燃气炉在铝合金圆棒均质工艺中的应用

燃气炉在铝合金圆棒均质工艺中的应用
[摘要]本文结合某公司使用燃气炉进行铝及铝合金圆棒均质化处理的情况，详细介绍了燃气均质炉在均质工艺改善及节能方面的优点。

[关键词]燃气均质炉铝合金圆棒均质工艺
中图分类号：tf 文献标识码：a 文章编号：1009-914x（2013）08-152-02
前言
均质是挤压用铝合金铸棒的一项重要工序，通过该工序，可以彻底消除铝棒的铸造应力及组织偏析，使合金塑性、强度大大提高，均质炉则是该工序不可缺少的重要设备。

某公司原有30吨电加热均质炉，因其无法满足正常的均质任务，公司新建设30吨燃气均质炉，经连续几个月的试用，均质效率明显提高，均质成本明显降低，总体效果优于电加热炉。

1、设备介绍
1.1均热炉炉体
炉体为箱式强制空气循环燃气炉，炉顶上装有3个高压大风量高温离心风机，使炉内气体定向循环。

炉壁、炉底、炉顶全部采用双层钢板中间填以用锚固件固定的绝热材料，并用型钢加强，采用连续气密焊缝保证具有足够的强度、刚度和气密性。

导流板采用
sus304钢板制造，并考虑循环风的导向，消除风循环死角。

1.2空气循环系统
该系统是保证产品达到工艺要求的加热速度和温度均匀性的关键，为强化热交换保证产品质量，在炉顶装有3台大风量离心风机，风机的轴承冷却采用工厂循环水。

风机转速自动检测，低温启动采用低速，以节省电能消耗，高温时采用高速转以缩短加热时间，高低速转换温度约为200℃，转换过程自动进行或手动控制，炉气温度均匀性≤±5℃，制品温度均匀性≤±3℃。

炉内气体的循环路径如下：
风机→炉膛一侧的风道（接受烧嘴高温烟气的热量）→炉膛（经由炉膛一侧的导流板进入炉膛）→与圆棒进行热交换→风机（经由炉膛另一侧的导流板进入风机）。

1.3 燃烧系统
该炉采用天然气烧嘴，垂直安装在炉膛一侧的风道内。

该燃烧系统由助燃风机、换热器、电动调节阀、安全切断阀、燃气比例阀、稳压阀、流量计、电磁阀及压力开关组成；每个烧嘴均有点火装置及火焰检测装置，可以连续检测烧嘴的工况，一旦熄火，马上切断其管路上的电磁阀，并声光报警，提醒操作人员。

烧嘴燃烧能力具有连续调节及on-off两种调节模式。

在on-off 模式下，烧嘴能根据炉温需要进行一定顺序的通断燃烧，这样可以充分搅动炉膛内气氛的温度，更加有利于获得较高的炉温均匀性。

1.4 均热炉控制系统
本控制系统的过程控制级是由德国西门子程控器组成，还设置了
触摸屏，它可以方便地设定和修改工艺参数及过程变量控制参数。

控制系统另外配置有智能仪表，作为超温报警使用。

温度控制：由炉气温度热电偶采集的温度信号送入温度控制模块经冷端补偿，线性化处理，与给定值一起经pid运算，其结果输出给烧嘴控制器，通过调整烧嘴火焰的大小来控制炉温。

炉门口安装有料温控制热电偶接口，可与料温控制系统连接控制加热系统。

烧嘴控制采用比例调节控制，所有烧嘴根据设定温度与实测温度进行比较，通过pid运算，调节助燃风管路的蝶阀，并将信号通过比例阀反馈到燃气管路，从而调整烧嘴的供气量。

通过此控制方式可以将炉气温度精确的控制在±3℃以内。

2、均质工艺
铝合金棒材根据不同的牌号及不同的用途，均质工艺也各不相同，下面我们以6系合金为例，说明一下，燃气均质炉对工艺的优化情况：
6系合金均质要求将棒材由常温加热至540-570℃左右，然后保温4-7小时，保温结束后风冷2小时，水冷1-2小时。

以下（表1）为使用电热均质炉和燃气均质炉的均质时间对比表：从图中可以看到，使用燃气均质炉可以将每炉次的加热时间缩短2个小时，保温和冷却时间因工艺要求不能改变，因此采用燃气均质炉可提高均质效率10%以上。

3、应用效果
3.1产品质量
自7月份均质炉投产以来，某公司已经均质6系铝合金圆棒3800吨，其中直径为305mm的产品占总均质量的85%。

对产品进行低倍和高倍分析后，产品内在质量符合要求，晶粒度可达到壹级。

以下为均质产品的低倍和高倍分析数据：
3.2节能效果
燃气均质炉能源消耗主要有两部分，燃气消耗和电力消耗；我们对使用燃气均质炉30炉次的能源消耗数据进行分析，平均燃气单耗为36立方，电力消耗为15度；电加热均质炉平均电量单耗为260度。

表2为燃气均质炉10个炉次的能源消耗统计表，表3为电加热均质炉10个炉次的能源消耗统计表，从表中可以看出，燃气均质炉均质成本比电加热均质炉节省18.8%。

4、结论
从我们使用燃气均质炉的数据与电加热炉对比可以发现，燃气均质炉明显优于电加热炉，在保证均质质量的情况下，均质效率明显高于电加热炉、均质成本明显低于电加热炉。

如果使用不间断连续均质方式，均质效率及均质成本的优势将会更加明显。

参考文献：
[1]《30吨燃气均质炉使用手册》。