1 前言
如今全世界不僅面臨著資源短缺，同時環境的污染問題也越來越嚴峻，對此，國家出臺了很多政策法規，并且把節能環保技術列為主要研究對象。目前，鋁棒均質過程大部分采用柴油作為燃料，這樣不僅存在熱效率較低、能源消耗大，而且還會對鋁棒的質量產生不利影響。在社會對節能環保及產品性能要求越來越嚴格的情況下，有必要尋求更好的替代能源。天然氣是當今世界上公認的清潔能源，燃燒熱值高，燃燒產物無污染，不僅使用安全便捷，能夠提高能源利用率，而且有利于改善生態環境和節省企業生產成本。近年，一些企業在均質爐上應用“以氣代油”技術，已經取得很好效果。本文主要介紹天然氣在鋁棒均質生產過程的應用，以供同行參考。
2 均質爐在鋁合金鑄棒生產中的作用
鋁合金棒鑄造完成后會形成枝晶偏析及內應力過大等問題，對鋁型材后續的擠壓及氧化產生較大不利影響。鋁合金鑄棒通過在均質爐加熱保溫一段時間再冷卻處理后，鋁合金鑄棒的組織、枝晶偏析消除，晶間未溶解的非平衡化合物溶解，合金晶界上的多相結晶化合物基本擴散均勻，使鑄棒成分和組織均勻化。同時，還可以消除鑄棒殘余應力，改善鑄棒的機械加工性能。不同牌號的鋁合金鑄棒，尤其是大規格鑄棒在生產使用前都必須經過均質工藝處理，所以，均質爐在鋁合金鑄棒生產過程中至關重要。
3 油改氣后均質爐的結構及主要技術參數
3.1 均質爐的主體結構
3.1.1 爐體結構
爐子外殼由型鋼及鋼板焊合，內層不銹鋼板，不銹鋼板通過不銹鋼螺栓及螺母固定，爐側及爐頂夾層由250mm厚的耐火纖維填充，爐子的底部由厚度為300mm的耐火磚及保溫磚筑成，確保爐子的保溫性能。爐子內有鋼軌及承料臺，確保加料車進出自如及承料穩固。
3.1.2 爐門裝置
爐門外層由型鋼及鋼板焊合，內層不銹鋼，夾層為250mm耐火纖維。爐門提升為電動機構，電機帶剎車，為了確保不漏氣，爐門設有夾緊機構，通過氣缸的作用來實現。打開氣缸，爐門可以提升，爐門升降有導軌限位，上下到位自動停止。
3.1.3 循環風機
循環風機由耐熱的不銹鋼制造，安裝于爐體后,由變頻電機通過V型皮帶帶動，低溫時低速，高溫時自動轉成高速，確保爐內溫度均勻。并且風機開關與爐門開關連接，當打開爐門時，循環風機會自動停止。
3.1.4 導流板
導流板由不銹鋼制造，根據熱空氣流動原理，合理布置，使熱氣均勻流經鋁棒、使溫度均勻。
3.1.5 燃燒系統
均質爐采用高速燒嘴分3區加熱及控溫，加料后以一定的負荷升溫一段時間，以減少爐子膨脹速度。然后轉入全負荷加熱，達到限制溫度各區關閉一支油槍，轉到控溫階段后再關閉一支槍，最后余下兩支槍控溫，由于火焰無級可調，故控溫很準。整套燃燒系統由風機、風管、高壓點火系統、壓力表、電磁閥、過濾器及風油比例閥等組成。整套燃燒系統由PLC自動操作，改變程序即可改變升溫模式。
3.1.6 電控系統整套電控系統由指示燈、按鈕、報警器、開關、斷電器、保險等組成。為了準確控制燃燒并確保安全，將電控系統將全部安裝于電柜內。電柜內PLC將控制燃燒系統，控制失靈時超溫自動停止，并帶溫度記錄儀。
3.2 均質爐的主要技術參數
油改氣方案是在之前的舊式爐上直接改造，保持了原有均質爐的爐體主體結構，在改造過程中，除了對“油改氣”管線等主體施工之外，技術人員還針對均質爐的使用情況，在原有基礎上為加溫爐兩側各增設一個氣缸，同時添加了多個護欄等設施，以確保其使用安全。改造后的均質爐，在生產使用過程中能夠發揮出均質效果好、能量利用率高、環保性能優良等上佳功效。改造后均質爐的主要技術參數如下表1所示：
表1 改造后均質爐的主要技術參數
