一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置及方法

本发明属于铝合金熔炼炉燃烧器的设计与制造领域，特别涉及一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置及方法。

背景技术：

1、铝合金是各行各业最常见且使用量大的有色金属材料，具有物理化学性能良好、易加工、易回收等优点。铸造是一种常见的铝合金铸造成型工艺，生产了约30%的铝合金产品。熔化是铝合金铸造工艺的第一道工序，具有高耗能、高排放的特点。当前铝合金铸造行业的一个重要需求是研发智能的铝合金熔炼炉，实现高能效、高效率、高质量、低排放的铝合金熔化。铝合金熔炼过程的熔化速度精准测量与控制是高端智能铝合金熔化炉的一个关键功能，然而当前还没有熔化炉具备该功能。熔化速度精准测量和控制对铝合金熔化过程的智能低碳运行有重要影响，主要体现在能实时展示熔化过程状态（能实时呈现熔化速度、能源消耗、熔化能效等），进而有益于提升熔化能效、精准控制熔化量进而减少浪费、提升铝液供给的精准性等。

2、然而，现有的技术还不能实现铝合金熔炼过程燃烧器的熔化速度精准测量和控制。铝合金熔化过程复杂，很难直接测量其熔化速度。现有铝合金熔炼炉控制熔化速度的方式为闭环控制熔化炉膛温度（假设炉膛温度不变，则熔化速度不变和假设每个炉膛温度对应一个熔化速度）或者控制燃烧器功率（假设燃烧器功率不变，则熔化速度不变和假设每个燃烧器功率对应一个熔化速度）。这两种控制方式存在三个不足：（1）熔化速度不清楚，即每个炉膛温度或者燃烧器功率对应的熔化速度不清楚；（2）熔化速度变动大，在同一炉膛温度或者燃烧器功率下，但是待熔化铝合金锭的位置、接触面积、环境温度等条件是动态变化的，使得熔化速度存在差异；（3）燃烧器熔化速度难精准控制，当前的控制方式由于缺乏实际熔化速度的反馈，仅依靠理论模型很难精准控制燃烧器熔化速度。

3、为此，针对当前技术还不能对铝合金熔炼过程燃烧器的熔化速度精准测量和控制的技术难点，本发明开展技术攻关，研发一套低成本、高可靠的燃烧器熔化速度精准测量与调控装置及方法，助力铝合金熔化过程节能减碳，进而支撑铝合金铸造行业绿色低碳转型升级。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度精准测量与调控装置及方法。

2、第一方面，本发明提供了一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置，所述装置包括：

3、天然气流量调控组件，用于调控天然气流量；

4、空气流量调控组件，用于调控空气流量；

5、天然气燃烧器，分别与天然气流量调控组件和空气流量调控组件连接；安装于铝合金熔炼炉的熔化区，用于将铝合金熔炼炉熔化区的铝合金锭熔化为铝液，使熔化后的铝液存储于铝合金熔炼炉的铝液保温池中；

6、浮渣过滤组件；其中，所述浮渣过滤组件包括陶瓷管，所述陶瓷管的底部与陶瓷过滤筒连接，所述陶瓷过滤筒内安装有泡沫陶瓷过滤板，所述陶瓷过滤筒浸没在铝合金熔炼炉的铝液保温池中；

7、测距仪，安装于浮渣过滤组件的上方；

8、控制器，用于通过测距仪、浮渣过滤组件测量铝液保温池中的铝液高度数据得到铝液氧化厚度的增长曲线；获取铝液保温池中的铝液高度数据，获取铝合金熔炼炉的铝液保温池中铝液高度与铝液重量的关系；根据相邻时刻分别对应的铝液高度、铝液氧化厚度、氧化烧损质量计算得到相邻时刻分别对应的铝液重量，根据相邻时刻的铝液重量之差计算得到实际燃烧器熔化速度；通过调控天然气流量、空气流量使实际燃烧器熔化速度达到目标燃烧器熔化速度。

9、第二方面，本发明提供了一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，基于上述的铝合金熔炼炉的熔化速度调控装置实现，所述方法包括：

10、设定目标燃烧器熔化速度；

11、根据目标燃烧器熔化速度，设置初始天然气流量和初始空气流量；

12、获取实际燃烧器熔化速度；

13、根据实际燃烧器熔化速度与目标燃烧器熔化速度的差值，调整天然气流量和空气流量，直至实际燃烧器熔化速度达到目标燃烧器熔化速度；

14、其中，获取实际燃烧器熔化速度包括：通过测距仪、浮渣过滤组件测量得到铝液氧化厚度的增长曲线；获取铝合金熔炼炉的铝液保温池中铝液高度与铝液重量的关系；根据相邻时刻分别对应的铝液高度、铝液氧化厚度、氧化烧损质量计算得到相邻时刻分别对应的铝液重量，根据相邻时刻的铝液重量之差计算得到实际燃烧器熔化速度。

