《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉

《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》团体标准编制说明
（征求意见稿）
中国铸造协会
《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》标准起草编制组
2019年5月
《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》
团体标准编制说明——征求意见阶段
（一）工作简况，包括任务来源、主要工作过程、主要参加单位和工作组成员及其所做的工作等；
根据中国铸造协会2019年《关于重庆大江美利信压铸有限责任公司申请建立相关协会（团体）标准的批复》（中铸协字[2019] 21号）。

经中国铸造协会总会研究决定，同意由重庆大江美利信压铸有限责任公司主起草并制订《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》标准，确定这项标准编号为：T/CFA 020308.1—201×《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》。

本标准由重庆大江美利信压铸有限责任公司提出，由中国铸造协会归口管理。

本标准为推荐性铸造协会团体标准，是铸造基础性标准之一。

本标准主要由重庆大江美利信压铸有限责任公司、史杰克西热能设备(太仓)有限公司、斯托泰科热能科技（苏州）有限公司苏州春兴精工股份有限公司等单位共同起草。

主要成员：何茂1、张焱2、杨海3、钱峰4、陈如宁5、余腾腾6。

所做的工作，何茂1负责起草标准文件及项目的整体推进管理。

张焱2主要负责并对过程中的征求意见进行修改、整理和完善及标准编写的指导以及制定过程中各种事宜的协调。

杨海3、前锋4、陈汝宁5、余腾腾6主要负责标准编制过程的技术指导。

立项阶段：2019年初成立起草工作组，确定项目的整体工作计划及主要技术内容，广泛收集项目相关国内外标准和技术资料，进行大量的工艺技术
分析对比、资料查证、调查研究以及必要的试验验证工作；2019年3月召开首次评议会，通过编制组与专家们的共同研讨，同意该项标准申报中铸协团体标准的申请；并就编写内容进行了详细讨论。

草稿阶段：2019年6月召开第二次标准编制工作会议。

此次会议邀请行业相关专家对编制组提出的标准草稿提出相关修订和改进意见，大江美利信按照这些意见对草稿进行了修订，于2019年7月经过数据补充，内容的修订、修改，形成标准征求意见稿及标准编制说明等相关附件，送标准委及有代表性的标准利益方进行广泛征求意见。

征求意见阶段：
送审阶段：
报批阶段：
（二）标准编制原则和主要内容（如技术指标、参数、公式、性能要求、试验方法、检验规则等）的论据，解决的主要问题，修订标准时应列出与原标准的主要差异和水平对比；
1、编制的基本原则：
压铸工艺是一种高效率、少切屑的近净成形绿色工艺技术。

同其他铸造技术相比，压铸是应用最广泛、发展速度最快、技术最先进且效率最高，适应了现代制造业中产品复杂化、精密化、轻量化、节能化以及绿色环保的趋势，广泛应用于汽车、通信、机电和通机等国民经济重点领域。

近年来，我
国压铸行业每年都维持10%以上的稳定增长，到2016年，我国压铸件产量突破300万吨，并将在2018年实现395万吨的压铸件产量。

但与国际先进企业相比，我国压铸工艺绿色化程度不高的问题仍十分突出，如熔炼、压铸过程能耗高、浇注系统冗余导致材料利用率低、产品报废率居高不下，产品表面质量不高，工艺集中度和智能化程度低，制造消耗品资源循环利用率低等，“低质、低价”的现象仍然严重，高端市场一直被发达国家垄断，如美国、欧盟和日本占据了全球市场的85%左右，国内70%的市场份额被进口产品占据。

在“一带一路”、“走出去”、工业转型发展的大背景下，应积极面对“制造全球化”发展的挑战，在产业结构性问题爆发前，大力整改创新，加快产业转型，实现制造全过程工艺及配套设施的绿色化和智能化，对于我国高精度复杂压铸产品这一基础性制造业的转型发展具有重要意义。

本标准规定了铝合金压铸制造熔炼工艺规划的总体目标、基本原则、总体框架、主要内容、工作程序等内容，适用于铝合金压铸企业产品工艺规划及旧工艺改造升级。

在此标准制定的过程中，依据工信部下发的《绿色制造标准体系建设指南》，落实《中国制造 2025》和《装备制造业标准化和质量提升规划》，全面推行绿色制造战略任务，实施绿色制造标准化提升工程而建立的综合标准化体系，具有明确的目标导向性，与《工业和通信业节能与综合利用领域技术标准体系建设方案》（工信厅节〔2014〕149 号）相互补充。

