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铝合金熔炼节能措施
核心提示：铝合金行业的节能减排，是以提高铸件质量，降低废品率，减少消耗为中心的节能减排;以发展优质铸件，提高其性能和质量，降低废品铝合金行业的节能减排，是以提高铸件质量，降低废品率，减少消耗为中心的节能减排;以发展优质铸件，提高其性能和质量，降低废品率，减少消耗为主攻方向。判断铝熔炼炉能耗的高低以及是否节能，要从炉子熔化率和热效率两个方面来看。炉子升温速度越快，炉子的熔化率越高，则熔化单位量铝合金的热量消耗就越低。炉子的热效率是铝被加热熔化时吸收的热量与供入炉内的总热量之比，炉子的热效率越高，则热损失越少，热量利用率就越高。因此，熔铝炉节能的根本是提高炉子的熔化率和热效率。
1、优化炉型结构与筑炉材料
对炉子进行改进或设计时，应根据生产工艺要求，选择合适的节能型炉型，提高机械化程度和能源利用率。目前采用的节能措施有：
采用圆形炉膛替代方形炉膛。圆形炉膛没有方形炉膛那样的死角，因此物料能受到炉壁和炉气均匀的辐射热。由于同体积的圆形炉的外表面积较方形炉外表面积小，因此，炉壁散热减少，有一定的节能效果。另外，圆形炉可比方形炉节省钢材40%～50%，节省耐火材料20%～30%，不仅降低了造价，也为运输提供了方便，并美化了外形。
(2) 炉衬采用耐火浇注料整体浇注， 具有强度高、整体性好、气密性好、寿命长等优点。
采用新型节能炉衬材料，优化炉衬结构。炉衬的蓄热和散热，一般占炉子总能耗的20%～45%，在保证炉子的结构强度和耐热强度的前提下，应尽量提高炉衬的保温能力，减少其储蓄热。单纯依靠增加炉衬厚度来降低炉体外壁温度，不仅会增加炉衬的储蓄热和成本，还相应地减少了炉底面积的有效利用率。采用轻质耐火材料和各种绝热材料，
以增强炉子的隔热保温效果，可以有效地减少通过砌体传导和蓄热损失的热量。由刘荣章，王祺发明的新型燃气铝合金保温炉，其炉衬工作层由抗渗透浇注料和超级纳米绝热材料构成，并在每层保温板之间贴上反射膜，不仅提高了炉内的保温效果，而且使炉体的整体使用寿命达到5年。六铝酸钙由于熔点高，耐火性能好，且具有板片状结晶和大量微孔结构，热导率低，因此，其浇注料是一种非常好的抗高温、抗还原性介质侵蚀、抗铝液渗透，具有高温隔热保温性能，且能直接用于工作衬热面与铝液接触的新型耐火材料。VanGarse1D
等研究了用CA6微孔骨料，以铝酸钙水泥或磷酸盐做结合剂制作的轻质隔热浇注料。其浇注料于1500℃烧后体积密度为0.92～1.03g&cm-3，常温耐压强度为2～8MPa，300～1400℃热导率为0.33～0.5W&m-1&K-1。神野文数等将这种CA6轻质浇注料用于铝熔炼炉，实际使用效果明显优于同等条件下原有材料的使用效果。
在炉内壁涂高温高辐射涂料，增加炉衬内表面的黑度，强化炉内辐射传热的能力，减少炉壁散热损失，有助于热能的充分利用，其节能效果可达3%～5%，是近期较先进的节能方法。但是，需要注意涂层的老化现象。辛湘杰、易保华等采用涂层复合技术在熔铝炉的内表面涂上纳米复合涂层，节能效果良好，延长了熔铝炉的使用寿命，提高了热效率。广州有色金属研究院的周美霞、李鹏、刘福平研究了导电电缆线长度、截面积以及将电缆线并联使用、炉衬厚度、添加炉料操作工艺等对中频感应加热熔铝炉能耗的影响。结果表明：①适当缩短导电水冷电缆的长度;②增加水冷电缆的条数，且并联使用;③合理增加导电电缆的截面积;④保证一定的炉衬衬厚，以承受铝液的冲刷和损蚀的前提下，减少感应线圈内壁到炉壁之间的距离。以上措施均可明显降低中频感应加热熔铝炉的能耗，是节能降耗的有效方法。
2、新技术新工艺
(1) 永磁搅拌节能技术。永磁搅拌是指通过永磁体产生的磁力场对铝熔体进行非接触式搅拌， 具有不污染铝熔体，搅拌均匀性好，无搅拌死角，且能连续工作，
生产效率高等优点。永磁搅拌不仅能降低20%～30%的能耗，
且能够减少3%～5%的金属烧损。永磁搅拌技术虽然经过了较长时间的研究，但真正进入实质性应用还是近几年。虽然国内有些厂家也采用了永磁搅拌技术，但都采用侧置式。但其占地面积大、投资大等缺陷，限制了侧置式永磁搅拌装置的推广应用。
