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低氮烧嘴节能降耗
编辑:佛山市诺一燃控科技有限公司   发布时间:2017-05-09

低氮烧嘴节能降耗是社会经济发展的一个永恒话题,不仅可以为人类发展创造与积累更多的财富,而且对环境保护和子孙后代具有深远影响。随着全球经济一体化与建立循环经济发展的趋势日益显著,减少(Reduce)、再利用(Reuse)和再循环(Recycle)的“3R”发展路线逐步被各行各业所推崇且落实到国家经济发展纲要。
《中国制造2025》提出,坚持“创新驱动、质量为先、绿色发展、结构优化、人才为本”的基本方针,通过“三步走”实现制造强国的战略目标。其体现为“四大转变”。 1)由要素驱动向创新驱动转变。 2)由低成本竞争优势向质量效益竞争优势转变。 3)由资源消耗大、污染物排放多的粗放制造向绿色制造转变。 4)由生产型制造向服务型制造转变。
低氮烧嘴我们从国家战略读到了创新、绿色等关键词。 刚刚出台的《中国制造2025》新材料技术路线图指明了铝合金产业目标:重点突破低能耗短流程、高效高精度加工新技术、新工艺及装备。高性能大规格材料制备及精密成形工艺与控制、服役性能评价技术。先进铝合金材料年产销量要达到100万吨。产业规模要达到500亿。可见低能耗短流程等节能减排也是我国材料产业的发展方向。 我国的铝加工业发展十分迅速,据《中国有色金属工业发展研究报告》数据显示:加工材产量1980年的不到30万吨,2010年我国铝材一年产量为2026万吨,2014年生产铝材为4845万吨,5年翻了一番多,我国已成为铝加工材名副其实的生产大国,其中山东、河南、广东三省名列三甲;山东一省就有1000万吨以上的产量,发展速度惊人。铝加工产业是能源消耗巨大,而熔铸工序作为铝加工最大的能源消耗工序,是国家实施节能减排的重点领域,逐步淘汰污染严重、能耗超标、陈旧落后的设备,发展合理工业布局,提高设备性能及配置,提升工艺技术水平成为铝合金工业节能环保发展主流趋势,也是业界研究和关注的焦点。 笔者在铝加工特大型企业工作多年,一直从事工艺创新、科研和新产品开发工作。为更好地落实国家战略,也出于央企的社会责任和知识分子的情怀,现综合对国内外铝合金熔铸技术发展现状的了解,从装备升级和工艺改创新进两个主要方面深入分析一下铝合金压力加工产品熔铸工序节能降耗的有效途径。
1 国内外铝合金熔铸工序发展特点及能源消耗现状 1.1 国内外铝合金熔铸工序发展特点 目前,整体的铝合金熔铸发展方向可以概括为节能、环保、高效和低成本。其中国外先进的铝合金熔铸工序发展特点概括为:设备向大型化、精密化、紧凑化、成套化、自动化方向发展;工艺技术不断创新,向节能降耗、精简连续、高速高效、广谱交叉的方向发展;淘汰传统的低档次的产品而发展高档高科技的新产品;管理水平全面实现自动化和现代化,体制和机制不断进行调整,以适应社会发展和市场变化的需要。我国铝合金熔铸工序发展特点则是正在进行疯狂引进、照抄照搬、大改组、大合并、上规模、上水平的改造过程;产品结构大调整,向中、高档和高科技产品发展;低氮烧嘴大搞科技进步,技术创新和信息开发,建立技术开发中心;大力进行体制与机制调整,与国际铝加工工业接轨。我国铝合金铸造硬件呈现“八国联军”形态,先进国家已经部署4.0战略,已经或正在组建智能工厂。整体看,我国铝合金熔铸行业发展远远落后国外先进生产水平。
