低熔點金屬的連續熔化裝置和其中的坩堝及其熔化方法
2023-05-27 17:59:31
專利名稱：低熔點金屬的連續熔化裝置和其中的坩堝及其熔化方法
技術領域：
本發明涉及一種用於連續地熔化低熔點金屬、例如鋁片、鋁錠等的裝置。尤其是，本發明涉及具有基於-坩堝熔爐的構造的一種連續熔化裝置。本發明還涉及用於這種裝置的一改進的坩堝。此外，本發明也涉及用於這種裝置的一種熔化方法。
收集的空鋁罐切割成適當大小的碎片並且然後被熔化以回收成回收的金屬錠。鋁片，例如以工廠等廢棄的夾板、碎片等被類似地熔化以形成回收的金屬錠。諸如銅等之類的碎片也可類似地回收。為了促進這種回收，非常需要以很低的成本來操作一種熔化裝置設備，從而即使是非常小規模的商業部門、自發組織，也可方便地進行這種回收。
在大型模鑄廠，由一集中熔爐熔化的諸如鋁之類的熔化金屬是由一耐熱容器、例如稱之為捅(包)的容器來收集，以分配給作為工廠的各種鑄造設備的輔助設備的貯存爐。如果每天要熔化大量的金屬錠以分配給大廠的各地方，則這種系統是比較好的。
但是，在小型回收廠或模鑄廠，其處理的量不那麼大並且處理量天天有很大地不同，因此在諸種理由方面大型的集中熔爐都是不合適的，而是一小型和廉價的裝置更適用，這種小型和廉價的裝置易於操作並便於維護。特別是，取代那種熔化一定量的原料的操作與從爐內取出熔液的操作是反覆的間歇式過程，而通過一個接一個地連續輸送碎片與金屬錠來在功能上連續地進行熔化操作無論如何是需要的。隨著連續地熔化原料以將熔液保持在合適的溫度並按照所需方便地取出熔液，這在實踐上也是需要的。
在現有技術中，作為能適應上述需要的傳統連續熔化與貯存裝置已公開在日本已審查的專利申請昭56-17586中(此後稱之為第一現有技術)，和日本已審查的專利申請62-23234中(此後稱之為第二現有技術)這種技術為典型的現有技術。
第一現有技術中公開的裝置構造有一圓柱形熔爐和一貯存爐。熔爐的一上端開口是用於原料的加料開口，並且熔爐的底板向下傾斜至貯存爐以形成一流槽。火焰從位於熔爐下側壁的一燃燒器吹向熔爐內來加熱熔爐內的原料，從而進行熔化。熔液從熔爐的底板流向貯存爐以聚積在貯存爐內。在貯存爐內，設置有一專用的燃燒器來加熱聚積熔液的彎液面，以將其保持在熔化狀態。
另一方面，在第二現有技術公開的裝置中，由耐火材料整體地形成有一加料開口，一預熱腔、一熔化腔、一貯存腔、和一排出腔。熔化燃燒器的火焰吹入預熱腔與熔化腔。然後，加熱和熔化預熱腔內的原料。熔液從預熱腔流向熔化腔並接著流向貯存腔，以聚積在貯存腔與排出腔內。一專用燃燒器設置在貯存腔內來加熱聚積的熔液的彎液面以保持其熔化狀態。貯存腔與排出腔的下部相互連續從而相同高度的熔液可聚積在排出腔內。在排出腔的頂部，開設有帶一蓋的排出開口，以允許排出熔液。在燃燒器的火焰直接地作用於鋁片鋁錠等的類型中，如同第一與第二現有技術中，由於會引起氧化因而具有會增加損耗的缺點。特別是，在將鋁片切割成碎片的情況中，它們在熔爐內趨於承受一燃燒火焰和被氧化，大大降低了熔化產量。而且，熔液內可能吸收氫氣，因而引起熔液質量的下降。
而且，在第一與第二現有技術的那些裝置的情況中，在外側安裝有陶瓷板、隔熱板或輕質的條孔隔熱磚，作為形成圓柱形熔爐、貯存爐或整體形組合爐的爐壁的材料。另外設置的是耐火與隔熱粘土磚。在與熔液直接接觸的部位，大多使用高鋁磚。為連接耐火片，使用摻有水的與粘土磚構造相同的耐火砂漿。在這種典型的熔爐構造中，在爐壁材料與鋁熔液之間會引起反應，從而在襯裡壁上產生氧化鋁結塊。這種氧化鋁結塊具有很高的硬度，難以去除。如果想由外力去除氧化鋁結塊，則會同時損壞襯裡的一部分。如果發生這種情況，則毫無辦法而只能更換整個熔爐，這需要極大的成本。另一方面，如果這種氧化鋁結塊摻合在所需生成的熔液內，則會造成廢品。因此，為改善產品量，降低氧化鋁結塊是重要的。但是，只要使用一般的耐火材料作為爐壁，由於氧化鋁結塊造成的問題就不可避免。
本發明正是針對上述問題作出的。本發明的一個目的是提供一種用於低熔點金屬的連續熔化與貯存裝置，它滿足下面各項(a)～(e)(a)緊湊和廉價地生成並且易於操作或進行維護；(b)能一個接一個地連續熔化鋁片或鋁錠；(c)能將連續熔化的熔液貯存在一合適的溫度下並且按照所需容易地排出這些熔液；(d)由於諸如鋁片或鋁錠之類的原料不直接承受燃燒器的火焰，因此由氧化而造成的損耗非常小並且在熔液內摻雜的氫的量也非常小；及(e)可防止由於鋁熔液與爐壁材料反應造成的氧化鋁結塊。
