铝合金溶解炉介绍

一、研制概况

工业燃烧设备（上海）有限公司成立于1995年12月，溶解炉是由出资组成的中外合资企业，注册资金500万美元。公司是上海市工业炉窑行业的理事单位，同时也是压铸技术协会的理事单位，主要生产铝合金铸造行业专用的铝合金工业炉系列产品，产品除国内销售外，目前出口日本、匈牙利、越南、泰国、印尼、马来西亚、菲律宾、巴基斯坦、俄罗斯、印度、巴西、墨西哥等地。

日本正英制作所成立于1956年，是一家专门生产各类燃气（包括部分燃油）工业燃烧器和加热、热处理设备的企业。正英制作所总部设在大阪。在泰国、韩国各设一家分公司。

上世纪九十年代由于日本的摩托车制造商纷纷在中国投资设立摩托车生产的企业。在摩托车的零部件制造中，铝合金铸造用的熔解炉成为必须的设备。

鉴于当时国内炉窑生产厂家对于铝合金熔解只能制造反射炉和坩埚炉，但是这些炉型能耗高、效率低、温度控制精度差、根本无法满足外国投资企业对铝合金铸造的工艺要求。根据市场需求，正英日坩及时地从日本引进生产技术。首先在中国制造生产出了当时在国际上比较先进的塔式铝合金快速熔解炉，并从一九九五年起在全国销售。

正英日坩生产的铝合金快速溶解（保持）炉，具有炉体结构合理、炉衬寿命长、排烟温度低、热效率高、自动化程度高、安全可靠和原料烧损率低等特点。经过20年时间的引进、改进和国产化，目前该系列产品的性能稳定可靠、市场规模不断扩大，质量保证体系更趋完善。 由于正英日坩生产的铝合金熔解炉出色的性能和良好的质量，在国内投入生产以来深受铝合金铸造行业的用户欢迎，从1995年至今已生产和销售各种规格的熔解炉共约1500台左右。用户既有东风日产、五羊本田、嘉陵本田、建设雅马哈、长安铃木、东风雷诺、常州利优比、南通广岛铝工业等著名的外资企业，还有重庆长安汽车股份有限公司、比亚迪汽车有限公司、东风(十堰)有色铸件有限公司、重庆渝江压铸、上海汇众、哈尔滨东安汽车动力股份有限公司等国内著名企业。特别是在技术难度较大的大吨位的连续、快速铝合金溶解炉上实现了突破，成功研制并交付使用了行业内最大溶解量为5吨/hr的铝合金快速溶解炉。

二、塔式快速熔解炉的基本构造

整个炉体分四个部分，由投料塔、熔解室、保温室、出铝口组成。溶解炉熔解室和燃烧室各配有加热燃烧系统，由投料塔从上至下投料，铝块在熔解室内熔化，铝液经由底部的坡道流至圆形保持室进行保温优化。并在保温室内进行除渣。除渣优化后的铝液经由挡渣机构流入取汤口取出进行压铸。 排烟管道安装在投料塔顶端，熔解室、保持室排出的热量经由投料塔向烟道排出时能对投料塔的铝块进行预热，既提高熔解速度又能节约能源，进而降低生产成本。

熔解和保温都采用正英独自开发的有色金属加热专用燃烧器，有燃油和燃气两种方式，火焰为黄色亮焰，亮度高、火焰柔而长。利用火焰本身产生辐射加热熔化铝块，降低铝水氧化物的生成、提高燃烧效率。

三、与国内同类产品的比较：

铝合金作为一种有色金属，由于其具有重量轻、强度高、耐腐蚀、加工容易等优点，被广泛应用于汽车、摩托车、家用电器等生产行业。但是铝合金的另一些特性使得它在使用上成本过高，这些特性是：

（1）铝合金的比重较轻，在液态时它的渗透性强。用铸铁坩埚熔解铝锭时，铁与铝合金在高温条件下发生反应，在铁质被熔入铝合金溶液中的同时，铸铁坩埚也很快被侵蚀，通常一、二个月就要更换一次坩埚。这样不仅生产成本过高，而且渗入的铁质会使铝合金的成分起变化，损害了铝液的品质。如果采用无坩埚的一般耐火材料结构，虽解决了渗铁的问题，但仍然无法有效防止铝液侵蚀，其炉衬寿命也只有一年左右。

（2）铝合金的比热大，比铜大1.65倍、比铁大2.37倍；另外铝合金在从固态转变为液态的过程中熔融潜热也比较大，其熔融潜热比铜大1.45倍、比铁大1.84倍；加之铝合金的物体黑度仅为铜和铁的四分之一，如此低的黑度使得一般燃烧器的辐射火焰不能被有效地吸收。因此，化铝时所消耗的热能也就高于化铜、铁等金属时所需的热能。

根据铝合金的上述特性，正英日坩在铝合金熔解炉的设计和制作上与国内生产的传统炉型相比较，具有以下的技术特点：

1． 炉衬寿命长

熔解炉保持室采用特殊炉衬材料，可以有效阻止铝液对炉衬的侵蚀；溶解炉采用优质的保温材料和高科技的耐热涂层，可将炉表面温度降的更低（炉表面温度 不≥65℃）。从2005年起正英日坩从日本坩埚引进专利技术生产，经过日本坩锅改良的独特配方的铝合金熔解炉、保持炉专用的不定形耐火材料SUPERCAST-N8020和SAL保证炉衬更好耐铝水腐蚀及更长的使用寿命。同时圆形、无直角的炉内构造，既使得炉体坚固无比，抗渗透性强；又使得氧化铝的清除变得十分容易方便。这些特点，使本公司设计制造的铝合金熔解炉的炉衬寿命平均可达到5年以上。而国内生产的传统炉型，由于其炉体结构设计上的缺陷和炉衬材料制作工艺上的落后，不仅能耗大，作业环境差，而且炉衬寿命短，一般仅为1~2年左右。

