中频炉排烟系统设计技术研究报告.docx
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中频炉排烟系统设计技术研究报告
中频炉排烟系统设计与制造技术研究报告
前言
当前，由于铝行业的市场好转以及钢铁冶炼及制造业的迅猛发展，中频炉烟气的无序排放影响职工身体健康等现象越来越严重，国家及行业对环保问题越来越重视，如何解决中频炉等熔炼设备的烟气排放问题已成为各大铝厂及冶炼厂重点解决的难题。
再者，随着人本管理理念的深入发展，在生产过程中要想最大限度地保障工人的身体健康改善工人的作业环境，提高工作效率从根本上调动工人的积极性，只有科学合理地对排烟系统进行设计使用。
本文从中频炉排烟系统的选材、选址及设备的选用和烟气回收率等几方面系统的介绍了中频炉排烟系统的技术研究原理与方案。
一、国内外中频炉排烟系统的发展状况
经调查目前国内生产的中频炉都没有专门的排烟系统，用户都是根据现场实际情况自行安装排烟系统，有的是利用厂房的天窗进行排烟，有的是利用轴流风机进行排烟，排烟率都在50%以下，效果都不十分明显，主要是不能达到有序排放，中频炉熔炼作业时厂房内烟雾缭绕，给职工操作和身体健康带来诸多不便。
二、中频炉排烟系统技术研究
（一）问题的提出
在铝电解生产中，阳极是电解槽的心脏，缺之不可，阳极车间承担着组装合格阳极供给电解车间使用的重要作用。
车间的主要设备是中频炉，用中频炉熔化出合格铁水把阳极炭块与导杆钢爪组连接在一起，即为合格阳极。
中频炉在熔化磷生铁的过程中会产生大量的有害烟气与粉尘，对职工的身体健康带来严重的危害，经检测中频炉区域烟气中co的含量为正常值的100倍，在车间的其它区域也在10倍以上，而且还出现过职工因中毒而昏倒的现象，所以说中频炉排放出的烟气与粉尘是无形杀手，对职工的身体健康危害极大，为此尽快研究解决好中频炉排烟系统成为车间管理着和技术人员面临的一个比较难的课题，必须尽快设计一套可行方案制止烟气的无序排放，保障职工的身体健康。
（二）排烟系统技术的理论依据
利用排风机接管道把烟气排放到车间以外的高空中，合理的选择排风机的大小，使烟气有效有序的排放，排风机选的大浪费电能，排风机选的小会造成烟气无法全部排出。
同时由于车间有4台中频炉，且炉距间隔比较大，所以一套排烟系统要在两台中频炉上使用，而且要方便职工操作。
（三）排烟系统的技术关键研究
排烟系统的技术研究的关键为：
系统材料、工人操作方便、烟气回收率、安装地点的确定等四个方面。
2.3.1材料对排烟系统的影响
由于中频炉在熔炼铁水过程中铁水温度高达1500℃，塑料管道安装方便，轻便灵活，但是不耐高温，长时间使用会变形，产生的维修维护费用较高，所以在材料的选取上应采用壁厚小、直径大的钢管道。
2.3.2工人现场操作对排烟系统的影响
阳极车间中频炉采用液压系统倾炉倒铁水，最大倾角为95℃，倾到最大角度时炉体铁板上沿距离平台的高度为1.8米，所以中频炉上方排烟管道的安装在不影响工人操作的情况下，应高于炉台1.8米以上，但是管道高使烟气的回收率降低，烟气分散不能有序排放。
2.3.3烟气回收率对排烟系统的影响
烟气回收率是排烟系统的技术关键因素，要想烟气全部回收一是选择好功率匹配、排烟量匹配的排风机，二是在中频炉口上方加密封罩，防止烟气到处流散，同时要方便职工加料、扒渣等作业，在密封罩的制作上考虑到工人的作业习惯把密封罩三面密封，只留东侧一面供工人加料、扒渣用。
2.3.4安装地点的确定
由于车间四台中频炉距离较远，所以一套排烟系统供两台炉子使用比较科学合理，安装地点确定在两台炉子中间，通过加接延长风管的办法在两台炉子上使用。
排风机固定在车间外面中频炉控制室的房顶上，主管道通过窗户架设在窗沿与天车轨道架之间，由上及下垂直固定在墙壁上，然后水平伸向作业炉。
（四）排烟系统的技术研发
一）中频炉的主要技术特点
感应电炉是利用电磁感应对金属进行加热的一种熔炼设备，从频率方面分为高频、中频、低频感应电炉三种，其中又分为有铁芯和无铁芯两种，在有铁芯电炉中，又分为单熔沟和双熔沟两种形式，我车间使用的是1.5吨无芯中频感应电炉，简称中频炉。
中频炉主要由炉体结构和供电变频装置组成。
1、炉体结构
炉体结构共分四个部分：
炉壳、感应线圈、炉衬和液压倾炉机构。
炉壳用非磁性材料制成，感应线圈由20*20*2.5矩形空心铜管制成螺旋状筒体。
熔炼时管内通冷却水，线圈引出铜排与水冷电缆连接。
