鋁塊的熔解和保持爐的製作方法
2023-05-31 05:02:51
專利名稱：鋁塊的熔解和保持爐的製作方法
技術領域：
本發明涉及鋁塊的熔解和保持爐，更特別涉及熔解和保持爐，其包括構件，用於預熱鋁塊的預熱塔和兩個分別用於熔融和保持鋁原料的坩堝爐。在說明書中所用的術語「鋁塊」是指鋁錠或類似的鋁物質、含鋁回收原料(空鋁罐和其它鋁廢料)經擠壓成形狀同於鋁錠的塊料等。
石墨坩堝爐的結構為在圓筒形結構的爐子中設有石墨坩堝，以及所述坩堝採用燃燒器加熱。為了在所述石墨坩堝中熔融，金屬錠將直接從所述坩堝頂端部加入。如果將金屬錠投入坩堝並且傾斜放置與坩堝側壁相接觸，則可能會由於熱膨脹而將所述側壁頂裂。鑑於此種可能性，金屬錠都垂直放置於所述坩堝中。
向常規坩堝爐中熔融鋁原料時，鋁錠將從坩堝的開孔中直接裝入。熔融鋁因此隨後冷卻，並且在所有的鋁錠熔化後鋁熔液的溫度開始上升。在這種情況下，當達到特定溫度時，取出鋁熔液進行澆鑄。由於鋁熔液舀出後，鋁熔液的量開始減少，於是再次補入鋁錠。這樣，在坩堝爐中交替重複進行熔融和舀出操作。因而，問題在於不能保證鋁熔液的恆定量供給，而且需要加入少量的鋁錠以調整熔液的溫度。進一步地，鋁原料諸如鋁錠在給入熔液之前未經預加熱，故所述熔液的溫度產生較大的波動。
在使用中心熔融爐時，於全部的時間內須保持大量的熔融鋁。而且，所述中心熔融爐不能用於目前製備的含有多種原料的熔融鋁塊。此外，由於熔液經分配後溫度不可避免地下降，需要升高經分配的溶液的溫度。換言之，此類爐子不適於少量生產。另一個問題是，由於在中心熔融爐的維持過程中無法保有定量熔液，產量難以控制。
而且，在採用具有內襯耐火磚或其類似物的熔融容器的熔解和保持兩用爐的情況下，加熱燃燒器的火焰將直接施用於熔液。所述爐子將帶來一些問題，諸如氧化物或吸收氫氣汙染了金屬液，從而影響鑄件質量。所述爐子的缺點還在於，在爐壁上蓄積了大量的熱量，不節能並且維護成本高，而且須花費時間定期更換爐壁耐火磚。
為了達到上述目的，本發明提供一種鋁塊的熔解和保持爐，其特徵在於包括用於鋁塊預加熱的預熱塔，接受來自預熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐，其緊鄰接於預熱塔的正下方，以及接受來自熔解坩堝爐連續熔融鋁給料的保持坩堝爐，其與熔解坩堝並排設置，以及在熔解坩堝爐中燃燒得到的廢氣可作為上升流進入預熱塔內部，與鋁塊進行熱交換。
本發明的熔解和保持爐可達到以下效果。
(1)本發明的爐子不僅可用於熔融鋁塊，而且可用於熔融含鋁以及其它金屬如鐵複合原料(或鋁合金)。
(2)本發明的爐子為可連續熔融金屬的坩堝型熔解和保持爐。
(3)本發明的爐子可於接近鋁熔點的一定低溫下熔融金屬，因而具有多項優點產生的氧化物諸如氧化鋁少，而且吸收的氫氣少，金屬液質量高；保持坩堝爐中的溫度易於控制；並且由於坩堝的工作條件對其耐久性有利，使用壽命延長。
(4)預熱塔可節省大量的能量，相對於其爐容積，本發明的爐子具有較高的熔化能力，且重量輕，結構緊湊。
(5)由於坩堝更換容易，所述爐子適於熔融多種金屬。
(6)熔融的中斷以及熔融速率的控制可僅由燃氣來調整，因此有利於生產調節控制。
(7)所述爐子無須大規模定期維修，並且僅須更換坩堝，保養成本低。
(8)廢氣溫度低，改善了工作條件。
通過以下結合附圖詳細描述，本發明的其他特徵將更為顯見。
實現本發明的最佳實施例結合附圖對本發明的實施例予以詳述。
圖1為本發明的一個實施例中的熔解和保持爐A整體示意圖。所述熔解和保持爐A的主要部件包括，用於鋁塊a的預熱塔1，鄰接於預熱塔1下部的熔解坩堝爐2，以及置於熔解坩堝爐2一側的保持坩堝爐3。
