王寶中

摘要：鋁產(chǎn)品在熔煉、鑄軋過程中會(huì)吸氣，造成產(chǎn)品含氣、夾渣，鋁合金熔體的精煉主要是除去氫及氧化夾渣，鋁水在流送過程中易產(chǎn)生二次污染，所以不僅需要進(jìn)行爐內(nèi)精煉，在線精煉、在線除氣、在線過濾是爐內(nèi)精煉的完善和補(bǔ)充。

關(guān)鍵詞：除氣;轉(zhuǎn)子;精煉;控制

引言

在鑄軋生產(chǎn)過程中，尤其是每年6-9月高溫多雨季節(jié)，鑄軋卷中氣孔、夾雜等嚴(yán)重影響其內(nèi)部質(zhì)量，導(dǎo)致鋁成材率降低。因此，鋁水在線處理一直是我們重點(diǎn)研究和改進(jìn)的對(duì)象。目前我公司使用的在線精煉設(shè)備密封性能不是很好，箱體之間或箱體與箱蓋之間只是機(jī)械的連接在一起。尤其是除氣箱，在石墨轉(zhuǎn)子除氣過程中，達(dá)不到封閉除氣的效果，產(chǎn)生的粉塵彌散在除氣箱上方，對(duì)生產(chǎn)環(huán)境有一定污染。保溫性能較差，造成溫降大，為了保證前箱溫度，熔煉爐鋁水溫度很高，熔體吸氣嚴(yán)重。此次進(jìn)行的鋁水在線處理系統(tǒng)改造主要目的是提高鋁水純度，減少溫降，改善生產(chǎn)環(huán)境。

1技術(shù)及工藝要求

1.1氫氣的產(chǎn)生及除氣原理

燃?xì)馊蹮挔t燃燒熱效率高，熔化速度快，污染性小，溫度可自動(dòng)控制。但是由于天然氣燃燒使?fàn)t氣中的水分壓高，水分與Al反應(yīng)產(chǎn)生H₂（3H₂O+2Al=Al₂O₃+3H₂），氫通過物理吸附、化學(xué)吸附和擴(kuò)散進(jìn)入鋁液。爐氣中的水分壓越大，鋁液中所吸收的氫越多。因此，必須在保溫爐與鑄軋機(jī)之間的生產(chǎn)線上配備效率較高的除氣裝置。

目前的除氣原理是將惰性氣體通入鋁水中，鋁水中溶解的氫，通過濃差擴(kuò)散進(jìn)入惰性氣泡中，惰性氣泡浮出鋁熔體時(shí)，將氫除去。在動(dòng)力學(xué)上，除氣速度或效率受多個(gè)參數(shù)的控制，這些參數(shù)是相互依賴的，除氣效率取決于這些參數(shù)之間的搭配。主要有以下幾點(diǎn)：鋁液和氣泡間的氫濃度差、氣泡總表面積、氣泡密度、氣泡與金屬的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度、氣泡停留時(shí)間等。

1.2惰性氣體氣泡的產(chǎn)生

除氣系統(tǒng)中惰性氣體氣泡的主要產(chǎn)生來自旋轉(zhuǎn)噴頭：在氣體從旋轉(zhuǎn)噴嘴周邊上的孔噴射的過程中，被旋轉(zhuǎn)噴嘴和鋁液間產(chǎn)生的剪切力打碎成細(xì)小泡。產(chǎn)生的氣泡大小取決于旋轉(zhuǎn)噴頭孔的大小，氣體通過孔的速度和旋轉(zhuǎn)噴頭的周邊速度。孔越小，氣體出口速度越高，旋轉(zhuǎn)噴嘴的周邊速度越大，產(chǎn)生的氣泡越小。高轉(zhuǎn)速和小孔徑，帶來相當(dāng)多的設(shè)計(jì)問題，轉(zhuǎn)子維護(hù)和運(yùn)行所需要的空間大，使得到的氣泡密度受到限制。

2設(shè)備改造

2.1原設(shè)備系統(tǒng)

鑄軋車間的生產(chǎn)使用的在線除氣系統(tǒng)，除氣采用的是氮?dú)?，設(shè)備一直沿用老設(shè)備，已不能滿足現(xiàn)場(chǎng)管理、產(chǎn)品質(zhì)量的要求。由于轉(zhuǎn)子的高速旋轉(zhuǎn)，和氮?dú)獾臄嚢枳饔茫a(chǎn)生了很多的細(xì)微的鋁屑顆粒，在除氣箱周圍彌漫，對(duì)設(shè)備、環(huán)境衛(wèi)生影響很大，人站在除氣箱旁邊，有迷眼的感覺，對(duì)鑄軋工的呼吸系統(tǒng)有很大的危害。

2.2改造后在線除氣系統(tǒng)

本次改造使用的裝置是一套系列化的除氣、除渣裝置，除氣過濾及所有的電控、氣控、耐火澆注料設(shè)備為一體的配套裝置。

裝置部分包括二臺(tái)液壓升降旋轉(zhuǎn)裝置，其中一臺(tái)作為除氣旋轉(zhuǎn)裝置，主要控制石墨轉(zhuǎn)子，旋轉(zhuǎn)除氣。另外一臺(tái)作為加熱系統(tǒng)使用，采用插入式硅碳棒外加氮化硅保護(hù)套加熱（發(fā)熱功率24KW）。

