簡述電解鋁液真空抬包轉(zhuǎn)注入爐的幾種方式

陳文靜

(中色科技股份有限公司，河南 洛陽 471039)

中國已經(jīng)成為世界上產(chǎn)量第一的電解鋁生產(chǎn)大國，現(xiàn)代鋁加工工業(yè)的特點是設(shè)備高度自動化，生產(chǎn)規(guī)模大型化，盡可能采用短流程工藝、減少工藝廢料提高成品率，采用先進的加工技術(shù)改善產(chǎn)品性能，通過各種手段降低生產(chǎn)成本。采用電解鋁液配料，可省去電解鋁液鑄成重熔用鋁錠過程，同時又省去了重熔用鋁錠的重新熔化過程，不僅可以減少金屬的燒損，提高成品率，而且可以節(jié)約能耗，降低生產(chǎn)成本。這種工藝在國內(nèi)已被很多鋁加工企業(yè)采用，選擇高效、安全、便捷的電解鋁液加料方式是各鋁加工企業(yè)提高生產(chǎn)效率，改善工人作業(yè)環(huán)境的重要手段。

1 電解鋁廠的真空抬包

真空抬包是電解鋁行業(yè)常用的一種周轉(zhuǎn)設(shè)備，是用鋼鐵外殼內(nèi)襯耐火材料制成的較大型密封容器，靠其自帶的負(fù)壓產(chǎn)生裝置使抬包內(nèi)產(chǎn)生一定的真空度，把冶煉好的液態(tài)鋁從電解槽內(nèi)抽出并轉(zhuǎn)運至其它地方。真空抬包內(nèi)部在吸取液態(tài)金屬時產(chǎn)生負(fù)壓，其余絕大多數(shù)時間內(nèi)都是常壓狀態(tài)。真空抬包的設(shè)計容積一般為5～12t［1］(根據(jù)電解槽的大小也有14t和16t)，12t抬包如圖1所示。

2 真空抬包的轉(zhuǎn)注入爐的幾種方式

電解鋁液通過真空抬包運往鑄造車間加工成各種產(chǎn)品，主要有重熔用鋁錠、鑄造鋁合金錠、鋁中間合金以及不需要重熔的變形鋁及鋁合金扁鑄錠、變形鋁及鋁合金圓鑄錠、鋁及鋁合金鑄軋帶材和電工圓鋁桿等。從真空抬包轉(zhuǎn)注到熔煉爐，目前主要采用直接傾倒方式、虹吸方式、抬包液壓傾動裝置轉(zhuǎn)注方式和專用抬包運輸車轉(zhuǎn)注方式四種方式。

圖1 12t抬包示意圖Fig.1 Diagram of 12t ladle

2.1 直接傾倒轉(zhuǎn)注方式

俗稱“小瀑布”鋁液轉(zhuǎn)注，是最傳統(tǒng)的電解鋁液抬包轉(zhuǎn)注方式。電解鋁液槽中的原鋁液抽到真空抬包中后，經(jīng)抬包車運輸至鑄造車間，通過起重機配合以及在真空抬包傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)的作用下(手動搖輪或電動)，隨著抬包包體的逐漸傾斜，鋁液由抬包的出鋁管流出，流至爐子的受鋁口或移動流槽注入熔煉爐中，如圖2所示。

這種方式在早期很多鋁加工廠均有使用，其優(yōu)點為:熔煉設(shè)備無需考慮額外的輔助裝置，可節(jié)省熔煉設(shè)備投資。其缺點有:①在鋁液轉(zhuǎn)注過程中，由于包口與受鋁口/移動流槽之間的距離較大(通常都大于1m)［2］，鋁液經(jīng)受鋁口/移動流槽注入熔煉爐的過程猶如瀑布一般，且在與底部接觸時會使得鋁液飛濺;②轉(zhuǎn)注時，液流的不斷沖擊使得熔池內(nèi)鋁液表面不能形成完整的氧化鋁薄膜，整個過程中不斷形成的新鋁液表面連續(xù)與大氣中的氧氣進行反應(yīng)，形成浮渣，直到鋁液轉(zhuǎn)注結(jié)束;③吊運真空抬包的起重機運輸距離長，對起重機的各項性能要求高，操作人員近距離操作抬包時存在一定的安全隱患(熱輻射、鋁液飛濺等)。

