專(zhuān)利名稱(chēng)：鋁塊的熔解和保持爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)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(gòu)件，用于預(yù)熱鋁塊的預(yù)熱塔和兩個(gè)分別用于熔融和保持鋁原料的坩堝爐。在說(shuō)明書(shū)中所用的術(shù)語(yǔ)“鋁塊”是指鋁錠或類(lèi)似的鋁物質(zhì)、含鋁回收原料(空鋁罐和其它鋁廢料)經(jīng)擠壓成形狀同于鋁錠的塊料等。
石墨坩堝爐的結(jié)構(gòu)為在圓筒形結(jié)構(gòu)的爐子中設(shè)有石墨坩堝，以及所述坩堝采用燃燒器加熱。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并且傾斜放置與坩堝側(cè)壁相接觸，則可能會(huì)由于熱膨脹而將所述側(cè)壁頂裂。鑒于此種可能性，金屬錠都垂直放置于所述坩堝中。
向常規(guī)坩堝爐中熔融鋁原料時(shí)，鋁錠將從坩堝的開(kāi)孔中直接裝入。熔融鋁因此隨后冷卻，并且在所有的鋁錠熔化后鋁熔液的溫度開(kāi)始上升。在這種情況下，當(dāng)達(dá)到特定溫度時(shí)，取出鋁熔液進(jìn)行澆鑄。由于鋁熔液舀出后，鋁熔液的量開(kāi)始減少，于是再次補(bǔ)入鋁錠。這樣，在坩堝爐中交替重復(fù)進(jìn)行熔融和舀出操作。因而，問(wèn)題在于不能保證鋁熔液的恒定量供給，而且需要加入少量的鋁錠以調(diào)整熔液的溫度。進(jìn)一步地，鋁原料諸如鋁錠在給入熔液之前未經(jīng)預(yù)加熱，故所述熔液的溫度產(chǎn)生較大的波動(dòng)。
在使用中心熔融爐時(shí)，于全部的時(shí)間內(nèi)須保持大量的熔融鋁。而且，所述中心熔融爐不能用于目前制備的含有多種原料的熔融鋁塊。此外，由于熔液經(jīng)分配后溫度不可避免地下降，需要升高經(jīng)分配的溶液的溫度。換言之，此類(lèi)爐子不適于少量生產(chǎn)。另一個(gè)問(wèn)題是，由于在中心熔融爐的維持過(guò)程中無(wú)法保有定量熔液，產(chǎn)量難以控制。
而且，在采用具有內(nèi)襯耐火磚或其類(lèi)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于熔液。所述爐子將帶來(lái)一些問(wèn)題，諸如氧化物或吸收氫氣污染了金屬液，從而影響鑄件質(zhì)量。所述爐子的缺點(diǎn)還在于，在爐壁上蓄積了大量的熱量，不節(jié)能并且維護(hù)成本高，而且須花費(fèi)時(shí)間定期更換爐壁耐火磚。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種鋁塊的熔解和保持爐，其特征在于包括用于鋁塊預(yù)加熱的預(yù)熱塔，接受來(lái)自預(yù)熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐，其緊鄰接于預(yù)熱塔的正下方，以及接受來(lái)自熔解坩堝爐連續(xù)熔融鋁給料的保持坩堝爐，其與熔解坩堝并排設(shè)置，以及在熔解坩堝爐中燃燒得到的廢氣可作為上升流進(jìn)入預(yù)熱塔內(nèi)部，與鋁塊進(jìn)行熱交換。
本發(fā)明的熔解和保持爐可達(dá)到以下效果。
(1)本發(fā)明的爐子不僅可用于熔融鋁塊，而且可用于熔融含鋁以及其它金屬如鐵復(fù)合原料(或鋁合金)。
(2)本發(fā)明的爐子為可連續(xù)熔融金屬的坩堝型熔解和保持爐。
(3)本發(fā)明的爐子可于接近鋁熔點(diǎn)的一定低溫下熔融金屬，因而具有多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)產(chǎn)生的氧化物諸如氧化鋁少，而且吸收的氫氣少，金屬液質(zhì)量高；保持坩堝爐中的溫度易于控制；并且由于坩堝的工作條件對(duì)其耐久性有利，使用壽命延長(zhǎng)。
