加熱費用低且具有半均勻化效果的鋁型材擠壓前鋁棒變頻加熱工藝

舒 暢

（西安威特電力電子設備研究所，西安710116）

1 鋁型材生產中的鋁棒加熱工藝現況

在鋁型材生產過程中，首先將鋁錠熔化成鋁液，然后澆鑄成實心或空心鋁棒。由于澆鑄成的鋁棒晶體結構和化學成分分布不均勻，需經過均勻化熱處理，使其化學成分和晶體結構更加均勻一致。均勻化熱處理后的鋁棒在擠壓前還需再次加熱到擠壓溫度，然后才經擠壓機擠壓出鋁型材產品[1-2]。

目前的均勻化熱處理工藝是將鋁棒加熱到450～560 ℃，然后保溫4～12 h后冷卻至常溫(不同材質鋁棒的加熱溫度和保溫時間各不相同）。均勻化熱處理后的鋁棒在擠壓前再次加熱到擠壓溫度（430～560 ℃左右，不同成分鋁棒擠壓溫度不同），最后經擠壓機擠壓出鋁型材產品[3-5]。由以上生產過程可知，在現有的生產工藝中，鋁棒需經過兩次加熱過程，在兩種加熱爐之間轉運，不僅耗時、費工，而且耗能高、生產效率低。這樣就使得鋁棒的加熱能耗費用成為鋁型材生產的主要成本之一。因此，如何降低鋁棒加熱能耗費用也成為鋁型材生產過程中急需優化改進的研究方向。

如果能將現行的兩次加熱過程有機結合成一次完成加熱，將會給鋁型材生產企業帶來巨大的經濟效益和良好的節能減排社會效益。

2 改進鋁棒加熱工藝及設備組成

2.1 工藝改進特點

為了克服上述現有鋁型材生產中鋁棒加熱技術工藝的不足，針對兩次加熱能耗高、效率低、鋁棒搬運耗時費工的缺點[6-7]，西安威特電力電子設備研究所在其已廣泛應用于鋁型材擠壓加熱的變頻鋁棒加熱爐基礎上，改進并實現了一次完成并具有部分均勻化熱處理效果的加熱工藝及設備。該工藝將兩次加熱變為一次加熱，鑄棒澆鑄成型后，不需單獨進行均勻化熱處理，在擠壓前利用感應爐加熱速度快的優勢，將鋁棒加熱集中在晚上谷電低費用時段完成。加熱后的鋁棒進入保溫爐（保溫爐采用多層燃氣爐或電阻爐）后再經4～12 h保溫，這樣既完成了部分均勻化熱處理，也滿足了夜間加熱的鋁棒在日間使用。使用時按加熱先后順序進入擠壓機擠出鋁型材即可。

2.2 改進工藝可行性分析

該工藝雖然不能完全替代鋁棒均勻化熱處理，但可滿足大部分鋁型材性能要求。圖1是改進加熱工藝后的鋁棒加熱工藝曲線圖，圖2是現有鋁棒均質工藝曲線圖，圖3是現有鋁棒擠壓前加感應加熱工藝曲線圖。對比圖1、圖2 和圖3 可知，改進后的鋁棒加熱工藝既滿足了部分均勻化熱處理的工藝過程，也滿足了擠壓前鋁棒加熱工藝過程，說明擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝在理論上是可行的[2]。

圖1 擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝曲線

圖2 目前采用的鋁棒均勻化熱處理加熱工藝曲線

圖3 目前采用的鋁棒擠壓前感應加熱工藝曲線

2.3 改進工藝后加熱設備配置

為實現擠壓前加熱與均勻化熱處理一次完成的加熱工藝，鋁棒加熱設備采用變頻感應加熱爐與保溫爐組合方案。圖4為全套設備組成示意圖。全套鋁棒加熱設備包括：①鋁棒上料機構；②感應鋁棒加熱爐；③鋁棒轉運進入保溫爐機構；④多層式圓形或矩形鋁棒保溫爐；⑤鋁棒轉運進入擠壓機機構；⑥操作控制機構。

采用該設備加熱鋁棒時，由①鋁棒上料機構將冷鋁棒送到感應加熱爐進口，再由②感應鋁棒加熱爐的推進機構將鋁棒推進感應爐內加熱，當鋁棒溫度達到530～560 ℃時，推進爐口下一支待加熱的鋁棒，同時由感應爐出口頂出已加熱的鋁棒；由③鋁棒轉運進入保溫爐機構將加熱后的鋁棒送入④多層式圓形或矩形鋁棒保溫爐。⑥操作控制機構接到擠壓機信號后，給⑤鋁棒轉運進入擠壓機機構發出指令，將鋁棒由保溫爐取出送到擠壓機；由此，完成整個加熱及均勻化工藝。為減少改造設備投資，可將現有多層鋁棒燃氣加熱爐或電阻爐作為保溫爐使用。

圖4 擠壓前加熱與均勻化熱處理一次完成加熱設備組成示意圖

由圖1加熱工藝曲線可知，設計感應加熱爐的加熱時間應小于擠壓時間的一半，這樣就能保證利用晚間谷電12 h之內加熱出的鋁棒數量在保溫爐中保溫，既完成了鋁棒均勻化處理，又滿足了擠壓機24 h生產所需的鋁棒數量。

3 改進鋁棒加熱工藝的優勢

設計擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝的目的是在鋁型材生產過程中，在產品性能達到現有鋁型材性能前提下減少加熱能耗，減少生產周轉環節，減少人工成本。

（1）減少生產成本提高利潤率。表1是傳統工藝和改進工藝在鋁型材生產中每噸鋁棒加熱能耗對比。

表1 傳統工藝和改進工藝的鋁棒加熱能耗費用對比

由表1可知，改進后的一次加熱工藝比目前采用的兩次加熱工藝可節省一半以上的加熱費用，節能效果非?？捎^，并且使用了國家鼓勵使用的晚間谷電，利國利民。

（2）減少廢氣排放保護環境。表2 是傳統工藝和改進工藝在鋁型材生產中每噸鋁棒加熱排放的廢氣量。

表2 傳統工藝和改進工藝鋁棒加熱排放廢氣量對比

由表2可知，改進后的一次加熱工藝比目前采用的兩次加熱工藝在鋁型材生產中可減少90%以上的廢氣排放。

4 結論

數據分析結果表明，改進鋁型材生產中的鋁棒加熱工藝是完全可行的，而且由于現有設備可部分使用，大功率加熱又是在晚間進行的，所以其它設備以及供電等基礎設施不需大量投入。目前國內鋁型材全年總產量45000 kt左右，如果有50%的產量采用該工藝生產，可為鋁型材生產企業節省50 多億元的生產成本；降低日間用電高峰負荷，可減少二氧化碳排放量4000 kt、二氧化硫排放量200 kt以上，經濟效益和社會效益巨大。