该《指南》分析了国内外绿色制造政策规划要求、产业发展需求和标准化工作基础，将标准化理论与绿色制造目标相结合，提出了绿色制造标准体系框架，梳理了各行业绿色制造重点领域和重点标准，为成套成体系地推进绿色制造标准化工作
奠定了基础，是推进制造业绿色发展的有力手段。

2、标准的主要内容
本标准适用于铝合金压铸产品熔炼工艺规划及旧工艺改造升级。

主要内容包括高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉的适用范围、术语和定义、炉型结构、技术要求、工艺流程等主要内容。

2.1适用范围
本标准适用于以天然气为燃料的铝合金集中连续熔化保温炉，需满足国家清洁生产要求。

企业应有完备的质量、环境和职业健康安全管理体系，完备的生产工序流程。

2.2术语和定义
术语和定义主要包括微负压熔化、微负压保温、余热综合利用、余热回收、连续辐射熔化、铝合金熔化单位能耗、燃烧室压力、PID控制、出铝液等术语进行定义。

2.3炉型结构
炉型结构方面：熔炼工艺系统由投料机、熔化室、保持室、集烟罩等组成。

投料机采用双链条单循环外控式，配有过载装置，有效地防止了链条发卡及超载运行带来的设备故障问题。

熔化室通过特殊的几何结构设计，使之在熔化室集快速熔化、打渣、清理杂件于一体，从而达到高效节能。

铝水熔化后流入保持室，不带浮渣及杂质，炉内铝水清洁，表面直接受辐射加热，使之加热快，炉膛气氛温度低，不易受损，达到高效、节能、寿命长的效果，金属损耗低至1.2%，多阶段连续辐射加热熔炼工艺结构示意图如1所示。

图1 铸造企业清洁生产导则标准编制技术路线图
熔化炉配备排烟罩对烟气进行有效的收集，达到国家环保标准。

熔化炉控制采用人机界面的触摸屏制，操作简单、明了、直观，对数据有直接的跟踪和故障准确判断，达到高效节能的目的。

2.4技术要求
技术要求主要包含一般要求、炉型结构、燃烧系统、排烟系统、炉口烟尘收集罩、温度测量及控制系统、噪声、机械电气系统、余热回收系统、除尘系统等。

2.4.1一般要求
2.4.1.1设计安装：连续熔化保温炉应具有相关技术资质的单位进行设计，并符合GB/T 3485、GB/T3486、GB/T2587、GB/2588、GB/T2589、GB30078、
YS/T694.1的有关规定。

高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉应设有余热回收装置，应采用固定式或旋转式蓄热烧嘴、换热器等节能技术，充分利用烟气余热对助燃空气进行预热，提高炉子热效率。

其次，高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉的液压、润滑何气动设备工程安装应符合GB50387的有关规定。

2.4.1.2仪表：高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉应配备炉膛及铝液温度指示、记录、调节仪表，指示仪表、记录仪表的精确度等级应符合GB/T13283中的规定。

高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉的燃料应有流量测量仪表，还应具备燃料、空气流量比例调节系统，应配备必要的限位开关、按钮和指示灯。

2.4.1.3基本性能：高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉基本性能见表1。

2.4.2炉型结构
炉型应满足生产工艺及产能要求，炉体外壳、炉衬、炉膛、炉门、烧嘴或喷嘴口、烟道口、测温孔、测压孔等几何尺寸及相对位置应符合设计图纸要求。

炉膛尺寸应有利于火焰组织和充分燃烧；烧嘴或喷嘴的位置和倾角应
有利于向熔池传热，降低溶体烧损；熔池尺寸、深度和形状应满足传热和生产工艺要求，并保证铝液完全排出且有利于扒渣、搅拌和清炉等操作。