所述熔解坩堝爐2具有第一爐體4和設置於第一爐體4中第一坩堝臺5上的熔解坩堝6。環繞坩堝6以及在坩堝6和第一爐體4之間形成有環繞空腔7。由所述第一爐體4側壁低端上的燃氣進口(未示)進入的燃氣通過將第一環繞空腔7可作為通道而上升。
保持坩堝爐3具有第二爐體8和設置於第二爐體8中第二坩堝臺9上的保持坩堝10。環繞保持坩堝10形成第二環繞空腔11。第二環繞空腔11可作為通道，由所述第二爐體8側壁低端上的燃氣進口(未示)進入的燃氣通過其而上升。空腔11由所述保持坩堝10的重壓蓋12封閉從而與外部空氣隔絕。適宜地，所述熔解坩堝6和所述保持坩堝10由石墨製成。
優選地，所述坩堝臺5、9為圓筒形，並且其一側具有空氣流通孔5a、9a，由此通入燃氣來加熱坩堝6、10的底部。
所述爐體4、8襯有熱絕緣材料諸如陶瓷熱絕緣材料，而且在爐體4、8的交界處設有公共側壁13。所述公共側壁13具有連通通道14，以連通第一和第二空腔7、11。
所述連通通道14包括，排出孔14a，其位於重壓蓋12上的公共側壁13一側，以連通所述第二環繞空腔11的上端部；廢氣罩14b，其設於公共側壁13上，罩蓋排出孔14a之上的空腔；以及進入孔14c，其設於公共側壁13上，在廢氣罩14c中開口。廢氣向上流過排出孔14a。在第二環繞空腔11中的廢氣經廢氣罩14b收集，流過進入孔14c進入第一環繞空腔7。
熔解坩堝6與保持坩堝10通過從溢流型排出部15延伸出來的溝槽狀管道16相連通，該排出部15設於坩堝6主體部分並朝向所述保持坩堝爐3。熔液17連續地從坩堝6中由排出部15通過管道16溢流進入坩堝10。所述熔液17的連續流動由坩堝6、10熔液液面水平差異而決定。坩堝6主體部分上排出部15的位置通過參考保有在坩堝6中的熔液17的量或熔液液面水平來選擇並予以確定。
所述管道16延伸通過連通通道14的進入口14c，直至保持坩堝10中熔液液面之上的位置。在管道16上方的空腔由廢氣罩14b罩蓋。所述管道16暴露於連通通道14中流動的廢氣之中，從而被加熱，以防止在熔液輸送過程中的熔液溫度降低。
所述保持坩堝10內部由隔離件18分隔成溫度控制室19和舀取室20。所述兩個室19、20通過在隔離件18下方的連通空腔21彼此連通。所述溫度控制室19可接受從熔解坩堝6流出的熔液17。
所述熔液17通過在溫度控制室19中的廢氣加熱至一定溫度，其中所述熔液經過各種處理並且沉澱的雜質諸如氧化物沉積在底部。
所述熔液可通過在坩堝6、10上的裂縫或其類似物洩露出來。為了將洩露的熔液排出爐體，例如，分別在公共側壁13的低端以及第二爐體8側壁的低端設有排出孔22、23。
所述熔解坩堝爐2的爐體4為頂端開口底部封閉的圓筒形。所述圓筒形預熱塔1雙層重疊同心地設置於爐體4頂端。所述預熱塔1的底端朝向坩堝6頂端向下開口，故鋁塊a可通過預熱塔1投入坩堝6。
第一爐體4中的第一環繞空腔7的頂端通過在坩堝6頂端與預熱塔1底端之間的環形空腔24與預熱塔1內部相連通，所以所述廢氣可進入預熱塔1作為預熱源。
所述預熱塔1具有開孔25、27，以從預熱塔1的主體部分以及頂部裝入鋁塊a。所述開孔25、27分別由蓋體26、28封閉。罩蓋於預熱塔1頂部的蓋體28具有一排氣孔29，以排出廢氣。由於抽吸作用，所述排氣孔29將導引廢氣作為上升流從環繞空腔7中通過環形空腔24進入預熱塔1。蓋體26、28可以裝設有驅動裝置的自動啟閉機構(未示)開啟或關閉。
