用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群的製作方法
2024-02-27 19:46:15 1
本發明涉及有色金屬熔煉爐
技術領域：
，尤其是涉及一種用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群，特別是涉及一種用於配套以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群。
背景技術：
：現代鋁板帶箔生產有鑄錠熱軋、鑄軋、連鑄連軋三種供坯生產工藝。其中以哈茲列特(Hazelett)連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產近十年來有了飛速發展，在生產大多數民用板帶箔材時，以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產有著其它供坯工藝不可比擬的優勢：①與鑄錠熱軋相比，省去了鑄錠鋸切、銑面、加熱或均熱等工序，因此節省投資；②與鑄軋相比，產量大、產品範圍廣、質量好。③能耗低，生產成本低，產品的市場競爭能力強。典型的以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產工藝過程如下：①鋁混合爐的設計適合使用來自電解車間的電解鋁液，採用鋁水包轉移鋁水，進入鋁混合爐的電解鋁液通常為860℃-900℃；②取樣檢測熔融金屬的化學成分；③添加返回廢料和中間合金錠，以達到730℃的金屬溫度；④如果大量的返回廢料被熔化，接收鋁液的鋁混合爐轉化成雙重功能的「熔化爐」，採用精確控溫的燃燒器進行加熱熔煉，並進行扒渣和電磁攪拌，使熔池達到730℃的溫度水平；⑤在熔池內使用爐內精煉器處理熔融鋁液；⑥在熔池內一定的保持靜止時間；⑦鋁液取樣化學分析；⑧混合爐傾動，鋁液倒入流槽並通過除氣和過濾設備運送熔融金屬到哈茲列特鑄機，並在流槽添加鋁鈦硼再進行晶粒細化。以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁板帶箔連鑄連軋生產對鋁液的產量和質量都有很高要求。典型的哈茲列特鑄機對鋁液的品質要求如下：鋁水金屬質量：氫含量目標值小於等於0.1毫升/100克鋁，顆粒度小於等於3μ，鋁水流量：≤70噸/小時鋁液，鋁水溫度精度：控制在鋁液目標溫度±3℃，鋁液鑄造流槽的液面控制在目標液面的±1.5毫米。如上所述，以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產線要求有配套的鋁混合爐，僅限於使用單個鋁混合爐，而沒有使用由多個鋁混合爐組成的混合爐群。原因在於，單個鋁混合爐更容易控制鋁液的產量和質量。然而，哈茲列特鑄機要求鋁液以規定的質量和流量不間斷供應。而單個鋁混合爐具有一定的傾倒周期和準備周期，無法獨立滿足以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產線的不間斷供應鋁液的要求。此外，由於鋁混合爐要從側井接收大量的電解鋁液，因而傾動液壓缸位置的布置對操作運行很重要。傳統技術下採用雙液壓缸傾動鋁混合爐，兩個液缸分別布置在爐門的兩側，靠近鋁混合爐端牆。但是，這種布置不但影響了自由進出裝料側井區域，使液壓缸容易受到鋁水包裝料卡車的碰撞，而且也使液壓缸暴露在熔融金屬飛濺的區域。技術實現要素：因此，本發明所要解決的技術問題在於提供一種用於配套鋁連鑄連軋生產的鋁混合熔煉爐群，尤其是用於配套以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產的鋁混合熔煉爐群。