简述电解铝液真空抬包转注入炉的几种方式

陈文静

(中色科技股份有限公司，河南 洛阳 471039)

中国已经成为世界上产量第一的电解铝生产大国，现代铝加工工业的特点是设备高度自动化，生产规模大型化，尽可能采用短流程工艺、减少工艺废料提高成品率，采用先进的加工技术改善产品性能，通过各种手段降低生产成本。采用电解铝液配料，可省去电解铝液铸成重熔用铝锭过程，同时又省去了重熔用铝锭的重新熔化过程，不仅可以减少金属的烧损，提高成品率，而且可以节约能耗，降低生产成本。这种工艺在国内已被很多铝加工企业采用，选择高效、安全、便捷的电解铝液加料方式是各铝加工企业提高生产效率，改善工人作业环境的重要手段。

1 电解铝厂的真空抬包

真空抬包是电解铝行业常用的一种周转设备，是用钢铁外壳内衬耐火材料制成的较大型密封容器，靠其自带的负压产生装置使抬包内产生一定的真空度，把冶炼好的液态铝从电解槽内抽出并转运至其它地方。真空抬包内部在吸取液态金属时产生负压，其余绝大多数时间内都是常压状态。真空抬包的设计容积一般为5～12t［1］(根据电解槽的大小也有14t和16t)，12t抬包如图1所示。

2 真空抬包的转注入炉的几种方式

电解铝液通过真空抬包运往铸造车间加工成各种产品，主要有重熔用铝锭、铸造铝合金锭、铝中间合金以及不需要重熔的变形铝及铝合金扁铸锭、变形铝及铝合金圆铸锭、铝及铝合金铸轧带材和电工圆铝杆等。从真空抬包转注到熔炼炉，目前主要采用直接倾倒方式、虹吸方式、抬包液压倾动装置转注方式和专用抬包运输车转注方式四种方式。

图1 12t抬包示意图Fig.1 Diagram of 12t ladle

2.1 直接倾倒转注方式

俗称“小瀑布”铝液转注，是最传统的电解铝液抬包转注方式。电解铝液槽中的原铝液抽到真空抬包中后，经抬包车运输至铸造车间，通过起重机配合以及在真空抬包倾转系统的作用下(手动摇轮或电动)，随着抬包包体的逐渐倾斜，铝液由抬包的出铝管流出，流至炉子的受铝口或移动流槽注入熔炼炉中，如图2所示。

这种方式在早期很多铝加工厂均有使用，其优点为:熔炼设备无需考虑额外的辅助装置，可节省熔炼设备投资。其缺点有:①在铝液转注过程中，由于包口与受铝口/移动流槽之间的距离较大(通常都大于1m)［2］，铝液经受铝口/移动流槽注入熔炼炉的过程犹如瀑布一般，且在与底部接触时会使得铝液飞溅;②转注时，液流的不断冲击使得熔池内铝液表面不能形成完整的氧化铝薄膜，整个过程中不断形成的新铝液表面连续与大气中的氧气进行反应，形成浮渣，直到铝液转注结束;③吊运真空抬包的起重机运输距离长，对起重机的各项性能要求高，操作人员近距离操作抬包时存在一定的安全隐患(热辐射、铝液飞溅等)。

图2 直接倾倒转注方式(“小瀑布”转注)过程图Fig.2 Furnace charging by direct dumping(cascade pouring)

2.2 虹吸转注方式

虹吸是一种流体力学现象，可以不借助泵而抽吸液体。处于较高位置的液体充满一根倒U形的管状结构(称为虹吸管)之后，开口于更低的位置。管内最高点液体在重力作用下往低位管口处移动，形成真空，在真空作用下，高位管口的液体被吸进最高点，形成虹吸现象。目前部分国内铝加工厂采用虹吸管进行铝液转注。虹吸转注系统的基本原理如图3［2］所示。

图3 虹吸管铝液转注系统基本原理图Fig.3 Schematic illustration of charging system with siphon tube

整个虹吸铝液转注系统是由虹吸管悬臂吊、前炉(一个封闭的小炉体，主要用于熔炼炉电解铝液的入炉)和虹吸管组成(图4)。

图4 虹吸铝液转注系统组成示意图Fig.4 Molten aluminum charging system by siphoning

整个转注的基本过程是将电解铝液抬包车停在指定位置，通过悬臂吊将虹吸管升降和平移对中真空抬包口和前炉上部的入口，开启真空循环进行吸铝(根据抬包容量不同，具体时间不同，约10min)。虹吸完成后将虹吸管恢复至其停放位置，抬包车将空包运输至车间外(图5)。

