关于铝合金集中熔炉的节能改善

宁耀刚

（陕西法士特集团铸造分公司压铸车间，陕西宝鸡 722409）

铝合金集中熔化炉是铝合金熔化和保温一体的专用设备。公司采购的是3.0 t/h集中熔化炉，通过一台15 kW的大风机供应3个熔化烧嘴及1个保温烧嘴，通过欧姆龙CP1E系列PLC控制系统，实现熔化过程的自动化控制。公司熔化生产铝合金跟随市场形势变化，某一长段时期，铝合金产品需求下降，达不到熔炉3 t/h熔化率，长时间的非连续投料生产，造成车间熔炉燃气吨铝消耗一度达到120 m3/t，为此非满负荷生产时，如何降低能源浪费与空耗，改善迫在眉睫。

1 熔化炉改善点分析

总结熔化炉存在能源消耗的问题，针对可能存在能源浪费的设备构造和人为原因，分析确认得出可以从三个方面进行改善或改造。

1.1 熔化炉排烟口敞口直排，热量损失严重

排气烟道没有挡板，不管大小火熔化燃烧，很大一部分热量直接随管路排出车间，浪费大，熔化效率低。

1.2 非满负荷生产，熔化烧嘴空烧，浪费严重

1）投料机正常投料时，依照原程序控制系统，由排烟温度控制器控制熔化烧嘴进行熔化燃烧，但存在问题是，非满负荷生产时，手动排气温度设置过低时无法完成炉内铝料熔化，设置过高时空烧现象明显，浪费极大。

2）每班次都需要定期清理熔化室内残渣炉料，原操作需要手动设置很高的排气温度，保持熔化和液路烧嘴持续燃烧，一段时间后，关闭烧嘴后清理炉膛，操作不便且存在很多人为的不确定因素。

1.3 大功率风机供应铝水保温烧嘴和熔化烧嘴，电能浪费严重

保持室铝水需要时刻点火保温，这样助燃风机需要常开，以保证铝水温度。设备配备一台15 kW的大功率风机，设计功率和风量供应熔化和保温共计4个烧嘴，而非满负荷生产时，很大部分时间只需保持烧嘴运行，由此而造成燃气及电能的很大浪费。

2 熔化炉节能改善过程

2.1 排烟烟道改造

图1 排烟烟道增加挡板阀+控制蝶阀

图2 小管路连接压力传感器

图3 压力传感器连接的压力控制器

在排烟烟道部分增加排气烟道挡板阀+蝶阀马达（如图1所示），然后从炉体烟道旁位置连接管路，接通压力传感器（如图2所示），规格0～100mbar输出连接至熔炉控制柜内压力控制器装置（如图3所示），调试中根据实际炉腔测定压力设置上下限值驱动蝶阀马达，从而控制烟道挡板阀自动控制。根据生产车间熔炉密闭情况，将压力传感器采集数据输入压力控制器，设置烟道挡板阀开关压力值H1为250，H2为400（比例放大100倍，为了更加灵敏的检测炉腔压力变化），尽量保证炉腔内热损失最小。

2.2 熔炉程序方面改善

2.2.1 配合排气烟道挡板阀炉内保温

熔炉投料生产时，设置较低且固定不变的排气温度，当投料机停止投料15 min时，熔化烧嘴全部变小火（注意，15 min是根据实际炉腔内铝料被完全熔化而定），以节约燃气空耗。

2.2.2 增加清理前熔化功能

在熔炉控制柜设置一个清理前熔化按钮并在程序中进行改造，需要清炉时，按下按钮，PLC开始计时燃烧，屏蔽排气温度控制影响，15 min大火燃烧，时间到达后自动关闭烧嘴，操作工进行清炉操作。

2.3 保温室单独助燃风机设计

增加保持烧嘴助燃风机，设计功率3 kW，与设备配备的15 kW风机独立并行运行。当停止投料15 min时，熔化烧嘴全部变小火，再持续15 min内没有投料时，关闭15 kW大风机，只有一台3 kW的小风机工作，供应保持烧嘴（程序中需改动保持烧嘴单独点火时，仍旧可以燃烧准备）。

3 熔化炉节能改善效果

3.1 节约燃气消耗统计分析

实施改善方案前后，统计车间现场熔化炉同等比例的铝料燃气消耗情况，如表1（以下数据仅表示以当地燃气热值为基础的数据采集）。

表1 熔化炉改善前后能耗对比

从表中可以看出，铝锭与回炉料比例越高，燃气消耗越少；铝锭：回炉料=2.3时，改造前，吨铝燃耗＞104 m3，改造后，吨铝燃耗=93 m3，吨铝燃气消耗节约＞11 m3，节能效果＞10.6%.

3.2 节约电能消耗分析

熔化炉在非满负荷运转情况下，根据车间生产实际，实行两班制生产，其余一个班次铝水保温。实施改善前后，车间内熔炉用电使用情况如表2所示。

结合车间生产实际，周末放假期间以及节假日期间，只保持小风机运转，按照每月平均放假5天计算，节约电耗96（度）×3（班次）×5（天）=1440度，每月节约电：（13.5×2+96）度×25天+1440 度 =4 515 度。

表2 改造前后用电情况测算

4 结 论

通过对熔炉硬件方面和软件方面的设计改善，在车间生产任务不饱满，熔炉非饱和熔化状态下，熔化炉节能效果显著。在实际应用中，随着车间生产吨位提升，熔化投料量及放铝水量增多，增加的排烟控制蝶阀还可降低熔化室内热损失，可提升熔化效率；熔化程序方面的改善，有效地减少了空烧热损，对于熔化效率的提升也有很大作用。

参考文献：

［1］ 文杰.欧姆龙PLC电气设计与编程自学宝典［M］.北京：中国电力出版社，2015.

［2］ 龚运新，杨进民.欧姆龙PLC实用技术［M］.北京：清华大学出版社，2015.