(4)預(yù)熱塔可節(jié)省大量的能量，相對(duì)于其爐容積，本發(fā)明的爐子具有較高的熔化能力，且重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。
(5)由于坩堝更換容易，所述爐子適于熔融多種金屬。
(6)熔融的中斷以及熔融速率的控制可僅由燃?xì)鈦?lái)調(diào)整，因此有利于生產(chǎn)調(diào)節(jié)控制。
(7)所述爐子無(wú)須大規(guī)模定期維修，并且僅須更換坩堝，保養(yǎng)成本低。
(8)廢氣溫度低，改善了工作條件。
通過(guò)以下結(jié)合附圖詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他特征將更為顯見(jiàn)。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳實(shí)施例結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例予以詳述。

圖1為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)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，用于鋁塊a的預(yù)熱塔1，鄰接于預(yù)熱塔1下部的熔解坩堝爐2，以及置于熔解坩堝爐2一側(cè)的保持坩堝爐3。
所述熔解坩堝爐2具有第一爐體4和設(shè)置于第一爐體4中第一坩堝臺(tái)5上的熔解坩堝6。環(huán)繞坩堝6以及在坩堝6和第一爐體4之間形成有環(huán)繞空腔7。由所述第一爐體4側(cè)壁低端上的燃?xì)膺M(jìn)口(未示)進(jìn)入的燃?xì)馔ㄟ^(guò)將第一環(huán)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(shè)置于第二爐體8中第二坩堝臺(tái)9上的保持坩堝10。環(huán)繞保持坩堝10形成第二環(huán)繞空腔11。第二環(huán)繞空腔11可作為通道，由所述第二爐體8側(cè)壁低端上的燃?xì)膺M(jìn)口(未示)進(jìn)入的燃?xì)馔ㄟ^(guò)其而上升?？涨?1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由石墨制成。
優(yōu)選地，所述坩堝臺(tái)5、9為圓筒形，并且其一側(cè)具有空氣流通孔5a、9a，由此通入燃?xì)鈦?lái)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(shè)有公共側(cè)壁13。所述公共側(cè)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，其位于重壓蓋12上的公共側(cè)壁13一側(cè)，以連通所述第二環(huán)繞空腔11的上端部；廢氣罩14b，其設(shè)于公共側(cè)壁13上，罩蓋排出孔14a之上的空腔；以及進(jìn)入孔14c，其設(shè)于公共側(cè)壁13上，在廢氣罩14c中開(kāi)口。廢氣向上流過(guò)排出孔14a。在第二環(huán)繞空腔11中的廢氣經(jīng)廢氣罩14b收集，流過(guò)進(jìn)入孔14c進(jìn)入第一環(huán)繞空腔7。
熔解坩堝6與保持坩堝10通過(guò)從溢流型排出部15延伸出來(lái)的溝槽狀管道16相連通，該排出部15設(shè)于坩堝6主體部分并朝向所述保持坩堝爐3。熔液17連續(xù)地從坩堝6中由排出部15通過(guò)管道16溢流進(jìn)入坩堝10。所述熔液17的連續(xù)流動(dòng)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(guò)參考保有在坩堝6中的熔液17的量或熔液液面水平來(lái)選擇并予以確定。
