1 前言
如今全世界不僅面臨著資源短缺，同時環(huán)境的污染問題也越來越嚴峻，對此，國家出臺了很多政策法規(guī)，并且把節(jié)能環(huán)保技術(shù)列為主要研究對象。目前，鋁棒均質(zhì)過程大部分采用柴油作為燃料，這樣不僅存在熱效率較低、能源消耗大，而且還會對鋁棒的質(zhì)量產(chǎn)生不利影響。在社會對節(jié)能環(huán)保及產(chǎn)品性能要求越來越嚴格的情況下，有必要尋求更好的替代能源。天然氣是當今世界上公認的清潔能源，燃燒熱值高，燃燒產(chǎn)物無污染，不僅使用安全便捷，能夠提高能源利用率，而且有利于改善生態(tài)環(huán)境和節(jié)省企業(yè)生產(chǎn)成本。近年，一些企業(yè)在均質(zhì)爐上應用“以氣代油”技術(shù)，已經(jīng)取得很好效果。本文主要介紹天然氣在鋁棒均質(zhì)生產(chǎn)過程的應用，以供同行參考。
2 均質(zhì)爐在鋁合金鑄棒生產(chǎn)中的作用
鋁合金棒鑄造完成后會形成枝晶偏析及內(nèi)應力過大等問題，對鋁型材后續(xù)的擠壓及氧化產(chǎn)生較大不利影響。鋁合金鑄棒通過在均質(zhì)爐加熱保溫一段時間再冷卻處理后，鋁合金鑄棒的組織、枝晶偏析消除，晶間未溶解的非平衡化合物溶解，合金晶界上的多相結(jié)晶化合物基本擴散均勻，使鑄棒成分和組織均勻化。同時，還可以消除鑄棒殘余應力，改善鑄棒的機械加工性能。不同牌號的鋁合金鑄棒，尤其是大規(guī)格鑄棒在生產(chǎn)使用前都必須經(jīng)過均質(zhì)工藝處理，所以，均質(zhì)爐在鋁合金鑄棒生產(chǎn)過程中至關(guān)重要。
3 油改氣后均質(zhì)爐的結(jié)構(gòu)及主要技術(shù)參數(shù)
3.1 均質(zhì)爐的主體結(jié)構(gòu)
3.1.1 爐體結(jié)構(gòu)
爐子外殼由型鋼及鋼板焊合，內(nèi)層不銹鋼板，不銹鋼板通過不銹鋼螺栓及螺母固定，爐側(cè)及爐頂夾層由250mm厚的耐火纖維填充，爐子的底部由厚度為300mm的耐火磚及保溫磚筑成，確保爐子的保溫性能。爐子內(nèi)有鋼軌及承料臺，確保加料車進出自如及承料穩(wěn)固。
3.1.2 爐門裝置
爐門外層由型鋼及鋼板焊合，內(nèi)層不銹鋼，夾層為250mm耐火纖維。爐門提升為電動機構(gòu)，電機帶剎車，為了確保不漏氣，爐門設(shè)有夾緊機構(gòu)，通過氣缸的作用來實現(xiàn)。打開氣缸，爐門可以提升，爐門升降有導軌限位，上下到位自動停止。
3.1.3 循環(huán)風機
循環(huán)風機由耐熱的不銹鋼制造，安裝于爐體后,由變頻電機通過V型皮帶帶動，低溫時低速，高溫時自動轉(zhuǎn)成高速，確保爐內(nèi)溫度均勻。并且風機開關(guān)與爐門開關(guān)連接，當打開爐門時，循環(huán)風機會自動停止。
3.1.4 導流板
導流板由不銹鋼制造，根據(jù)熱空氣流動原理，合理布置，使熱氣均勻流經(jīng)鋁棒、使溫度均勻。
3.1.5 燃燒系統(tǒng)
均質(zhì)爐采用高速燒嘴分3區(qū)加熱及控溫，加料后以一定的負荷升溫一段時間，以減少爐子膨脹速度。然后轉(zhuǎn)入全負荷加熱，達到限制溫度各區(qū)關(guān)閉一支油槍，轉(zhuǎn)到控溫階段后再關(guān)閉一支槍，最后余下兩支槍控溫，由于火焰無級可調(diào)，故控溫很準。整套燃燒系統(tǒng)由風機、風管、高壓點火系統(tǒng)、壓力表、電磁閥、過濾器及風油比例閥等組成。整套燃燒系統(tǒng)由PLC自動操作，改變程序即可改變升溫模式。
3.1.6 電控系統(tǒng)整套電控系統(tǒng)由指示燈、按鈕、報警器、開關(guān)、斷電器、保險等組成。為了準確控制燃燒并確保安全，將電控系統(tǒng)將全部安裝于電柜內(nèi)。電柜內(nèi)PLC將控制燃燒系統(tǒng)，控制失靈時超溫自動停止，并帶溫度記錄儀。
3.2 均質(zhì)爐的主要技術(shù)參數(shù)
油改氣方案是在之前的舊式爐上直接改造，保持了原有均質(zhì)爐的爐體主體結(jié)構(gòu)，在改造過程中，除了對“油改氣”管線等主體施工之外，技術(shù)人員還針對均質(zhì)爐的使用情況，在原有基礎(chǔ)上為加溫爐兩側(cè)各增設(shè)一個氣缸，同時添加了多個護欄等設(shè)施，以確保其使用安全。改造后的均質(zhì)爐，在生產(chǎn)使用過程中能夠發(fā)揮出均質(zhì)效果好、能量利用率高、環(huán)保性能優(yōu)良等上佳功效。改造后均質(zhì)爐的主要技術(shù)參數(shù)如下表1所示：
