熔鋁爐運行特點與熱工過程分析

一、熔鋁爐運行分析

熔鋁爐是典型的周期式高溫熔煉設備，一般來說，從鋁錠入爐到熔煉結束，大致可細分成以下幾個階段：裝料期、熔化初期、熔化中期、熔化后期、升溫期、精煉及保溫期。

二、熔鋁爐內料堆熔化過程

裝料通常是在熱爐下進行的，這時，燒嘴通常設在關閉或小火狀態，隨著冷爐料的加入，爐溫下降很快，裝料時間越長，爐溫下降越多。剛裝入爐的鋁錠在爐內呈料堆狀態，隨著溫度上升，料堆表面的爐料開始熔化，熔融的鋁液向下流動，當溫度達到600℃左右時，支承料堆的強度消失，料堆下降并沒入液面以下，爐內逐漸呈水平鏡面。

三、火焰沖擊作用

在料堆沒入液面以前，火焰直接沖擊到料堆上，由于強沖擊作用，爐內對流傳熱效果占主導作用，熱效率最高，爐料熔化最快，爐溫上升緩慢。

四、固液轉換過程

隨著料堆逐漸沒入液面，液面下的熔體呈固液混合狀態，對流傳熱作用逐漸下降，爐溫上升速度逐漸加快并很快達到定溫（通常設定在1150～1200℃），輻射傳熱作用逐漸上升，這時，表面鋁液的溫度上升很快，并將熱量向液面下的固液混合體傳遞，但由于鋁金屬黑度較小，輻射傳熱效率并不高，同時此過程還伴隨著鋁的固液轉化，這個階段熔體的溫度變化不大，有時還出現鋁液溫度下降的現象。 

純鋁的固液轉變溫度為660℃，鋁的比熱容為880J/kg·℃，熔化潛熱高達393KJ/kg，使一噸純鋁熔化，需要先升溫到660℃（約需134737Kcal熱量，相當于16m³天然氣），然后再將其熔化（約需94020 Kcal熱量，相當于11m³天然氣），總共需要27m³天然氣才能將其融化，遠高于銅（213 KJ/kg）、鎳（305 KJ/kg）等金屬，因此，鋁的固液轉化期需要消除更多的熱量。如果考慮到熔鋁爐的熱效率，所需天然氣量會高很多。 

因此，在爐內液面化平以后，一方面由于傳熱效率的降低，另一方面又因固液轉化需要更多的熱量供應，熔化過程變得更為緩慢，需要的時間更長，消耗的熱量更多。同時，排出的煙氣溫度也最高。

四、鋁液保溫過程

當爐內固體鋁全部轉化成液態鋁以后，熔體對熱負荷的需求大幅減少，鋁液溫度上升速度很快，此時如不及時調整熱量供應量，容易出現熔體過熱現象。 

在保溫期，金屬熔體對熱量的需求較少，這時，熱負荷的供應主要是補充爐體散熱損失。 

分析上述各階段特點，可得出以下的結論： 

（1）在加料期，應盡可能縮短加料時間，提高裝料作業效率，可提高爐子的能源利用率。 

（2）在熔化期，采用高速長火焰燃燒器，加強火焰對鋁錠的沖擊能力，可加速鋁錠的熔化速度。 

（3）在液面化平以后及固液轉化期，在強化輻射傳熱的同時提高火焰對液面的對流加熱能力，同時采用必要的熔體攪拌手段，可顯著縮短熔化時間。 

（4）在固液轉化期完成后，鋁液溫度上升很快，應及時控制熱負荷的供應量，避免過燒現象的發生。 

（5）精煉及保溫期應精確控制熱負荷大小，確保以最小的熱量供應量實現保溫效果，從而降低不必要的能源消耗。  從鋁熔化的過程分析可以看出，在鋁的熔化過程中，各階段熱負荷的需求情況及熱傳導方式均有很大的差異，只有認真分折這些特點，才能做好針對性的設計及控制工作，也只有這樣，才能實現熔鋁爐設計的最優化效果。

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