15、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

16、1、本发明装置设计了浮渣过滤组件；所述浮渣过滤组件包括陶瓷管，陶瓷管的底部与陶瓷过滤筒连接，陶瓷过滤筒内安装有泡沫陶瓷过滤板，陶瓷过滤筒浸没在铝合金熔炼炉的铝液保温池中；通过该浮渣过滤组件和测距仪可以测量铝液保温池中的铝液高度数据得到铝液氧化厚度的增长曲线，为准确获取实际燃烧器熔化速度奠定基础。

17、2、本发明方法提供了获取精确的实际燃烧器熔化速度的过程，包括：通过测距仪、浮渣过滤组件测量得到铝液氧化厚度的增长曲线；获取铝合金熔炼炉的铝液保温池中铝液高度与铝液重量的关系；根据相邻时刻分别对应的铝液高度、铝液氧化厚度、氧化烧损质量计算得到相邻时刻分别对应的铝液重量，根据相邻时刻的铝液重量之差计算得到实际燃烧器熔化速度。获取精确的实际燃烧器熔化速度可以助力铝合金熔化过程节能减碳，进而支撑铝合金铸造行业绿色低碳转型升级。

18、3、本发明方法通过根据实际燃烧器熔化速度与目标燃烧器熔化速度的差值以调整天然气流量和空气流量，直至实际燃烧器熔化速度达到目标燃烧器熔化速度；该过程为熔化燃烧天然气和空气流量双闭环控制，能实现空燃比实时调控，与当前常用的技术相比能实现更高效的燃烧效率和氧化烧损。

19、4、本发明提出的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置及方法效果好、成本低、易使用，适用于多类型的铝合金熔化炉的熔化速度调控，且能快速地推广应用。本发明的大面积应用对铝合金铸件制造业的节能减碳目标和铸造行业的绿色低碳转型有重要益处。

技术特征：

1.一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置，其特征在于，所述装置包括：

2.根据权利要求1所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置，其特征在于，所述装置还包括：

3.一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，基于权利要求1或2所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置实现，所述方法包括：

4.根据权利要求3所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，根据目标熔化速度，设置初始天然气流量和空气流量包括：

5.根据权利要求3所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，获取铝液氧化厚度的增长曲线包括：

6.根据权利要求3所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，获取铝合金熔炼炉的铝液保温池中铝液高度与铝液重量的关系包括：

7.根据权利要求6所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，根据相邻时刻分别对应的铝液高度、铝液氧化厚度、氧化烧损质量计算得到相邻时刻分别对应的铝液重量，根据相邻时刻的铝液重量之差计算得到实际燃烧器熔化速度包括：

8.根据权利要求3或7所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，获取实际燃烧器熔化速度还包括：

9.根据权利要求3所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，所述熔化速度调控方法还包括：

10.根据权利要求3所述的铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控方法，其特征在于，根据实际燃烧器熔化速度与目标燃烧器熔化速度的差值，调整天然气流量和空气流量，直至实际燃烧器熔化速度达到目标燃烧器熔化速度包括：

技术总结
本发明公开了一种铝合金熔炼炉燃烧器的熔化速度调控装置及方法，包括：天然气流量调控组件、空气流量调控组件；天然气燃烧器，与天然气流量调控组件和空气流量调控组件连接，安装于铝合金熔炼炉的熔化区，用于将铝合金锭熔化为铝液；浮渣过滤组件，所述浮渣过滤组件包括陶瓷管，其底部与陶瓷过滤筒连接，陶瓷过滤筒内安装有泡沫陶瓷过滤板，并浸没在铝液保温池中；测距仪，安装于浮渣过滤组件的上方；控制器，用于根据相邻时刻分别对应的铝液高度、铝液氧化厚度、氧化烧损质量得到相邻时刻分别对应的铝液重量，根据相邻时刻的铝液重量之差得到实际燃烧器熔化速度；通过调控天然气流量、空气流量使实际燃烧器熔化速度达到目标燃烧器熔化速度。

技术研发人员：刘伟鹏,彭涛,吴军,章旭霞,万安平,陈挺,胡罗克
受保护的技术使用者：浙大城市学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16