CN106399717B - 用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群 - Google Patents

用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其中，所述铝混合炉群包括多个铝混合炉，各所述铝混合炉分别与带保温盖的流槽连通，其中，为每座所述铝混合炉配设有电解铝液注入装置、铝水搅拌装置、炉内精炼装置、燃烧器及燃烧控制系统、炉体倾动装置、出铝控制系统、在线除气和过滤装置，其中，所述铝混合炉具有炉体倾动液压缸，所述炉体倾动液压缸被设计为适于在所述出铝控制系统的控制下旋转倾动所述铝混合炉，从而将所述铝混合炉内的熔融铝液通过流槽输送到连铸机。

Description

用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群
技术领域
本发明涉及有色金属熔炼炉技术领域，尤其是涉及一种用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，特别是涉及一种用于配套以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产线的铝混合炉群。
背景技术
现代铝板带箔生产有铸锭热轧、铸轧、连铸连轧三种供坯生产工艺。其中以哈兹列特(Hazelett)连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产近十年来有了飞速发展，在生产大多数民用板带箔材时，以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产有着其它供坯工艺不可比拟的优势：①与铸锭热轧相比，省去了铸锭锯切、铣面、加热或均热等工序，因此节省投资；②与铸轧相比，产量大、产品范围广、质量好。③能耗低，生产成本低，产品的市场竞争能力强。
典型的以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产工艺过程如下：
①铝混合炉的设计适合使用来自电解车间的电解铝液，采用铝水包转移铝水，进入铝混合炉的电解铝液通常为860℃-900℃；
②取样检测熔融金属的化学成分；
③添加返回废料和中间合金锭，以达到730℃的金属温度；
④如果大量的返回废料被熔化，接收铝液的铝混合炉转化成双重功能的“熔化炉”，采用精确控温的燃烧器进行加热熔炼，并进行扒渣和电磁搅拌，使熔池达到730℃的温度水平；
⑤在熔池内使用炉内精炼器处理熔融铝液；
⑥在熔池内一定的保持静止时间；
⑦铝液取样化学分析；
⑧混合炉倾动，铝液倒入流槽并通过除气和过滤设备运送熔融金属到哈兹列特铸机，并在流槽添加铝钛硼再进行晶粒细化。
以哈兹列特连铸工艺为基础的铝板带箔连铸连轧生产对铝液的产量和质量都有很高要求。典型的哈兹列特铸机对铝液的品质要求如下：
铝水金属质量：氢含量目标值小于等于0.1毫升/100克铝，
颗粒度小于等于3μ，
铝水流量：≤70吨/小时铝液，
铝水温度精度：控制在铝液目标温度±3℃，
铝液铸造流槽的液面控制在目标液面的±1.5毫米。
如上所述，以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产线要求有配套的铝混合炉，仅限于使用单个铝混合炉，而没有使用由多个铝混合炉组成的混合炉群。原因在于，单个铝混合炉更容易控制铝液的产量和质量。然而，哈兹列特铸机要求铝液以规定的质量和流量不间断供应。而单个铝混合炉具有一定的倾倒周期和准备周期，无法独立满足以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产线的不间断供应铝液的要求。
