铸轧生产在线除气技术改造

王宝中

摘要：铝产品在熔炼、铸轧过程中会吸气，造成产品含气、夹渣，铝合金熔体的精炼主要是除去氢及氧化夹渣，铝水在流送过程中易产生二次污染，所以不仅需要进行炉内精炼，在线精炼、在线除气、在线过滤是炉内精炼的完善和补充。

关键词：除气;转子;精炼;控制

引言

在铸轧生产过程中，尤其是每年6-9月高温多雨季节，铸轧卷中气孔、夹杂等严重影响其内部质量，导致铝成材率降低。因此，铝水在线处理一直是我们重点研究和改进的对象。目前我公司使用的在线精炼设备密封性能不是很好，箱体之间或箱体与箱盖之间只是机械的连接在一起。尤其是除气箱，在石墨转子除气过程中，达不到封闭除气的效果，产生的粉尘弥散在除气箱上方，对生产环境有一定污染。保温性能较差，造成温降大，为了保证前箱温度，熔炼炉铝水温度很高，熔体吸气严重。此次进行的铝水在线处理系统改造主要目的是提高铝水纯度，减少温降，改善生产环境。

1技术及工艺要求

1.1氢气的产生及除气原理

燃气熔炼炉燃烧热效率高，熔化速度快，污染性小，温度可自动控制。但是由于天然气燃烧使炉气中的水分压高，水分与Al反应产生H₂（3H₂O+2Al=Al₂O₃+3H₂），氫通过物理吸附、化学吸附和扩散进入铝液。炉气中的水分压越大，铝液中所吸收的氢越多。因此，必须在保温炉与铸轧机之间的生产线上配备效率较高的除气装置。

目前的除气原理是将惰性气体通入铝水中，铝水中溶解的氢，通过浓差扩散进入惰性气泡中，惰性气泡浮出铝熔体时，将氢除去。在动力学上，除气速度或效率受多个参数的控制，这些参数是相互依赖的，除气效率取决于这些参数之间的搭配。主要有以下几点：铝液和气泡间的氢浓度差、气泡总表面积、气泡密度、气泡与金属的相对运动速度、气泡停留时间等。

1.2惰性气体气泡的产生

除气系统中惰性气体气泡的主要产生来自旋转喷头：在气体从旋转喷嘴周边上的孔喷射的过程中，被旋转喷嘴和铝液间产生的剪切力打碎成细小泡。产生的气泡大小取决于旋转喷头孔的大小，气体通过孔的速度和旋转喷头的周边速度。孔越小，气体出口速度越高，旋转喷嘴的周边速度越大，产生的气泡越小。高转速和小孔径，带来相当多的设计问题，转子维护和运行所需要的空间大，使得到的气泡密度受到限制。

2设备改造

2.1原设备系统

铸轧车间的生产使用的在线除气系统，除气采用的是氮气，设备一直沿用老设备，已不能满足现场管理、产品质量的要求。由于转子的高速旋转，和氮气的搅拌作用，产生了很多的细微的铝屑颗粒，在除气箱周围弥漫，对设备、环境卫生影响很大，人站在除气箱旁边，有迷眼的感觉，对铸轧工的呼吸系统有很大的危害。

2.2改造后在线除气系统

本次改造使用的装置是一套系列化的除气、除渣装置，除气过滤及所有的电控、气控、耐火浇注料设备为一体的配套装置。

装置部分包括二台液压升降旋转装置，其中一台作为除气旋转装置，主要控制石墨转子，旋转除气。另外一台作为加热系统使用，采用插入式硅碳棒外加氮化硅保护套加热（发热功率24KW）。

除气箱（铝液除气罐）前后箱连体（中间用碳化硅板为隔板），前箱为除气、加热部分，后箱为出铝部分。

3控制系统

3.1电气控制系统

1、本系统以除气装置内铝液的温度为主要控制对象，输出控制触点控制晶闸管模块的电压输出，从而控制24KW加热器的加热回路电压，可以实现保持铝液温度和在小范围内调节铝液温度的目的，满足生产工艺要求。当铝液温度超过设定值时，晶闸管模块自动调节加热器电压，以保证加热器使用寿命，当铝液温度过低、加热器保护套管破损铝液浸入或加热元件断开，声光报警器自动报警提示。

2、由于铝液的温度和流量随工艺的要求有所不同，而连续浇铸对铝液流量有一定要求。因此对铝液除气装置控制系统的控制精度要求较高。故在惰性气流量控制系统的设计中，在保证惰性气体流量维持在设定范围内的前提下，根据工艺要求合理控制流量，使流量调节具有连续性和灵活性。

3、控制系统根据设定值和压力传感器采集的管网实际压力信号，在较高的检测和控制精度范围内，控制管网的压力恒定。并在惰性气体的压力达不到系统工作要求时，发出报警信息，通知温控仪和压力监测仪控制连锁，相关电气保护动作，以保证整个系统工作的可靠性和安全的控制。

4、系统可根据工艺要求防止搅拌不够充分，保证除气功能的顺利完成，系统选用变频器实现对石墨转子电机的无级调速，调速范围：0—400RPM，由变频器控制搅拌电机的转速和石墨转子的升降，实现自动调节功能，也可由人工根据工艺要求手动调节。根据石墨转子的要求，由系统自动判断石墨转子可否开始升降动作，何时关闭气体，以防止铝液对石墨转子造成损害和堵塞。根据石墨转子的要求，当石墨转子搅拌受力（搅拌叶轮一侧损坏）不平衡而产生过负荷时，调速装置将自动保护报警。

5、系统采用自动流量调节装置，可通过调节阀调节气体流量。并在给定流量值的前提下，自动调节气体流量，保持流量恒定，以确保除气效率。

6、当发生电气、机械故障和工艺参数超出设定值等时系统进行声光报警，并采取相应措施。上位机故障时，PLC及变频器可以组成独立控制系统进行工作;若整个上、下位自动系统均发生故障，现场控制柜具有手动功能，以保证系统工作的不间断。

7、当加热棒因老化功率达不到要求的功率时，系统自动把加热棒电压由220V改为380V，以保证硅碳棒的发热功率和使用寿命。

8、为保证系统的安全性，在设备安装时，除气箱外壳和电控柜必须可靠接地。

3.2气路系统

系统利用高纯氩气，通过高速旋转的石墨转子叶轮进入铝液中，产生细小的气泡，把铝液中的氢气带出铝液，同时，可使铝液中的杂质浮出铝液表面，从而使铝液的含氢量和含渣量大为减少。

系统采用压力自动调节装置和流量自动调节装置，使进气压力和流量保持在恒定值，并可通过远程自动控制输入气体的流量和压力。

4应用情况

本系统改造之后，提高了除气箱的气密性，大幅减少了粉尘的益处，改善了现场工作条件。其中增加的加热系统，使得前箱温度更稳定，增加了生产工艺的稳定性。

铸轧线铝液在线除气技术改进后，除气除渣更彻底，提高了产品的合格率，保证了铸轧卷的质量。

参考文献

[1]杜恒安，牟大强，高效紧凑型在线除气装置CDU的研制，铝加工，2004年：

[2]甘进军，铝液在线精炼装置的技术改进，有色设备，2004年：

[3]一种铝合金铸件生产在线除气搅拌装置，实用新型专利，2012：

[4]王轶华，可编程序控制器（PLC）在6063合金水平铸造系统中的应用，中国高新技术企业，2014.