1.2 国内外铝合金熔铸工序能源消耗现状 熔铸工序被誉为铝加工行业能源消耗最大的工序,采取有效措施实现熔铸工序的节能降耗就能够促进整个铝加工行业的能源消耗大幅度降低。传统的熔铸工序能源消耗大就是因为熔铸过程所决定的,要将固态的金属通过加热而形成液态金属,并在一定时间内保持,最后在形成固态的过程,因此,熔铸过程中金属在两种状态间的转变就是造成熔铸工序能源消耗大的根本所在,我们要研究熔铸工序的能源消耗就是要研究如何提高熔化效率、如何提高缩短生产辅助时间、如何提高产品的成品率,从而减少重复投料造成的能源消耗浪费。低氮烧嘴我国铝加工熔铸工序能源消耗主要靠硬件保障并刚刚开始尝试着对能源精细化管控,先进国家已经进入进入数据和软件的时代。
2 工装工具升级为铝合金熔铸工序节能降耗创造基础条件 先进的铝合金熔铸设备工装是铝加工业现代化的具体体现,是提高设备利用效率,更是节能降耗最为有效的手段之一,合理的选择熔铸工序的各种设备是铝加工长期发展的基石。 2.1 熔炼方式改进能够提高熔化效率,减少金属烧损,从而降低能源消耗 2.1.1选择合适的加热能源 熔化炉按加热能源的不同可分为电阻熔炼炉和火焰熔炼炉两种,两种设备各有优缺点,各自也将适用于不同的产品,其中电阻熔炼炉的优点是所熔炼的金属烧损小、工作环境好,但其炉膛高度小、容量小、生产效率低、生产成本高。而火焰熔炼炉能源有轻柴油、天然气、煤气、液化石油气等,其优点是生产成本低、生产效率高,是目前广泛使用的节能降耗的重要设备。 目前国外火焰熔炼炉的使用非常普遍,国内在消化吸收国外先进技术的基础上,也不断开发出新型燃油或燃气熔炼炉,应用已相当普遍。但是由于火焰熔炼炉在生产过程中火焰直接与铝接触,容易造成烧损大,且渣子多等问题,对于高端产品使用的铸锭坯料,多部分企业还是选择电阻熔炼炉为主。因此,各生产企业必须根据自身产品特点,选择合适的加工能源,在保证质量的前提下,最大限度实现节能降耗。
2.1.2选择合适的炉型 熔炼炉按装料形式不同分为圆形顶装料炉和矩形侧装料炉两种,不同的炉型与装料方式也会对生产操作和能源消耗带来明显的差异,通常情况下顶部开盖的圆形顶装料炉便于一次装入大量的炉料,消耗时间最少,是节能降耗的一种体现。但矩形侧装料炉具有熔化保温效果好、设备维护方便的优点,被广泛应用于生产使用过程中,尤其是近年来,开发出的先进的矩形侧装料炉为方便加料及扒渣,炉门采用由多个耐火材料的内衬连接组成的全宽幅炉门,可以垂直上升和下降,由两个位于炉壳侧墙上的液压缸驱动,采用低氮氧化物蓄热式烧嘴进行加热、燃烧系统的自动化控制,确保了铝熔体、炉膛温度的均匀及炉压的稳定,并且提高了炉子使用的安全性。低氮烧嘴因此,矩形侧装料炉发展与应用逐步广泛,节能降耗效果显著。
2.1.3增加电磁搅拌 在铝合金熔铸过程中,最关键的质量控制要点为化学成分均匀性与温度均匀性控制,同时减少氧化渣的形成。为加速熔化并减少烧损、提高生产效率,必须对熔体实施必要的搅拌,随着熔炼炉容量的增加,人工搅拌已经力所不能及,在此背景条件下,对铝合金熔炼过程中施加电磁力等外场搅拌的形式逐步形成并普及,据资料表明,在熔体熔炼过程中施加电磁搅拌具有如下优点:①提高熔化效率10%;②降低能耗10%;③减少烧损8%;④熔炼温度、化学成分更加均匀,提高了熔体质量。磁力搅拌器的应用价值对企业经济效益影响很大。