此外，由于铝混合炉要从侧井接收大量的电解铝液，因而倾动液压缸位置的布置对操作运行很重要。传统技术下采用双液压缸倾动铝混合炉，两个液缸分别布置在炉门的两侧，靠近铝混合炉端墙。但是，这种布置不但影响了自由进出装料侧井区域，使液压缸容易受到铝水包装料卡车的碰撞，而且也使液压缸暴露在熔融金属飞溅的区域。
发明内容
因此，本发明所要解决的技术问题在于提供一种用于配套铝连铸连轧生产的铝混合熔炼炉群，尤其是用于配套以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产的铝混合熔炼炉群。
本发明所要解决的技术问题通过一种用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群加以解决，其中，所述铝混合炉群包括多个铝混合炉，各所述铝混合炉分别与带保温盖的流槽连通，其中，为每座所述铝混合炉配设有电解铝液注入装置、铝水搅拌装置、炉内精炼装置、燃烧器及燃烧控制系统、炉体倾动装置、出铝控制系统、在线除气和过滤装置，其中，所述铝混合炉具有炉体倾动液压缸，所述炉体倾动液压缸被设计为适于在所述出铝控制系统的控制下旋转倾动所述铝混合炉，从而将所述铝混合炉内的熔融铝液通过流槽输送到连铸机。
由于提供了包括多个铝混合炉的铝混合炉群，因而能够克服单个铝混合炉的倾倒周期和准备周期造成的供应不连续，以规定的质量和流量不间断供应铝液，从而满足以哈兹列特连铸工艺为基础的铝连铸连轧生产线的要求。在这种包括多个铝混合炉的铝混合炉群设计中，铝混合炉的数量及吨位被合理配置，从而既保证了生产的顺行，也留有合理的间歇和余量。
优选的是，所述出铝控制系统包括：炉体倾动位置传感器，所述炉体倾动位置传感器用于检测所述铝混合炉的炉体倾动位置；以及炉体倾动联锁控制装置，所述炉体倾动联锁控制装置根据炉体倾动位置传感器的检测值调节对应的铝混合炉的炉体的倾动角度。在此，炉体倾动角度的调节是通过调节所述炉体倾动液压缸的伸出长度来实现的
优选的是，所述炉体倾动位置传感器是布置于所述炉体倾动液压缸上的炉体倾动液压缸位置传感器，用于检测液压缸的伸出长度。炉体的实时倾动角度可根据测得的液压缸的伸出长度计算出来。在此，出炉金属铝液流量是炉体倾动角度的函数。因此，根据对炉体倾动液压缸位置的监测和控制，亦实现了对出炉金属铝液流量的监测和控制。
优选的是，所述出铝控制系统还包括流槽闸板，所述流槽闸板布置于每段所述流槽上，用于在关闭时阻止铝液流动，其中，所述炉体倾动联锁控制装置在所述流槽闸板打开时才允许对应的铝混合炉开始倾动动作，而在对应的铝混合炉的炉体复位时则立即关闭对应的流槽闸板。流槽闸板的组合动作保证了铝水的正确流向和安全。
优选的是，所述出铝控制系统还包括液位保护电极，所述液位保护电极布置在每段所述流槽上，用于检测流槽液位达到高液位极限的情况，其中，在所述液位保护电极检测到流槽液位达到高液位极限时，所述炉体倾动联锁控制装置停止炉体倾动动作。
优选的是，所述出铝控制系统还包括激光液位仪，所述激光液位仪用于实时测量所述铝混合炉的出口流槽内的铝液液位，其中，所述炉体倾动联锁控制装置根据实时测量到的所述铝混合炉的出口流槽内的铝液液位控制炉体倾动动作，以维持该出口流槽内的液位在一定范围。具体而言，激光液位仪用于对流槽铝液液位的非接触检测。通过动态参数的PID模型控制液压缸的液压系统比例阀的开度，从而调节金属铝液的出炉量，进而维持流槽的液位在一定范围内，保证下游铸造机铸造时铝液流量恒定。通常，流槽液位控制精度在+/-1.0mm。