本發明基本上針對用於低熔點金屬的一種連續熔化裝置，它是由坩堝熔爐發展而成，其包括一熔爐主體，它構成由一耐火襯裡環繞的燃燒腔；一坩堝，在該坩堝堝體的一適當位置形成有一排放孔，並且該坩堝包封在燃燒腔的中央部位；一燃燒器，它設置在熔爐主體的一側壁部位，用於加熱燃燒腔內的坩堝；和一貯槽，用於容納經坩堝的排放孔流出的熔液。
最好是在上述基本構造上適當地增加下列元件來完成本發明(1)在燃燒腔的底板上設置一坩堝基座，並且將坩堝安裝在坩堝基座上。
(2)在(1)的情況中，燃燒腔的底板部位用作聚積流經排放孔的熔液的第一貯槽，並且該第一貯槽與位於燃燒腔外側的一第二貯槽相連。在這種情況中，第二貯槽設置有一貯存加熱器，用於加熱貯存在其中的熔液。
(3)一流槽連接在坩堝的排放孔的外側，並且通過該流槽將經排放孔流出的熔液引入燃燒腔外側的貯槽中。
(4)在(3)的情況中，該貯槽包括一貯存爐體，它構成由一耐火襯裡環繞的一加熱腔；一設置在加熱腔中央部位的貯存坩堝；和一設置在貯存爐主體側壁部位並用來加熱貯存坩堝的貯存加熱器。
(5)在(3)的情況中，設置有若干貯槽，並且流槽構造成將經排放孔流出的熔液分配到若干貯槽的相應貯槽中。
(6)內置一隔板，它離排放孔入口一適當的距離。或者，一從排放孔向下延伸的開口管51設置在坩堝內。亦或，一向上方向的邊槽52連接在排放孔外側。設置它們的目的是為了防止廢渣從坩堝流出。
(7)在坩堝堝體部位的不同於排放孔方位的位置形成有一廢渣排出口，其下邊緣鄰近於排放孔的高度，並且排出口沿寬度方向擴大；而且在熔爐主體側壁部位空間上與廢渣排出口連續的位置形成有用於排出廢渣的一作業開口。
(8)在(1)的情況中，形成有一在坩堝基座內橫向延伸的空氣流通孔。
另外，在本發明中，為了構造前述連續熔化裝置，開發了一種作為向上開口的耐火容器的坩堝，它包括在比容器的上邊緣適當低的一位置穿過容器器體部位形成的一排放孔；在排放孔部位設置並用來防止廢渣經排放孔流出的一擋件；以及在不同於排放孔方位的位置穿過容器體部位形成的一廢渣排出口，它的下邊緣鄰近於排放孔入口的高度，並且沿寬度方向擴大。
在上述坩堝中，該廢渣排出口最好是由一到達容器上邊緣頂端的一凹切口構成。而且，一邊槽可一體地連接於廢渣排出口的外側，該邊槽可設置一從廢渣排出開口的下邊緣上升的一斜度。
而且，在本發明中也提出了一種採用上述連續熔化裝置從包含有鋁與其它高熔點金屬的原料中熔化與分離鋁的方法，其中在適當的時刻向坩堝內額外加入適當量的原料，從而在鋁熔液內保持一定量未熔化的鋁。
從下面的詳細描述以及從本發明優選實施例的附圖可以更完整地理解本發明，但這些實施例不應當用來限制本發明，而僅僅是為解釋與理解所用。
附圖中
圖1是按照本發明的一連續熔化裝置第一實施例的縱剖圖；圖2是圖1所示裝置的橫剖圖；圖3是圖1所示裝置沿圖2的A-A方向的縱剖圖；圖4是圖1的裝置的一廢渣排出口改進情況的局部前剖圖；圖5是表示設置在圖1的裝置的坩堝排放孔附近的一阻擋件改進情況的剖視簡圖；圖6是表示圖1的裝置中廢渣排放操作的橫剖圖；圖7是圖1的裝置的一坩堝的一變型的縱剖圖；圖8是按照本發明的一連續熔化裝置第二實施例的橫剖圖；圖9是圖8的裝置的縱剖圖；圖10是按照本發明的連續熔化裝置第三實施例的橫剖圖；圖11是圖10的裝置的縱剖圖；圖12是表示本發明裝置一坩堝基座改進的一實施例的剖視圖；圖13是按照本發明的一連續熔化裝置第四實施例的縱剖圖；圖14是圖13的裝置的橫剖圖；圖15是按照本發明的一連續熔化裝置第五實施例的縱剖圖；圖16是包括有一可安裝在圖15的裝置中的攪拌裝置的縱剖圖；圖17是按照本發明的一連續熔化裝置的第六實施例的縱剖圖；圖18是按照本發明的一連續熔化裝置的第七實施例的縱剖圖；圖19是按照本發明的一連續熔化裝置第八實施例的縱剖圖；而圖20則是按照本發明的連續熔化方法一實施例的溫度上升曲線(相對於時間的曲線圖)。
下面結合附圖通過本發明的優選實施例來詳細描述本發明。在下面的描述中，為了提供對本發明的透徹理解，陳述了許多的專門細節。但是，顯而易見，對於本領域內的技術人員來說，無需這些專門細節也可實施本發明。在其它例子中，為避免本發明不清楚，未詳細示出公知結構。
