铝液除气设备

 

MDB除气机介绍

 

摘要：本文介绍了目前市场上较有成功的铝液除气技术之一。这里重点展示较新箱体式除气完全密封技术的精炼性能、运行成本、可靠性、实践操作性等。

关键词：在线精炼、完全密封、除氢、除碱、出渣

      

概要

由于终端市场的火爆，目前对高精铝锭的需求越来越多，而要获得高精铝锭必须从铝液精炼开始。在目前可用的技术中，由我公司工程部开发的箱体式除气系统无论对一次熔炼铸造还是二次重熔铸造，对产品质量稳定性、快速更换合金、不受环境湿度影响及较低运行成本等方面都显示出其优越性。

箱体式除气设备系统简单描述

很多人都熟悉旋转喷气精炼的技术，通过分散的小气泡对液态金属进行处理，转子实现金属与精炼气的混合，采用惰性气体（氩气或氮气）或者混合性气体（添加氯气），这种反应在容器内发生，容器内部有耐火材料内衬，隔热防止热量损失。一般布置在保温炉和铸井之间。

气体扩散器是整个系统的心脏。箱体式除气设备系统中经过准确加工和特殊处理的石墨转子可以达到精细分散小气泡的目的，可通过三种方式精炼金属解吸铝液中的氢，通过通风系统，将其带出金属溶液外；同时，杂质及有害粒子与气泡一起通过浮力作用被浮到溶液上部（通过气泡垂直方向运动实现），随后与渣滓一起撇走；如果有氯气存在，氯气与碱性离子（Na、Li、Ca等）反应形成相应的盐，也通过浮力作用上升。转子的运动也带来有益的搅动效应（均匀化）。

根据金属流量的不同，反应室的数量从一个到三个不等，每一个反应室都装有转子和浸入式加热器。经过优化设计（反应室内部墙壁经过准确计算以确保金属完全反应和加热），客户可根据自己需要，选择不同型号的箱体式除气设备系统。

实践证明，这种除气装置的加热效果非常好，加热由浸入式加热器实现，可确保铝液快速均匀加热，补偿铸造线上热量损失。加热器可用于空载加热（预热容器内衬）和满载加热（冶金需要，预热金属）。

 

1） 为防止环境空气的有害影响，容器盖子和容器完全密封同时采用向下倾倒型流槽。这种完全密封不仅仅防止热量扩散，更重要的是，可防止外部潮气在盖子盖好后进入容器，不需要惰性气体覆盖（过压精炼气体）。没有潮气，特别是在夏天，意味着不会有氢再吸收和金属熔体氧化，这样可保证金属干净，限制渣滓形成及石墨氧化，防止烟气扩散。

2） 新型转子和各种工艺参数通过水模拟和计算机模型实现优化，特别是可避免死区。传统的箱体式除气设备转子可实现小气泡的准确扩散以及有效利用注入的氯气，而不是像传统的直接注入、长管注入、插接注入等炉内精炼方式只能控制精炼气的数量，而不能控制小气泡的准确扩散。

我们的专利转子可通过小气泡准确扩散实现熔体饱和，这样可增加精炼气体的停留时间（气泡排出前较长时间停留），这一点可通过容器内也为上升来证明。加大的反应面积加上较长的反应时间可以提高“三项反应”效果，从下面的章节中可以看出，需要较小量的精炼气体。

我们知道注入器形式只有一个过程（只是动态注入气体），而箱体式除气设备转子可实现两个过程（静态和动态：动态时大量注入气体，静态时只维持小量气体），这样可以节约成本。转子叶轮的专利设计配上较细的转轴，即使在高速旋转时，也可防止表面涡流效应，避免熔体金属再氧化。

3） 容器内部几何尺寸(反应室和挡墙)，根据精炼气体与金属完全反应所需要的较佳停留时间都被优化以节省空间。

 

