30吨固定式矩形熔铝炉操作手册.

云南云铝泽鑫铝业30吨矩形固定式熔铝炉操作及维护手册
苏州博能炉窑科技有限公司
二○一五年
目录
一、主要技术性能参数
二、设备组成及结构特点
三、炉子安装说明
四、冷态试车前的准备
五、冷态试车
六、烘炉
七、有负荷试车
八、生产操作及注意事项
九、检修维护
十、电气仪表操作规程
30吨固定式矩形熔铝炉主要用于铝及铝合金锭的熔炼。

一、主要技术性能参数
1)用途：铝及铝合金锭的熔炼
2)形式：矩形、固定式、燃气炉
3)容量：30+10% T
4)炉料：铝液和部分返回固体冷料
5)铝液温度：720～770℃
6)铝液温度均匀性：≤±3℃（电磁搅拌终了）
7)炉膛温度：正常1100℃、最高1200℃
8)加热方式：天然气加热
9)烧嘴型式：蓄热式燃气烧嘴
10)烧嘴能力: 5000KW/支
11)烧嘴数量：一对两支
12)最大天然气耗量：500Nm3/h
13)熔化能力：≥6T/h
14)炉门升降：一台为液压提升/气动压紧，另外两台为减速机提升/气动压紧
15)温控方式：火焰大小自动调节控制，温度连续测量并显示
16)炉压控制方式：自动控制，炉膛压力连续测量并显示
17)炉膛有效尺寸：6000*4680*2450mm（长*宽*高）
18)熔池深：650mm
19)流眼形式：炉外扣压式新型流眼砖
20)炉衬寿命：≥3年（或3000熔次）
21)炉壁温升：≤环境温度+55℃（热短路点除外）
22)炉底温升：≤环境温度+70℃（热短路点除外）
23)炉压控制精度：≤18Pa（烧嘴切换时除外）
二、设备组成及结构特点
30吨固定式矩形熔铝炉主要用于铝及铝合金锭的熔炼,以确保铸造工艺对铝液的
要求。

该熔铝炉采用火焰加热,铝液升温速度快。

1.炉门及炉门提升机构
按照要求，炉组将采用分别一面墙全开的大炉门结构和两个小炉门结构。

炉门都采用分节式的炉门结构将超宽的炉门分成若干个小宽度的炉门，用联接件
拼接起来形成一个刚性整体，从而减少了因冷热变化引起的累计膨胀变形量，避免了
炉门变形问题。

炉门两侧设有两个导柱及两个压紧气缸，炉门提升时，首先由气缸向外推出40MM，然后再沿炉门两侧的导向柱上升，炉门下降到位后，气缸自动将炉门压紧到炉框上，即整个炉门升降过程是远离前墙实现的。

炉门压紧气缸共两只，设在前墙两侧，通过连杆与导柱相联接，气缸规格型号为SI 200×100-S，亚德克公司产品。

炉门、炉门口的四周均采用分块耐热铸件装配组成，其材质为RQTSi5，所有铸件结合面均经机加工处理，有较好的配合密封效果，这种分块拼接的小块铸铁结构有利于减少热胀冷缩量,可有效改善炉门密封效果。

炉门完全由厚钢板及大规格方管钢通过大规格螺栓及蝶型垫圈联接而成，方管钢规格为250×150，以满足炉门热胀冷缩要求，确保整体结构不变形。

炉门内衬有耐火浇注料和保温材料,总厚度达320mm，并设有锚固钩。

初步核算，采用上述炉门结构，单个大炉门重量约8吨，其提升需要较大的动力，如果采用电机减速机提升，整套传动机构较庞重，基于上述情况，设计上采用液压的方式来实现炉门提升动作，这种方式炉门升降动作平稳性也有一定的提高。

而每个小炉门则采用电机减速机提升，满足技术要求。

大炉门液压缸设在炉子侧面，远离炉口设置，炉门通过两根套筒滚子链及导向轮与液压缸相联接，在液压系统驱动下，炉门沿导向柱上下滑动。

小炉门提升设置配重块，同样设在炉子侧面，远离炉口，炉门通过两根套筒滚子链及导向轮与减速机输出轴相联接，在电机驱动下，炉门沿导向柱上下滑动。

大炉门提升机构参数：
1）提升链条规格：48A
2）液压系统工作压力：16MPa
3）提升速度：约4米/分种（可调）
小炉门提升机构参数：
1）提升链条规格：40A
2）减速机功率：1.5KW
3）提升速度：约4米/分种（通过旋转编码器控制）
炉门提升极限位置有行程控制并与燃烧系统相连锁，当炉门提起，烧嘴主火焰自动调整到小火状态；炉门关闭，火焰大小自动控制。

