淺談鋁熔體在線處理系統(tǒng)性能特點

孫水江

（青海煤礦安全監(jiān)察局安全技術中心，青海 西寧 810008）

1 工藝過程、設備構成、功能及工作原理

1.1 工藝過程

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

1.2 設備構成

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

1.3 設備功能

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

（3）在線晶粒細化裝置用于鋁熔體的爐外在線晶粒細化。

1.4 工作原理

如圖1，將一定流量的惰性氣體注入鋁液中，通過一個旋轉機構把注入的氣體打散成微小的氣泡并均勻地在鋁液中擴散、上升，有效地除去鋁液中的氫氣。同時，在小氣泡的上升過程中，小氣泡的表面張力也能將一部分夾雜帶出熔體，如圖2。通過旋轉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 技術說明及設備特點

2.1 技術說明

（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）、進口陶瓷纖維板（熱導率低、保溫性能好）、高性能的高鋁澆注料內(nèi)襯等構成（耐鋁液沖刷、不粘鋁、與鋁不起化學反應），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）、進口陶瓷纖維組塊（熱導率低、強度好、不易脫落）構成，爐蓋保溫層厚度為280mm，同時爐蓋重量大大減輕。爐蓋上部安裝有覆蓋保護氣體的管路，覆蓋保護氣體在進入箱體內(nèi)部之前被爐蓋預熱，這樣就盡量避免了覆蓋氣體進入后的熱量損失。③采用浸入式加熱方式，硅碳棒置于特殊材質(zhì)（碳化硅結合氮化硅）保護套管中，整體安裝在爐體中通過輻射、對流的方式對鋁液進行加熱保溫，停機時不需要排放鋁液，保證24h 保溫不降溫。熔體溫度連續(xù)測量和顯示，升溫速率≥20℃/h，靜態(tài)鋁液溫度控制精度≤±3℃，熔體溫度異常時報警，參數(shù)的顯示和設定可以在溫控智能儀表上實現(xiàn)。④石墨轉子組件由機體抗氧化高純石墨材料（德國SGL）制成的旋轉噴頭和轉軸構成，其特殊的結構與特別設計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，同時又避免了熔體表面漩渦的產(chǎn)生，從而達到高效地除氣、除渣和堿金屬的效果。石墨轉子由電機直聯(lián)減速機通過V 型帶驅動，控制變頻器可使其在0 ～414rpm 之間以任意速度旋轉，滿足生產(chǎn)工藝的要求。⑤精煉爐本體由導熱性極好的隔板分成兩級的精煉室和保溫室，每個室各有一個方便移動的扒渣門便于隨時清渣。⑥液壓缸提升裝置可以將石墨轉子組件單獨提升，并可旋轉180°，便于石墨轉子的檢修和更換。加熱器及其保護套管可整體通過外力提升，然后進行更換。

（2）在線晶粒細化裝置：①線桿送進器由電機直聯(lián)減速機驅動，控制變頻器可使其在0 ～5m/min 以任意速度進給，同時可選擇送1 根或2 根線桿，來滿足生產(chǎn)工藝的要求。②裝置具有線桿打滑報警功能，一旦線桿打滑或進給進給器不正常工作時會及時報警。出口導向輪為高強度軸承，線桿放置方式為水平方式，平穩(wěn)可靠。

（3）在線過濾裝置：①過濾箱體由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板焊接而成）、進口陶瓷纖維板（熱導率低、保溫性能好）、高性能的高鋁澆注料內(nèi)襯等構成（耐鋁液沖刷、不粘鋁、與鋁不起化學反應），其中澆注料厚度≥120mm，保溫層厚度≥200mm。②過濾箱蓋由鋼制外殼（殼體采用10mm 厚的Q235-A 鋼板和5#角鋼焊接而成）、進口陶瓷纖維組塊（熱導率低、強度好、不易脫落）構成，爐蓋保溫層厚度為280mm，同時爐蓋重量大大減輕。③采用等直徑硅碳棒加熱鋁液和過濾板，由于不需保護套管，直接輻射散熱，使用壽命長，且更換時方便。④特殊設計的過濾室可實現(xiàn)單級、或雙級過濾，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 塊過濾板進行過濾。⑤過濾箱蓋可通過液壓缸提升，并可旋轉180°，更換過濾板時方便、安全。

2.2 設備特點

（1）如圖3，精煉室縱截面上大下小的特殊設計，使氣泡在向上移動過程中，即使體積膨脹，也不會容易地碰撞在一起，從而最大限度減小氣泡合泡機率，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，精煉室橫截面設計為不規(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，延長氣泡上升時間，增大氣泡捕獲氫和雜質(zhì)的概率。

圖4

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

圖5

（4）加熱功率設有余量，隨著加熱元件（硅碳棒）老化，不影響加熱功率，實現(xiàn)24 小時保溫。

（5）精煉氣體控制柜設有應急氣路，避免鋁液倒吸入石墨噴頭。

（6）石墨轉子及噴頭采用德國進口材質(zhì)，使用壽命增長。

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