炉衬紧靠感应线圈，由石英砂打实烧结而成。
每两套炉体配一套液压倾炉装置，液压倾炉装置为双泵双电机结构，炉体的倾动由两个柱塞缸驱动，通过操纵台上的多路换向阀进行操作，可在任一角度停留，极限转角为95℃。
2、供电变频装置
变频装置是将三相工频电源（575v），通过可控硅进行三相桥式全控整流，经过电抗器将脉动的直流变成连续的平滑的直流电流供给逆变器，再由逆变器变成1000Hz的中频电流供给负载。
3、中频炉的主要技术参数
名称
单位
数值
额定容量
Kg
1500
额定功率
Kw
800
工作温度
℃
1450
额定频率
Hz
1000
熔化率
t/h
1
耗电量
Kw.h/t
550
耗水量
T/h
18
排烟量
m³
2000
二）熔炼用材料分析
阳极车间中频炉熔炼用材料为铸造用生铁及磷铁、硅铁、锰铁、增炭剂等，通过把各种铁合金用中频炉熔化成合格铁水供浇铸用。
磷生铁的化学成份控制标准为;
元素名称：
CSiMnPS
含量％：
3.0～3.52.5～3.00.5～0.70.5～1.0≤0.2
磷生铁主要由以上五种元素组成，各元素的作用为：
（1）炭：
可用来调整铸铁的基体组织，改善铁水的流动性，含炭量适当高一些，可析出片状石墨，导电性能好，促使铸铁膨胀，抵消冷却时的体积收缩。
（2）磷：
使铸铁收缩性最小，且流动性好、冷脆。
（3）锰：
增加铸铁的收缩，具有脱硫作用，还具有反石墨化作用，含量不宜过多。
（4）硅：
可以减少铸铁的收缩，促进石墨化。
（5）硫：
具有热脆性，使铸铁具有收缩性，降低铁水的流动性，造成气孔收缩缺陷和热裂，还具有反石墨化作用，影响铁—炭压降。
由于磷生铁在熔炼过程中有烧损，为保证铁水的含量合格，所以要经常添加硅铁、锰铁、磷铁、增炭剂等铁合金，这是造成中频炉产生烟气的原因之一。
三）排烟系统的研制
车间在排烟系统的研制上主要考虑四个方面：
一是排风机的选择，二是安装地点的选择，三是要方便职工的操作，四是烟气回收率要高，五是安全系数要大。
1、排风机的选择
在排风机的使用上选择了功率为3Kw，排烟量为2464m³/h的排风机，它的排烟量大于中频炉产生的烟气，另外除去管道的阻力，排风机能满足生产需求，而且不浪费电能。
2、安装地点的选择
安装地点选择在两台炉子中间，利用墙壁上方的窗户把管道引出车间外面的房顶高空中和排风机相连接。
管道选用内径为35cm的钢管，在窗沿和天车轨道架上用角铁焊制支架托住排烟管道，同时在墙壁的内外两面分别用膨胀螺丝和钢筋、铁板对垂直的排烟管进行了固定与加固，防止管道由于自重及职工操作等原因而产生下滑及坠落现象。
3、方便职工的操作
为方便职工操作，在垂直方向的管道下方，用长20cm直径为50cm的大口径管道连接，使水平伸到炉口的排烟管卡在直径为50cm的大口径管子内，弥缝严密后，能左右来回转动，便于两台炉子交替使用，同时在工人倾炉倒铁水时，可把管子推至一侧离开倾炉路线，方便职工倾炉倒铁水及对中频炉炉体的巡查工作。
为防止管道由于来回摆动因自重而下落变形，在管道上方用一条钢丝绳加以固定，钢丝绳可以随管子一起转动。
4、烟气回收率
为确保烟气回收率，一是对管道的所有焊接处保证密封严密不漏风，为此车间专门选了两名焊接水平较高的电焊工参与管道的制作与安装，焊接完成后进行风压试验，确保焊接质量完好。
二是在中频炉口中心以上10cm处制作一个高1.2m喇叭形的收烟罩，收烟罩三面密封，留出东面方便职工加料与扒渣作业。
5、安全系数
在安全方面，收烟罩三面密封，大大提高了职工的安全系数，避免了工人加料作业时铁水四面崩溅对现场作业人员造成烫伤的现象。
水平管道距离平台高1.5m，方便职工在炉台上行走。
排烟系统的平面示意图如下：
烟气排出
窗户
墙壁G
L
Z
备注：
d:
电动机
f:
排风机
G:
管道
L:
50cm连接管
Z:
密封罩
四）排烟系统的电气控制系统
排烟系统的电气控制采用熔断管、接触器、热过载继电器控制，根据电动机的功率和额定电流选择相应的接触器、熔断管、热过载继电器，该控制系统操作简便能实现过载、短路、缺相等保护，控制按钮设在中频炉上，便于近距离控制。
QS
L1
FU2
L2FR
FU2
L3
SB2
FU1
KM
SB1KM
FR
KM
三、排烟系统在阳极车间的应用研究
（一）阳极组装中产生烟气的因素
阳极车间中频炉在熔炼过程中会产生大量有害气体和粉尘，这主要是由磷生铁的含量和性质决定的。