2.炉体钢结构
30吨固定式熔铝炉的钢结构由10mm厚的钢板拼焊而成，并用20#槽钢，炉顶用25#工字钢来进行加强，并通过合理设计来减少炉壳高温变形，保持炉子的整体刚性。

炉膛尺寸为6000mm*4680mm*2450mm，熔池深650mm，这些尺寸充分考虑了铝熔体生产过程中的加料和扒渣操作、长时间高温熔炼操作的生产特点。

炉门下沿设有导渣板,可方便将渣导入渣箱,导渣板和炉体前墙螺栓连接，方便维修和更换。

炉子前墙采用10mm钢板及30#大型H型钢构成，用以支承炉门提升机构，同时可满足超大炉口结构强度要求。

炉底采用10mm钢板与20#槽钢拼接而成，有较好机构强度。

炉顶由25#工字钢钢组成，密布有10#工字钢，用以安装炉顶吊挂砖及金属吊挂钩。

炉体表面喷涂耐高温涂料，所用涂料能承受炉体的高温，不脱落、不起泡、不开裂，设备表面美观耐用。

3. 炉衬结构
熔池部分由不沾铝浇注料、抗渗铝的浇注料、保温浇注料及硅酸钙板砌筑而成，液面线300mm以上的侧墙由耐火黏土浇注料，保温浇注料及硅酸铝纤维板组成，炉顶将由黏土浇注料、轻质浇注料、硅酸铝纤维毯组成。

在炉顶上每隔300mm都均匀的布置用耐热钢夹子锚固在炉顶型钢上。

大炉门炉门眉采用预制件分块吊挂，小炉门炉门眉采用黏土浇注料分段浇灌锚固施工炉口，以解决该处由于频繁开门冷热变化引起的炉口耐材开裂现象。

具体各部位材料分布情况如下：
炉底
250mm 不沾铝浇注料
100mm 防渗铝浇注料（平均）
125mm 保温浇注料
25mm 硅酸钙板
炉底（不锈钢天窗部位）
250mm 不沾铝浇注料
100mm 防渗铝浇注料（平均）
70mm 保温浇注料
10mm 纳米板
液面以上300mm的下侧炉墙
250mm 不沾铝浇注料
100mm 防渗铝浇注料
190mm 保温浇注料
50mm 硅酸铝纤维板
液面以上300mm的上侧炉墙
250mm 黏土浇注料
290mm 保温浇注料
50mm 硅酸铝纤维板
悬吊式炉顶
250mm 黏土浇注料
150mm 保温浇注料
50mm 硅酸铝纤维毯
炉门
190mm 黏土浇注料
80mm 轻质浇注料
50mm 硅酸铝纤维板
4. 燃烧系统
本项目所采用的蓄热式烧嘴采用低氮氧化物排放和高效燃烧领域中的最新技术。

高效燃烧来自于一对烧嘴的周期性交替燃烧，用烟气加热空气，获得高温助燃空气。

当一个烧嘴燃烧时，另一个烧嘴抽吸高温的烟气，高温烟气将蓄热体加热。

而当下一个循环换向来临时，原本抽吸的烧嘴开始燃烧，此时助燃空气流经高温的蓄热体而被加热，原
来燃烧的烧嘴开始抽吸，并继续将高温烟气中的热量储存在蓄热体中。

通过这种方式，常温助燃空气可以被加热到仅比炉内烟气温度低150°C的温度，从此获得极高的加热效率。

本项目采用一对两支明亮火焰型蓄热式烧嘴，采用天然作为燃料,可满足6T/H熔化速度要求。

连接到烧嘴的空气阀组和管道将空气输送到烧嘴本体，天然气会单独送至每个烧嘴，两个烧嘴作为一个燃烧控制区。

能根据熔化加热的需要提供最佳天然气流量、空燃比例和功率调节比，主要阀件及执行机构采用国内外优质产品。

有关技术数据：
a)燃料：天然气
b)燃气热值： 8400Kcal/Nm3
c)最大燃气耗量： 500Nm3/h
d)燃气耗量/吨产品：≤56Nm3/吨铝
e)燃烧器类型：蓄热式
f)蓄热介质：Ø24氧化铝球
g)燃烧器数量：一对两支
h)废气排放最高温度：≤250℃
5.炉压控制及排烟
本项目采用两套排烟系统，通过排烟风机排出的烟气为主排烟系统，其总排烟量约占总烟气的80%左右，余下的烟气通过辅助排烟管网排出。