1.          完全密封技术的技术创新

1）         “快速加热系统”，一套效率极高的加热系统，可以使大量金属迅速达到设定温度，加热速度可达20℃/h。同时可确保温度稳定性，特别是对于低流量金属，可保证质量，提高生产率。因为加热器都是小型化设计，这样容器的设计以及加热器的数量选择就具有更大的灵活性。

 

2）         这种装置的入口和出口有16种方案可供选择，可满足顾客现场布置得不同需求。与只能成直线排列的流槽除气相比，可以节省大量流槽，特别是对流量比较大的生产线（超过60t/h）。

3）         设备尺寸较小，占用空间小（从占地面积开始），在铸造线上很容易放置。

4）         “内衬模具”和预成型耐火材料使容器内衬更换更加方便，这样可使浇铸料内衬在较好的条件下制作，在严格条件下烘干。

5）         处于安全、质量、环保的考虑，气体混合站的功能得到极大改进，对氯气和惰性气体用不同的控制柜控制，极少维护（没有腐蚀），准确的流量调整系统可被连接到铸造区域的监控系统中。

2.          精炼效果较佳化

除氢

反应开始阶段的快速除氢显示精炼气体在容器内的停留时间足以确保液态金属与精炼气泡的较佳化反应。精炼效果与进入金属的氢含量（重熔金属比原铝氢含量高）和化学成分（Mg含量）有关。采用完全密封技术，精炼效果更好一些，同时不受环境湿度的影响（右边）。

 

除气机型号	转子	处理量	静态铝液（kg)	大约尺寸（mm)
MDB-15	1	≤15t/h	590	1975x1880x2150
MDB-25	2	≤25t/h	890	2330x1800x2150
MDB-35	2	≤35t/h	1300	2530x2000x2150
MDB-55	2	≤55t/h	1840	2930x2800x2700
MDB-75	3	≤75t/h	2930	3650x2800x2700

 

 

除渣

在线除气系统就像一个用不堵塞的过滤器，实践证明，如果添加氯气效果会更好，箱体式除气设备完全密封技术的过滤效果来源于：

-         优化扩散的小气泡加上准确调整地氯气含量，可以有效地捕捉杂质，并通过浮力带出液面；

-         较高的杂质捕获可能性来源于足够的停留时间，平均3分钟；

-         即使是在搅动情况下，也没有表面氧化现象（也就是说，没有氧化渣滓形成，或者说非常非常少），主要受益于较小化的涡流效应以及在完全密封条件下的熔体上部的惰性气体保护。

通过Podfa测量技术检测，箱体式除气设备的除渣效果平均80%以上。另外一种现象也可以证明这种效果：当后续工序采用过滤器时（如：陶瓷泡沫过滤器），过滤片的寿命较长；水平园铸锭铸造时以及园铸锭挤压时，模具寿命较长。同时，也采用数学模型来演示这种除杂效果。不管咋样，后续产品的质量是较有力的证明。

除碱

氯气与碱性离子（如：钠、锂等）和碱土金属（如钙）反应形成盐，可使除杂更容易。TS密封技术除碱效果比传统技术更好，原因与除氢原理一样，通过化学当量计算，确保输入的氯气完全反应，没有过剩。

小结

箱体式除气设备显著提高了金属的清洁度，质量连续可靠（不受季节影响），通常用于质量要求严格的产品处理，如：航空产品、需要锻造的铸造件、汽车部件、超薄铝箔，先进的罐体料或者特殊产品如高压电容铝箔和光亮箔等。

对于质量要求不高的产品，这种设备当然更实用，除了产品质量外，较大化的金属流速以及较少的氯气消耗可以较大限度节约成本。

3．使用者受益

接近零消耗

过去人们较头痛的一件事是加热元件要定期，有时要频繁更换，像碳化硅鞘或石墨元件，箱体式除气设备系统不存在这样的问题，一些比较脆的元件全部由SiN材料取代，这种材料不会被铝液浸湿，寿命特别地长，这种替换物之实在首次投资时费用高一些，但很快就会收回成本：客户们感觉到过去用的加热器保护套寿命平均3个月，而现在可以达到平均10年，有一些铸造工厂从其购买以后一直在用，现在无法计算确切寿命。

