熔炼和液态金属转运过程中的 5 种节能途径

铝铸造效率:解决能耗痛点的实用指南

众所周知,铝铸造操作需要消耗大量能源。实际上,能耗成本占到了压铸零件总成本的 25% 左右。因此,识别和解决能源“痛点可对总体成本效率和盈利能力产生巨大影响。

这正是本指南详细探讨熔炼和铝液转运的原因。能耗密集过程绝不限于该特定区域,而是需要消耗大量能量才能熔化废料和铝锭并使熔融金属保持在正确指定的温度。该过程的能耗极高,有充分证据表明,仅熔炼车间的能耗就占到压铸铸造厂总能耗的 77%

为了帮助您节省成本,对您的业务带来重大帮助。在减少铝铸造厂能耗和碳排放方面,可以考虑以下5个途径:

1)运用数据确定节约潜力

所涉及流程的性质意味着,在寻找减少能耗的方法时,熔炼车间是合乎逻辑的第一站。但是,准确指出最大改进机会的最佳策略之一就是,充分利用可以说已成为压铸铸造厂最宝贵资源的数据。

目前,大多数铸造设备(包括熔炼定量炉)都已做好迎接生产线工业4.0的准备,这意味着这些设备已经做好预先配置,能够收集并提供性能方面的数据。对于不属于工业4.0就绪类别的旧设备,可以采用所谓的网关技术:以诺瑞肯集团的NoriGate解决方案为例,该方案技术可以改装到任何设备上,以达到相同的信息采集目的。 现在,实现整个铸造生产线的数据驱动视图是完全可行的。

重要数据已做好以这种方式被利用的准备-通过Monitizer之类的工具实时显示并分析-包括将能耗和生产KPI相匹配,以识别潜在的问题和/或未发挥全部潜能的技术。

注意熔炼过程的数据:重量

有一个数据收集被证明特别有启发意义,那就是使用炉体称重功能来跟踪加入炉子的材料重量,和放出熔炼炉的铝液重量,并与同一时间范围内熔炼炉能耗相对于匹配,所得到的结果将有助于快速确定设备能效是否正常,能效很可能是由于效率低下的加料和材料分配所引起的(请参见第2点)。

 

随着此方案系列的发展,数字解决方案将涉及更广泛的领域,尤其是在研究如何提高设备正常运行时间,产品质量和生产率等方面。请随时关注我们专有的“铸造效率公式”页面以获取最新信息。

2)检查预热区的加料是否已被优化

塔式熔炼炉,尤其是应用于铝熔炼,被广泛认为是市场上最节能的熔炼炉。这是因为它们将预热,加热和熔炼结合起来,并且充分利用了逆流原理:低温的原材料从顶部加入预热区后持续向下移动过程中,被预热区底部排出的高温废气持续加热,从而最大限度地减少原材料在高温(高耗能)下完成熔炼过程所需的时间。

小贴士:一台能耗水平为 540kWh/吨铝,年化铝量约为 14,000 吨的 StrikoMelter塔式熔炼炉,与欧洲市场上采用其他技术的熔炼炉相比,每年可减少二氧化碳排放量 860 吨。

 但是,就算是塔式熔炼炉,也还能进一步提高效率。特别是通过观察预热区的装填状态及材料分布的情况。预热区空间的浪费就是能源的浪费。您可能需要考虑以下 3 点,以保证尽可能高的加料效率:

提示:确保始终准备好推进加料机构的满载料车,以便根据熔炼炉系统的要求随时向熔炼炉加料。

考虑自动化加料

使用激光料位监测系统和称重系统持续监控料位并自动管理加料过程,可节约高达4%的能源。斯柯达汽车公司在位于捷克共和国 Mladá Boleslav 的工厂进行全面现代化改造项目中,采用激光技术对料位监控进行改造后,甚至减少了多达 10% 的能耗。

提示:不要在预热区烧空的情况下加入重料,以免损坏耐火炉衬。

检视原材料的混合

回炉料和铝锭比例达到 1:1可确保最佳填料条件,从而实现理想的能源利用率和金属收益。在可能的情况下,使用较小的铝锭进行加料,与较大的铝锭相比,这样做可更好地利用预热区空间,并有更大的总换热面积。