本發明所要解決的技術問題通過一種用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群加以解決，其中，所述鋁混合爐群包括多個鋁混合爐，各所述鋁混合爐分別與帶保溫蓋的流槽連通，其中，為每座所述鋁混合爐配設有電解鋁液注入裝置、鋁水攪拌裝置、爐內精煉裝置、燃燒器及燃燒控制系統、爐體傾動裝置、出鋁控制系統、在線除氣和過濾裝置，其中，所述鋁混合爐具有爐體傾動液壓缸，所述爐體傾動液壓缸被設計為適於在所述出鋁控制系統的控制下旋轉傾動所述鋁混合爐，從而將所述鋁混合爐內的熔融鋁液通過流槽輸送到連鑄機。由於提供了包括多個鋁混合爐的鋁混合爐群，因而能夠克服單個鋁混合爐的傾倒周期和準備周期造成的供應不連續，以規定的質量和流量不間斷供應鋁液，從而滿足以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁連鑄連軋生產線的要求。在這種包括多個鋁混合爐的鋁混合爐群設計中，鋁混合爐的數量及噸位被合理配置，從而既保證了生產的順行，也留有合理的間歇和餘量。優選的是，所述出鋁控制系統包括：爐體傾動位置傳感器，所述爐體傾動位置傳感器用於檢測所述鋁混合爐的爐體傾動位置；以及爐體傾動聯鎖控制裝置，所述爐體傾動聯鎖控制裝置根據爐體傾動位置傳感器的檢測值調節對應的鋁混合爐的爐體的傾動角度。在此，爐體傾動角度的調節是通過調節所述爐體傾動液壓缸的伸出長度來實現的優選的是，所述爐體傾動位置傳感器是布置於所述爐體傾動液壓缸上的爐體傾動液壓缸位置傳感器，用於檢測液壓缸的伸出長度。爐體的實時傾動角度可根據測得的液壓缸的伸出長度計算出來。在此，出爐金屬鋁液流量是爐體傾動角度的函數。因此，根據對爐體傾動液壓缸位置的監測和控制，亦實現了對出爐金屬鋁液流量的監測和控制。優選的是，所述出鋁控制系統還包括流槽閘板，所述流槽閘板布置於每段所述流槽上，用於在關閉時阻止鋁液流動，其中，所述爐體傾動聯鎖控制裝置在所述流槽閘板打開時才允許對應的鋁混合爐開始傾動動作，而在對應的鋁混合爐的爐體復位時則立即關閉對應的流槽閘板。流槽閘板的組合動作保證了鋁水的正確流向和安全。優選的是，所述出鋁控制系統還包括液位保護電極，所述液位保護電極布置在每段所述流槽上，用於檢測流槽液位達到高液位極限的情況，其中，在所述液位保護電極檢測到流槽液位達到高液位極限時，所述爐體傾動聯鎖控制裝置停止爐體傾動動作。優選的是，所述出鋁控制系統還包括雷射液位儀，所述雷射液位儀用於實時測量所述鋁混合爐的出口流槽內的鋁液液位，其中，所述爐體傾動聯鎖控制裝置根據實時測量到的所述鋁混合爐的出口流槽內的鋁液液位控制爐體傾動動作，以維持該出口流槽內的液位在一定範圍。具體而言，雷射液位儀用於對流槽鋁液液位的非接觸檢測。通過動態參數的PID模型控制液壓缸的液壓系統比例閥的開度，從而調節金屬鋁液的出爐量，進而維持流槽的液位在一定範圍內，保證下遊鑄造機鑄造時鋁液流量恆定。通常，流槽液位控制精度在+/-1.0mm。由於混合爐要從側井接受大量的電解鋁液，傾動油缸位置的布置對操作運行很重要。優選的是，所述爐體傾動裝置的傾動液壓缸布置在所述鋁混合爐的下部。由於傾動液壓缸布置在所述鋁混合爐的下部，因而側井區域無障礙且寬敞，這有利地防止了液壓缸受到碰撞或鋁液飛濺的影響。傳統的傾動保溫爐採用雙液壓缸傾動，兩個缸分別布置在爐門的兩側，靠近鋁混合爐端牆。但是，這種布置影響了自由進出裝料側井區域，也使液壓缸暴露在熔融金屬飛濺的區域，也容易受到鋁水包裝料卡車的碰撞。