起，從而最大限度減小氣泡合泡機(jī)率，增大氣泡接觸氫、雜質(zhì)和堿金屬的面積，提高處理效果。

圖3

（2）如圖4，精煉室橫截面設(shè)計(jì)為不規(guī)則五邊形，最大限度地減少渦流形成，并可減緩氣泡上升速度，延長(zhǎng)氣泡上升時(shí)間，增大氣泡捕獲氫和雜質(zhì)的概率。

圖4

（3）如圖5，特殊設(shè)計(jì)的內(nèi)置式鋁液進(jìn)出口，無(wú)論在生產(chǎn)還是間歇期間都能夠防止外部空氣進(jìn)入箱體頂部，同時(shí)，還有覆蓋保護(hù)氣體使箱體內(nèi)保持惰性氣體正壓狀態(tài)，避免鋁液和石墨轉(zhuǎn)子等的氧化，同時(shí)減少了造渣量和箱體的對(duì)外散熱。

圖5

（4）加熱功率設(shè)有余量，隨著加熱元件（硅碳棒）老化，不影響加熱功率，實(shí)現(xiàn)24 小時(shí)保溫。

（5）精煉氣體控制柜設(shè)有應(yīng)急氣路，避免鋁液倒吸入石墨噴頭。

（6）石墨轉(zhuǎn)子及噴頭采用德國(guó)進(jìn)口材質(zhì)，使用壽命增長(zhǎng)。

（7）爐蓋內(nèi)襯全部選用日本進(jìn)口纖維組塊，爐體保溫層全部選用日本進(jìn)口纖維板，增加保溫性能，同時(shí)減輕設(shè)備重量。