由于混合炉要从侧井接受大量的电解铝液，倾动油缸位置的布置对操作运行很重要。优选的是，所述炉体倾动装置的倾动液压缸布置在所述铝混合炉的下部。由于倾动液压缸布置在所述铝混合炉的下部，因而侧井区域无障碍且宽敞，这有利地防止了液压缸受到碰撞或铝液飞溅的影响。
传统的倾动保温炉采用双液压缸倾动，两个缸分别布置在炉门的两侧，靠近铝混合炉端墙。但是，这种布置影响了自由进出装料侧井区域，也使液压缸暴露在熔融金属飞溅的区域，也容易受到铝水包装料卡车的碰撞。本发明提出的这种将倾动液压缸布置在所述铝混合炉下部的设计克服了这一技术困难。
需要特别说明的是，这种设计并不会给液压缸的维修带来困难，因为液压缸在需要维修更换时可以在绕自身底端枢转之后被取出。因此，虽然在这种情况下需要增加用于容纳倾动液压缸的土建基础地坑凹槽深度而会增加相应的施工量，但是相比于液压缸布置在炉门两侧的技术方案，这种设计无疑因上述优点而是有利的技术方案。
优选的是，所述铝混合炉在炉门下部具有由横跨炉体宽度方向的重型箱形横梁组成的倾动支撑梁，所述炉体倾动装置的倾动液压缸支撑在该倾动支撑梁上。与直接布置在炉门两侧上的设计相比，这种布置的优点在于，首先主要荷载通过横梁传递，而不是由炉壳承担，从而避免炉壳的潜在应力集中和变形。其次，横梁的温度相对较低，因而液压缸连接点的膨胀量亦较小。
优选的是，所述铝混合炉群的铝混合炉数量为二至六座。
优选的是，所述铝混合炉群中有若干座铝混合炉共用一个所述铝水搅拌装置。
附图说明
图1示出了根据本发明的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群；
图2示出了图1所示铝混合炉群中的铝混合炉的炉体倾动装置的倾动液压缸布置，其中，液压缸处于未伸出的原始状态，铝混合炉则仍处于水平位置；同时，图2也在上部以虚线示出了液压缸伸出而使铝混合炉倾转的状态；
图3示出铝混合炉群的炉体局部及相连的流槽，其中示出了一系列出铝控制装置；
图4示出了上述铝混合炉群在液固金属90:10装料的情况下的炉群工作时序图；
图5示出了上述铝混合炉群在液固金属85:15装料的情况下的炉群工作时序图。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群的一个实施例。该铝混合炉群包括四个铝混合炉，各所述铝混合炉分别与带保温盖的流槽连通。为每座所述铝混合炉配设有电解铝液注入装置、铝水搅拌装置、炉内精炼装置、燃烧器及燃烧控制系统、炉体倾动装置、出铝控制系统、在线除气和过滤装置。
下面列出了在一个实施例中使用的铝混合炉的具体相关技术参数：
表1：铝混合炉的具体相关技术参数
熔池容量 120吨
类型 液压倾动式
固体熔化率 20吨/小时
炉膛尺寸 10200x6000毫米
炉膛高度 2500毫米
最大容量时熔池深度 平均1000毫米
炉门开口 10.2米x1.45米
烧嘴类型 高速烧嘴，调节比1：10
烧嘴数量 3只
燃料类型 天然气，热值≥8400千卡/立方米
可接受的熔融金属温度 850--900℃
铝液出炉温度 730～760℃
炉子最高温度 1200℃
燃气流量 2750牛顿立方米/小时
熔融金属流量 57吨/小时(4个混合炉)
在本实施例中，每座铝混合炉的设计容量为120吨，配套的铝连铸连轧生产线的生产要求为57吨/小时不间断，铝混合炉的倾倒周期大约为2个小时，而由“清炉、装料、工作，铝混合炉准备好倾动浇注”构成的准备周期大约7.16小时。据此可以计算出铝混合炉群中的铝混合炉的数目为四时即可恰到好处地满足上述生产要求。
例1
