舒 暢

（西安威特電力電子設(shè)備研究所，西安710116）

1 鋁型材生產(chǎn)中的鋁棒加熱工藝現(xiàn)況

在鋁型材生產(chǎn)過程中，首先將鋁錠熔化成鋁液，然后澆鑄成實(shí)心或空心鋁棒。由于澆鑄成的鋁棒晶體結(jié)構(gòu)和化學(xué)成分分布不均勻，需經(jīng)過均勻化熱處理，使其化學(xué)成分和晶體結(jié)構(gòu)更加均勻一致。均勻化熱處理后的鋁棒在擠壓前還需再次加熱到擠壓溫度，然后才經(jīng)擠壓機(jī)擠壓出鋁型材產(chǎn)品[1-2]。

目前的均勻化熱處理工藝是將鋁棒加熱到450～560 ℃，然后保溫4～12 h后冷卻至常溫(不同材質(zhì)鋁棒的加熱溫度和保溫時間各不相同）。均勻化熱處理后的鋁棒在擠壓前再次加熱到擠壓溫度（430～560 ℃左右，不同成分鋁棒擠壓溫度不同），最后經(jīng)擠壓機(jī)擠壓出鋁型材產(chǎn)品[3-5]。由以上生產(chǎn)過程可知，在現(xiàn)有的生產(chǎn)工藝中，鋁棒需經(jīng)過兩次加熱過程，在兩種加熱爐之間轉(zhuǎn)運(yùn)，不僅耗時、費(fèi)工，而且耗能高、生產(chǎn)效率低。這樣就使得鋁棒的加熱能耗費(fèi)用成為鋁型材生產(chǎn)的主要成本之一。因此，如何降低鋁棒加熱能耗費(fèi)用也成為鋁型材生產(chǎn)過程中急需優(yōu)化改進(jìn)的研究方向。

如果能將現(xiàn)行的兩次加熱過程有機(jī)結(jié)合成一次完成加熱，將會給鋁型材生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和良好的節(jié)能減排社會效益。

2 改進(jìn)鋁棒加熱工藝及設(shè)備組成

2.1 工藝改進(jìn)特點(diǎn)

為了克服上述現(xiàn)有鋁型材生產(chǎn)中鋁棒加熱技術(shù)工藝的不足，針對兩次加熱能耗高、效率低、鋁棒搬運(yùn)耗時費(fèi)工的缺點(diǎn)[6-7]，西安威特電力電子設(shè)備研究所在其已廣泛應(yīng)用于鋁型材擠壓加熱的變頻鋁棒加熱爐基礎(chǔ)上，改進(jìn)并實(shí)現(xiàn)了一次完成并具有部分均勻化熱處理效果的加熱工藝及設(shè)備。該工藝將兩次加熱變?yōu)橐淮渭訜?，鑄棒澆鑄成型后，不需單獨(dú)進(jìn)行均勻化熱處理，在擠壓前利用感應(yīng)爐加熱速度快的優(yōu)勢，將鋁棒加熱集中在晚上谷電低費(fèi)用時段完成。加熱后的鋁棒進(jìn)入保溫爐（保溫爐采用多層燃?xì)鉅t或電阻爐）后再經(jīng)4～12 h保溫，這樣既完成了部分均勻化熱處理，也滿足了夜間加熱的鋁棒在日間使用。使用時按加熱先后順序進(jìn)入擠壓機(jī)擠出鋁型材即可。

2.2 改進(jìn)工藝可行性分析

該工藝雖然不能完全替代鋁棒均勻化熱處理，但可滿足大部分鋁型材性能要求。圖1是改進(jìn)加熱工藝后的鋁棒加熱工藝曲線圖，圖2是現(xiàn)有鋁棒均質(zhì)工藝曲線圖，圖3是現(xiàn)有鋁棒擠壓前加感應(yīng)加熱工藝曲線圖。對比圖1、圖2 和圖3 可知，改進(jìn)后的鋁棒加熱工藝既滿足了部分均勻化熱處理的工藝過程，也滿足了擠壓前鋁棒加熱工藝過程，說明擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝在理論上是可行的[2]。