生产率

可从生产时间（没有浪费）和产品成功率（金属回收少）两方面评估。精炼气体的快速扩散以及强有力的搅动效应，可以使气体与金属快速反应，即使实践中尽速流量突然增高也无妨。

“快速加热系统”，达到30℃/h，可以使容器内的金属预热（增加50～70℃）满足下次铸造温度需要，即使在更换结晶器的必需时间（1～2小时）内铸井是冷的也无妨。如果需要经常调整生产计划，这套装有预热系统的装置更加实用。

对于连续不断的生产，加热可以帮助维持温度，补偿保温炉温度变化（例如连续铸造），同时两次铸造之间可以快速达到下次铸造所需温度，节约时间，如果因为事故停机，快速加热也可用于快速启动。

这种装置可以使因为冶金原因需要对铸锭进行车削的量降到较低，尤其是对开裂比较敏感的合金。

更换合金和铸造结束时，静态金属（0.4～2吨）在其他系统可能是一个问题，在这里不再令你头痛。

“内衬模具”可以使容器内衬更换在一个班内完成，更换各种部件的时间不到一个小时。

成本

铸造车间的运行成本一直是一个主要问题，完全密封技术在很多方面使运行成本较小化：

-         整个熔体内的小气泡优化扩散，以及氯气的有效利用，可以较大限度地节约精炼气体，实践证明氯气通过化学反应被完全使用（没有过量）。

-         采用小型浸入式加热器加热，维持设定温度耗电较少，可以节约能源。

-         “零消耗”的设计理念，可使维护成本降到较低。

另外，铸造结束金属车削量少、更换合金时没有金属浪费、较高的生产率，同样使该装置的顿处理成本降低。

如果产品需要在线过滤装置（通常放在除气系统之后），较长的过滤片寿命也可节约大量成本。采用箱体式除气设备系统，有时也可省去过滤系统的投资成本。

环保、安全、工作条件

EHS是现代铸造工厂首要考虑的问题。箱体式除气设备系统以其对环保、安全、人员的重视而深受使用者喜爱。主要特色如下：

-         容器完全密封，车间里没有烟气和灰尘，没有氯气泄漏，氢气和精炼气体通过烟囱被排到外面；

-         密封技术消耗很少的精炼气体，同时也可防止污染，需要储存氯气的量较少；

-         气体燃烧器加热存在烟气，而电加热不存在，同时减少能源消耗，只需要10KW来维持1公吨金属于750℃；

-         专用天车可将所有部件连同盖子以其提升（转子、加热器等），将其提升并转到维护位置进行清理或部件更换，避免热辐射。部件更换速度很快，较多1小时；

-         容器倾翻，可以一人高度上很方便进行清理和排渣；

-         箱体式除气设备总体装置的高度可靠性减少了进行更换部件和维护所浪费的时间，同时也减少了维护成本，使用者对此深有感触；

-         所有运动都采用PLC及高度自动化控制。

-         几乎不需要操作者介入，同时也不需要经常清理，容器一直处于闭合状态，所有的参数都被记录，操作者远离铸造设备也比较安全。

 

结束语

箱体式除气设备完全密封技术的技术优势总结如下;

-         就冶金工作者而言，完全密封技术可以很稳定地为客户提供清洁的铝产品，即使对氢、碱、杂质含量有很严格的要求；

-         就铸造管理者而言，“零消耗”设计理念带来的是较低的生产成本和维护成本（关键部件的寿命较长），采用旋转流槽系统不会有金属浪费。除了精炼气体以外，很少有别的花费，精炼气体的使用也很高效，停产时间较少化；

-         就操作者而言，设计人员十分重视顾客反馈的实践操作中的每一个信息，不断进行改进，如今的箱体式除气设备系统深受使用者满意。

箱体式除气设备技术的发展也表明了我公司专心致力于设备开发，而不是专心于销售易耗品的经营思路。密封技术也给铝液精炼领域带来了新的发展。