2.4.3燃烧系统
2.4.
3.1燃烧系统的设计应符合GB/T 19839、GB 6222的有关规定，各管道安装位置和尺寸应符合图纸要求。

2.4.
3.2应对燃烧所需的各种动力介质（包括助燃风、天然气、压缩空气等）的供应状态进行自动监控，一旦低于设定值，应自动停止燃烧，确保燃烧安全。

2.4.
3.3对燃烧生成的烟气进行排放，应自动监控烟气排放温度，超出设定值时应可自动停止燃烧和排放超温烟气，确保燃烧系统和烟气处理排放设施的安全。

2.4.
3.4宜优先采用蓄热式等节能燃烧系统，以满足铝锭的清洁生产要求。

2.4.
3.5应配备自动点火系统及火焰检测及监控系统，确保燃烧安全。

2.4.
3.6燃烧系统每次启动应先自动对炉内气氛进行置换吹扫，确保点火安全。

2.4.
3.7燃气管路应设有过滤装置、流量计量装置、稳压装置，燃气压力应保持稳定。

2.4.
3.8安全放散应向厂方上空排放，不得朝车间内，且垂直距离地面应不小于30m。

2.4.4排烟系统
2.4.4.1排烟系统设置应能排出全部烟气，排出的烟气经烟道送入烟尘处理系统，烟气排放应符合有关国家或地方排放标准的要求。

2.4.4.2辅助排烟系统应设置烟道闸板，以利于炉膛压力控制和燃烧系统节能。

2.4.4.3炉膛压力应采用微负压控制。

2.4.5炉口烟尘收集罩
2.4.5.1应设有烟尘收集罩对炉口溢出烟尘进行有效收集。

2.4.5.2炉口烟尘收集罩应将收集的烟尘汇总至排烟管。

2.4.5.3排烟管应设有自动开闭蝶阀与炉门联动开启，实现自动收尘功能。

2.4.6温度测量及控制系统
2.4.6.1炉温控制系统根据热工工艺要求控制燃烧量的负荷。

2.4.6.2应配备铝液温度测量装置。

2.4.6.3炉膛温度控制误差应不超过±10℃。

2.4.6.4铝液温度误差应不超过±5℃。

2.4.7噪声
距噪声源1.0m以外的噪声应不大于85 dB，现场测试数据见附件1。

2.4.8机械电子系统
2.4.8.1电控柜应安装在无导电尘埃的环境中，并远离爆炸何腐蚀危险源；
2.4.8.2电控装置的可编程控制器应符合GB/T15969.2
2.4.8.3机械电气安全等符合GB5226.1
2.4.8.4控制柜防护等级IP54
2.4.8.5通过PLC对熔化炉的投料、熔化、燃烧器控制、铝液温度、氛围温度、废气温度、液位、出铝液、燃气消耗、安全运行、操作、监控等进行自动控制。

2.4.8.6在HMI人机界面上，实时显示炉子的工作状态及故障信息，如炉子燃烧器工作状态，加料机工作状态，炉门开关状态，炉子各区域的温度，加入取出铝料重量，燃气耗用量及相关的记录曲线等。

（见图2）
2.4.8.7通过炉体称重系统、HMI人机界面和必要的软件实现每个班次天然气的耗量、烧损等统计等的统计分析。

图2 HMI人机界面示意图
2.4.9余热回收系统
2.4.9.1机械电气安全等符合GB5226.1-2008。

2.4.9.2采用PLC自动控制，通过自动调整烟气管路风阀的开关，高温、高压、断电保护等，实现自动控制余热锅炉的温度及压力等，保证系统的正常运行及安全。

2.4.9.3通过HMI显示运行参数,监测系统的运行状态并进行存储记录。

2.4.9.4经过余热锅炉吸热后，烟气温度降温到130°C以下。

2.4.9.5余热回收系统应充分保证不影响熔化炉、除尘系统的正常、安全运行。

2.4.10除尘系统
除尘系统采用PLC自动控制，通过压力变送器及变频器实现抽风机的闭环PID控制，使抽风管路保持恒压，大幅度提高除尘的稳定性，并节约了能源。

通过HMI监控设备整体运行状态，动态显示设备工作状态、故障显示、诊断、实时报警功能等。

烟尘排放≤10 mg/Nm3、硫化物、一氧化碳、氮氧化物达到国家排放标准。

2.5工艺流程
主要工艺流程图见图3
图 3 铝合金熔化工艺流程图
2.5.1投料工艺流程
2.5.1.1投料前应及时清理铝渣，减少铝渣未及时清理形成的刚玉瘤；
2.5.1.2投料应采用铝合金锭或者回炉料交替混合添加方式，回炉料或者铝锭重量不允许超过加料机额定加料重量；禁止回炉料或铝锭超过加料车自身高度；
2.5.1.3 材料要求应满足：
50%的铝合金锭重量7—8kg，长度600—700mm；
50%的回炉料要求干燥、无油或油漆，容积密度为400—
450kg/m3；
2.5.1.4投料应进行连续熔化，预熔区加料保持60%—100%，直到保温室达到最大液位。