第一種類型的一系列實施例按照本發明的一坩堝和一坩堝熔爐的一實施例的構造表示於圖1，2和圖3中。首先，單獨描述坩堝1的構造。該坩堝1是由石墨、石墨/碳化矽或石墨/粘土形成，並形成為一碗形形狀，其上部帶有一大的開口，下部帶有一平底以進行自支撐。坩堝1的堝體上在低於開口部一適當距離的位置形成有一排放孔2。排放孔2為在寬度方向擴張的矩形形狀但具有相對較小的尺寸。
作為防止廢渣從排放孔2排出的一阻擋件，所示的實施例中採用一隔板3。坩堝1的堝體具有大致為圓柱形的表面。在堝體內形成排放孔的位置，整體地形成有石墨坩堝材料的隔板3。隔板3的兩側部位與堝體部位相連，但其其餘部位與堝體部位的內表面隔開。特別是，在排放孔2的位置，隔板3與堝體部位間的距離為最大。
如圖2的平面構造所示，當從坩堝1的中心觀看時，一廢渣排出口4穿過堝體部位形成在離排放孔290度角的位置。該廢渣排出口4具有沿寬度方向擴張的矩形形狀。廢渣排出口4的尺寸遠大於排放孔2。廢渣排出口4的下邊緣的位置設成略高於排放孔2下邊緣的位置。應當注意到，對於圖4中所示的實施例，當把廢渣排出口4構造成使其上邊緣到達坩堝1的上邊緣時，該廢渣排出口4就成為一凹切口形。採用這種構造可便於坩堝的生產。
下面將描述坩堝熔爐。在由熔爐爐體的一耐火襯裡環繞的一燃燒腔6的中央設置有一坩堝基座7。在坩堝基座7上，安裝有前述構造的坩堝1。通過經熔爐爐體5的側壁部位上的通孔設置的燃燒器8加熱位於燃燒腔6內的坩堝基座7與坩堝1。在爐體5上部的一爐門9內，設置有一填料開口。該填料開口的直徑小於坩堝1的直徑。坩堝1正好位於填料口下。通過該填料口，將鋁片等加入坩堝1內。
另一方面，如圖2和3所示，當坩堝1正確地設置在燃燒腔6內一預定的方位時，一用於取出廢渣的形成在堝體5的側壁部位的作業開口10與廢渣排出口4對合，從而兩者空間相連。在不進行廢渣排出作業時，作業開口10由一門11關閉。
另一方面，在燃燒腔6的底板上設有朝向反向於燃燒器8的位置的那一側傾斜的斜坡。在底板的最低部位，形成有向外延伸的用作流槽通道的一孔。流槽通道與一熔液12的貯存腔13相連。接著，正如所詳細描述的，從坩堝1的排放孔2排出的熔液向下流入燃燒腔6，沿底板的斜坡流動，以聚積在貯存腔13內。即，燃燒腔6的底板部分用作一第一貯槽，以收集流出排放孔2的熔液。該第一貯槽與用作一第二貯槽的貯存腔13相連。
下面描述上述構造的坩堝與坩堝熔爐的使用方法及操作。
鋁材，例如適當地切割成小塊的空鋁罐經爐門9的一加料開口加入坩堝1內，並且接著坩堝1由燃燒器8加熱。通過這一加熱，鋁材在坩堝1內被熔化。燃燒氣體經爐門9與坩堝1之間的間隙排出。應當注意到，為了促進鋁材的熔化，可由一攪拌器來攪拌鋁材與熔液。
由於排放孔2位於坩堝1堝體部位一適當高度的中間位置，當一定量的熔液聚積在坩堝1內時，熔液經排放孔2流出到燃燒腔6，以流入貯存腔13內。因此熔液聚積在貯存腔13內。雖然未示出，但為了防止貯存腔13內的鋁熔液冷卻，需通過在爐體5內設置一附加的燃燒器來從上面加熱熔液12。
如上所述，相應於排放孔2位置的量的鋁熔液聚積在坩堝1內。因此，從上面加入的鋁材與熔液接觸並被有效地熔化。根據坩堝1內的熔化速度，鋁材連續地加入坩堝1內以進行連續的熔化過程，這與由傳統的坩堝熔爐執行的間歇式過程不同。此外，通過有效地利用從爐門9的加料開口排出的熱，鋁材在沉入坩堝內的熔液的過程中可有效地被預熱，從而在通過預熱區的同時可以除去附著物，例如存留在鋁材中的水分和油。因此，可降低發生強烈反應、例如爐內噴發的可能性，從獲得高的安全性。另外的好處是，預熱區趨向於具有非氧化氣氛，因此可導致很小的氧化損失。
另一方面，對於隔板3設置在排放孔2內表面以遮蔽排放孔2的構造，隔板3略為離開排放孔2從而排放孔2不會由加入坩堝1內的鋁材擋柱。在熔液的表面，廢渣與尚未熔化的鋁材漂浮在一起或者與果凍狀的鋁材漂浮在一起。如果它們與熔液一起流動進入排放孔2內從而阻塞了排放孔2，熔液的彎液面升高，以使摻合有廢渣的熔液流過廢渣排出口4的大開口。防止這一情況的元件是作為阻擋件的隔板3。應當注意到，阻擋件的實施例不局限於隔板3。例如，如圖5(a)所示，從排放孔2向下延伸的開口管51(這為阻擋件)可設置在坩堝上。或者例如，如圖5(b)所示，也可安裝一邊槽52作為阻擋件，其向上地設置在排放孔2外側位置。
當大量的廢渣聚積在坩堝內熔液的表面時，通過打開爐體5側部的門11來打開作業開口10，以執行將熔液表面的廢渣經廢渣排出口4的排出操作。由於作業開口10位於爐體的側表面，因此即使人工進行廢渣排出操作，工人也不會遭受極端的熱。