本發明提出的這種將傾動液壓缸布置在所述鋁混合爐下部的設計克服了這一技術困難。需要特別說明的是，這種設計並不會給液壓缸的維修帶來困難，因為液壓缸在需要維修更換時可以在繞自身底端樞轉之後被取出。因此，雖然在這種情況下需要增加用於容納傾動液壓缸的土建基礎地坑凹槽深度而會增加相應的施工量，但是相比於液壓缸布置在爐門兩側的技術方案，這種設計無疑因上述優點而是有利的技術方案。優選的是，所述鋁混合爐在爐門下部具有由橫跨爐體寬度方向的重型箱形橫梁組成的傾動支撐梁，所述爐體傾動裝置的傾動液壓缸支撐在該傾動支撐梁上。與直接布置在爐門兩側上的設計相比，這種布置的優點在於，首先主要荷載通過橫梁傳遞，而不是由爐殼承擔，從而避免爐殼的潛在應力集中和變形。其次，橫梁的溫度相對較低，因而液壓缸連接點的膨脹量亦較小。優選的是，所述鋁混合爐群的鋁混合爐數量為二至六座。優選的是，所述鋁混合爐群中有若干座鋁混合爐共用一個所述鋁水攪拌裝置。附圖說明圖1示出了根據本發明的用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群；圖2示出了圖1所示鋁混合爐群中的鋁混合爐的爐體傾動裝置的傾動液壓缸布置，其中，液壓缸處於未伸出的原始狀態，鋁混合爐則仍處於水平位置；同時，圖2也在上部以虛線示出了液壓缸伸出而使鋁混合爐傾轉的狀態；圖3示出鋁混合爐群的爐體局部及相連的流槽，其中示出了一系列出鋁控制裝置；圖4示出了上述鋁混合爐群在液固金屬90:10裝料的情況下的爐群工作時序圖；圖5示出了上述鋁混合爐群在液固金屬85:15裝料的情況下的爐群工作時序圖。具體實施方式圖1示出了根據本發明的用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群的一個實施例。該鋁混合爐群包括四個鋁混合爐，各所述鋁混合爐分別與帶保溫蓋的流槽連通。為每座所述鋁混合爐配設有電解鋁液注入裝置、鋁水攪拌裝置、爐內精煉裝置、燃燒器及燃燒控制系統、爐體傾動裝置、出鋁控制系統、在線除氣和過濾裝置。下面列出了在一個實施例中使用的鋁混合爐的具體相關技術參數：表1：鋁混合爐的具體相關技術參數熔池容量120噸類型液壓傾動式固體熔化率20噸/小時爐膛尺寸10200x6000毫米爐膛高度2500毫米最大容量時熔池深度平均1000毫米爐門開口10.2米x1.45米燒嘴類型高速燒嘴，調節比1：10燒嘴數量3隻燃料類型天然氣，熱值≥8400千卡/立方米可接受的熔融金屬溫度850--900℃鋁液出爐溫度730～760℃爐子最高溫度1200℃燃氣流量2750牛頓立方米/小時熔融金屬流量57噸/小時(4個混合爐)在本實施例中，每座鋁混合爐的設計容量為120噸，配套的鋁連鑄連軋生產線的生產要求為57噸/小時不間斷，鋁混合爐的傾倒周期大約為2個小時，而由「清爐、裝料、工作，鋁混合爐準備好傾動澆注」構成的準備周期大約7.16小時。據此可以計算出鋁混合爐群中的鋁混合爐的數目為四時即可恰到好處地滿足上述生產要求。例1圖4示出了液固金屬90:10裝料的爐群工作時序圖，如圖中所示，第1號鋁混合爐完成約2個小時的傾倒周期後進入由「清爐、裝料、工作，鋁混合爐準備好傾動澆注」構成的準備周期，時長約為7.16小時。在1號鋁混合爐的傾倒周期之後，2號鋁混合爐、3號鋁混合爐和4號鋁混合爐相繼投入傾倒周期，並在它們各自的傾倒周期結束後分別進入各自的準備周期。1號、2號、3號和4號鋁混合爐的傾倒周期前後相繼，實現對鋁液的連續供應。在4號鋁混合爐的傾倒周期結束之前38分鐘，1號鋁混合爐的準備周期已經結束，處於可以再次投入傾倒周期的狀態。