表1 改造后均質(zhì)爐的主要技術(shù)參數(shù)
Table 1, after the transformation of
the main technical parameters of homogenizing furnace
4 油改氣后均質(zhì)爐前后比較
相比改造前的柴油加熱技術(shù)，天然氣燃燒技術(shù)主要進行了以下技術(shù)改造：
（1）將傳統(tǒng)柴油燃燒嘴改為天然氣燃燒嘴，燃燒的溫度更高，加熱速度比傳統(tǒng)柴油燃燒技術(shù)快15～30％，能源利用率比傳統(tǒng)柴油燃燒嘴高20～25％。
（2）增加了一個PLC（可編程控制器），通過測溫熱電偶的信號，自動控制燒嘴的開關(guān)及火力大小來控制溫度及升溫。并且PLC可儲存幾十種升溫模式，工作人員可根據(jù)工藝要求選擇所需要的升溫模式。
（3）根據(jù)空氣流動原理，合理布置導流板，將燃燒熱空氣均勻分布于爐體內(nèi)，同時還增加了循環(huán)風機的數(shù)量，使整個爐體內(nèi)的溫差在設(shè)置溫度的±5℃之內(nèi)。
（4）優(yōu)化了電控系統(tǒng)，增加了一個報警器，當控制失靈超溫時，燃燒嘴將自動停止工作。并且，還帶有溫度記錄儀，可以查看溫度曲線。
5 天然氣燃料加熱系統(tǒng)與柴油燃料加熱系統(tǒng)在均質(zhì)爐的應用對比
由于柴油主要由C-H化合物組成，包括烷烴、環(huán)烷烴、烯烴、炔烴、二烯烴及芳香烴。在這幾種成分中，烷烴占有最大比例。燃燒后產(chǎn)生二氧化碳、一氧化碳甚至碳微小顆粒以及二氧化硫、氮氧化物等，這些燃燒產(chǎn)物對鋁棒質(zhì)量及設(shè)備產(chǎn)生不利影響。而天然氣主要成分為甲烷，燃燒后主要產(chǎn)生二氧化碳和水，幾乎不產(chǎn)生有害廢氣，燃燒產(chǎn)物對鋁棒質(zhì)量及設(shè)備不產(chǎn)生影響。表2所示為一般鋁加工企業(yè)鋁棒均質(zhì)爐所用與天然氣主要指標對比。
表2 燃油與天然氣主要指標對比
Table 2 Comparison of fuel oil and natural gas main indicators
表3 35T均質(zhì)爐加熱系統(tǒng)應用效果比較
Table 3 35T homogenizing furnace heating system applications Comparison
由表2及表3可知，該爐日產(chǎn)105噸，市場0＃柴油價7000元/噸、天然氣價5元/Nm3，燃油單耗32.5 Kg/t，燃氣單耗29.5Nm3/t，如以該均質(zhì)爐年使用時間330天算，年產(chǎn)生經(jīng)濟效益計算如下：
年經(jīng)濟效益＝年生產(chǎn)量×（噸鋁棒燃油成本－噸鋁棒燃氣成本）
＝105×330×（7000×32.5÷1000－5×29.5）＝277.2（萬元）
通過測試數(shù)據(jù)及計算可知，通過天然氣為燃料的燒嘴加熱系統(tǒng)替代原有的柴油為燃料的燒嘴加熱系統(tǒng)，并對原有爐體進行局部改造，在相同爐體容積的情況下，爐體的保溫性、溫度控制精度、耗能情況等幾項重要的指標，以天然氣為燃料改造后的均質(zhì)爐遠優(yōu)于以柴油為燃料改造前的均質(zhì)爐。
6 總結(jié)
本文扼要介紹了熔鑄生產(chǎn)工序的均質(zhì)處理過程采用天然氣代替柴油作為燃料在均質(zhì)爐的應用，并對均質(zhì)爐進行升級改造。對改造前后技術(shù)特點和指標進行了對比分析可知，通過采用天然氣改造均質(zhì)爐，在鋁棒均質(zhì)生產(chǎn)過程中可產(chǎn)生較大經(jīng)濟環(huán)境效益。均質(zhì)爐是鋁加工生產(chǎn)過程中主要的耗能設(shè)備，在生產(chǎn)能耗中占有較大比例。天然氣與傳統(tǒng)柴油在鋁棒均質(zhì)爐應用相比，有效解決了傳統(tǒng)柴油燃料加熱鋁棒均質(zhì)爐的升溫速度慢、能耗高、產(chǎn)生有害廢氣等問題。目前行業(yè)內(nèi)均質(zhì)爐普遍采用的柴油燃燒裝置由于存在運行成本高、熱效率低等缺陷，而使用天然氣為燃料升級改造后的均質(zhì)爐，在生產(chǎn)使用過程中能夠發(fā)揮出均質(zhì)效果好、能量利用率高、環(huán)保性能優(yōu)良等上佳功效，同時企業(yè)可取得良好的經(jīng)濟效益，建議在有條件使用天然氣的企業(yè)可以考慮采用該種加熱方式進行均質(zhì)處理。