博比巴茨（上海）机械设备有限公司

　　摘 要：

　　从熔铝炉热工过程分析入手，指出不同炉型或者是同一炉型的熔铝炉使用不同燃料或不同的燃烧器，其燃料的消耗会不同，技术经济指标也不同，因此，对企业而言选择适合的燃料与燃烧器实现以较小的能源消耗获取非常大的熔铝速率，从而达到熔铝炉设备能源利用率较优化的目的。

　　前言

　　铝及铝合金熔炼炉（简称熔铝炉）是铝加工熔铸行业较常用的设备，其熔炼过程也是铝加工行业能源及材料消耗非常大的生产环节，熔化速率及吨铝能耗是熔铝炉两个较基本的能力指标，不同炉型或者是同一炉型的熔铝炉使用不同燃料或不同的燃烧器，其燃料的消耗会不同，技术经济指标也不同，因此，对企业而言选择适合的燃料与燃烧器实现以较小的能源消耗获取非常大的熔铝速率，从而达到熔铝炉设备能源利用率较优化的目的。

　　1 熔铝炉热工过程分析

　　熔铝炉是典型的周期是高温熔炼设备，一般来说从铝锭入炉到熔炼结束，大致可分为以下几个阶段：装料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升温期、精炼期及保温期。

　　装料通常是在热炉条件下进行的，这时，烧嘴通常设在关闭或小火状态，随着冷炉料的加入，炉温下降很快，装料时间越长，炉温下降越多。刚装入炉的铝锭在炉内成堆状态，随着温度上升，料堆表面的炉料开始熔化，熔融的铝业向下流动，当温度达到 600℃左右时，支撑料堆的强度消失，炉内呈水平镜面。

　　在料堆没入液面以前，火焰直接冲击在料堆上，由于强冲击作用，炉内对流传热效果占主要作用，热效率较高，炉料熔化较快，炉温上升缓慢。

　　随着料堆逐渐没入液面，液面下的熔体呈固液混合状态，对流转热作用逐渐下降，炉膛温度上升速度逐渐加快不达到设定温度，辐射作用逐渐上升。

　　在炉内液面化平以后，一方面由于传热效果的降低，另一方面又由固液转化的需要，熔化过程变得更加缓慢，需要时间更长，消耗热量更多。同时，排出的烟气温度也较高。

　　当炉内固体铝全部转化呈液态铝以后，熔体对热负荷的需要大幅减少，铝液温度快速上升，此时较易出现熔体过热现象。精炼及保温操作对热量的需求较少，这时，热负荷的供应主要是补充炉体散热损失。

　　从熔化的过程分析可以看出，在铝的熔化过程中，各阶段热负荷的需求情况及热传导方式均有很大差异。

　　2 熔铝炉的能源

　　目前，国内熔铝炉所用能源多数是以煤、柴油、重油、天然气和煤气为主。而煤是储存量较多，分布较广的燃料，常用的煤指标有水分、灰分、挥发分和发热量。不同产地，不同类别的煤，质量等级相差很大。

　　液体燃料有很多优点，主要含热量高、废物含量小、灰分低、燃烧热效率高，同时便于运输。柴油价格贵限制了它的使用，重油因价格低廉而使用的较多。气体燃料燃烧完全且易于控制，容易实现烧嘴的空气，燃料自动比例调节，还可以对燃料和空气进行预热，从而节约燃料。使用气体燃料还可以实现辐射加热，高速气流均匀加热，冲击加热，辐射管加热和无氧化加热等各种加热工艺要求，是工业炉理想的能源燃料。

　　从我公司的多年设计制造的经验上得出，就熔化成本而言，天然气较低，煤次之，有较贵，大至相差 1- 3 倍。

　　然而，天然气前期投入大，且受地域限制；而煤因其燃烧后排放的烟气中含有大量的粉尘和含硫气体，需要进行烟气除尘及净化处理，也受到一定的限制。

　　3 燃烧器的应用

　　在熔铝炉设计中，燃烧器的选型及合理布置是重要环节之一，由于铝金属黑度较小，接受辐射传热力较弱，因此在熔铝炉设计中应尽可能强化对流传热，提高火焰对铝金属的对流效果。主要通过以下几个方面来实现：

　　3.1 优先选择高出口速度并具有一定的火焰长度的燃烧器以提高对流换热能力；

　　3.2 加大燃烧器的安装倾角，强制使火焰与铝金属之间形成冲击作用；

　　3.3 合理安排排烟孔位置，尽可能使火焰沿铝液表面流动并延长高温烟气在炉内的时间；

　　3.4 尽可能采用余热回收技术，提高火焰理论温度；

　　虽然，在火焰的冲击下，局部会出现金属过烧现象，但由于强化传热后，可以大大缩短总的熔化时间，炉内总的金属烧损两不但不会增加，反而会略有减少。

　　多年以来，高速烧嘴及换热器一直是先进熔铝炉燃烧技术的标准配置，但实际生产总，由于熔铝炉灰附着及恶劣的烟气侵蚀的缘故，熔铝炉换热器总是难以解决个难题，使用效果也很不理想。

　　因此，传统的熔铝炉吨铝能耗是比较高的，通常吨铝能耗都在 3000MJ~4300MJ 左右。

　　炉子热效率大都在 30%左右。

　　近年来，蓄热式燃烧器的应用改变了这个局面，通过采用这种燃烧器，熔铝炉烟气的排放温度可降至 200℃以下其吨铝能耗仅为2100MJ 或更低。

　　蓄热式烧嘴的蓄热体采用的是氧化铝小球，通过定期的更换氧化铝球有效地解决了烟气成分过脏的问题。

　　在具体应用中应注意以下几方面：

　　a.与常规燃烧器相比，采用蓄热式燃烧器的熔铝炉炉膛尺寸应尽可能的大一些，只有这样，才能提供足够的燃烧空间，实现非常大的小时熔化率；

　　b.蓄热式燃烧器换向瞬间，火焰对炉膛的冲击比非常大，应设有公开式的辅助烟道，来保证熔铝炉在合理的工况下运行；

　　c.蓄热式燃烧器换向频繁，对各元器件的可靠性要求较高；

　　d.蓄热式燃烧器应配有火焰大小连续调节及控制功能，与常规燃烧器相比，由于蓄热式燃烧器火焰更大，燃烧温度更高，否则，精炼保温时会出现更高烧损率。

　　结束语

　　熔铝炉的燃料选择与燃烧器的选择涉及的内容是多方面的，因此，在实际生产中，我们要因地制宜，根据各地的实际情况来选择。