廢渣排出操作以下述方式執行。熔液的彎液面處於略低於坩堝1的廢渣排出口4下邊緣的位置。廢渣16聚積於彎液面上面。因此，如圖3所示，通過經作業開口10插入一簸箕狀廢渣貯槽14，並將帶有一長杆的廢渣清掃器15插入坩堝內，就可將熔液彎液面上的廢渣清掃和收集到廢渣貯槽14內。通過重複這一過程，可清理熔液的彎液面。
圖6為表示廢渣清掃器15為機械往復式情況的簡圖。在該示例中，通過由一馬達19前後方向驅動的皮帶機構來驅動廢渣清掃器15。
按照本發明的坩堝1與採用該坩堝的坩堝熔爐的另一實施例示於圖7中。在圖7的坩堝1內，一邊槽18一體地連接於廢渣排出口4部位的外側。邊槽18設置成從廢渣排出口4的下邊緣向上傾斜。在本實施例中，即使當加入坩堝1內的入料量猛然增大到超過經排放孔2的排放量，或者即使當由熔煉過程等而沸騰的熔液瞬時使熔液彎液面處於比排放孔2高的位置時，也可由於具有上傾的邊槽18而防止廢渣隨熔液流入燃燒腔6內。有利地，由於邊槽18如圖7所示從爐內伸過爐體5的作業開口10，因此可方便地進行將廢渣排出爐外的操作第二種類型的一系列實施例。
本發明的另一種類型的實施例示於圖8與9。所示的連續熔化裝置的實施例的構造是帶有一用作裝置主體的單個熔爐A和用作位於前述燃燒腔外的貯槽的一單個貯存爐B。該熔爐A包括一熔爐主體305，它形成有由耐火襯裡392環繞的一燃燒腔306；一設置在燃燒腔306中央的坩堝基座307；一熔化坩堝301，在堝體部位一中間高度位置形成有一排放孔302；以及設置在熔爐主體305的側壁部位以從周圍加熱坩堝301的一熔化燃燒器308。坩堝基座307與坩堝301是由石墨、石墨/碳化矽或石墨/粘土形成。在熔爐主體305的側壁部位形成有一清掃開口367。在熔爐主體305上設置有一環形爐門309。
該貯存爐B包括一貯存爐主體395，其形成有由一耐火襯裡382環繞的加熱腔396；一設置在加熱腔395中央部位的貯存坩堝391；設置在貯存爐主體395側壁部位以從周圍加熱坩堝391的一貯存燃燒器398。坩堝391由石墨、石墨/碳化矽或石墨/粘土形成。在貯存爐主體395的側壁部位形成有一清掃開口377。在貯存爐主體395上設置有一環板形爐門399。應當注意到，可由其它的加熱裝置例如電熱器等來代替貯存燃燒器398。
連接熔爐A與貯存爐B的熔液通道360為由石墨坩堝材料形成的剖面為通道狀的溝槽。該熔液通道360通過熔爐主體305的側壁。在熔液通道360的一端部，其連接到熔爐A內熔化坩堝301的排放孔302的外側。熔液通道360的另一端支承在貯存爐B的爐門399上。因此熔液通道360的頂端位於與貯存坩堝391上開口相對的位置。熔液通道360具有從熔爐A到貯存爐B略為下傾的斜度。
原料，例如鋁片連續地加入由熔化燃燒器308加熱的熔爐A的坩堝301內。通過這一加熱，坩堝301內的鋁材從下側熔化。燃燒氣體經爐門309與坩堝301之間的間隙排出。為了促進鋁材的熔化，也可由一攪拌器來攪拌鋁材與熔液312。由於排放孔302位於熔化坩堝的堝體部位的中間高度位置，當坩堝內聚積有一定量的熔液312時，該熔液312經排放孔302流出，以經熔液通道360向下流入貯存爐B的坩堝391內。
通過由貯存爐B的燃燒器398適當地加熱坩堝391，可使聚積在坩堝391內的熔液保持在適當的溫度。聚積在貯存坩堝391內的熔液可按照需要取出，取出操作與熔爐A內的連續熔化操作可以無任何障礙地並行進行。
如上所述，由於鋁熔液以對應於排放孔302位置的量聚積在坩堝內，因此隨著與聚積的熔液312的接觸，從上面加入的鋁材可有效地被熔化。根據坩堝301內連續熔化過程的熔化速度，通過連續地加入鋁材，可進行不同於傳統的坩堝熔爐內進行的間歇式過程的熔化過程。另一方面，利用以爐門309的加料開口排出的熱，可在鋁材沉入坩堝內的熔液過程有效地預熱鋁材，從而在通過預熱區的同時可去除掉積留於鋁材上的諸如水分或油之類的附加物。因此，可降低發生強烈反應、例如蒸汽噴發(Phreatic explosion)的可能性，以獲得高的安全性。另一方面，預熱區處於非氧化性氣氛中，故具有非常小的氧化損失。而且，熔液內幾乎可不摻雜有氫。
又一種類型的另一實施例示於圖10和11。所示的連續熔化裝置的實施例的構造是帶有一單個熔爐A和兩個彼此靠近布置的貯存爐B1與B2。熔爐A的構造與前述實施例中的相同，並且貯存爐B1與B2的構造與前述實施例中的貯存爐B的也大致相同。