图5 生产中的虹吸转注方式Fig.5 Charging by siphoning in the production

虹吸转注方式的优点为:①金属烧损小，金属纯净度好(抬包上部的浮渣不会吸入前炉内)②改善工人劳动环境，操作安全。

其缺点为:①每次转注前均需要清理虹吸管端部;②在使用过程中虹吸管内壁上会因冷凝而沾附铝渣，使管内径变小，如果管内径达到100mm以下时，必须更换虹吸管并进行清理，消除堵塞的风险(原则上每吸入600t铝液就要进行一次虹吸管的维修和清理工作);③前炉中需要有一定的残铝液，保证虹吸管进入前路时能淹没虹吸管的出口。故前炉需要考虑烧嘴保证其中的铝液不凝固;④熔炼炉需要配置虹吸管悬臂吊和前炉辅助设备，设备占地增加，并且虹吸悬臂吊较高，熔炼跨的轨顶高度需要随之增高，从而导致厂房投资增加。

2.3 抬包液压倾动装置转注方式

抬包液压倾动装置(图6)转注方式是直接倾倒方式的升级版，用于方便地将铝水转入炉内。其作用原理是通过安装于装置下方的液压缸将盛满铝液的抬包沿着设定的轨迹和速度进行旋转倾翻，铝水在倾翻的过程中逐步沿着设置好的流槽导入炉内。为了减少烧损，在炉子入铝口设置有液压驱动的盖子，工人操作按钮开始倾动注铝，同时炉子入口盖子打开。

图6 抬包液压倾动装置示意图Fig.6 Schematic illustration of hydraulic ladle tilter

整个转注的基本过程是采用起重机将真空抬包放到抬包倾翻装置上，接到允许入炉的指令后，操作人员操作按钮盒上的按钮，抬包在倾翻油缸的作用下缓慢倾动(倾翻速度可以是预先设定好的，最大倾翻角度可达到57°)，抬包内的铝液沿出铝管流出并流到铝液受料箱内(图7)。

抬包倾翻装置分两部分，一部分为刚性底座，另一部分为台包支座，其两侧设置有两个液压缸用于倾翻，台包支座与刚性底座之间采用铰接，台包支座具有台包夹紧固定机构。抬包倾翻装置操作在安装于其附近的按钮盒上进行。其中包括所用抬包的型号选择、抬包升、抬包停和抬包降操作。

图7 生产中抬包液压倾动装置转注方式Fig.7 Charging with hydraulic ladle tilter in production

抬包液压倾动装置转注方式的优点为:①抬包倾翻装置可设计用于多种规格的抬包使用，即抬包倾翻装置设计有一套自适应装置，能自动根据抬包的规格大小不同而自动调整;②装置的液压缸按照设定的轨迹和速度进行旋转倾翻，铝液在倾翻的过程中逐步沿着设置好的流槽导入炉内，安全可靠;③在倾翻装置配置安全措施(主要有控制倾翻安全措施、夹紧到位安全措施以及抬包安放就位安全措施等)，保证了人员的安全操作，可靠性能好。

其缺点为:作为熔炼炉的附属设备，相较于直接倾倒转注方式，设备一次性投资较大。

2.4 专用抬包运输车转注方式

专用的抬包运输车是近几年在大型铝加工厂(如厦顺、忠旺等)投入使用的。主要用于将中频感应炉内熔化的铝液(原料主要是扁锭铣面产生的碎屑废料)转运至熔炼炉内。此种抬包运输车上的抬包容量小，一般在4～5t。抬包运输车在中频炉炉口处，中频炉倾翻将铝液倒入抬包内，盖上上盖后，抬包运输车行驶至熔炼炉受铝口处，打开抬包上盖倾翻注入(抬包运输车大致形式如图8所示)。

在国外这种抬包运输车使用较多，它不仅仅用于熔化碎屑铝液的转运主要还是用于电解车间电解铝液的转运。专用运输车配备了抬包盖，卸料虹吸管和电子称重系统，通过管道直接吸入电解槽中的电解铝液，电解铝液吸入抬包后直接通过抬包车运输至铸造车间，转注至熔炼炉内。

专用抬包运输车转注方式的优点为:①作为一个专用的生产运输车，包括了车身、液压系统、发动机、称重传输系统和控制系统等。方便整个车间生产管理(包括运输、计量和统计等);②抬包运输车有专用的驾驶舱，为驾驶员提供了安全舒适的操作环境;③车辆停靠在指定地点，正常生产时不占用炉前操作区域。

图8 用于铝液转运的GLAMA抬包运输车Fig.8 GLAMA ladle charging truck for molten aluminum transport

其缺点为:目前此种设备主要由国外制造(主要有GLAMA公司、泰克莫公司和HMR公司)，主要靠引进，设备价格昂贵。

3 结束语

电解铝液转注入炉是熔炼生产的开始阶段，上述加料方式，各个铝加工企业可以根据企业自身的情况，选择合适的加料方式以满足铸造生产的需要。

［1］厉衡隆，顾青松.铝冶炼生产技术手册(下册)［M］.冶金工业出版社，2011.137 －138.

［2］刘民章，李贤，穆小杰.虹吸管在铝液转注中的应用［J］.有色设备，2012，(2):