主排烟系统排烟风机和助燃风机采用变频控制，确保燃烧产生的烟气量按设定比例通过主排烟系统排出，以确保实现充足恒定的余热回收效果。

辅助排烟管网闸阀与测炉膛压力的差压变送器一起构成闭环控制，实现炉压全自动调节控制。

排出的烟气最后通过排烟管道排到厂房外的烟囱，中间通过耐高温排烟风机，软连接，测温热电偶，差压变送器，并在进入风机前设置一个电动调节阀以掺入冷风，降低排烟温度，保证风机能够正常运行。

主排烟系统
主排烟系统共两套，由排烟风机、排烟气动换向蝶阀、金属软连接等构成，以改善炉压状态。

排烟风机功率为55KW，变频控制，通过精心选型配置，可实现全年365天可靠运行而无需维护，特别采用无水冷结构（风机自带风冷）。

排烟系统所有的阀门、风机均采用耐高温设计，设计承受温度为350℃。

燃烧系统最终排出的烟气温度取决于烧嘴切换周期及炉内温度，通常在150℃左右，最高不超过250℃。

主排烟量大小由PLC系统根据炉膛压力控制要求进行全自动控制。

辅助排烟系统
辅助排烟管网设置在炉墙上，由带保温内衬的钢制管路及电动插板式阀门构成。

其作用是通过控制插板阀门开度对炉压状态进行调控，缓解烧嘴切换瞬间产生的冲出，起平衡炉压的作用。

正常情况下，蓄热式烧嘴主排烟系统只能排出全部燃烧产物的80%烟气量，剩余的烟气须另通过辅助排烟管网排出。

本项目辅助排烟管路排出的烟气温度约900～1000℃左右。

相配套的烟管带有耐火材料保温内衬。

辅助排烟阀板由浇注料预制块及风冷管构成，由减速机驱动，整套机构由本公司总成，并经过预烘烤处理，有极可靠的使用效果。

6．温度测量
随设备提供的热电偶监测炉膛温度，以此为控制中心实现炉温全自动控制。

温度测量热电偶共三支，一支为炉温控制热电偶，另一支为超温保护热电偶，第
三支为测铝液热电偶。

测炉温热电偶设在炉顶。

铝液热电偶测温孔设在炉墙上，采用
电机驱动提升形式，并可调节热电偶插入的深度。

铝液温度直接参与燃烧控制，控制
系统根据测温热电偶偶测量的实际温度自动识别铝液温度的有效性，当确认测温值有
效（测量值在设定范围内）时控制系统自动转成铝液温度控制，当测温数据超出设定
范围控制系统自动转成炉温控制。