熔液通道460與前述實施例中的不同並且其構造是將單個熔爐坩堝401與兩個貯存坩堝491相連以分配熔液。更確切地說，熔液通道460形成為T形形狀，從而熔液從熔化坩堝401流出分別流入左右貯存爐B1與B2的貯存坩堝491內。通過在熔液通道460的分支部份設置一合適的隔板，可有選擇地向貯存爐B1與B2供給熔液。在這種情況下，一旦貯存爐B1的坩堝充滿了熔液，熔液的供應通道就轉向貯存爐B2側。然後，充滿的貯存爐B1通過一運輸裝置例如一叉車等運送到需要熔液的位置。即，貯存爐可用作一盛熔液的桶(包)。因此可建立非常合適的作業過程。
改進的坩堝基座下面，描述按照本發明的連續熔化裝置中的坩堝基座的優選形式。在圖1或8所示的連續熔化裝置中，對於燃燒腔內周壁與坩堝基座外周表面之間的一環形空間，沿切線方向吹入燃燒器的火焰。火焰從燃燒器沿燃燒腔的底板傳送以加熱坩堝底表面的環繞側表面的部位。因此，坩堝的溫度從底側上升。但是，嚴格地講，在坩堝底部中央部位溫度的升高不必是最快的。由於坩堝底部的中央與坩堝基座接觸而被坩堝基座屏蔽了火焰的熱，因此同坩堝基座的坩堝外側部位的底部側壁相比，這引起底部中央溫度上升的減慢。特別是，當在坩堝基座與坩堝之間設置一耐火構造時，對坩堝底部中央的熱屏蔽將變得更明顯。
通過給坩堝底部中央提供更高的傳熱效率，坩堝內金屬的熔化速度可更高，以節約燃料。而且，由於從坩堝基座的加熱增大，故可通過熔液的自然對流來增強排氣效果。另一方面，在圓柱形的傳統坩堝基座的情況中，具有較高的熱屏蔽效果，造成坩堝底部溫度上升的減慢。
為了克服上述問題，公開了如圖12(a)～12(e)所示的改進形狀的坩堝基座。
圖12(a)所示的坩堝基座507的實施例由一上端封閉的圓柱體和兩個空氣流通孔597構成。這些空氣流通孔597到達內側的中空部位590。當該坩堝基座用於圖1所示的坩堝熔爐時，火焰或燃燒氣體經空氣流通孔597進入中空部位590，以使坩堝基座507溫度的上升速度較快。因此，大量的熱(卡路裡)從坩堝基座507傳遞到石墨坩堝底部的中央，以促進坩堝底部溫度的上升。
在圖12(b)所示的坩堝基座的實施例中，除了有圖12(a)的實施例中的橫向對齊的空氣流通孔之外，還形成有交叉形式的兩個空氣流通孔594。由於空氣流通通道的數目增大了，坩堝基座本身的熱容量減小了，並可增大燃燒氣體的傳入效果。
圖12(c)所示的實施例中在圖12(a)所示實施例構造的坩堝基座的頂部形成有一垂直延伸的空氣流通孔593。因此，通過傳入中央部位的燃燒氣體，可由燃燒氣體有效地加熱坩堝基座。
圖12(d)所示的實施例的坩堝基座形成有沿筆直的圓柱體側向地延伸的貫通空氣流通通道，通過該通道，空心部位592垂直地延伸，它對應於圖12(c)所示實施例的空氣流通孔593的直徑增大的情況。
圖12(e)所示的坩堝基座在實心的圓柱體上形成有橫向延伸延伸的一空氣流通孔589。另外，在頂端表面上，形成有中央凹口部位587與徑向凹口588。由於具有空氣流通通道589，因此可取得促進坩堝基座溫度上升的效果。此外，由於具有徑向凹口588與中央凹口部位587，因此燃燒氣體可直接地促進坩堝基座與石墨坩堝相接觸部位以及坩堝基座溫度的上升。
其它實施例本發明的其它實施例的結構示於圖13與14。一坩堝基座607設置在由一爐體605的耐火襯裡環繞的燃燒腔606的中央。在該坩堝基座607上安裝有一石墨坩堝602。通過設置在爐體605側壁部位的孔內的一燃燒器608，加熱燃燒腔606的坩堝602與坩堝基座607。在爐體605的側壁部位的兩處設置有清掃開口620。另外，設置有在爐體605上延伸的臺架621。在臺架621上安裝有加鋁裝置622和攪拌裝置623。
在坩堝601的堝體的中間高度部位形成有一排放孔602。在坩堝601內，在形成排放孔602的部位設置有一隔板603。隔板603在離排放孔602開口表面一適當距離的位置處覆蓋排放孔602。而且，隔板603的下端適當地延伸越過排放孔602下端位置。
實踐中，石墨坩堝為1100mm高的一圓柱形。在大致中間部位形成有60mm高×100mm寬的一單個排放孔602。在所示實施例中隔板603鉤掛在坩堝602的上邊緣上並且垂直地吊掛在坩堝601內。在隔板603的表面與排放孔602的開口表面之間設置有一寬度為30mm的間隙。隔板603的下端向下延伸到低於排放孔602下端約80mm。而且，如圖14所示，隔板603的兩端部向坩堝602的壁表面彎曲從而使其兩端接觸於坩堝601的內周表面上。