2.5.2预热工艺流程
2.5.2.1预热区应充分利用废气余热干燥、燃烧杂物和预热加入的铝料。

2.5.2.2预热区应具有独特的倒梯形几何结构，能够有效的将铝料保持在预热区进行充分的预热，充分实现热能的多级利用；
2.5.2.3铝料通过预热区的清洁干燥后，应在非常短的时间内形成液态进入保温区，能够有效避免因在高温区的剧烈氧化反应，从而提升了金属收益率；
2.5.2.4铝材表面的杂物应在预热过程中被燃烧，并同时去除夹渣水分；
2.5.2.5预热时废气排放温度应控制在300℃以内（连续熔化），应减少天然气用量，保护除尘系统布袋。

2.5.3微负压熔化工艺流程
2.5.
3.1当预加热的半固态铝料在熔化室下部快速熔化的同时，燃烧尾气应预先加热上部的冷料；
2.5.
3.2燃烧器应为独立控制的高效燃烧器，能够根据预热区的料位、废气的温度来控制调节大、小火；
2.5.
3.3位于高效燃烧器快速熔化室底部的半固态铝料，在熔化后应顺流到保温室；
2.5.
3.4熔化室应具有可以有效分离铝液和熔化产生的大量炉渣的结构；
2.5.
3.5高效燃烧器系统应由独立为电路控制，每个燃烧器根据能源效率合理分布，在熔化室内创造一个均衡高效的热环流（图4），炉腔内各区域温度合理（图5）。

图4：熔化室能源效率图
图5：熔化室各区域温度分布模拟图
2.5.4微负压保温工艺流程
2.5.4.1高效保温燃烧器产生热量应用于加热铝液保持温度；
2.5.4.2独立高效的燃烧器应采用PID控制（优选平焰燃烧器），每个燃烧器根据能源效率合理分布，在保温室内创造一个均衡高效的热环流（图6）。

图6：保温室热流量图
--微负压保温；
--PID独立控制的高效燃烧器；
--根据使用部位特性选择耐火材料，并进行特殊结构设计；
--提高铝液品质的除气系统；
--铝液液位、温度控制。

2.5.4.3保温室应具有可以加装除气砖进行炉内除气的功能，提高铝液质量（图7、图8）。

图7：保温室除气砖
图8：除气砖除气效果
2.5.5出铝液工艺流程
液压倾转炉，操作熔化、保温室倾转直接从浇注溜槽放铝液，出铝水效率高，铝液温降小，铝液质量更好。

由于放出的是保温室中上部铝液，且速度快，因此保温室铝液温度可以低10-20℃，节约天然气。

（三）主要试验（或验证）情况分析；
在铝合金高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉结构方面，重点围绕投料装置、预热区、熔化室、保温室、废气收集罩及余热回收装置等结构要素、方面进行指导，通过与传统的铸造熔化炉相比较，本标准意在提出铸造绿色工艺规划的发展方向，提出亟待改进的内容：
1、工艺方面：要保证熔炼所得金属液的品质，除了优质的原材料，高效的熔炼设备外，还必须要有优化的熔炼工艺。

铝合金压铸熔炼工艺过程主要包括配料、送料、预热、熔化、精炼、除渣、检验等过程。

该过程控制主要的参数有：给料量，给料速度，压缩空气和天然气的压力和流量，炉温，精炼剂的加入量，熔炼所得金属液的温度和成分等。

通关实验或实时数据采集、大数据分析等方法来优化熔炼参数，保证熔炼所得金属液的品质。

图2-2 铝合金熔炼工艺参数优化路线
3、系统方面：压铸行业作为典型的高能耗行业，在节能减排方面潜力巨大，熔炼保温炉余热回收利用是压铸行业节约和高效利用能源的重要方式。