圖1 擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝曲線

圖2 目前采用的鋁棒均勻化熱處理加熱工藝曲線

圖3 目前采用的鋁棒擠壓前感應(yīng)加熱工藝曲線

2.3 改進(jìn)工藝后加熱設(shè)備配置

為實(shí)現(xiàn)擠壓前加熱與均勻化熱處理一次完成的加熱工藝，鋁棒加熱設(shè)備采用變頻感應(yīng)加熱爐與保溫爐組合方案。圖4為全套設(shè)備組成示意圖。全套鋁棒加熱設(shè)備包括：①鋁棒上料機(jī)構(gòu)；②感應(yīng)鋁棒加熱爐；③鋁棒轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入保溫爐機(jī)構(gòu)；④多層式圓形或矩形鋁棒保溫爐；⑤鋁棒轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入擠壓機(jī)機(jī)構(gòu)；⑥操作控制機(jī)構(gòu)。

采用該設(shè)備加熱鋁棒時，由①鋁棒上料機(jī)構(gòu)將冷鋁棒送到感應(yīng)加熱爐進(jìn)口，再由②感應(yīng)鋁棒加熱爐的推進(jìn)機(jī)構(gòu)將鋁棒推進(jìn)感應(yīng)爐內(nèi)加熱，當(dāng)鋁棒溫度達(dá)到530～560 ℃時，推進(jìn)爐口下一支待加熱的鋁棒，同時由感應(yīng)爐出口頂出已加熱的鋁棒；由③鋁棒轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入保溫爐機(jī)構(gòu)將加熱后的鋁棒送入④多層式圓形或矩形鋁棒保溫爐。⑥操作控制機(jī)構(gòu)接到擠壓機(jī)信號后，給⑤鋁棒轉(zhuǎn)運(yùn)進(jìn)入擠壓機(jī)機(jī)構(gòu)發(fā)出指令，將鋁棒由保溫爐取出送到擠壓機(jī)；由此，完成整個加熱及均勻化工藝。為減少改造設(shè)備投資，可將現(xiàn)有多層鋁棒燃?xì)饧訜釥t或電阻爐作為保溫爐使用。

圖4 擠壓前加熱與均勻化熱處理一次完成加熱設(shè)備組成示意圖

由圖1加熱工藝曲線可知，設(shè)計感應(yīng)加熱爐的加熱時間應(yīng)小于擠壓時間的一半，這樣就能保證利用晚間谷電12 h之內(nèi)加熱出的鋁棒數(shù)量在保溫爐中保溫，既完成了鋁棒均勻化處理，又滿足了擠壓機(jī)24 h生產(chǎn)所需的鋁棒數(shù)量。

3 改進(jìn)鋁棒加熱工藝的優(yōu)勢

設(shè)計擠壓前加熱與半均勻化熱處理一次完成的加熱工藝的目的是在鋁型材生產(chǎn)過程中，在產(chǎn)品性能達(dá)到現(xiàn)有鋁型材性能前提下減少加熱能耗，減少生產(chǎn)周轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，減少人工成本。

（1）減少生產(chǎn)成本提高利潤率。表1是傳統(tǒng)工藝和改進(jìn)工藝在鋁型材生產(chǎn)中每噸鋁棒加熱能耗對比。

表1 傳統(tǒng)工藝和改進(jìn)工藝的鋁棒加熱能耗費(fèi)用對比

由表1可知，改進(jìn)后的一次加熱工藝比目前采用的兩次加熱工藝可節(jié)省一半以上的加熱費(fèi)用，節(jié)能效果非?？捎^，并且使用了國家鼓勵使用的晚間谷電，利國利民。

（2）減少廢氣排放保護(hù)環(huán)境。表2 是傳統(tǒng)工藝和改進(jìn)工藝在鋁型材生產(chǎn)中每噸鋁棒加熱排放的廢氣量。

表2 傳統(tǒng)工藝和改進(jìn)工藝鋁棒加熱排放廢氣量對比

由表2可知，改進(jìn)后的一次加熱工藝比目前采用的兩次加熱工藝在鋁型材生產(chǎn)中可減少90%以上的廢氣排放。

4 結(jié)論

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，改進(jìn)鋁型材生產(chǎn)中的鋁棒加熱工藝是完全可行的，而且由于現(xiàn)有設(shè)備可部分使用，大功率加熱又是在晚間進(jìn)行的，所以其它設(shè)備以及供電等基礎(chǔ)設(shè)施不需大量投入。目前國內(nèi)鋁型材全年總產(chǎn)量45000 kt左右，如果有50%的產(chǎn)量采用該工藝生產(chǎn)，可為鋁型材生產(chǎn)企業(yè)節(jié)省50 多億元的生產(chǎn)成本；降低日間用電高峰負(fù)荷，可減少二氧化碳排放量4000 kt、二氧化硫排放量200 kt以上，經(jīng)濟(jì)效益和社會效益巨大。