也就是說，整個周期在每個鋁混合爐的上一個準備周期結束和下一個傾倒周期開始之間預計有38分鐘的緩衝時間，如圖4所示。例2圖5示出了液固金屬85:15裝料的爐群工作時序圖，如圖中所示，鋁混合爐的傾倒周期的時長不變，而準備周期由於液固金屬裝料中液體部分比例降低而有所延長。同樣地，1號、2號、3號和4號鋁混合爐的傾倒周期前後相繼，實現對鋁液的連續供應。在4號鋁混合爐的傾倒周期結束之前19分鐘，1號鋁混合爐的準備周期已經結束，處於可以再次投入傾倒周期的狀態。也就是說，在此種情況下，整個周期在每個鋁混合爐的上一個準備周期結束和下一個傾倒周期開始之間預計有19分鐘的緩衝時間，如圖5所示。為每座所述鋁混合爐配設的電解鋁液注入裝置以每分鐘注入0.6～0.8噸鋁的速度向鋁混合爐內注入電解鋁液。任選地，電解鋁液注入裝置可採用直接傾倒和虹吸管兩種形式。在本實施例中，上述電解鋁液注入裝置是鋁水包傾翻臺。每座所述鋁混合爐還配設有用於確保爐內鋁液溫度均勻的鋁水攪拌裝置。任選地，所述鋁水攪拌裝置可以為電磁攪拌器或永磁攪拌器。通過實施一個周期(一般為15分鐘)的攪拌後，熔體上下的極限溫差應不超過5℃，所有鋁液合金成份的絕對偏差值不超過0.20％。由於鋁混合爐在時序上依次循環投入使用，因而根據鋁混合爐群在車間內的布置不同，可以設計為若干座鋁混合爐共用一個鋁水攪拌裝置。例如，在圖2中示出的鋁混合爐下方布置有鋁水攪拌裝置，該鋁水攪拌裝置能夠沿軌道移動或者在輪式車架承載下運行，從一個鋁混合爐下方運動到另一個鋁混合爐下方，執行鋁水攪拌功能。每座所述鋁混合爐還配設有爐內精煉裝置。爐內精煉裝置通過將精鍊氣(Ar+Cl2或N2+Cl2)吹入鋁液實現對鋁液進行精煉。任選地，爐內精煉器可以是頂插入式、側牆插入式或者爐底透氣塞。在本實施例中，爐內精煉裝置應滿足的設計要求是：通過爐內精煉，能使熔體的含氫量小於等於0.3毫克/100克鋁且鹼金屬含量小於10ppm。類似地，根據鋁混合爐群在車間內的布置不同，亦可以設計為幾座混合爐共用一座爐內精煉裝置。每座所述鋁混合爐還配設有燃燒器及相應的燃燒控制系統。當混合爐電解鋁液注入量較大時，燃燒系統處於低負荷工作狀態。當返爐料或固體料較多時，燃燒系統又必須具有足夠的熱負荷以保證足夠的熔化效率。為此，燃燒器必須具備足夠的調節比，通常為1：10。設計熱負荷通常分散地由3～4隻燃燒器供入。同時，每隻燃燒器設計為獨立調節、獨立開關的形式，並獨立配備了一套完整的燃料/空氣品質流量比例系統。這樣，就能夠適應於較大的負荷變化範圍。根據本發明的用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群還配設有在線除氣和過濾裝置，其作用是在規定的鋁液流量下進一步精煉和過濾鋁液，使鋁液質量達到氫含量小於等於0.1毫升/100克鋁，顆粒度小於等於3μ。在線除氣和過濾裝置配有相應的氣體混合櫃、電氣櫃和電加熱設備，用於配比合適的精鍊氣體和調控鋁液溫度。典型的在線除氣裝置的性能參數如下表2所示：表2:在線除氣裝置的性能參數為每個鋁混合爐配設有爐體傾動裝置，用於傾動鋁混合爐爐體，使其中的鋁液流出到相應的流槽內。根據本發明的用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群的鋁混合爐通過相應地配設地一對傾動液壓缸實現上述的傾動。圖2中的實線示出了圖1所示鋁混合爐群中的鋁混合爐的爐體傾動裝置的傾動液壓缸布置，其中，液壓缸處於未伸出的原始狀態，鋁混合爐則仍處於水平位置。