摘要：針對鋁熔鑄生產環節產生的煙塵特性，本文提出了一種安裝簡便，煙塵收集處理效果好，能夠系統解決熔鑄煙塵的除塵裝置。通過該裝置治理，熔鑄車間崗位濃度得到顯著改善，能滿足清潔生產、職業安全衛生防護和環境保護要求。
關鍵詞：熔鑄煙塵；污染治理；除塵裝置
1引言
近年來，我國鋁材的需求量持續增長，鋁材被廣泛應用于航天、建筑、交通等領域。我國的鋁加工技術得到了迅速的發展和提高，縮小了與國外先進水平的差距。熔鑄是鋁加工的第一道工序，為軋制、鍛造、擠壓等生產提供合格的錠坯，鑄錠質量的高低直接與各種鋁材的最終質量密切相關。熔鑄生產實現由固態向液態再向固態的轉變，以及合金元素溶解于鋁中的合金化過程，其基本作用是能量和物質的轉移。同時，熔體也與周圍介質之間發生一系列的物理化學變化，使熔體凈化或產生污染，并由液態加工成可供壓力加工的鑄坯。在此過程中，會產生一定的煙塵，對生產車間環境造成影響，因此，必須采取有效的治理措施來處理熔鑄過程中生產的煙塵。
2煙塵分析
2.1熔鑄生產工藝流程及產污環節
熔鑄生產工藝流程是：將按配料要求備好的各種原料（重熔用鋁錠、返回廢料和中間合金等）加入熔鋁爐中進行快速熔化，鋁液溫度約760℃（最高溫度為900℃），經扒渣、電磁攪拌、調質后將熔體轉注到保溫爐內，采用Cl2與N2/Ar氣混合氣體進行除氣精煉，并靜置、調溫。從保溫爐流出的鋁熔體再經在線處理系統加Al-Ti-B絲晶粒細化、用N2/Ar氣與Cl2氣混合氣體除氣精煉、泡沫陶瓷過濾板過濾除渣后，導入液壓半連續鑄造機鑄造；當鑄錠達到要求的長度時，停止鑄造，然后通過鋸切機將鑄錠鋸切成所要求的鑄錠長度，最后將合格的鋁及鋁合金扁鑄錠運至下一工序。具體詳見圖一。
從圖1中可以看出，熔鑄過程的產污環節主要為：（1）熔鋁爐熔化過程；（2）保溫爐精煉過程。
2.2煙塵性質
熔鋁爐和保溫爐的燃料通常為天然氣，燃燒廢氣主要含有SO2、NOx 、COx、粉塵、炭粉、氯化鹽（NaCl、KCl）及少量酸性氣體（HCl）。其中，粉塵濃度約為200～800mg/m3；熔鋁爐粉塵的粒徑分布：≤1m的占72.5%；1～30m的占14.9%；≥30m的占12.6%。
2.3排放標準
熔鋁爐、保溫爐產生的煙氣執行《工業爐窯大氣污染物排放標準》（GB9078-1996）排放標準。
3技術方案及工藝流程
3.1技術方案
根據熔鑄過程中的煙塵特性，可采用一種系統處理熔鑄生產環節煙塵的除塵裝置，該裝置的技術路線如下：
（1）采用一套除塵系統來處理熔鋁爐、保溫爐產生的煙塵。
（2）除塵系統主機采用耐高溫長袋低壓脈沖袋式除塵器。
（3）除塵器濾料選用國內耐溫220℃的Nomex產品，并經PTFE覆膜處理。
（4）除塵系統動力設備選用低轉速風機，以保證風機運行噪音值符合或優于國家標準。
（5）除塵系統配一套排風管道和排氣煙囪，煙囪高度不得低于15m。
3.2工藝流程簡述
為了有效地控制熔鑄作業過程中產生的煙塵，改善車間環境條件，熔鋁爐和保溫爐爐內排煙和爐門排出的煙塵在引風機的作用下經捕集罩有效捕集充分混合后進入進風總管，煙氣經耐高溫長袋低壓脈沖袋式除塵器凈化后，通過引風機，由煙囪排入大氣。當進入袋式除塵器的煙氣溫度高于180℃時，除塵器前的氣動野風混風閥自動打開，吸入空氣以保證進入袋式除塵器的煙氣溫度低于180℃，以確保袋式除塵器濾袋不受高溫損壞，延長濾袋使用壽命。濾袋上的粉塵經脈沖反吹清灰掉入灰斗，再由螺旋輸送機排出裝袋再利用。除塵系統工藝流程見圖2。
4設備選型
4.1系統參數的確定
4.1.1除塵風量計算
（1）閉門時煙氣排放量
一般，熔鋁爐、保溫爐排煙量與燒嘴燃燒天然氣的量成線性關系，即每燃燒1Nm3天然氣需要10Nm3空氣，煙氣排放量一般為天然氣耗量的11.5倍。
（2）開門時煙氣排放量
熔鋁爐、保溫爐對環境的影響主要是開爐門時投料、扒渣、打渣時產生的煙塵，開門時，燒嘴不工作。根據經驗公式計算：
Q=3600×S爐門×V爐口噴出速度
其中：爐門面積為爐門的開口面積；
爐口噴出速度按1.7m/s計算。
熔鋁爐、保溫爐排出的含塵氣體，需要吸塵罩收集，在收集時要摻入冷風，同時也降低塵氣溫度，使之在除塵器工作范圍內，一般摻入冷風量為10%左右，這時，塵氣溫度可降低在180℃以下。
4.1.2煙氣濃度計算
熔鋁爐以天然氣為燃料，熔煉過程中產生含SO2、NOx、煙塵的煙氣，煙氣中煙塵濃度約200mg/m3，SO2 濃度約29.74mg/m3 ，NOx 濃度約150mg/m3；熔鋁爐在打渣、扒渣等過程中產生含塵煙氣，煙氣中煙塵濃度約800mg/m3。