(2) 高温空气燃烧技术。高温空气燃烧技术是47Hot Working Technology 2013,Vol.42,
No.590年代发展起来的一项燃烧技术。高温空气燃烧技术通过蓄热式烟气回收装置，
可使空气预热温度达到烟气温度的95%，炉温均匀性&&5℃，燃烧热效率可达80%。该技术具有高效节能、环保、燃烧稳定性好、燃烧区域大、燃料适应性广、便于燃烧控制、设备投资低、炉子寿命长等优点。但高温空气燃烧技术还存在各热工参数间和设计结构间的定量关系，控制系统和调节系统的最优化，
燃气质量和蓄热体之间的关系， 蓄热体寿命和蓄热式加热炉寿命的提高等一些问题，有待进一步探索和改进。
富氧燃烧技术。富氧燃烧技术能减少炉子排烟热损失、提高火焰温度、延长炉窑寿命、提高炉子产量、缩小设备尺寸、清洁生产、利于CO2和SO2的回收综合利用和封存等优点。但富氧燃烧含氧量的增加导致温度的急剧升高，
使NOx 增加, 这是严重制约富氧燃烧技术进入更多领域的因素之一。
等温熔炼技术。由美国能源部拨款，阿波格技术公司、爱励铝业公司、德雷克塞尔大学和阿贡国家实验室联合研发的铝合金等温熔炼炉(ITM)，与当前的常规反射炉相比，可节能70%，减排80%，铝的烧损下降4%，在节能减排方面意义重大。但是，等温熔化技术刚进入商业化试生产阶段，
要获得全面推广与应用还需要一个发展和完善的过程。
3、余热回收与利用
烟气带走的热量占燃料炉总供热量的30%～70%，充分回收烟气余热是节约能源的主要途径。再生蓄热式烧嘴节能技术，
它是将燃烧系统和余热回收系统有机地结合在一起， 将助燃空气温度预热到烟气温度的80%～90%，
使最终排出的烟气温度降到150～250℃，余热回收利用率约为70%，显着降低熔铝炉的燃料消耗，平均节能16.3 kg 标煤/t
铝材。马建国通过在蓄热式熔铝炉上采用SiO2、Al2O3、SiC
和耐热铸铁复合配制而成的蓄热体材料，获得了较好的蓄热性能，节能效果显着。目前烟气余热回收大部分都是针对高温烟气而言的，由于技术和经济性的原因，对于同样占总烟气余热一半的中低温烟气余热利用甚少。因此，对中低温烟气余热回收利用的研究与应用需引起高度重视。另外，在现有的高温烟气余热的回收利用上，很多都只是简单的从能量守恒的数量关系上考虑，而没有考虑热能的质量变化，
即没有考虑能级的匹配问题。
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铝合金的熔炼规范
铝合金的熔炼规范适用于重力锻造和压铸用铝硅合金(包含Al-Si-Mg、Al-Si-Cu等)指导性文件：《铝合金的熔炼规范》。(1) 总则①按本文件出产的铸件，其化学成分和力学性能应契合GB/T 《铝合金铸件》、JISH 《铝合金铸件》、ASTM B 108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T 《压铸铝合金》、JISH 《铝合金压铸件》、ASTM B 85-03《铝合金压铸件》、EN《锻造铝合金》等规范的规则。②本文件所指的铝合金熔炼，系在电阻炉、感应炉及煤气(天然气)炉内进行。通常采纳石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。(2) 配料及炉料1) 配料核算①镁的配料核算量：用氯盐精粹时，应取上限，用无公害精粹剂精粹时，可适当削减;也可依据实际情况调整加镁量。②铝合金压铸时，为了削减压铸时粘模表象，答应适当进步铁含量，但不得超越有关规范的规则。2) 金属资料及回炉料①新金属资料铝锭：GB/T 《重熔用铝锭》铝硅合金锭：GB/T 《锻造铝硅合金锭》镁锭： GB 《镁锭》铝铜中心合金：YS/T 282-2000《铝中心合金锭》铝锰中心合金：YS/T 282-2000《铝中心合金锭》各商标的预制合金锭：GB/T 《锻造铝合金锭》、JISH 《铸件用再生铝合金锭》、ASTM B 197-03《锻造铝合金锭》、JISH 《压铸铝合金锭》、EN《锻造铝合金锭》等。②回炉料包含化学成分清晰的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料，以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。