鑄軋生產在線除氣技術改造

王寶中

摘要：鋁產品在熔煉、鑄軋過程中會吸氣，造成產品含氣、夾渣，鋁合金熔體的精煉主要是除去氫及氧化夾渣，鋁水在流送過程中易產生二次污染，所以不僅需要進行爐內精煉，在線精煉、在線除氣、在線過濾是爐內精煉的完善和補充。

關鍵詞：除氣;轉子;精煉;控制

引言

在鑄軋生產過程中，尤其是每年6-9月高溫多雨季節，鑄軋卷中氣孔、夾雜等嚴重影響其內部質量，導致鋁成材率降低。因此，鋁水在線處理一直是我們重點研究和改進的對象。目前我公司使用的在線精煉設備密封性能不是很好，箱體之間或箱體與箱蓋之間只是機械的連接在一起。尤其是除氣箱，在石墨轉子除氣過程中，達不到封閉除氣的效果，產生的粉塵彌散在除氣箱上方，對生產環境有一定污染。保溫性能較差，造成溫降大，為了保證前箱溫度，熔煉爐鋁水溫度很高，熔體吸氣嚴重。此次進行的鋁水在線處理系統改造主要目的是提高鋁水純度，減少溫降，改善生產環境。

1技術及工藝要求

1.1氫氣的產生及除氣原理

燃氣熔煉爐燃燒熱效率高，熔化速度快，污染性小，溫度可自動控制。但是由于天然氣燃燒使爐氣中的水分壓高，水分與Al反應產生H₂（3H₂O+2Al=Al₂O₃+3H₂），氫通過物理吸附、化學吸附和擴散進入鋁液。爐氣中的水分壓越大，鋁液中所吸收的氫越多。因此，必須在保溫爐與鑄軋機之間的生產線上配備效率較高的除氣裝置。

目前的除氣原理是將惰性氣體通入鋁水中，鋁水中溶解的氫，通過濃差擴散進入惰性氣泡中，惰性氣泡浮出鋁熔體時，將氫除去。在動力學上，除氣速度或效率受多個參數的控制，這些參數是相互依賴的，除氣效率取決于這些參數之間的搭配。主要有以下幾點：鋁液和氣泡間的氫濃度差、氣泡總表面積、氣泡密度、氣泡與金屬的相對運動速度、氣泡停留時間等。

1.2惰性氣體氣泡的產生

除氣系統中惰性氣體氣泡的主要產生來自旋轉噴頭：在氣體從旋轉噴嘴周邊上的孔噴射的過程中，被旋轉噴嘴和鋁液間產生的剪切力打碎成細小泡。產生的氣泡大小取決于旋轉噴頭孔的大小，氣體通過孔的速度和旋轉噴頭的周邊速度。孔越小，氣體出口速度越高，旋轉噴嘴的周邊速度越大，產生的氣泡越小。高轉速和小孔徑，帶來相當多的設計問題，轉子維護和運行所需要的空間大，使得到的氣泡密度受到限制。

2設備改造

2.1原設備系統

鑄軋車間的生產使用的在線除氣系統，除氣采用的是氮氣，設備一直沿用老設備，已不能滿足現場管理、產品質量的要求。由于轉子的高速旋轉，和氮氣的攪拌作用，產生了很多的細微的鋁屑顆粒，在除氣箱周圍彌漫，對設備、環境衛生影響很大，人站在除氣箱旁邊，有迷眼的感覺，對鑄軋工的呼吸系統有很大的危害。

2.2改造后在線除氣系統

本次改造使用的裝置是一套系列化的除氣、除渣裝置，除氣過濾及所有的電控、氣控、耐火澆注料設備為一體的配套裝置。

裝置部分包括二臺液壓升降旋轉裝置，其中一臺作為除氣旋轉裝置，主要控制石墨轉子，旋轉除氣。另外一臺作為加熱系統使用，采用插入式硅碳棒外加氮化硅保護套加熱（發熱功率24KW）。