保溫爐燃燒天然氣進行保溫，煙氣中煙塵濃度約200mg/m3 ，SO2 濃度約34.78mg/m3 ，NOx 濃度約150mg/m3；向鋁液中通入氯氣和氮氣或者氯氣和氬氣的混合氣體進行脫氣處理產生HCl，煙氣中煙塵濃度約800mg/m3；HCl 濃度約1.50mg/m3。
4.1.3風管及風速
含塵氣體管道風速v一般采取12-20m/s，計算管道直徑
，查手冊后對管徑進行規整，再用規整后的管徑計算出實際含塵氣體流速。
4.1.4系統阻力
系統阻力包括捕集罩負壓H1（一般為：200Pa）、除塵設備阻力H2（一般小于1700Pa）、主煙道阻力H3、消聲器阻力損失H4（一般為200Pa），煙囪阻力H5。其總阻力為：H=（H1+H2+H3＋H4+H5）×1.1
系統管道阻力計算公式為：
H3＝1/2fV2【∑§＋（γ／D）L】
式中： H3——系統阻損（Pa）
V——流速（m/s）
γ／D——單位長度摩镲阻力系數（Pa/m）
L——最長管道長度（m）
4.2設備選型核算
以1臺75t熔鋁爐和1臺75t保溫爐為例，核算各參數。
（1）75 t熔鋁爐主要參數：
1最大燃料消耗量： 1400 Nm3/h
2主爐門尺寸：4000×1650mm
（2）75t保溫爐主要參數
1最大燃料消耗量： 400 Nm3/h
2爐門：A.爐門數量：2 個；B.爐門開口尺寸： 2800×1200mm
4.2.1除塵風量核算
（1）75t熔鋁爐抽風量
經核算，熔鋁爐閉門工作時的煙氣排放量為32079m3/h，熔鋁爐開門時的抽風量為51096m3/h。
（2）75t保溫爐抽風量
保溫爐閉門工作時的排煙量為9166m3/h，保溫爐開門時的抽風量為52025m3/h。
（3）總抽風量
以熔鋁爐和保溫爐同時開門為最大抽風量，Q=51096+52025=103121m3/h
4.2.2系統阻力核算
經計算，除塵系統阻力為：4500Pa。
4.2.3除塵設備選型
按照處理風量為103121 m3/h進行選型，可選擇CD340-5型耐高溫長袋低壓脈沖袋式除塵器。耐高溫長袋低壓脈沖袋式除塵器具有以下特點：
a、清灰效果好
脈沖閥采用雙曲線膜片結構，脈沖阻力低，起閉快和清灰能力大，噴吹裝置各部件均有優良的空氣動力特性，當噴吹壓力0.3~0.4MPa時，對凈化含塵濃度高和含濕量大的煙塵仍有很好的清灰效果。
b、粉塵補集率高
粉塵補集率可達99.9%。
c、除塵效率高
除塵效率可達99.99 %以上，能長期保證排放濃度小于10mg/Nm3。
d、占地面積小
濾袋長度7m，占地面積較常規脈沖和反吹風袋式除塵器小。
e、操作維修方便。
f、濾袋袋口采用了彈性漲圈，可直接嵌在花板上，既密封又拆裝方便，減少了維修人員與污袋的接觸。
g、該設備結構簡單，運動部件少，維修方便。
h、控制技術為歐姆龍PLC定時自動控制，精確度高，開起后不需專人管理。
圖1 CD340-5型耐高溫長袋低壓脈沖袋式除塵器技術參數
過濾面積 | 1700m2 |
處理風量 | （10.20-20.40）×104m3/h |
濾袋數量 | 700個 |
設備阻力 | 1500-1800Pa |
排放濃度 | ≤10 mg/Nm3 |
4.2.4引風機選型
按照處理風量為103121 m3/h，全壓為4500Pa進行選型，可選擇Y4-68№ 14D離心引風機。主要技術參數：
a、流量：85154-155627m3/h；
b、全壓：4726-3246Pa；
c、電機型號：Y355M-4；
d、電機功率：250KW。
5環境效益分析
通過對熔鑄生產環節煙塵的治理，大大降低了熔鑄煙塵的排放速率和排放濃度，有效提高了廠區內部及周圍的空氣環境水平。同時，降低了崗位粉塵對工人健康的影響，為工廠提供了良好的工作環境。
6結語
隨著經濟的飛速發展，國家對環保和職業衛生安全的要求越來越高，同時人們對職業衛生安全和環保的意識也大幅度提高。鋁熔鑄生產環節煙塵污染嚴重，必須采取相應的措施進行治理，通過文章介紹的系統處理該煙塵的裝置，能夠有效的降低粉塵濃度與排放速率，所有污染物均能滿足國家和地方的環保排放標準，實現了環境與經濟的協調發展。
7參考文獻
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