回炉料的用量通常不超越80%，其间破碎重熔料不超越30%;关于不重要的铸件可悉数运用回炉料;关于有特殊需求(气密性等)的铸件回炉料用量不超越50% 。3) 铲除污物为进步产品质量，有必要铲除炉料外表的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件，应在熔炼前除掉(可用一个熔炼炉专门去掉镶嵌件)。4) 炉料预热预热通常为350～450℃下保温2～4h。Zn、Mg、RE在200～250℃下保温2～4h。在确保坩埚涂料完好和充沛预热的情况下，除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃资料外的炉料答应随炉预热。(3) 精粹剂预备①铝合金的精粹通常选用六氯乙烷、DSG铝合金除渣除气剂、铝精粹剂ZS-AJ 01C等精粹剂。②六氯乙烷运用前，置于熔炉旁预热。③ DSG铝合金除渣除气剂、铝精粹剂ZS-AJ 01C等精粹剂，寄存时要防止吸潮，运用前应置于熔炉旁预热。(4) 坩埚及熔炼东西的预备①新坩埚运用前应整理洁净(可选用吹砂或其它办法)，然后加热到600～700℃,坚持30～60min，再降温到200～300℃，开端喷刷涂料。②行将运用的坩埚和熔炼东西运用钢丝刷、铁铲、錾子等东西去掉坩埚和熔炼东西外表的氧化物、熔渣等污物，并预热到200～300℃，然后在与合金液触摸有些的外表喷刷涂料。③喷刷涂料后，坩埚应预热到500～600℃，其它熔炼东西应预热到200～300℃待用。④喷刷涂料后的运用时刻，以涂料不掉落为原则，在接连熔炼时，坩埚喷刷一次涂料通常不超越24h，不然应从头整理坩埚，并喷刷涂料。其它熔炼东西涂料掉落后应随时补涂。⑤用后的坩埚和熔炼东西上的金属残渣、氧化皮和熔渣应整理洁净(坩埚运用后最佳趁热整理)。(5) 合金熔炼①依据坩埚熔炼和炉料分量，按回炉料、合金锭、中心合金、纯金属的次第连续或一起参加坩埚并升温熔化。a. 加镁时，用钟罩将镁块压入合金液下部，缓慢滚动，拌和均匀，待镁悉数熔化后取出钟罩。②炉料悉数熔化后，当合金液温度到690～740℃时，用钟罩分2～3批将精粹剂压入合金液内，间隔坩埚底部10～15cm处，缓慢均匀滚动，直到反响中止后，取出钟罩。a. 气候潮湿或回炉料用量较大时，精粹剂参加量取上限，详细参加量还要依据精粹作用。③精粹后，静置10～20min，然后去掉合金液外表的熔渣，再将合金液转入保温炉或直接浇注。a. 在全部熔炼浇注过程中，合金液的温度不要过高，在短时刻内也不该超越750℃。b. 合金的熔炼浇注时刻要尽量缩短，从合金开端熔炼到浇注结束不宜超越8h。c. 精粹后合金液的停留时刻，锻造或压铸不超越4h，不然应弥补精粹。d. 弥补精粹的温度与浇注温度一样，精粹剂的用量为剩下合金液分量的0.2～0.4%，弥补精粹含镁的铝合金时，还应斟酌补加镁的烧损量。e. 在浇注过程中，不得将浇口余料或废铸件随意参加合金液内，不然应从头精粹。f. 坩埚底的剩下合金液深度小于50mm时，不得再浇注铸件，但可以参加炉料接连熔炼，或倒入新的合金液。g. 在全部熔炼过程中，要尽量少破坏合金液外表的氧化皮，在舀取合金液时，应先将氧化皮扒开，尽量防止将氧化皮带入合金液内。(6) 质量查看①合金熔炼后应进行炉前查验：化学成分查看(光谱剖析法)、断口查看(目视法)、针孔度剖析(当铸件有气密性需求或耐压需求时进行查看)。②每炉合金浇注通常时，应浇注力学性能试样(对铸件有力学性能需求时进行)。(7) 安全技能①工作场地应坚持枯燥，不答应有积水或积油。②工作开端前，操作者应按规则穿戴好防护用品，并查看设备的线路或管道等，发现毛病，应先行扫除。③坩埚在运用前应进行认真细致查看，若发现有裂纹、严峻氧化皮或严峻“涨肚”，应中止运用。④电路的通电和断电应有指示灯显现。吊出坩埚时应先断电。⑤点着煤气炉或天然气炉时，应先开气阀送气后焚烧;停炉时，应先封闭气阀。⑥选用六氯乙烷精粹时，应先开动抽风机。⑦加料时应留意使炉料在开端熔化时能自行降低，不得有“搭桥”表象。⑧制止运用未经预热的熔炼东西与合金液触摸;制止将未经预热的冷料加到合金液内;制止将合金液倒在冷锭模或水泥地上及金属地板上。}