所述預熱塔1可從如圖1中所示的雙層重疊位置移動以更換熔解坩堝6，並且從坩堝6中舀出殘存的熔液。預熱塔1的全部重量通過臺車30支承，該託架可在固定設於第一爐體4上的導軌31上移動。當所述臺車30在導軌31上移動時，預熱塔1可自第一爐體4雙層重疊的第一位置滑動移位到第二位置(未示)，其中，所述預熱塔1從雙層結構中脫離，並且爐體4的頂端完全開放。所述臺車30可通過採用各種位置控制裝置停靠在第一或第二位置。
圖1所示為正常運行的本發明的熔解和保持爐。所述燃氣從第一爐體4的底部進入爐體4以加熱熔解坩堝6，並在第一環繞空腔7中上升成為廢氣。所得的廢氣通過與空腔7連通的環形空腔24從第一環繞空腔7向上流入預熱塔1，其中，所述的廢氣作為有效的預熱源與鋁塊a進行熱交換。然後，所述廢氣通過蓋體28上的排氣孔29排出爐體。由於與鋁塊a熱交換，所述廢氣以較低的溫度排出爐體，例如375℃以下。廢氣溫度的降低有助於改善工作環境。
所述燃氣從第二爐體8的底部進入爐體8以加熱保持坩堝10，並在第二環繞空腔11中上升成為廢氣。所得的廢氣通過與之連通的通道14從第二環繞空腔11的頂端向上流入第一環繞空腔7，與空腔7中的廢氣結合作為有效的預熱源預加熱預熱塔1中的鋁塊a。所述廢氣可加熱管道16和熔液，所述熔液在連通通道14輸送，而且所述廢氣也可有效地用作熱源來防止熔液溫度降低。
所述鋁塊a可從浸沒在熔解坩堝6中的熔液17中底部的鋁塊開始順序地熔融。所述鋁塊a通過廢氣熱交換來預加熱，因此，所述熔液溫度波動小於冷鋁錠直接浸沒於熔液17的情形。鋁塊a由於重力作用沉入熔液17中開始熔融，在所有的時間內部分地以固體存在。燃氣的熱量部分地作為固體鋁熔解熱(64.8cal/kg)消耗掉，所以所述熔液17基本上保持在接近鋁熔點的恆定溫度(例如，約650℃)。
在熔解坩堝6中的熔液17，其量相應於鋁塊a的熔融量，由於液體表面水平的差異而通過排出部15連續地溢流輸送，通過管道16進入保持坩堝10的溫度控制室19以實現熔液17的連續分配。由於連續溢流分配，所述熔解坩堝6在全部時間內充滿了恆定量的熔液17。
流入所述保持坩堝10溫度控制室19的熔液17通過燃氣加熱，從接近鋁熔點的溫度上升至使用溫度。所述熔液17經各種處理，並且雜質的氧化物沉澱沉積在溫度控制室19的底部。在溫度控制室19中的熔液17通過在隔離件18下側的連通空腔21進入舀取室20以備舀取。
本發明中，最重要的是所述預熱塔1連接於常規坩堝爐，因為來自坩堝爐的高溫廢氣與之熱交換，從而鋁塊a在預熱塔1中被加熱至較高溫度，大大節省能源。所述廢氣的餘熱此前已用於各種熔融爐，但未用於坩堝爐，存在幾個原因。熱交換器不能用於坩堝爐的一個可能原因是出於坩堝爐的結構及操作因素，即熔液是通過坩堝的放液孔批量舀出。在常規坩堝爐中，用於加熱坩堝的高溫廢氣是從在爐壁與坩堝開口端之間的空腔排至空氣中。當鋁在頂部開孔用蓋體封閉後熔融時，所述高溫廢氣從設於爐壁的排氣通道排出，並且然後高溫廢氣未經有效利用就從煙囪排出。
本發明的用於鋁塊的熔解和保持爐包括預熱塔1和兩個獨立地實現熔解和保持操作的坩堝爐2、3，並且適宜於從所述熔解坩堝爐2到保持坩堝爐3連續地分配熔液，能從保持坩堝爐的一側舀出熔液。在具有前述結構的爐子中，預熱塔1可設置於熔解坩堝爐2的頂部開口處，從而使熔解坩堝爐2中的廢氣可預加熱預熱塔1中的鋁塊。在保持坩堝爐3中排出的廢氣流入熔解坩堝爐。在具有前述結構的爐子中，基本上所有在坩堝爐2、3中產生的廢氣均可被有效用於預熱塔1中預加熱。