所述管道16延伸通過(guò)連通通道14的進(jìn)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暴露于連通通道14中流動(dòng)的廢氣之中，從而被加熱，以防止在熔液輸送過(guò)程中的熔液溫度降低。
所述保持坩堝10內(nèi)部由隔離件18分隔成溫度控制室19和舀取室20。所述兩個(gè)室19、20通過(guò)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(guò)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(jīng)過(guò)各種處理并且沉淀的雜質(zhì)諸如氧化物沉積在底部。
所述熔液可通過(guò)在坩堝6、10上的裂縫或其類(lèi)似物泄露出來(lái)。為了將泄露的熔液排出爐體，例如，分別在公共側(cè)壁13的低端以及第二爐體8側(cè)壁的低端設(shè)有排出孔22、23。
所述熔解坩堝爐2的爐體4為頂端開(kāi)口底部封閉的圓筒形。所述圓筒形預(yù)熱塔1雙層重疊同心地設(shè)置于爐體4頂端。所述預(yù)熱塔1的底端朝向坩堝6頂端向下開(kāi)口，故鋁塊a可通過(guò)預(yù)熱塔1投入坩堝6。
第一爐體4中的第一環(huán)繞空腔7的頂端通過(guò)在坩堝6頂端與預(yù)熱塔1底端之間的環(huán)形空腔24與預(yù)熱塔1內(nèi)部相連通，所以所述廢氣可進(jìn)入預(yù)熱塔1作為預(yù)熱源。
所述預(yù)熱塔1具有開(kāi)孔25、27，以從預(yù)熱塔1的主體部分以及頂部裝入鋁塊a。所述開(kāi)孔25、27分別由蓋體26、28封閉。罩蓋于預(yù)熱塔1頂部的蓋體28具有一排氣孔29，以排出廢氣。由于抽吸作用，所述排氣孔29將導(dǎo)引廢氣作為上升流從環(huán)繞空腔7中通過(guò)環(huán)形空腔24進(jìn)入預(yù)熱塔1。蓋體26、28可以裝設(shè)有驅(qū)動(dòng)裝置的自動(dòng)啟閉機(jī)構(gòu)(未示)開(kāi)啟或關(guān)閉。
所述預(yù)熱塔1可從如圖1中所示的雙層重疊位置移動(dòng)以更換熔解坩堝6，并且從坩堝6中舀出殘存的熔液。預(yù)熱塔1的全部重量通過(guò)臺(tái)車(chē)30支承，該托架可在固定設(shè)于第一爐體4上的導(dǎo)軌31上移動(dòng)。當(dāng)所述臺(tái)車(chē)30在導(dǎo)軌31上移動(dòng)時(shí)，預(yù)熱塔1可自第一爐體4雙層重疊的第一位置滑動(dòng)移位到第二位置(未示)，其中，所述預(yù)熱塔1從雙層結(jié)構(gòu)中脫離，并且爐體4的頂端完全開(kāi)放。所述臺(tái)車(chē)30可通過(guò)采用各種位置控制裝置?？吭诘谝换虻诙恢?。
圖1所示為正常運(yùn)行的本發(fā)明的熔解和保持爐。所述燃?xì)鈴牡谝粻t體4的底部進(jìn)入爐體4以加熱熔解坩堝6，并在第一環(huán)繞空腔7中上升成為廢氣。所得的廢氣通過(guò)與空腔7連通的環(huán)形空腔24從第一環(huán)繞空腔7向上流入預(yù)熱塔1，其中，所述的廢氣作為有效的預(yù)熱源與鋁塊a進(jìn)行熱交換。然后，所述廢氣通過(guò)蓋體28上的排氣孔29排出爐體。由于與鋁塊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于改善工作環(huán)境。
所述燃?xì)鈴牡诙t體8的底部進(jìn)入爐體8以加熱保持坩堝10，并在第二環(huán)繞空腔11中上升成為廢氣。所得的廢氣通過(guò)與之連通的通道14從第二環(huán)繞空腔11的頂端向上流入第一環(huán)繞空腔7，與空腔7中的廢氣結(jié)合作為有效的預(yù)熱源預(yù)加熱預(yù)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(lái)防止熔液溫度降低。