图4示出了液固金属90:10装料的炉群工作时序图，如图中所示，第1号铝混合炉完成约2个小时的倾倒周期后进入由“清炉、装料、工作，铝混合炉准备好倾动浇注”构成的准备周期，时长约为7.16小时。在1号铝混合炉的倾倒周期之后，2号铝混合炉、3号铝混合炉和4号铝混合炉相继投入倾倒周期，并在它们各自的倾倒周期结束后分别进入各自的准备周期。1号、2号、3号和4号铝混合炉的倾倒周期前后相继，实现对铝液的连续供应。在4号铝混合炉的倾倒周期结束之前38分钟，1号铝混合炉的准备周期已经结束，处于可以再次投入倾倒周期的状态。也就是说，整个周期在每个铝混合炉的上一个准备周期结束和下一个倾倒周期开始之间预计有38分钟的缓冲时间，如图4所示。
例2
图5示出了液固金属85:15装料的炉群工作时序图，如图中所示，铝混合炉的倾倒周期的时长不变，而准备周期由于液固金属装料中液体部分比例降低而有所延长。同样地，1号、2号、3号和4号铝混合炉的倾倒周期前后相继，实现对铝液的连续供应。在4号铝混合炉的倾倒周期结束之前19分钟，1号铝混合炉的准备周期已经结束，处于可以再次投入倾倒周期的状态。也就是说，在此种情况下，整个周期在每个铝混合炉的上一个准备周期结束和下一个倾倒周期开始之间预计有19分钟的缓冲时间，如图5所示。
为每座所述铝混合炉配设的电解铝液注入装置以每分钟注入0.6～0.8吨铝的速度向铝混合炉内注入电解铝液。任选地，电解铝液注入装置可采用直接倾倒和虹吸管两种形式。在本实施例中，上述电解铝液注入装置是铝水包倾翻台。
每座所述铝混合炉还配设有用于确保炉内铝液温度均匀的铝水搅拌装置。任选地，所述铝水搅拌装置可以为电磁搅拌器或永磁搅拌器。通过实施一个周期(一般为15分钟)的搅拌后，熔体上下的极限温差应不超过5℃，所有铝液合金成份的绝对偏差值不超过0.20％。
由于铝混合炉在时序上依次循环投入使用，因而根据铝混合炉群在车间内的布置不同，可以设计为若干座铝混合炉共用一个铝水搅拌装置。例如，在图2中示出的铝混合炉下方布置有铝水搅拌装置，该铝水搅拌装置能够沿轨道移动或者在轮式车架承载下运行，从一个铝混合炉下方运动到另一个铝混合炉下方，执行铝水搅拌功能。
每座所述铝混合炉还配设有炉内精炼装置。炉内精炼装置通过将精炼气(Ar+Cl2或N2+Cl2)吹入铝液实现对铝液进行精炼。任选地，炉内精炼器可以是顶插入式、侧墙插入式或者炉底透气塞。在本实施例中，炉内精炼装置应满足的设计要求是：通过炉内精炼，能使熔体的含氢量小于等于0.3毫克/100克铝且碱金属含量小于10ppm。
类似地，根据铝混合炉群在车间内的布置不同，亦可以设计为几座混合炉共用一座炉内精炼装置。
每座所述铝混合炉还配设有燃烧器及相应的燃烧控制系统。当混合炉电解铝液注入量较大时，燃烧系统处于低负荷工作状态。当返炉料或固体料较多时，燃烧系统又必须具有足够的热负荷以保证足够的熔化效率。为此，燃烧器必须具备足够的调节比，通常为1：10。设计热负荷通常分散地由3～4只燃烧器供入。同时，每只燃烧器设计为独立调节、独立开关的形式，并独立配备了一套完整的燃料/空气质量流量比例系统。这样，就能够适应于较大的负荷变化范围。
根据本发明的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群还配设有在线除气和过滤装置，其作用是在规定的铝液流量下进一步精炼和过滤铝液，使铝液质量达到氢含量小于等于0.1毫升/100克铝，颗粒度小于等于3μ。在线除气和过滤装置配有相应的气体混合柜、电气柜和电加热设备，用于配比合适的精炼气体和调控铝液温度。典型的在线除气装置的性能参数如下表2所示：
表2:在线除气装置的性能参数
为每个铝混合炉配设有炉体倾动装置，用于倾动铝混合炉炉体，使其中的铝液流出到相应的流槽内。