根據本發明，在所有的時間內鋁塊a浸沒於熔解坩堝6的熔液17中，並且一部分燃氣的熱量用於熔融浸沒的固體鋁，故即使被燃氣加熱，熔液17的溫度也極少變化，僅僅是熔融量變化。因此，為了停止向保持爐中分配熔液，停止加熱，從而流動立即停止。因此，產量極易控制。
含鋁回收原料包括那些由於在富集原料中含有鐵組分而未經循環處理的原料。此類鋁/鐵複合回收原料，當在本發明的爐子中熔融時，因為所述鐵組分在上述的低溫熔融中難以在熔融鋁中熔融，從而促進了鐵組分的分離，例如，所述鐵組分將分離出來沉入熔解坩堝6的底部，而不是被熔融。
在所有的時間內熔解坩堝6充滿了恆定量的熔液17，並且熔液17溫度較低(約650℃)。這些因素為坩堝的耐久性提供了良好的條件，延長了熔解坩堝6的使用壽命。當具有高導熱性的石墨用於坩堝6時，所述條件更為適宜。
進一步地，坩堝爐2、3的壁不與熔液17接觸，可襯有陶瓷纖維型熱絕緣材料。由於陶瓷纖維型熱絕緣材料為輕質，而且極少積聚熱量，所述爐壁散熱量小，節約了能源。
權利要求
1．一種用於鋁塊的熔解和保持爐，其特徵在於包括鋁塊的預熱塔，接受來自預熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐，其緊鄰接於預熱塔的正下方，以及接受來自熔解坩堝爐連續熔融鋁給料的保持坩堝爐，其與熔解坩堝爐並排設置，以及在熔解坩堝爐中的廢氣可作為上升流進入預熱塔內部，與鋁塊進行熱交換。
2．如權利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述預熱塔的主體部分及其上端部中至少一個具有鋁塊投入口，其中所述投入口由蓋體封閉，至少一個蓋體上具有排氣孔以排出廢氣。
3．如權利要求1或2所述的熔解和保持爐，其中，所述熔解坩堝爐和保持坩堝爐襯有陶瓷纖維型熱絕緣材料。
4．如權利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述保持坩堝爐中的廢氣與熔解坩堝爐中的廢氣合流，以供給預熱塔作為預熱源。
5．如權利要求1所述的熔解和保持爐，其中所述熔解坩堝爐為由坩堝臺支承的熔解石墨坩堝，以及所述保持坩堝爐為由坩堝臺支承的保持石墨坩堝。
6．如權利要求5所述的熔解和保持爐，其中，所述坩堝臺為圓筒形，並且燃氣從所述坩堝臺中流通。
7．如權利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述預熱塔可選擇性地採用雙層重疊設置的第一位置，或採用通過移動所述塔體與第一位置橫向相分離的第二位置，其中，於第二位置，所述熔解坩堝爐頂端部的開孔可作為操作口，以舀出剩餘的金屬液以及更換坩堝。
8．如權利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述鋁塊包括鋁錠和/或含鋁的回收原料被擠壓成塊料。
全文摘要
一種熔解和保持鋁原料的爐子,其特徵在於包括:用於鋁塊預加的預熱塔,接受來自預熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐,其緊鄰接於預熱塔的正下方,以及接受來自熔解坩堝爐連續熔融鋁給料的保持坩堝爐,其與熔解坩堝爐並排設置,以及在熔解坩堝爐中燃燒得到的廢氣可作為上升流進入預熱塔內部,與鋁塊進行熱交換,所述爐子可連續熔融鋁塊並節約能源。
文檔編號F27D13/00GK1324444SQ99812486
公開日2001年11月28日 申請日期1999年10月21日 優先權日1998年10月23日
發明者岡田民雄, 吉川英雄, 松浦道夫, 佐野俊昭, 畑中智弘 申請人:日本坩堝株式會社