7. 点火及火焰监测系统
每个烧嘴均设有点火及火焰检测系统，连续监视火焰燃烧，一旦没有监测到火焰，装置便会自动关闭燃气管上的电磁阀。

8. 流口结构
本项目采用炉外扣压式的新型流眼结构（本公司专利产品），设有钢制流口砖箱及压紧装置，流口砖由炉外放入，通过压块进行压紧。

9．电控系统
控制系统包括：温度控制，压力控制，吹扫控制，点火控制，主烧嘴切换控制和传动机械控制等。

人机界面采用AB显示屏，用于实时显示熔炼炉各部分的工作状态，并可即时设定和修改工艺参数。

电气组件PLC采用AB公司ControlLogic5000，含有双以太网接口实现固定式矩形燃气熔铝炉自动控制。

安装在现场的电气控制设备使用环境为多导电粉尘场所，低压电器采用施耐德，控制柜为仿威图产品。

控制柜包括：供电柜、PLC柜、操作柜、炉门操作箱。

配一台UPS 电源，在电源故障时能够提供控制部分一个小时的供电时间。

PLC程序中带有本公司多年积累的标准模块程序，专注于铝加工行业的运算模块，使得控制系统特别是燃烧系统的运行安全、可靠、稳定。

显示单元利用上位机实现。

执行单元、火焰检测、点火控制系统等，均采用德国KROM公司或美国HONEYWELL 公司的成熟产品，技术成熟，产品过硬，方便操作，易于维护。

整个电气控制系统包含有现场一次检测单元、控制运算单元、参数设置及显示单元、现场执行单元。

温度控制：
燃烧器是采用蓄热式烧嘴，温控方式采用测炉温热电偶采集的温度信号送入PLC的闭环控制模块经冷端补偿，线性化处理，与给定值一起经PID运算，其结果输出给燃烧器供风管路上的调节阀自动调节供风量，并使供气管路上的比例调节阀按比例改变供气量，从而调整火焰大小，达到温度自动调节的目的。

当炉温达到设定值进入保温期时自动切掉一只烧嘴，另一只烧嘴连续调节确保炉温控制精度。

工艺参数的设定和实时参数的显示均在触摸屏上操作。

炉压控制：
热量损耗的主要原因是冷空气的渗入。

为避免此种现象发生，将炉子保持微正压20~40Pa，炉膛压力控制为全自动控制。

排烟阀板采用闸板阀结构，远离炉体设置，细节上做针对性处理，解决阀板变形及脱落问题，实现炉压自动控制。

炉压是通过微差压变送器，将采集的炉气压力信号转换成4～20mA信号，送入PLC控制模块，经PID运算后控制排烟风道的闸板阀与电动执行器来调节阀的开口度，从而保证炉气压力在允许的范围内。

炉压实际数值在操作屏上显示。

正常生产情况下，控制系统在参数设置完成后，操作人员只要按下启动按钮，系统将自动进行系统漏检，吹扫，检测阀位的状态，获取正确的信号，发出相应的指令控制系统点火，燃烧和烧嘴自动切换燃烧，实现炉温和炉压得控制要求，若有故障发出故障信号，并运行故障安全处理程序，保证系统安全可靠。

报警信息系统会记录当前报警和历史报警，按照时间和优先级来排列报警内容，进行声光报警。

触摸屏画面具有用户管理的功能，给每个用户一个合适的权限。

通过登录口令可以进入不同级别的画面，在触摸屏上可以清楚看到当前设定温度，炉内气温，铝液温度，烧嘴的工作状态，以及炉压实际数值等。

可以设定工艺参数，通过一个启动按键，就可以启动整个系统，操作方便。

10. 安全保护措施
如果下列安全限制超出或未达到，控制系统将发出指令切断火焰并报警显示。

1）燃气压力低
2）炉膛超温
3）炉压偏高
4）助燃风压力低
5）火检无信号
6）压缩空气压力低
7）排烟温度过高
8）换向阀动作不到位
三、炉子安装说明
按顺序进行炉体的组焊：
基础复测（合格后）炉底组对安装炉体组对安装炉门框安装炉门提升机构安装炉顶安装炉底内衬施工炉体内衬施工炉顶内衬施工排烟系统安装排烟管内衬施工燃烧系统安装液压系统安装冷却系统安装气动器件安装电控制系统其他附件安装油漆冷调烘炉热调、生产
强调燃烧系统管路安装：
燃烧系统各阀件应安装在易于检修及维护的地方，并留有一定的拆卸空间，燃气及压缩空气管路只有进行充分吹扫后方可投入生产运行。

1）燃气管路气密性试验
燃气管路是燃烧系统安装工作中最重要的内容，所有管路应严格按高标准进行施工，确保管路有良好气密性。

管路安装完毕，应进行燃气管路气密性试验，试验时将试验管路与其前后管路隔断，通入压缩空气并使管内压力达到试验压力，同时记录试压开始及结束时的气温、气压数值并观察其变化，并按下式计算泄漏率δ：
δ=100（1-P2/P1×T1/T2）%
式中：
P1、P2分别为试验开始及结束时管内气体的绝对压力（大气压+表压），kPa；
T1、T2分别为试验开始及结束时管内气体的热力学温度，K；
在本炉中试验压力为30kPa，试验时间为2小时，最终泄漏率δ应不超过2%；
2）燃气管路的置换及放散
管路施工完毕，管中存有空气，因此，在投入生产运行前应进行置换处理
置换处理是以惰性气体作中间介质在燃气和空气之间进行相互置换，以避免燃气、空气在管路中接触的一种安全处理措施。