2． 合理的炉体结构提高了热效率降低了烧损率

目前，在国内生产和使用的铝合金熔解炉绝大部分为反射炉形式，其热效率只有20-25℅，排烟温度为1100℃；排放烟气超标，即使带热交换器的反射炉其热效率也只有25-30℅，排烟温度为900℃。正英日坩生产销售的铝合金快速熔解炉，熔解室采用对流直接加热的方法，加快了熔解的速度，合理地将整个炉体分为储料区域、熔解区域和保温区域，既增强了温控精度又使热能得到合理使用，熔解、保温所需的热量在成为烟气排放前又被用来预热铝锭。铝液升温、保温室采用了本公司为化铝而特别开发制作的特殊的亮焰燃烧器，可大幅度提高火焰的辐射能量，既加快了铝合金的升温速度，又提高了炉的热效率，同时降低了污染物的排放。

3. 优化的燃烧配管系统和改良的熔化燃烧器

①优化后的燃烧配管系统和改良的熔化燃烧器，使得燃烧器火焰直径大，辐射热量强，采用优化的空燃比设置，可保证贫氧燃烧，能进一步降低烧损。

②采用蓄热式烟气余热回收装置，交替切换烟气和空气，使之流经蓄热体，能够 最大限度的回收高温烟气的物理热，大幅节约能源、提高熔化炉的热效率。

③容易界定较低的过剩空气系数，扩展火焰燃烧区域，使火焰边界扩展到炉膛边界，炉内温度分布均匀，火焰炎心温度低、炎速低，从而烟气中NOx的排放大幅降低，并能进一步降低金属烧损。

④燃烧器为一体式，即单个燃烧器上同时实现高温空气的获得和烟气余热的回收，简化燃烧器的安装调试并更容易保养维护。

⑤降低炉内铝水和气氛的温度差，提高了炉内的传热，从而减少每吨铝天然气消耗量，节约成本，经济效益非常显著。

⑥近年来，为了更好地降低能耗及提高热效率，正英日坩独自开发研制了适合于快速熔解炉用的蓄热式燃烧器，客户可选配采用蓄热式燃烧器，蓄热式燃烧器加热是一种全新的加热方式，能充分利用废热将排烟温度降至200℃以下，热效率提高5~10个百分点。正英日坩的蓄热式燃烧器，燃烧器主体体积小，切换开关一体化，蓄热体使用导热性、耐腐蚀性好的刚玉蓄热球，最适合用于锻造、热处理、非铁金属溶解等高温炉窑。采用蓄热式燃烧系统后的溶化炉能耗可达到：55~60m3/tonAL.蓄热燃烧器将显著提升设备热效率、降低单位能耗，由于保温烧嘴采用了蓄热方式，其特有的中低速火焰力度和较低的过剩空气系数有效的降低了金属烧损。

4.自动化程度高、安全可靠

本熔化炉采用了先进的PLC控制及数据采集系统，使产品具备智能化自诊断功能，对铝液温度、铝液液位、炉内气氛温度、投料塔料位、投料机位置、减速机电流、燃气压力、燃油压力、助燃风压力、燃烧器火焰状态等进行综合控制，以确保设备的安全可靠运行，并可实现全自动无人化操作

主要有如下特殊功能可根据客户的特殊要求进行个性化的设计：（选配设计）

① 对应不同的工况需求，对一些大吨位的熔解炉熔化燃烧器分别单独控制以对应调节所需熔化量大小（例如：2吨的熔化炉可以实现1吨/Hr、1.5吨/Hr）的选择，采用此系统后能在保证相同热效率的情况下灵活的调节所需铝水量并由系统判断自行决定加料节拍（此种炉型已分别在重庆宗申的1500KG集中溶解炉和上海汇众的3000kg溶解炉上实现并取得良好的效果）。

② 全自动智能投料系统，可自动将铝锭和回料分类排列、称重并自行按设定的比例自动投料，无需人工干涉（选配）。

③ 重量检测系统可以根据铝锭和回炉料的重量差，来区别两者，从而决定铝锭和回炉料的投料顺序。（选配）

④ 全自动投料小车系统，料车可通过输送线自动送料，实现无人化生产。

⑤ 从投料到出铝水实现全程数据管理，系统将运行过程中设备的各状态，如：铝水温度、排烟温度、燃烧系统瓦斯流量、压力及投料次数、重量和出水次数和重量等数据进行收集、归纳形成报表、保存或上传供管理人员追溯和分析。

⑥人机一体化的操作界面，将所有信息参数集成在一块触摸屏内，简化操作按钮，可自由设定作业界面和参数，如需增加功能，可随时编程修订，并将日常的作业方式进行程式固化。

如：升温时程序预设及管理，工作模式选择，无人值守（周六、周日）的自动化开关机、各报警信息的定时记录和汇总等。