Table 1, after the transformation of
the main technical parameters of homogenizing furnace
4 油改氣后均質爐前后比較
相比改造前的柴油加熱技術，天然氣燃燒技術主要進行了以下技術改造：
（1）將傳統柴油燃燒嘴改為天然氣燃燒嘴，燃燒的溫度更高，加熱速度比傳統柴油燃燒技術快15～30％，能源利用率比傳統柴油燃燒嘴高20～25％。
（2）增加了一個PLC（可編程控制器），通過測溫熱電偶的信號，自動控制燒嘴的開關及火力大小來控制溫度及升溫。并且PLC可儲存幾十種升溫模式，工作人員可根據工藝要求選擇所需要的升溫模式。
（3）根據空氣流動原理，合理布置導流板，將燃燒熱空氣均勻分布于爐體內，同時還增加了循環風機的數量，使整個爐體內的溫差在設置溫度的±5℃之內。
（4）優化了電控系統，增加了一個報警器，當控制失靈超溫時，燃燒嘴將自動停止工作。并且，還帶有溫度記錄儀，可以查看溫度曲線。
5 天然氣燃料加熱系統與柴油燃料加熱系統在均質爐的應用對比
由于柴油主要由C-H化合物組成，包括烷烴、環烷烴、烯烴、炔烴、二烯烴及芳香烴。在這幾種成分中，烷烴占有最大比例。燃燒后產生二氧化碳、一氧化碳甚至碳微小顆粒以及二氧化硫、氮氧化物等，這些燃燒產物對鋁棒質量及設備產生不利影響。而天然氣主要成分為甲烷，燃燒后主要產生二氧化碳和水，幾乎不產生有害廢氣，燃燒產物對鋁棒質量及設備不產生影響。表2所示為一般鋁加工企業鋁棒均質爐所用與天然氣主要指標對比。
表2 燃油與天然氣主要指標對比
Table 2 Comparison of fuel oil and natural gas main indicators
表3 35T均質爐加熱系統應用效果比較
Table 3 35T homogenizing furnace heating system applications Comparison
由表2及表3可知，該爐日產105噸，市場0＃柴油價7000元/噸、天然氣價5元/Nm3，燃油單耗32.5 Kg/t，燃氣單耗29.5Nm3/t，如以該均質爐年使用時間330天算，年產生經濟效益計算如下：
年經濟效益＝年生產量×（噸鋁棒燃油成本－噸鋁棒燃氣成本）
＝105×330×（7000×32.5÷1000－5×29.5）＝277.2（萬元）
通過測試數據及計算可知，通過天然氣為燃料的燒嘴加熱系統替代原有的柴油為燃料的燒嘴加熱系統，并對原有爐體進行局部改造，在相同爐體容積的情況下，爐體的保溫性、溫度控制精度、耗能情況等幾項重要的指標，以天然氣為燃料改造后的均質爐遠優于以柴油為燃料改造前的均質爐。
6 總結
本文扼要介紹了熔鑄生產工序的均質處理過程采用天然氣代替柴油作為燃料在均質爐的應用，并對均質爐進行升級改造。對改造前后技術特點和指標進行了對比分析可知，通過采用天然氣改造均質爐，在鋁棒均質生產過程中可產生較大經濟環境效益。均質爐是鋁加工生產過程中主要的耗能設備，在生產能耗中占有較大比例。天然氣與傳統柴油在鋁棒均質爐應用相比，有效解決了傳統柴油燃料加熱鋁棒均質爐的升溫速度慢、能耗高、產生有害廢氣等問題。目前行業內均質爐普遍采用的柴油燃燒裝置由于存在運行成本高、熱效率低等缺陷，而使用天然氣為燃料升級改造后的均質爐，在生產使用過程中能夠發揮出均質效果好、能量利用率高、環保性能優良等上佳功效，同時企業可取得良好的經濟效益，建議在有條件使用天然氣的企業可以考慮采用該種加熱方式進行均質處理。