解决方案亮点:有些熔炼炉还在熔炼过程中使用热气挡板,比如 StrikoMelter BigStruc,这样做可减少大型结构件重熔过程中的热量损失。

使用盖板

另一种降低能耗的方法是通过遮盖预热区来防止未使用的热量逸出,从而最大限度锁住热量。热气挡板(预热区盖板)主要用于在熔炼炉处于自由熔炼过程锁住热量,以便进行熔化室清渣。事实证明,这可使自由熔炼过程的能耗降低多达15%。

3)确保短时熔炼不浪费能源

铝铸造生产线在利用率高时最为节能。可问题是,铝铸造厂出于多种原因以低于100%的产能进行熔炼的情况也很普遍,比如在生产线维护或者新项目开发的时候。

这通常会造成较短的,且时断时续的熔炼过程,这是非常低效的 - 能量在熔化中断期间损失,而且熔化室重新加热也消耗能源。除了能耗增加以外,该过程还会导致金属氧化和炉渣形成,导致金属质量下降,可谓是一种双输局面。

但至关重要的是,熔化利用率低并不一定意味着熔炼周期也短。在利用率低的情形下,改用较长的熔炼周期(以最节能的方式自动进行熔炼和保温)可将能耗降低高达20%

解决方案焦点:史杰克西的非全载运行效率控制系统(一个专门的燃烧器控制系统)已开发完成,可防止这种频繁停机/启动导致的浪费,在熔炉产能利用率低于 75% 时产生更高的效益。

4)坚持维护以减少浪费 - 效果会累积

坚持进行高的设备维护保养可对能耗产生巨大影响。这是利用和可视化设备数据的数字管理方案如此宝贵的另一个非常重要的原因,因为它们可帮助标记何时何处设备可能需要维护,以避免性能损失或造成更糟的局面 - 停机(在本内容系列的稍后部分,我们将更仔细地探讨这个主题)。

通常,这不一定是什么非常重大的工作,而是许许多多不起眼的小任务,这些小任务累积起来就能实现显著的能源节约。例如:

  • 维护炉门上的密封绳可能看起来是一个很小的细节,但即使如此,也可以实现 1% 的能源节约。将密封绳与自密封炉门配合使用,可实现绝佳的密封性。严密的密封可减少熔化和保温过程中的热量损失,从而节约能源,同时还可防止空气进入炉膛内导致金属氧化和耐火材料刚玉瘤的形成。
  • 高效燃烧器可带来更高的效率。与空气比例过高的燃烧器相比,具有理想化学计量空燃比的燃烧器可节约多达 2% 的能源。这是因为过量的空气(即燃烧过程多余的空气)实际上会降低火焰温度并使传热效率下降。

您知道吗?史杰克西的  StrikoMelter PurEfficiency 和  BigStruc 炉型现已标配近化学计量的燃烧器调整,可帮助铸造厂实现每吨金属约 7 千瓦时的熔化能源节约。

5)锁住热量 – 液态金属转运和定量过程

前面我们提到过,熔炼炉预热区盖板可有效避免热能浪费,从而起到节能效果。但是,将高温铝液从熔炼炉转运到定量炉或保温炉时该怎么做呢?

大多数常用于完成该任务的转运包是没有盖子密封的,包括转运包预热的时候,从而导致热量损失和能量浪费 - 熔炼过程通常需要过度加热以对此进行铝液温度补偿,这种解决方法可能导致金属质量下降的负面影响。

提示:封闭式金属转运系统(如 Schnorkle)不仅可以显著提高安全性,还可将铝液保持在恒定温度来缓解这一效率问题。气密式转移解决方案还能最大限度减少铝液与空气的接触,以获得理想的金属质量,进而对生产率产生影响 提高液态金属品质,产出更优质的铸件,同时更高效地利用能源。

另一个节能优势:与从熔炼炉转运铝液一样,铝液的保温和定量系统的节能性能也由于潜在的高热量损失的消除而得到大幅提升。最终,这一过程的能耗可减少约2/3。封闭式定量系统也可对金属损耗的减少和铝液质量提高产生巨大影响。

您知道吗?史杰克西的  Westomat 非坩埚式定量炉的能耗仅为传统的机械手浇勺系统的三分之一,将金属损耗降低到仅为 0.06%,消除了温度波动,并且最大限度减少了维护需求和提高了耐用性,实现高达 98% 的有效利用率。

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