鋁材，例如切割成小片的鋁片經坩堝601的上開口加入，並從坩堝601的外周加熱。通過這一加熱，坩堝601內的鋁材從下部開始熔化。燃燒氣體從爐門609的開口部位626經爐門625與坩堝601之間的一間隙排出。為了促進鋁材624的熔化，使用一攪拌裝置623，通過攪拌來摻合鋁材624與熔液。
由於排放孔602設在坩堝602堝體的大致中間位置，因此熔液以一定的量聚積在坩堝601內。然後，熔液從坩堝601向外流出並且聚積在爐體605內的貯存腔613內。在爐體605內，形成有從燃燒腔606到貯存腔613且接著到一排放流槽627延伸的一熔液通道。聚積在貯存腔613內的鋁熔液612在適當的力的作用下經排放流槽627排出熔爐之外。為了防止聚積在貯存腔613內的鋁熔液612冷卻，在爐體605內設置有一輔助燃燒器628，以從上面加熱熔液612。
如上所述，對應於排放孔602位置的量的鋁熔液聚積在坩堝601內。從上面加入的鋁材624由與聚積的熔液接觸而被有效地熔化。坩堝內鋁熔液的彎液面上的上部空間變成一預熱區。加入的鋁材624聚積在該預熱區並從其下部逐漸熔化成熔液。
另一方面，圖15示出了另一實施例的構造。一坩堝基座707設置在由爐體705的耐火襯裡環繞的燃燒腔706的中央。在坩堝基座707上，安裝有一石墨坩堝701。通過設置在爐體705的側壁部位的孔內的一燃燒器708，加熱燃燒腔706內的坩堝701與坩堝基座707。燃燒腔706的最上空間經一氣道729與一通風筒730相連通。在爐體705的側壁部位的兩個位置處形成有清掃開口720。一排放孔702穿過坩堝形成在底部鄰近位置。實踐中，石墨坩堝701具有1100mm高的柱形。在圓周表面上略高於底表面的位置，形成有直徑為40mm的4個排放孔702。坩堝基座707的高度為350mm。
鋁材724從坩堝701的上開口加入，坩堝701由燃燒器708從外周加熱。通過這一加熱，鋁材724在坩堝701內從下部熔化。在坩堝701底部附近，形成有排放孔702。因此，坩堝701內的鋁熔液在重力作用下經排放孔702排出坩堝並且聚積在爐體705的燃燒腔706的底部。
爐體705的內部結構形成從燃燒腔706向排放流槽727延伸的熔液通道。聚積在燃燒腔706底部的鋁熔液712通過重力作用經排放流槽727排出熔爐。為了防止鋁熔液712在從燃燒腔706到排放流槽727的熔液通道中冷卻，通過設置一輔助燃燒器728來加熱爐體705。
根據坩堝701內的熔化速度，鋁材724逐漸加入坩堝701內以進行不同於傳統坩堝熔滬的間歇式過程的連續熔化過程。加入坩堝701內的鋁材724不直接與熔液接觸，但通過在坩堝701的上部空間內被加熱而逐漸下落以被熔化。即，坩堝的上部空間用作一預熱區而下部空間用作進行熔化的熔化區。即使當鋁材724上積留有諸如水分或油之類的附著物時，也可在通過預熱區的同時除去這些附著物。由於熔化區內不存在有大量的熔液，因此可降低發生強烈反應、例如蒸汽噴發(Phreatic explosion)的可能性，以取得高的安全性。另外，預熱區位於非氧化性氣氛中，故具有非常低的氧化損失。
下面描述這種類型的另一實施例。當傳到上部空間(預熱區)的熱不足時，可通過如圖16所示實施例的攪拌器723來有效地攪拌鋁材724。另外，在圖17所示實施例中，直徑小於坩堝701的一小坩堝732由一基座733朝上地設在坩堝701的中央。在小坩堝732內，設置有鋁熔液和一浸入的加熱器735，從而鋁材724設在坩堝與小坩堝之間的空間內。
在圖16的實施例中，穿過坩堝701的上周壁形成有一排氣孔731。該排氣孔731相對地設置在連向通煙氣筒730的氣道729鄰近。採取上述結構，坩堝701內產生的黑煙進入燃燒腔706與燃燒氣體混合，經氣道729排向通煙氣筒730。因此坩堝701內可維持一非氧化性的氣氛。
另外，在圖18的實施例中，設置有一1200mm高的圓柱形鐵管737與坩堝701的上開口連續。採用這一結構，坩堝內的預熱區向上延伸以加強除去鋁材724上積留附著物的效果。而且，可更可靠地建立預熱區中的非氧化性氣氛。