除氣箱（鋁液除氣罐）前后箱連體（中間用碳化硅板為隔板），前箱為除氣、加熱部分，后箱為出鋁部分。

3控制系統(tǒng)

3.1電氣控制系統(tǒng)

1、本系統(tǒng)以除氣裝置內(nèi)鋁液的溫度為主要控制對(duì)象，輸出控制觸點(diǎn)控制晶閘管模塊的電壓輸出，從而控制24KW加熱器的加熱回路電壓，可以實(shí)現(xiàn)保持鋁液溫度和在小范圍內(nèi)調(diào)節(jié)鋁液溫度的目的，滿足生產(chǎn)工藝要求。當(dāng)鋁液溫度超過設(shè)定值時(shí)，晶閘管模塊自動(dòng)調(diào)節(jié)加熱器電壓，以保證加熱器使用壽命，當(dāng)鋁液溫度過低、加熱器保護(hù)套管破損鋁液浸入或加熱元件斷開，聲光報(bào)警器自動(dòng)報(bào)警提示。

2、由于鋁液的溫度和流量隨工藝的要求有所不同，而連續(xù)澆鑄對(duì)鋁液流量有一定要求。因此對(duì)鋁液除氣裝置控制系統(tǒng)的控制精度要求較高。故在惰性氣流量控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，在保證惰性氣體流量維持在設(shè)定范圍內(nèi)的前提下，根據(jù)工藝要求合理控制流量，使流量調(diào)節(jié)具有連續(xù)性和靈活性。

3、控制系統(tǒng)根據(jù)設(shè)定值和壓力傳感器采集的管網(wǎng)實(shí)際壓力信號(hào)，在較高的檢測(cè)和控制精度范圍內(nèi)，控制管網(wǎng)的壓力恒定。并在惰性氣體的壓力達(dá)不到系統(tǒng)工作要求時(shí)，發(fā)出報(bào)警信息，通知溫控儀和壓力監(jiān)測(cè)儀控制連鎖，相關(guān)電氣保護(hù)動(dòng)作，以保證整個(gè)系統(tǒng)工作的可靠性和安全的控制。

4、系統(tǒng)可根據(jù)工藝要求防止攪拌不夠充分，保證除氣功能的順利完成，系統(tǒng)選用變頻器實(shí)現(xiàn)對(duì)石墨轉(zhuǎn)子電機(jī)的無級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍：0—400RPM，由變頻器控制攪拌電機(jī)的轉(zhuǎn)速和石墨轉(zhuǎn)子的升降，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)功能，也可由人工根據(jù)工藝要求手動(dòng)調(diào)節(jié)。根據(jù)石墨轉(zhuǎn)子的要求，由系統(tǒng)自動(dòng)判斷石墨轉(zhuǎn)子可否開始升降動(dòng)作，何時(shí)關(guān)閉氣體，以防止鋁液對(duì)石墨轉(zhuǎn)子造成損害和堵塞。根據(jù)石墨轉(zhuǎn)子的要求，當(dāng)石墨轉(zhuǎn)子攪拌受力（攪拌葉輪一側(cè)損壞）不平衡而產(chǎn)生過負(fù)荷時(shí)，調(diào)速裝置將自動(dòng)保護(hù)報(bào)警。

5、系統(tǒng)采用自動(dòng)流量調(diào)節(jié)裝置，可通過調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)氣體流量。并在給定流量值的前提下，自動(dòng)調(diào)節(jié)氣體流量，保持流量恒定，以確保除氣效率。

6、當(dāng)發(fā)生電氣、機(jī)械故障和工藝參數(shù)超出設(shè)定值等時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行聲光報(bào)警，并采取相應(yīng)措施。上位機(jī)故障時(shí)，PLC及變頻器可以組成獨(dú)立控制系統(tǒng)進(jìn)行工作;若整個(gè)上、下位自動(dòng)系統(tǒng)均發(fā)生故障，現(xiàn)場(chǎng)控制柜具有手動(dòng)功能，以保證系統(tǒng)工作的不間斷。

7、當(dāng)加熱棒因老化功率達(dá)不到要求的功率時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)把加熱棒電壓由220V改為380V，以保證硅碳棒的發(fā)熱功率和使用壽命。

8、為保證系統(tǒng)的安全性，在設(shè)備安裝時(shí)，除氣箱外殼和電控柜必須可靠接地。

3.2氣路系統(tǒng)

系統(tǒng)利用高純氬氣，通過高速旋轉(zhuǎn)的石墨轉(zhuǎn)子葉輪進(jìn)入鋁液中，產(chǎn)生細(xì)小的氣泡，把鋁液中的氫氣帶出鋁液，同時(shí)，可使鋁液中的雜質(zhì)浮出鋁液表面，從而使鋁液的含氫量和含渣量大為減少。

系統(tǒng)采用壓力自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置和流量自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置，使進(jìn)氣壓力和流量保持在恒定值，并可通過遠(yuǎn)程自動(dòng)控制輸入氣體的流量和壓力。

4應(yīng)用情況

本系統(tǒng)改造之后，提高了除氣箱的氣密性，大幅減少了粉塵的益處，改善了現(xiàn)場(chǎng)工作條件。其中增加的加熱系統(tǒng)，使得前箱溫度更穩(wěn)定，增加了生產(chǎn)工藝的穩(wěn)定性。

鑄軋線鋁液在線除氣技術(shù)改進(jìn)后，除氣除渣更徹底，提高了產(chǎn)品的合格率，保證了鑄軋卷的質(zhì)量。

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