在铝熔炼过程中，需要广泛大量使用热能，为了提高热能利用总体效率，除了要提高直接利用效率，对余热进行回收、实现梯级利用也是实现节能高效熔炼工艺非常重要的途径。

图2-3熔炼炉余热综合利用系统示意图
4、物料循环方面：熔渣再生利用是将金属铝液从热铝灰（主要包含三氧化二铝、二氧化硅等杂质）中分离的工艺。

由于从熔炼炉中扒出来的热铝灰里夹杂有较多的金属铝，因此配置炒灰机回收金属铝，可降低铝的损耗，提高资源利用率。

传统的铝灰回收方式是将扒出来的灰放入铸铁锅中，用人工的方式边搅拌边加入煤粉，在炒灰机中使金属铝珠结合形成铝锭沉到锅底，等冷却后铲出铝锭。

此种工艺回收率低，金属铝氧化严重且污染严重。

（四）明确标准中涉及专利的情况，对于涉及专利的标准项目，应提供全部专利所有权人的专利许可声明和专利披露声明；
本标准中未涉及相关专利。

（五）预期达到的社会效益、对产业发展的作用等情况；
我国特色社会主义进入新时代,党的十九次全国代表大会报告提出加快
生态文明体制改革，建设美丽中国。

党的十八届五中全会将绿色确立为国家战略发展理念之一，经过几十年的快速发展，我国制造业规模跃居世界第一位，建立起门类齐全、独立完整的制造体系，成为支撑我国经济社会发展的重要基石和促进世界经济发展的重要力量。

但我国仍处于工业化进程中，优质高效、节能、节材的先进基础制造工艺和自动化、智能化技术的普及程度与先进国家相比还有较大差距。

制造业大而不强，自主创新能力弱，关键核心技术与高端装备对外依存度高，以企业为主体的制造业创新体系不完善；产品档次不高，缺乏世界知名品牌；资源/能源利用效率低，环境污染问题较为突出；产业结构不合理，高端装备制造业和生产性服务业发展滞后；信息化水平不高，与工业化融合深度不够；产业国际化程度不高，企业全球化经营能力不足。

推进绿色发展，着力解决突出环境问题，必须着力解决以上问题。

铸造业是装备制造业的基础产业，是高端技术装备创新发展的重要保障。

我国铸造业大而不强，制造业可持续发展遇到瓶颈。

目前我国的铸造业还处于高能耗、高污染阶段。

铸造行业的能耗主要包括：焦炭、电、天然气。

据铸协不完全统计，每年全国铸造生产消耗的焦炭、电、天然气等能源折合标准煤约2000万吨，占机械工业总能耗的25%～30%，我国铸造能耗约为铸造发达国家的2倍，降耗的潜力大；达到铸造绿色工厂标准的铸造工厂每年减少大气污染物排放量25080t/a，减排率达到70%。

实施本标准后，国内大、中、小型铸造企业都将不同程度增建绿色环保治理设施以达到铸造绿色工厂标准的排放要求。

由于工艺设备落后，环保设施落后、缺失、工艺水平粗放且又疏于管理，或者根本不具备治理条件，部分企业将被淘汰，促进铸造行业的结构优化。

提升我国绿色铸造装备的研发水平，引导铸造工业污染防治从“末端治理”向“全生命周期控制”转变，明显改善企业环境及对外排放，实现企业与社会共赢。

（六）采用国际标准和国外先进标准情况，与国际、国外同类标准水平的对比情况，国内外关键指标对比分析或与测试的国外样品、样机的相关数据对比情况；
本次制订的《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》标准之前，查阅无完整的相关国家、国际标准。

（七）在标准体系中的位置，与现行相关法律、法规、规章及标准，特别是强制性标准的协调性；
本标准符合国家相关的法律、法规。

根据《中华人民共和国标准化法》的要求，本标准科学、合理、先进、适用，有利于提高生产企业的技术水平和经济效益，有利于保护消费者的利益，有利于保护环境，有利于合理利用国家资源，绿色发展，有利于促进对外经济技术合作和对外贸易，并符合理念上领先，技术上先进，经济上合理的要求，具有合法性、实用性、规范性、协调性。

（八）重大分歧意见的处理经过和依据；
无
（九）标准性质的建议说明；
建议本标准的性质为团体标准。

（十）贯彻标准的要求和措施建议（包括组织措施、技术措施、过渡办法、实施日期等）；
首先应在实施前保证文本的充足供应，让本标准的相关方及时得到文本;发布后、实施前建议将本标准的相关信息在媒体上广为宣传;建议对标准的相关方有针对性的进行培训; 建议质量检查监督部门加强对该标准的执行情况进行监测。

（十一）废止现行相关标准的建议；
无
（十二）其他应予说明的事项。

无
《高效节能型铝合金燃气连续熔化保温炉通用技术要求》
团体标准起草工作组
2019年7月15日。