由于磷生铁中含有炭、硅、锰、磷、硫五大元素，这些元素在熔炼过程中，由于中频炉的上下不断搅动，会发生化学反应从而产生烟气。
另外由于循环使用的磷铁环上沾有残极炭块和电解质粉会使烟气量加大。
下面是中频炉内的化学反应及成份变化
（1）C+OCO
（2）Si+OSiO2
（3）Mn+OMnO（4）Si02＋2CSi+2CO
（5）2Mn+Si02MnO+Si
（6）Al+Si02Al2O3+Si
（7）MnO+SiO2MnO.SiO2
（8）Fe+OFeO
（9）2P+5OP2O5
（10）3Fe+P205Fe3（PO4）2
（11）S+OSO
（二）与操作有关的因素
1、方便了职工的加料操作，加料时由于有密封罩不致造成铁水四面崩溅，增大了安全系数。
2、由于排烟系统效果好排烟率高，方便了天车工的操作，使天车工的视野清晰，与浇铸人员的配合更加密切。
3、倾炉时需人工推动水平排烟管。
4、排烟系统换炉使用时需人工加接1米长的排烟连接管道。
管道两端有连接法兰用螺丝固定即可。
（三）排烟系统可保障职工的身体健康
排烟系统的研制成功有效的保障了职工的身体健康，能预防职工职业病的产生。
（四）排烟系统可改善阳极车间的工作环境
原来车间在浇铸期间烟雾较大，甚至在远离中频炉的残极压脱区域也存有大量烟雾，排烟系统研制成功后，在车间任何角落也看不到烟雾，大大的改善了车间的工作环境，提高了职工的工作积极性。
（五）排烟系统可以提高车间的工作效率
原来车间每天可熔化6炉铁水，浇铸180块阳极，使用排烟系统后，职工的工作热情高涨，炉前工的熔化速度和浇铸工的浇铸速度明显提高，现在在中频炉功率及其他条件不变的情况下炉前工每天可熔化7－8炉铁水，浇铸工可以浇铸约220块阳极，使车间的工作效率得到明显提高。
（六）排烟系统可降低车间的电能消耗
原来浇铸时由于天车工的视野不开阔，致使浇铸速度减慢，延长了中频炉铁水的保温时间，保温时中频炉每小时耗电100KWh，现在浇铸1炉铁水比原来提前了20分钟，按每天浇7－8炉算，每天可节省电量250KWh，折合人民币135元。
每月可节约2000多元。
经济效益相当显著。
四、排烟系统的技术试验
1、试验目的
检验排烟系统的有效性及烟气回收率、工作效率。
2、试验组织机构
组长：
梁建国
成员：
孟宪忠、蔡景军、闫俊成、米峰
3、试验步骤
A、试验前的准备工作
1、由车间牵头，技术部配合对车间工作区域的各项烟气含量进行全面的测量，依据烟气含量的保持情况，对排烟系统查找不足，看排烟管道有无漏风现象。
2、车间要安排专人对排烟系统进行管理与维护。
3、车间将测试数据整理归档。
4、技术部提供烟气测试仪等相关仪器。
5、在2＃炉上进行试验。
B、试验工作
本次试验分为三个阶段，每个阶段为15天的时间
第一阶段为烟气含量测试阶段
（1）、维修人员负责把排烟系统维护好。
（2）、由技术员闫俊成在中频炉台、车间中部、车间西部三处在中频炉熔炼期间，测试各处的烟气含量是否超标。
（3）测试人员用肉眼观察车间有无烟雾现象存在及存在的时间等。
第二阶段为工作量、工作效率测试阶段
由统计员陈爱菊根据班长的交接班记录和阳极发放使用情况，记录好使用排烟系统后的工作量和工作效率。
第三阶段为电能消耗的测试阶段
由技术员米峰对熔炼期间的用电量进行详细统计，对比排烟系统使用前后吨铝阳极浇铸用电情况做好记录。
C、试验结果分析
经过试验分析中频炉排烟系统运转后，车间无烟雾现象存在，CO含量为0，排烟率达到98％以上。
五、中频炉排烟系统的推广应用
中频炉排烟系统可在车间3、4＃中频炉上安装使用，也可用在与中频炉等工业冶金炉相似的炉体上方收集烟气。
六、效益分析及结论
（一）、效益分析
（1）、目前市场上小型的排烟除尘系统价格在20万元之间，而我车间研制的排烟系统利用的排风机和钢管及其他费用总价值才13万元，节约资金7万元。
（2）、排烟系统每月节约中频炉烘炉及熔炼用电量15300KWh，每年可节省12*15300*0.54≈10万元，经济效益相当可观。
（二）结论
排烟系统在阳极车间的应用是可行有效的，它操作简单、维护方便，烟气回收率在98％以上，保障了职工的身体健康，能够有效地改善车间的工作环境，提高职工的工作积极性。
（三）存在的问题
换炉使用排烟系统时，需拆装1米长的连接管，增大了维修人员的体力劳动。
建议下一步提高筑炉质量延长排烟系统在一个炉体上的使用时间。
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