圖2 直接傾倒轉(zhuǎn)注方式(“小瀑布”轉(zhuǎn)注)過程圖Fig.2 Furnace charging by direct dumping(cascade pouring)

2.2 虹吸轉(zhuǎn)注方式

虹吸是一種流體力學(xué)現(xiàn)象，可以不借助泵而抽吸液體。處于較高位置的液體充滿一根倒U形的管狀結(jié)構(gòu)(稱為虹吸管)之后，開口于更低的位置。管內(nèi)最高點液體在重力作用下往低位管口處移動，形成真空，在真空作用下，高位管口的液體被吸進最高點，形成虹吸現(xiàn)象。目前部分國內(nèi)鋁加工廠采用虹吸管進行鋁液轉(zhuǎn)注。虹吸轉(zhuǎn)注系統(tǒng)的基本原理如圖3［2］所示。

圖3 虹吸管鋁液轉(zhuǎn)注系統(tǒng)基本原理圖Fig.3 Schematic illustration of charging system with siphon tube

整個虹吸鋁液轉(zhuǎn)注系統(tǒng)是由虹吸管懸臂吊、前爐(一個封閉的小爐體，主要用于熔煉爐電解鋁液的入爐)和虹吸管組成(圖4)。

圖4 虹吸鋁液轉(zhuǎn)注系統(tǒng)組成示意圖Fig.4 Molten aluminum charging system by siphoning

整個轉(zhuǎn)注的基本過程是將電解鋁液抬包車停在指定位置，通過懸臂吊將虹吸管升降和平移對中真空抬包口和前爐上部的入口，開啟真空循環(huán)進行吸鋁(根據(jù)抬包容量不同，具體時間不同，約10min)。虹吸完成后將虹吸管恢復(fù)至其停放位置，抬包車將空包運輸至車間外(圖5)。

圖5 生產(chǎn)中的虹吸轉(zhuǎn)注方式Fig.5 Charging by siphoning in the production

虹吸轉(zhuǎn)注方式的優(yōu)點為:①金屬燒損小，金屬純凈度好(抬包上部的浮渣不會吸入前爐內(nèi))②改善工人勞動環(huán)境，操作安全。

其缺點為:①每次轉(zhuǎn)注前均需要清理虹吸管端部;②在使用過程中虹吸管內(nèi)壁上會因冷凝而沾附鋁渣，使管內(nèi)徑變小，如果管內(nèi)徑達到100mm以下時，必須更換虹吸管并進行清理，消除堵塞的風(fēng)險(原則上每吸入600t鋁液就要進行一次虹吸管的維修和清理工作);③前爐中需要有一定的殘鋁液，保證虹吸管進入前路時能淹沒虹吸管的出口。故前爐需要考慮燒嘴保證其中的鋁液不凝固;④熔煉爐需要配置虹吸管懸臂吊和前爐輔助設(shè)備，設(shè)備占地增加，并且虹吸懸臂吊較高，熔煉跨的軌頂高度需要隨之增高，從而導(dǎo)致廠房投資增加。

2.3 抬包液壓傾動裝置轉(zhuǎn)注方式

抬包液壓傾動裝置(圖6)轉(zhuǎn)注方式是直接傾倒方式的升級版，用于方便地將鋁水轉(zhuǎn)入爐內(nèi)。其作用原理是通過安裝于裝置下方的液壓缸將盛滿鋁液的抬包沿著設(shè)定的軌跡和速度進行旋轉(zhuǎn)傾翻，鋁水在傾翻的過程中逐步沿著設(shè)置好的流槽導(dǎo)入爐內(nèi)。為了減少燒損，在爐子入鋁口設(shè)置有液壓驅(qū)動的蓋子，工人操作按鈕開始傾動注鋁，同時爐子入口蓋子打開。

圖6 抬包液壓傾動裝置示意圖Fig.6 Schematic illustration of hydraulic ladle tilter

整個轉(zhuǎn)注的基本過程是采用起重機將真空抬包放到抬包傾翻裝置上，接到允許入爐的指令后，操作人員操作按鈕盒上的按鈕，抬包在傾翻油缸的作用下緩慢傾動(傾翻速度可以是預(yù)先設(shè)定好的，最大傾翻角度可達到57°)，抬包內(nèi)的鋁液沿出鋁管流出并流到鋁液受料箱內(nèi)(圖7)。