除氣箱（鋁液除氣罐）前后箱連體（中間用碳化硅板為隔板），前箱為除氣、加熱部分，后箱為出鋁部分。

3控制系統

3.1電氣控制系統

1、本系統以除氣裝置內鋁液的溫度為主要控制對象，輸出控制觸點控制晶閘管模塊的電壓輸出，從而控制24KW加熱器的加熱回路電壓，可以實現保持鋁液溫度和在小范圍內調節鋁液溫度的目的，滿足生產工藝要求。當鋁液溫度超過設定值時，晶閘管模塊自動調節加熱器電壓，以保證加熱器使用壽命，當鋁液溫度過低、加熱器保護套管破損鋁液浸入或加熱元件斷開，聲光報警器自動報警提示。

2、由于鋁液的溫度和流量隨工藝的要求有所不同，而連續澆鑄對鋁液流量有一定要求。因此對鋁液除氣裝置控制系統的控制精度要求較高。故在惰性氣流量控制系統的設計中，在保證惰性氣體流量維持在設定范圍內的前提下，根據工藝要求合理控制流量，使流量調節具有連續性和靈活性。

3、控制系統根據設定值和壓力傳感器采集的管網實際壓力信號，在較高的檢測和控制精度范圍內，控制管網的壓力恒定。并在惰性氣體的壓力達不到系統工作要求時，發出報警信息，通知溫控儀和壓力監測儀控制連鎖，相關電氣保護動作，以保證整個系統工作的可靠性和安全的控制。

4、系統可根據工藝要求防止攪拌不夠充分，保證除氣功能的順利完成，系統選用變頻器實現對石墨轉子電機的無級調速，調速范圍：0—400RPM，由變頻器控制攪拌電機的轉速和石墨轉子的升降，實現自動調節功能，也可由人工根據工藝要求手動調節。根據石墨轉子的要求，由系統自動判斷石墨轉子可否開始升降動作，何時關閉氣體，以防止鋁液對石墨轉子造成損害和堵塞。根據石墨轉子的要求，當石墨轉子攪拌受力（攪拌葉輪一側損壞）不平衡而產生過負荷時，調速裝置將自動保護報警。

5、系統采用自動流量調節裝置，可通過調節閥調節氣體流量。并在給定流量值的前提下，自動調節氣體流量，保持流量恒定，以確保除氣效率。

6、當發生電氣、機械故障和工藝參數超出設定值等時系統進行聲光報警，并采取相應措施。上位機故障時，PLC及變頻器可以組成獨立控制系統進行工作;若整個上、下位自動系統均發生故障，現場控制柜具有手動功能，以保證系統工作的不間斷。

7、當加熱棒因老化功率達不到要求的功率時，系統自動把加熱棒電壓由220V改為380V，以保證硅碳棒的發熱功率和使用壽命。

8、為保證系統的安全性，在設備安裝時，除氣箱外殼和電控柜必須可靠接地。

3.2氣路系統

系統利用高純氬氣，通過高速旋轉的石墨轉子葉輪進入鋁液中，產生細小的氣泡，把鋁液中的氫氣帶出鋁液，同時，可使鋁液中的雜質浮出鋁液表面，從而使鋁液的含氫量和含渣量大為減少。

系統采用壓力自動調節裝置和流量自動調節裝置，使進氣壓力和流量保持在恒定值，并可通過遠程自動控制輸入氣體的流量和壓力。

4應用情況

本系統改造之后，提高了除氣箱的氣密性，大幅減少了粉塵的益處，改善了現場工作條件。其中增加的加熱系統，使得前箱溫度更穩定，增加了生產工藝的穩定性。

鑄軋線鋁液在線除氣技術改進后，除氣除渣更徹底，提高了產品的合格率，保證了鑄軋卷的質量。

參考文獻

[1]杜恒安，牟大強，高效緊湊型在線除氣裝置CDU的研制，鋁加工，2004年：

[2]甘進軍，鋁液在線精煉裝置的技術改進，有色設備，2004年：

[3]一種鋁合金鑄件生產在線除氣攪拌裝置，實用新型專利，2012：

[4]王軼華，可編程序控制器（PLC）在6063合金水平鑄造系統中的應用，中國高新技術企業，2014.