可用作置换的惰性气体有蒸汽、氮气、二氧化碳等。

新炉启动、炉子长时间停用后再启动都应进行管路置换处理。

其步骤如下：
a）检查管路，除主进气管阀及炉前电磁阀关闭外，打开所有阀门及放散阀；
b）用软管将惰性气体与主进气阀后的备用吹扫管接口连接；打开备用阀进行吹扫驱赶空气,吹扫时间3～5分钟或更长；
c）结束吹扫，关闭备用阀。

打开主进气阀通入燃气进行置换，驱赶惰性气体，时间3～5分钟或更长；
d）对管内气体进行氧含量分析或相关如爆发试验等方法，检查管内气体是否合格。

如合格则管路是安全的，可以投入生产运行。

说明：在具体应用中，由于条件的限制，很多厂在具体实施时取消了上述置换操作，直接用燃气驱赶管内残余气体并进行放散的方法来替代，实践证明，这也是行之有效的一种处理方法，但应注意：
1）放散出的燃气应在高空或开阔处放散；
2）放散的时间应足够长；
整个炉体组焊完成后，可进行炉子砌筑工作。

砌筑应由有经验的筑炉人员完成并应严格按照砌筑尺寸及要求进行，各砌砖体砖缝要求：高铝砖灰缝≤1毫米；粘土砖及灰缝≤2毫米；本炉在炉衬砌砖体设计上考虑了热态膨胀的情况，在成型砖体砌筑时炉内不留膨胀缝。

各部位浇注料施工时应按设计要求牢靠固定锚固钉，锚固钉是通过联接螺栓及螺母固定在炉体钢板上的，其固定的原则是：锚固钉固定后可允许其在原地有一定摆动但不能与螺栓脱开，此外，直接将锚固钉焊在钢板上的做法也不利于炉衬自由膨胀。

浇注料在混料时应搅拌均匀，浇注时应振动到位并出浆充分。

在进行炉顶浇注施工时，考虑到整个浇注面跨度过大，应分“仓”进行施工。

这样可以不用等已浇注的部分凝固成型后再浇注下一块，节省了砌筑时间。

这种分“仓”浇注的做法，很好的解决了热应力对耐火材料的破坏作用，提高了耐火材料的使用寿命。

四、冷态试车前的准备
在冷态试车前应作下列准备：
1．检查炉子的供水，供气，压缩空气等各管路的接管是否符合设计要求，管路支
架是否安装稳固。

2．各管路试通
⑴试通各管，是否发现有跑、冒、滴、漏等现象，有无堵塞，一旦发现立即处理。

⑵各管路试通后，核查各管上压力表压力是否满足设计要求，若发现过高或过低，不满足设计要求时应即时找出原因处理。

五、冷态试车
1．各用电部位开始通电、转动部件试运行。

⑴首先仪表盘柜通电。

⑵助燃风机、排烟风机分别启动、停止反复5次以上，正常运行，平稳无卡阻，无异常视为合格。

⑶启动炉门提升机构使炉门上升，下降运行5次以上，正常运行，平稳无卡阻，无异常，上升、下降停位准确，视为合格。

⑷手动按钮方式给各管路上的电磁切断阀，电动调节阀，压力开关、电接点压力表，限位开关等试通电，看其是否动作可靠，灵活无卡阻，反复试过5次以上，视为合格。

⑸检查测炉的热电偶是否安装正确，有无断、短路现象，一旦发现立即处理。

2．燃烧系统及烧嘴调试
1）点火枪调整：
本系统采用了小功率点火枪作为主烧嘴切换点火源，只有在点火枪正常燃烧的前提下，系统才能正常切换运行。

在系统全过程运行中，点火枪始终燃烧，即始终处于长明火状态，火检也始终在监测火焰燃烧工况，系统不断切换运行，点火枪工作环境极为恶劣，其火焰要有足够的刚性，才不会出现被换向吹灭的情况。