傾動液壓缸的底端以可樞轉的方式固定在土建基礎地坑凹槽內(圖2中亦示出了樞轉到工作位置之外的傾動液壓缸)，而頂端則分別支撐在由重型的箱形橫梁組成的傾動支撐梁上。其中，該傾動支撐梁橫跨鋁混合爐的寬度方向，位於門的下部。這樣的布置使主要荷載通過橫梁傳遞，而不是由爐殼承擔，從而避免了爐殼的潛在應力集中和變形。同時，橫梁的溫度相對較低，因而液壓缸連接點的膨脹量較小。在傾動作業時，每個鋁混合爐圍繞2個耳軸基座旋轉。耳軸基座由25mm和50mm鋼板製作而成，承載重型球面球軸承。圖2在上部以虛線示出了液壓缸處於伸出狀態，而鋁混合爐傾轉到使鋁液流出到流槽內的傾轉角度。為適應對鋁混合爐群中的多個鋁混合爐的出鋁流量控制，在根據本發明的用於配套鋁連鑄連軋生產線的鋁混合爐群中配設爐體傾動液壓缸上裝有位置傳感器、液位保護電極、流槽閘板、雷射液位儀等一系列出鋁控制裝置，以及爐體傾動聯鎖控制裝置，所述爐體傾動聯鎖控制裝置根據爐體傾動位置傳感器的檢測值調節對應的鋁混合爐的爐體的傾動角度。在本實施例中，爐體傾動角度的調節是通過調節所述爐體傾動液壓缸的伸出長度來實現的。在爐體傾動液壓缸上裝有液壓缸位置傳感器，測量液壓缸的伸出長度，計算出爐體的實時傾動角度。考慮到出爐金屬鋁液流量是爐體傾動角度的函數，因而能夠推算出出爐金屬鋁液流量。在該實施例的一種變型中，亦可以替代地設置其它形式的爐體傾動位置傳感器來直接地測量爐體傾動角位置，進而推算出出爐金屬鋁液流量。同時，在混合爐出口流槽裝有雷射液位儀，用於對流槽鋁液液位的非接觸檢測。所述爐體傾動聯鎖控制裝置根據實時測量到的所述鋁混合爐的出口流槽內的鋁液液位控制爐體傾動動作，以維持該出口流槽內的液位在一定範圍。具體而言，通過動態參數的PID模型控制液壓系統比例閥的開度，從而調節金屬的出爐量，維持流槽的液位在一定範圍內，保證下遊鑄造機鑄造時鋁液流量恆定。通常，流槽液位控制精度在+/-1.0mm。在每段流槽上裝有液位保護電極，用於流槽的高液位保護。爐體傾動聯鎖控制裝置在液位保護電極檢測到液位達到高液位極限時，就停止爐體傾動動作。每段流槽上裝有流槽閘板。爐體傾動聯鎖控制裝置在所述流槽閘板打開時才允許對應的鋁混合爐開始傾動動作，而在對應的鋁混合爐的爐體復位時則立即關閉對應的流槽閘板。流槽閘板的組合動作保證了鋁水的正確流向和安全。因此，本發明的技術方案中，各個鋁混合爐依次根據爐體傾動液壓缸在所述出鋁控制系統的控制下的動作圍繞出料後牆的旋轉中心傾動，從而將所述鋁混合爐內的熔融鋁液通過流槽輸送到連鑄機。通過多個鋁混合爐與出鋁控制裝置的配合有效地滿足了以哈茲列特連鑄工藝為基礎的鋁板帶箔的連鑄連軋生產對高質量、高流量的鋁液的要求。本發明本身以及整條連鑄連軋生產線都具有很高的經濟效益和社會效益。另外，本領域技術人員容易理解，儘管僅基於對金屬鋁的連鑄連軋生產對本發明的技術方案進行了詳細的解釋，但本發明並不限於此。顯然，本發明的技術方案也能夠毫無困難地推廣到其它熔融有色金屬或黑色金屬的連鑄連軋生產中。以上記載了本發明的優選實施例，但是本發明的精神和範圍不限於這裡所公開的具體內容。本領域技術人員能夠根據本發明的教導而做出更多的實施方式和應用，這些實施方式和應用都在本發明的精神和範圍內。本發明的精神和範圍不由具體實施例來限定，而由權利要求來限定。附圖標記列表1.扒渣裝料兩用車2.鋁混合爐3.電解鋁液注入裝置4.爐內精煉裝置5.燃燒器6.流槽7.在線除氣過濾裝置8.爐體傾動液壓缸9.鋁水攪拌裝置10.爐門11.爐門煙罩12耳軸基座13液壓缸位置傳感器14流槽閘板15液位保護電極16雷射液位儀C連鑄機F熔煉爐X鋁混合爐流槽中心線當前第1頁1 2 3