根据本发明的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群的铝混合炉通过相应地配设地一对倾动液压缸实现上述的倾动。图2中的实线示出了图1所示铝混合炉群中的铝混合炉的炉体倾动装置的倾动液压缸布置，其中，液压缸处于未伸出的原始状态，铝混合炉则仍处于水平位置。倾动液压缸的底端以可枢转的方式固定在土建基础地坑凹槽内(图2中亦示出了枢转到工作位置之外的倾动液压缸)，而顶端则分别支撑在由重型的箱形横梁组成的倾动支撑梁上。其中，该倾动支撑梁横跨铝混合炉的宽度方向，位于门的下部。这样的布置使主要荷载通过横梁传递，而不是由炉壳承担，从而避免了炉壳的潜在应力集中和变形。同时，横梁的温度相对较低，因而液压缸连接点的膨胀量较小。在倾动作业时，每个铝混合炉围绕2个耳轴基座旋转。耳轴基座由25mm和50mm钢板制作而成，承载重型球面球轴承。图2在上部以虚线示出了液压缸处于伸出状态，而铝混合炉倾转到使铝液流出到流槽内的倾转角度。
为适应对铝混合炉群中的多个铝混合炉的出铝流量控制，在根据本发明的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群中配设炉体倾动液压缸上装有位置传感器、液位保护电极、流槽闸板、激光液位仪等一系列出铝控制装置，以及炉体倾动联锁控制装置，所述炉体倾动联锁控制装置根据炉体倾动位置传感器的检测值调节对应的铝混合炉的炉体的倾动角度。在本实施例中，炉体倾动角度的调节是通过调节所述炉体倾动液压缸的伸出长度来实现的。
在炉体倾动液压缸上装有液压缸位置传感器，测量液压缸的伸出长度，计算出炉体的实时倾动角度。考虑到出炉金属铝液流量是炉体倾动角度的函数，因而能够推算出出炉金属铝液流量。
在该实施例的一种变型中，亦可以替代地设置其它形式的炉体倾动位置传感器来直接地测量炉体倾动角位置，进而推算出出炉金属铝液流量。
同时，在混合炉出口流槽装有激光液位仪，用于对流槽铝液液位的非接触检测。所述炉体倾动联锁控制装置根据实时测量到的所述铝混合炉的出口流槽内的铝液液位控制炉体倾动动作，以维持该出口流槽内的液位在一定范围。具体而言，通过动态参数的PID模型控制液压系统比例阀的开度，从而调节金属的出炉量，维持流槽的液位在一定范围内，保证下游铸造机铸造时铝液流量恒定。通常，流槽液位控制精度在+/-1.0mm。
在每段流槽上装有液位保护电极，用于流槽的高液位保护。炉体倾动联锁控制装置在液位保护电极检测到液位达到高液位极限时，就停止炉体倾动动作。
每段流槽上装有流槽闸板。炉体倾动联锁控制装置在所述流槽闸板打开时才允许对应的铝混合炉开始倾动动作，而在对应的铝混合炉的炉体复位时则立即关闭对应的流槽闸板。流槽闸板的组合动作保证了铝水的正确流向和安全。
因此，本发明的技术方案中，各个铝混合炉依次根据炉体倾动液压缸在所述出铝控制系统的控制下的动作围绕出料后墙的旋转中心倾动，从而将所述铝混合炉内的熔融铝液通过流槽输送到连铸机。通过多个铝混合炉与出铝控制装置的配合有效地满足了以哈兹列特连铸工艺为基础的铝板带箔的连铸连轧生产对高质量、高流量的铝液的要求。本发明本身以及整条连铸连轧生产线都具有很高的经济效益和社会效益。
另外，本领域技术人员容易理解，尽管仅基于对金属铝的连铸连轧生产对本发明的技术方案进行了详细的解释，但本发明并不限于此。显然，本发明的技术方案也能够毫无困难地推广到其它熔融有色金属或黑色金属的连铸连轧生产中。
以上记载了本发明的优选实施例，但是本发明的精神和范围不限于这里所公开的具体内容。本领域技术人员能够根据本发明的教导而做出更多的实施方式和应用，这些实施方式和应用都在本发明的精神和范围内。本发明的精神和范围不由具体实施例来限定，而由权利要求来限定。
附图标记列表
1. 扒渣装料两用车
2. 铝混合炉
3. 电解铝液注入装置
4. 炉内精炼装置
5. 燃烧器
6. 流槽
7. 在线除气过滤装置
8. 炉体倾动液压缸
9. 铝水搅拌装置
10. 炉门
11. 炉门烟罩
12 耳轴基座
13 液压缸位置传感器
