Шахтные печи для плавки алюминия

admin 9462 Views

Шахтная печь – качество и экономичность

Если для предприятия по производству алюминиевых отливок – литых изделий и деталей из литейных алюминиевых сплавов стоят задачи повышенного качества металла, высокой скорости плавления и низкого удельного расхода энергии, то для него хорошим выбором является шахтная плавильная печь (рисунок 1).

Рисунок 1 – Наклоняемая шахтная печь фирмы StrikoWestofen GmbH [1]

Скорость плавления шахтной печи

Скорости плавления шахтных печей начинаются примерно с 300 килограммов алюминия в час и могут достигать аж 7000 килограммов в час. Этому интервалу скоростей плавления (от 300 до 7000 кг/ч) соответствует способность той же печи к выдержке алюминиевого расплава – объему копильника – от 500 до 20000 кг.

Вообще говоря, в зависимости от технологических особенностей производства могут быть самые разные комбинации плавильной способности печи и объема ее копильника, который предназначен для накопления и выдержки расплава перед разливкой. На практике обычно придерживаются следующего «правила»: размер ванны копильника (в килограммах алюминия) должен быть как минимум в два раза больше, чем скорость плавления печи, выраженная в килограммах в час.

Конструкция шахтной печи для алюминия

На рисунках 2.1 и 2.2 показаны схемы конструкции шахтной плавильной печи. Благодаря специальной конструкции шахты печи и продуманной системе горелок различные технологические этапы процесса плавки алюминия происходят самопроизвольно и последовательно:

предварительный подогрев и сушка шихты,
нагрев шихты до температуры плавления и
непосредственно плавление шихты.

Рисунок 2.1 – Схема шахтной печи для плавки алюминия [1]

Рисунок 2.2 – Упрощенная схема шахтной печи для плавки алюминия [2]

Нагрев и плавление алюминия в шахтной печи

Холодная алюминиевая шихта загружается в верхнюю часть шахты и постепенно нагревается по ходу своего опускания вниз по шахте. Это происходит за счет тепла горячих газов, которые поднимаются вверх по шахте из зоны плавления, которое происходит в нижней части шахты. Таким образом, шахтная печь работает по принципу энергетически эффективного противопотока шихты и горячих газов.

Тепло от отходящих газов передается шихте путем конвекции и продолжается даже при относительно низких температурах.

Когда алюминиевая шихта достигает полого пода на дне шахты, она уже достаточно прогрета и поэтому плавится с большой скоростью. Поэтому расплавленный металл только на короткое время оказывается в зоне печи с высокой температурой и подвергается прямому воздействию потока горячих газов от горелки. Именно поэтому шахтные печи дают минимальный угар, а алюминиевый расплав отличается низким содержанием газов и неметаллических включений.

Предварительный прогрев шихты в шахте печи обеспечивает ее эффективную сушку и, тем самым, исключает возможность взрывов из-за влажной шихты. Расплавленный металл с минимальной турбулентностью стекает с наклонного пода в копильник, где выдерживается при заданной температуре разливки.

Шахтные печи имеют высокую степень автоматизации. Единственной ручной операцией является загрузка шихты (чушек и отходов литья) в загрузочное устройство.

Две камеры – две температуры

Конструкция шахтной печи включает раздельные системы горелок для плавильной шахты и для копильника печи. Это дает возможность непрерывного производства расплавленного алюминия с допусками по температуре ± 5 ºС. Это очень важное свойство шахтной печи позволяет ей снабжать литейное производство металлом с максимальной производительностью оборудования.

Шахтная печь имеет двухкамерную конструкцию: плавильный под и копильник, где расплав накопливается и выдерживается. Это обеспечивает высокое качество разливаемого металла. Алюминиевый расплав из шахтной печи характеризуется низкой концентрацией взвешенных, нерастворимых загрязняющих частиц, а содержание водорода находится ниже концентрации его равновесной растворимости. Поэтому шахтные печи во многих случаях являются лучшим выбором среди других типов печей для литейных предприятий по производству алюминиевых отливок, особенно, серийного производства при литье в кокиль и литье под давлением.

Стружку не плавить!

Шахтные печи не приспособлены для плавления чрезмерно мелких алюминиевых отходов, таких как, например, стружка.

Эффективность двухкамерных шахтных печей становится ограниченной при работе с чрезмерно низкой скоростью разливки – ниже 150 килограммов в час, а также при частой смене алюминиевых сплавов, особенно от медесодержащих алюминиевых сплавов к алюминиевым сплавам, которые не содержат медь, и наоборот.

Об ограничениях шахтных печей см. также здесь.

Основные преимущества шахтных печей

Таким образом, самыми важными преимуществами шахтных печей для плавки алюминия по сравнению с другими типами печей являются:

высокое качество металла, в том числе, низкое содержание газов и неметаллических включений;
низкий угар – небольшие потери металла от окисления в атмосфере печи;
низкое потребление энергии на тонну расплавленного металла;
высокая однородность температуры расплава при разливке;
легкость доступа внутрь печи для снятия шлака и чистки футеровки;
минимальное техническое обслуживание и длительный срок службы футеровки;
автоматизации загрузки шихты;
минимум производственного шума, выделению продуктов горения и других загрязняющих веществ в рабочей зоне печи.

Источники:

Дополнительная информация:

Отражательные и шахтные печи // ASM Handbook- Volume 15: Casting