调试时，应将点火枪抽出，在炉外调整火焰刚性。

火焰调整好后，应及时拧好锁紧螺栓，将点火枪及火检放回烧嘴本体，重新利用系统自动点火，观察换向过程中点火枪是否熄灭，如多次切换，点火枪仍在燃烧，说明调整得当，否则应重新进行调整。

2）主烧嘴调整：
主烧嘴调整应结合助燃风调节阀开度来进行。

通常情况下，应找出最大火、最小火两种状态并进标定，在生产运行中，主火焰将根据温度控制需要在这两种状态间自动运行。

调试主烧嘴一定要在炉门开启的情况下进行。

具体调试过程如下：
A．由电工短接相关烧嘴与炉门联锁开关，开启炉门；
B．点燃点火枪并正常切换运行情况下，将助燃风阀开到40%左右；
C．手动操作触摸屏点燃两个烧嘴中的一个大火，正常情况下，当系统运行到该烧嘴燃烧时，主烧嘴应出现明显火焰；
D．逐渐将助燃风蝶阀关小，同时严密观察火焰形状，这时火焰渐渐变软变长，失去刚度，当火焰根部将脱离主烧嘴时，这时的助燃风阀开度可标定为最小火状态；
E．逐渐将助燃风蝶阀开大，同时严密观察火焰形状，这时火焰渐渐变短变硬，同时会出现较响的声音。

当助燃风阀开度达65%左右基本可到达最大火状态。

六、烘炉
新砌筑好的炉子由于砌体各部位膨胀位移还没有固定，砖缝与某些材料还没有硬化，各浇注料中还含有大量的水分，因此，应按设计要求的烘炉曲线进行烘炉操作，使炉衬缓慢而均匀地受热升温，最终实现炉衬烧结要求。

1．烘炉前应具备的条件：
1）设备冷调完毕，各管路联接通畅无泄漏，阀门动作无误，炉子各部位机构动作运转正常。

2）燃烧系统冷态调试完毕，具备热态试车条件。

3）烘炉人员都已经过培训合格，并排列值班表，可按要求准时到岗。

4）与烘炉无关的其它临时设施全部拆除，场地清理干净。

5）烘炉及生产用的各种原始记录准备齐全。

6）烘炉所需的热工电气仪表均已安装，并校验合格。

7）烘炉工具、及各种辅助工具（包括现场照明等）都已准备完毕。

8）炉子周边准备好消防用具，如灭火器、水等。

9）其它如安全、保卫、医务、后勤人员组织落实。

2．烘炉工具：
1）操作工及值班电工必备的工具。

2）简易烘枪、联接钢管、联接软管、手动球阀及必要的钢制支架共四套（熔化炉两套及保温炉一套）。

本烘炉方案总体计划是炉温在350度以下用自制土枪烘炉，350度以上直接用炉子自带烧嘴烘炉。

350度以下烘烤时，计划在炉膛布两支烘枪。

简易烘枪由我方现场工作人员现场自制，厂方提供必要材料及工具。

3．烘炉职责分工：
1）烘炉方案由本公司提供，升温及火焰调整操作由本公司现场人员操作执行或授权执行，本公司对最终的烘炉质量负责。

2）烘炉具体操作及值班由厂方实施，厂方应安排相应的人员值班，本公司负责技术指导。

3）厂方应保障烘炉过程的燃气、电力供应的可靠性及值班操作工的准确到位，因厂方原因引起的烘炉过程中断及进而引起的炉衬开裂由厂方负责。

4．烘炉注意事项：
1）各室烘烤温度波动范围应尽量控制在±50℃范围，严禁出现严重超温现象。

2）采用简易烘枪烘烤期间，每30分种应安排值班人员移动调整烘枪位置，以避免局部过温现象发生。

3）如果在烘炉过程中没有按计划升温，超计划升温时，在超过规定范围时，不准降温，达不到升温计划的不准加速升温，应及时调整计划，在允许范围内温度偏高或偏低时，可以适当减慢或加快升温速度。

4）烘烤过程一定要保证其连续性和稳定性，以确保烘烤质量，杜绝因设备故障造成灭火现象。

特殊情况下，若遇全面停火，必须采取保温措施，并尽快恢复加热。

5）烘炉过程中要定时记录烟气温度，以控制温升速度和最高温度，不可超过规定要求。