抬包傾翻裝置分兩部分，一部分為剛性底座，另一部分為臺包支座，其兩側(cè)設(shè)置有兩個液壓缸用于傾翻，臺包支座與剛性底座之間采用鉸接，臺包支座具有臺包夾緊固定機構(gòu)。抬包傾翻裝置操作在安裝于其附近的按鈕盒上進行。其中包括所用抬包的型號選擇、抬包升、抬包停和抬包降操作。

圖7 生產(chǎn)中抬包液壓傾動裝置轉(zhuǎn)注方式Fig.7 Charging with hydraulic ladle tilter in production

抬包液壓傾動裝置轉(zhuǎn)注方式的優(yōu)點為:①抬包傾翻裝置可設(shè)計用于多種規(guī)格的抬包使用，即抬包傾翻裝置設(shè)計有一套自適應(yīng)裝置，能自動根據(jù)抬包的規(guī)格大小不同而自動調(diào)整;②裝置的液壓缸按照設(shè)定的軌跡和速度進行旋轉(zhuǎn)傾翻，鋁液在傾翻的過程中逐步沿著設(shè)置好的流槽導(dǎo)入爐內(nèi)，安全可靠;③在傾翻裝置配置安全措施(主要有控制傾翻安全措施、夾緊到位安全措施以及抬包安放就位安全措施等)，保證了人員的安全操作，可靠性能好。

其缺點為:作為熔煉爐的附屬設(shè)備，相較于直接傾倒轉(zhuǎn)注方式，設(shè)備一次性投資較大。

2.4 專用抬包運輸車轉(zhuǎn)注方式

專用的抬包運輸車是近幾年在大型鋁加工廠(如廈順、忠旺等)投入使用的。主要用于將中頻感應(yīng)爐內(nèi)熔化的鋁液(原料主要是扁錠銑面產(chǎn)生的碎屑廢料)轉(zhuǎn)運至熔煉爐內(nèi)。此種抬包運輸車上的抬包容量小，一般在4～5t。抬包運輸車在中頻爐爐口處，中頻爐傾翻將鋁液倒入抬包內(nèi)，蓋上上蓋后，抬包運輸車行駛至熔煉爐受鋁口處，打開抬包上蓋傾翻注入(抬包運輸車大致形式如圖8所示)。

在國外這種抬包運輸車使用較多，它不僅僅用于熔化碎屑鋁液的轉(zhuǎn)運主要還是用于電解車間電解鋁液的轉(zhuǎn)運。專用運輸車配備了抬包蓋，卸料虹吸管和電子稱重系統(tǒng)，通過管道直接吸入電解槽中的電解鋁液，電解鋁液吸入抬包后直接通過抬包車運輸至鑄造車間，轉(zhuǎn)注至熔煉爐內(nèi)。

專用抬包運輸車轉(zhuǎn)注方式的優(yōu)點為:①作為一個專用的生產(chǎn)運輸車，包括了車身、液壓系統(tǒng)、發(fā)動機、稱重傳輸系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等。方便整個車間生產(chǎn)管理(包括運輸、計量和統(tǒng)計等);②抬包運輸車有專用的駕駛艙，為駕駛員提供了安全舒適的操作環(huán)境;③車輛?？吭谥付ǖ攸c，正常生產(chǎn)時不占用爐前操作區(qū)域。

圖8 用于鋁液轉(zhuǎn)運的GLAMA抬包運輸車Fig.8 GLAMA ladle charging truck for molten aluminum transport

其缺點為:目前此種設(shè)備主要由國外制造(主要有GLAMA公司、泰克莫公司和HMR公司)，主要靠引進，設(shè)備價格昂貴。

3 結(jié)束語

電解鋁液轉(zhuǎn)注入爐是熔煉生產(chǎn)的開始階段，上述加料方式，各個鋁加工企業(yè)可以根據(jù)企業(yè)自身的情況，選擇合適的加料方式以滿足鑄造生產(chǎn)的需要。

［1］厲衡隆，顧青松.鋁冶煉生產(chǎn)技術(shù)手冊(下冊)［M］.冶金工業(yè)出版社，2011.137 －138.

［2］劉民章，李賢，穆小杰.虹吸管在鋁液轉(zhuǎn)注中的應(yīng)用［J］.有色設(shè)備，2012，(2):