14 流槽闸板
15 液位保护电极
16 激光液位仪
C 连铸机
F 熔炼炉
X 铝混合炉流槽中心线

Claims (8)

1.一种用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述铝混合炉群包括多个铝混合炉，各所述铝混合炉分别与带保温盖的流槽连通，
其中，为每座所述铝混合炉配设有电解铝液注入装置、铝水搅拌装置、炉内精炼装置、燃烧器及燃烧控制系统、炉体倾动装置、出铝控制系统、在线除气和过滤装置，
其中，所述铝混合炉具有炉体倾动液压缸，所述炉体倾动液压缸被设计为适于在所述出铝控制系统的控制下旋转倾动所述铝混合炉，从而将所述铝混合炉内的熔融铝液通过流槽输送到连铸机，
其中，各铝混合炉被设计为相继投入倾倒周期，并在它们各自的倾倒周期结束后分别进入各自的准备周期，其中，各铝混合炉的倾倒周期前后相继，实现对铝液的连续供应，
其中，所述铝混合炉在炉门下部具有由横跨炉体宽度方向的重型箱形横梁组成的倾动支撑梁，所述炉体倾动装置的倾动液压缸布置在所述铝混合炉的下部，倾动液压缸的底端以可枢转的方式固定在土建基础地坑凹槽内，而顶端则分别支撑在所述倾动支撑梁上。
2.根据权利要求1所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述出铝控制系统包括：
炉体倾动位置传感器，所述炉体倾动位置传感器用于检测所述铝混合炉的炉体倾动位置，
炉体倾动联锁控制装置，所述炉体倾动联锁控制装置被设计为适于根据炉体倾动位置传感器的检测值调节对应的铝混合炉的炉体的倾动角度。
3.根据权利要求2所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述炉体倾动位置传感器是布置于所述炉体倾动液压缸上的炉体倾动液压缸位置传感器，用于检测液压缸的伸出长度。
4.根据权利要求2所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述出铝控制系统还包括：
流槽闸板，所述流槽闸板布置于每段所述流槽上，用于在关闭时阻止铝液流动，
其中，所述炉体倾动联锁控制装置被设计为适于在所述流槽闸板打开时才允许对应的铝混合炉开始倾动动作，而在对应的铝混合炉的炉体复位时则立即关闭对应的流槽闸板。
5.根据权利要求4所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述出铝控制系统还包括：
液位保护电极，所述液位保护电极布置在每段所述流槽上，用于检测流槽液位达到高液位极限的情况，
其中，所述炉体倾动联锁控制装置被设计为适于在所述液位保护电极检测到流槽液位达到高液位极限时停止炉体倾动动作。
6.根据权利要求2至5中任一项所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述出铝控制系统还包括：
激光液位仪，所述激光液位仪用于实时测量所述铝混合炉的出口流槽内的铝液液位，
其中，所述炉体倾动联锁控制装置被设计为适于根据实时测量到的所述铝混合炉的出口流槽内的铝液液位控制炉体倾动动作，以维持该出口流槽内的液位在一定范围。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述铝混合炉群的铝混合炉数量为二至六座。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的用于配套铝连铸连轧生产线的铝混合炉群，其特征在于，所述铝混合炉群中有若干座铝混合炉共用一个所述铝水搅拌装置。
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