圖19示出了一實施例，其具有的一流出通道與前述實施例中的那些不同。在該實施例中，一排放孔802(未示出)設置在一坩堝801底部的中央。在坩堝基座807內，設置有一直接與坩堝的排放孔802相連的排放開口842。另外，空心的坩堝基座807本身伸過爐體805的底部而與設置在爐體805下的一流槽860相對。此外，直徑小於坩堝801的一小坩堝840以其上側朝下的方式布置，以封閉位於坩堝801中央的排放孔802。一組形成在小坩堝840下開口邊緣鄰近的通孔841用作連接坩堝801與小坩堝840間確定的空間與排放孔802的熔液通道。即，在坩堝801內熔化的鋁熔液流過小坩堝840的通孔841到位於坩堝801底部中央的排放孔802到空心管狀的坩堝基座807並流到流槽860。熔液從流槽860供給到貯存爐895以聚積在其內。在貯存爐895內，設置有一隔壁843和一浸入式加熱器844。在流槽860上，設置有與燃燒腔806相連的一氣道845，以通過從氣道845傳來的熱來防止流過溝槽860的熔液冷卻。應當注意到，可通過一作業輸送裝置將待熔化的鋁材824連續地加入到坩堝801內，該作業輸送裝置包括一輸送機846、一螺旋進料裝置847、一傳動鏈848、一馬達849和一漏鬥850。
熔化與分離鋁的方法採用上面詳述的連續熔化裝置，包含有較高熔點金屬和鋁的材料的熔化與分離操作可以非常有效與合理地進行。
被處理的金屬產品，例如機動車、摩託車、電冰箱等通過壓碎和其它方法進行分解，並且能使用的部分回收為金屬錠。在這些金屬產品中，有許多部件是由鋁、鐵、銅等件結合成。這些部件包含有許多難以用機械方法分離成相應的各元素材料的成分。因此，已採用一種方法來分離各元素材料，其原理是利用鋁、銅等熔點的不同。然而，在該傳統的方法中，不能有效地進行熔化與分離操作，並且難以進行熔爐內的溫度控制。這也正是在傳統的熔爐或方法中經常產生鋁銅合金、導致分離過程頻繁失敗的原因。
因此，按照本發明的一種方法以下述方式進行熔化與分離操作。例如，採用圖8與9所示的連續熔化裝置。原料假設為電冰箱中的散熱器。這是一種合成原料，其中鋁質散熱片部分與銅管部分結合在一起。這種原料由金屬絲吊掛放入一熔化坩堝301內並且然後由燃燒器308來加熱坩堝301。
鋁的熔點(660.4℃)低於銅的熔點(1084.5℃)。因此，原料中的鋁質散熱片部分首先開始熔化。這時，為了不至於完全地熔化鋁質散熱片部分，適當地加入附加材料到坩堝301內，以進行在坩堝301內存留一定量的固體鋁材的過程。因此，燃燒器308產生的熱的一部分用作鋁材的熔化熱(94.8千卡/千克)，坩堝301內的鋁熔液的溫度保持接近於鋁的熔點的大致恆定溫度。因此，鋁金屬的溫度從不會過高。這樣，可成功地避免由於熔化原料中的銅管部分而造成鋁與銅發生熔合反應的分離失敗。
前述實施例的坩堝中溫度與時間間的關係示於圖20的曲線中。對於加熱初始階段的某一時期，坩堝內的溫度急劇上升。在12.3秒之後，上升速度減緩，一直到60.6秒時，熔液的溫度大致保持在熔點。為了保持這一狀況適當地加入附加材料。當坩堝301內的鋁熔液到達排放孔302時，則熔液流向貯存爐B。
由上述描述可以理解，本發明可取得下述效果(1)可有效地和連續地進行熔化過程；(2)由於裝置是基於坩堝熔爐，因此安裝空間可以小，設備與維護投入低，並且運行成本也可低；(3)可便於除去聚積在坩堝內熔液表面上廢渣的操作，並且無需中斷連續熔化過程就可執行廢渣除去操作，而且工人不會遭受過高的溫度；(4)由於坩堝內熔液的高度可保持恆定，因此在熔液彎液面上可確定一合適的預熱區。當原料通過預熱區時，可有效地除去積留於原料上的附著物。因此，難以引發強烈的反應，例如蒸汽噴發，以允許安全地進行熔化操作；(5)由於坩堝內可保持在非氧化性氣氛中，因此氧化損失可以非常小；(6)由於裝置是採用坩堝熔爐技術，其可結構緊湊和成本低廉地製造。由於熔液可容納在各相應坩堝中、例如熔爐與貯存爐中，因此處理變得更容易。而且，通過更換報廢的坩堝，該裝置可更新為象一種新裝置。因此，維護變得相當容易；(7)通過將熔液保持在一合適的溫度，可以連續地熔化鋁片或鋁錠，其在功能上與實際上都允許在需要時取出熔液；(8)由於鋁片或鋁錠不直接承受到熔爐的火焰，因此氧化損失可以非常小，並且摻合在熔液內的氫量變得非常少；(9)可防止由於鋁熔液與爐壁材料反應產生的氧化鋁結塊。
雖然本發明結合典型實施例進行了說明與描述，但本領域內的技術人員應當明白，只要不脫離本發明的實質與保護範圍，可作前述和各種其它改變、省略和添加。因此，本發明不應當理解成局限於上述具體的實施例，而應包括所附權利要求書的特徵所確定的範圍內所有可能的實施例及其等同物。