2.2 除气净化手段与设备不断升级,保证产品内部质量不断提升,从而降低能源消耗 在线熔体净化装置的应用显著降低了熔体渣、气及氧化膜等冶金缺陷的存在,不仅提高制品冶金质量,降低冶金缺陷,同时纯净的金属液降低铸造裂纹废品,从而显著降低工序能耗。多年来,经过不断的技术创新,在追求设备卓越性能的基础上,同时越来越注重金属压力料及能耗的损失,做得好的企业已经将净化装置枝解开进行节能分析,并根据企业制品要求合理选择净化装置。目前铝合金熔铸工序配备的除气过滤装置与能源消耗包括如下两个方面: (1)除气装置:最早应用的在线除气装置有法国的 Alpur和美国的SNIF,目前世界上比较先进的在线除气装置为Hycast I-60SIR,其特点为转子置低,置于大流槽上,在铸造结束后铝液自动放干,避免箱内金属烧损及工艺压力料的损失。 (2)过滤装置:目前采用最为常规的过滤装置为泡沫陶瓷板CFF过滤,过滤级别不同其陶瓷片使用寿命不同,平均使用周期3~4炉,较短的使用寿命压力料损失较为严重,目前有的铝加工厂采用氧化铝球和砂状作为介质的深床过滤,可实现大批量制品的连续过滤,可以实现连续40炉不更换过滤介质,显著降低压力料等金属损失。还有采用陶瓷颗粒经粘结剂烧结而成的管式过滤等手段用于要求有些熔体冶金质量高的制品。 2.3 铸造装备自动化和智能化保证了铸锭成型能力,从而降低能源消耗 铸造装备精度及稳定性直接决定这铸锭的成型能力,从而决定着能源消耗与损失。国内外铝加工业熔铸工序普遍采用半连续铸造方式生产,铸造设备则经历了钢丝绳传动发展到了液压式传动方式,设备运行精度与稳定性大幅度提升,在控制系统上多数企业则采用了全自动控制铸造技术,利用激光测位仪控制保温炉倾动速度及转注流槽液位高度、采用激光或电容、感应式控制结晶器金属液位高度、填充速度,以及铸造速度、冷却水流量、润滑油量等工艺参数分阶段进行预设定从而实现自动控制铸造。工艺参数存档、调阅和再次使用功能,保障了批次间的稳定,也保证了组织和性能均一,铸锭成型保证能力显著增强,从而实现了能源消耗的降低。
2.4 合理进行设备匹配,节能降耗工作事半功倍 通常情况下,熔炼炉生产能力和生产工艺都小于铸造机的能力,熔化与成分调整等所需要的时间远远大于铸造过程所需的时间,铸造机设备利用率只有30%~70%,按照行业内通常做法,一台熔炼炉、一台保温炉、一台铸造机即简称1+1+1,为了充分发挥铸造机的能力,普遍将1+1+1形式改为2+2+1,以便达到充分利用提高生产效率,从而降低生产成本与能源消耗的目的。然而两种匹配的生产方式各有优点,2+2+1配置适用于合同批量大的生产组织(适用于除气双配置情况下两种合金生产),2+2+1配置适用于相同合金批量合同生产组织,1+1+1配置适用于小批量、多品种生产组织,因此,需要各企业根据自身生产的产品特点进行合理的设备匹配性研究,研究熔炼炉、保温炉与铸造机的对应关系。
3 低氮烧嘴工艺改进优化创新为铝合金熔铸工序节能降耗提供不竭动力 成品率的提升是降低生产成本与能源消耗的重要手段和普遍共识,设备再先进、生产效率再高,不能高的合格率批量生产出优质的产品,降低能源消耗就无从谈起,因此工序成品率的提升同样是降低铝合金熔铸工序能源消耗的重要手段,工序成品率的提升更是被铝加工企业尤其是熔铸企业视为质量及利益管控的主要抓手,各企业都致力于依托技术的不断创新、工艺路线的不断升级,以及加强与设备的匹配能力来实现成品率的提高,逐一研究整个工序的工艺合理搭配,优化工艺路线,尽量实现短流程。

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