權利要求
1.一種用於低熔點金屬的連續熔化裝置，包括形成由一耐火襯裡環繞的燃燒腔的一熔爐主體；在堝體的一適當位置形成有一排放孔且包封在所述燃燒腔中央部位的一坩堝；設置在所述熔爐主體的一側壁部位用於加熱所述燃燒腔內的所述坩堝的一燃燒器；和用於接收經所述坩堝的所述排放孔流出的熔液的一貯槽。
2.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是一坩堝基座設置在所述燃燒腔的一底板上，並且所述坩堝安裝在所述坩堝基座上。
3.如權利要求2的一種連續熔化裝置，其特徵是燃燒腔的底板部位用作用於聚積經所述排放孔流出的熔液的第一貯槽，並且所述第一貯槽與設置在所述燃燒腔外側的一第二貯槽相連。
4.如權利要求3的一種連續熔化裝置，其特徵是所述第二貯槽設置有用於加熱其內所收集的熔液的一貯存加熱器。
5.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是一流槽連接在所述坩堝的排放孔的外側並且經所述排放孔流出的熔液通過所述流槽引入位於所述燃燒腔外的所述貯槽中。
6.如權利要求5的一種連續熔化裝置，其特徵是所述貯槽包括一貯存爐體，它構成由一耐火襯裡環繞的一加熱腔；一設置在所述加熱腔中央部位的貯存坩堝；和一設置在所述貯存爐主體側壁部分上的貯存加熱器，以加熱所述貯存坩堝。
7.如權利要求5的一種連續熔化裝置，其特徵是設置有多個所述的貯槽，並且這樣構造所述的流槽，以將經所述排放孔流出的熔液分配到該若干貯槽中的相應貯槽內。
8.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是以離所述排放孔適當距離的方式設置有一隔板，從而防止廢渣經所述坩堝的排放孔流出。
9.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是一從所述排放孔向下延伸的一開口管位於坩堝內從而防止廢渣經所述坩堝的排放孔流出。
10.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是一向上方向的邊槽連接在所述排放孔外側從而防止廢渣經所述坩堝的排放孔流出。
11.如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是在所述坩堝的堝體部位不同於所述排放孔方位的位置形成有一廢渣排出口，其下邊緣位於所述排放孔相鄰的高度位置並且沿寬度方向擴大；而且在所述熔爐主體的側壁部位上與所述廢渣排出口空間連續的位置形成有一用於排出廢渣的作業開口。
12.如權利要求2的一種連續熔化裝置，其特徵是，在所述坩堝基座上形成有側向延伸的一空氣流通孔。
13.一種作為向上開口的耐熱容器的坩堝，包括穿過容器體部位在該容器上邊緣的一適當下部位置形成的一排放孔；設置在所述排放孔部位並用於防止廢渣經所述排放孔流出的一阻擋件；以及穿過所述容器體部位在不同於所述排放孔方位的位置形成的一廢渣排出口，其下邊緣鄰近於所述排放孔的位置並且沿寬度方向擴大。
14.如權利要求13的一種坩堝，其特徵是一所述廢渣排出口由一到達所述容器上邊緣的上端的凹切口形成。
15.如權利要求13的一種坩堝，其特徵是一邊槽一體地連接於所述廢渣排出口外側，該邊槽設置有從所述廢渣排出口下邊緣向上升的斜度。
16.一種從包含有鋁和其它高熔點金屬的原料中熔化與分離鋁的方法，它採用如權利要求1的一種連續熔化裝置，其特徵是在適當的時刻向所述坩堝內另外加入適當量的原料以在所述坩堝的鋁熔液內保持有未熔化的鋁。
全文摘要
一種低熔點金屬的連續熔化裝置,包括一熔爐主體(5),它構成由一耐火襯裡環繞的一燃燒腔(6);一帶一排放孔(2)的坩堝(1)並且該坩堝包封在所述燃燒腔的中央部位;一燃燒器(8),用於加熱坩堝(1);以及用於接收從所述坩堝(1)流出的熔液的貯槽(6,13)。該連續熔化裝置易於操作和維護,並可使氧化損失最小,而且,可避免在爐壁表面上產生氧化鋁。
文檔編號C22B21/00GK1175681SQ97114608
公開日1998年3月11日 申請日期1997年7月14日 優先權日1996年7月15日
發明者岡田民雄, 吉川英雄, 佃中智弘, 松浦道夫, 佐野俊昭, 吉田誠人, 鄉田寬 申請人:日本坩堝株式會社