所述鋁塊a可從浸沒(méi)在熔解坩堝6中的熔液17中底部的鋁塊開(kāi)始順序地熔融。所述鋁塊a通過(guò)廢氣熱交換來(lái)預(yù)加熱，因此，所述熔液溫度波動(dòng)小于冷鋁錠直接浸沒(méi)于熔液17的情形。鋁塊a由于重力作用沉入熔液17中開(kāi)始熔融，在所有的時(shí)間內(nèi)部分地以固體存在。燃?xì)獾臒崃坎糠值刈鳛楣腆w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(diǎn)的恒定溫度(例如，約650℃)。
在熔解坩堝6中的熔液17，其量相應(yīng)于鋁塊a的熔融量，由于液體表面水平的差異而通過(guò)排出部15連續(xù)地溢流輸送，通過(guò)管道16進(jìn)入保持坩堝10的溫度控制室19以實(shí)現(xiàn)熔液17的連續(xù)分配。由于連續(xù)溢流分配，所述熔解坩堝6在全部時(shí)間內(nèi)充滿(mǎn)了恒定量的熔液17。
流入所述保持坩堝10溫度控制室19的熔液17通過(guò)燃?xì)饧訜?，從接近鋁熔點(diǎn)的溫度上升至使用溫度。所述熔液17經(jīng)各種處理，并且雜質(zhì)的氧化物沉淀沉積在溫度控制室19的底部。在溫度控制室19中的熔液17通過(guò)在隔離件18下側(cè)的連通空腔21進(jìn)入舀取室20以備舀取。
本發(fā)明中，最重要的是所述預(yù)熱塔1連接于常規(guī)坩堝爐，因?yàn)閬?lái)自坩堝爐的高溫廢氣與之熱交換，從而鋁塊a在預(yù)熱塔1中被加熱至較高溫度，大大節(jié)省能源。所述廢氣的余熱此前已用于各種熔融爐，但未用于坩堝爐，存在幾個(gè)原因。熱交換器不能用于坩堝爐的一個(gè)可能原因是出于坩堝爐的結(jié)構(gòu)及操作因素，即熔液是通過(guò)坩堝的放液孔批量舀出。在常規(guī)坩堝爐中，用于加熱坩堝的高溫廢氣是從在爐壁與坩堝開(kāi)口端之間的空腔排至空氣中。當(dāng)鋁在頂部開(kāi)孔用蓋體封閉后熔融時(shí)，所述高溫廢氣從設(shè)于爐壁的排氣通道排出，并且然后高溫廢氣未經(jīng)有效利用就從煙囪排出。
本發(fā)明的用于鋁塊的熔解和保持爐包括預(yù)熱塔1和兩個(gè)獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)熔解和保持操作的坩堝爐2、3，并且適宜于從所述熔解坩堝爐2到保持坩堝爐3連續(xù)地分配熔液，能從保持坩堝爐的一側(cè)舀出熔液。在具有前述結(jié)構(gòu)的爐子中，預(yù)熱塔1可設(shè)置于熔解坩堝爐2的頂部開(kāi)口處，從而使熔解坩堝爐2中的廢氣可預(yù)加熱預(yù)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(jié)構(gòu)的爐子中，基本上所有在坩堝爐2、3中產(chǎn)生的廢氣均可被有效用于預(yù)熱塔1中預(yù)加熱。
根據(jù)本發(fā)明，在所有的時(shí)間內(nèi)鋁塊a浸沒(méi)于熔解坩堝6的熔液17中，并且一部分燃?xì)獾臒崃坑糜谌廴诮](méi)的固體鋁，故即使被燃?xì)饧訜?，熔?7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(dòng)立即停止。因此，產(chǎn)量極易控制。
含鋁回收原料包括那些由于在富集原料中含有鐵組分而未經(jīng)循環(huán)處理的原料。此類(lèi)鋁/鐵復(fù)合回收原料，當(dāng)在本發(fā)明的爐子中熔融時(shí)，因?yàn)樗鲨F組分在上述的低溫熔融中難以在熔融鋁中熔融，從而促進(jìn)了鐵組分的分離，例如，所述鐵組分將分離出來(lái)沉入熔解坩堝6的底部，而不是被熔融。
在所有的時(shí)間內(nèi)熔解坩堝6充滿(mǎn)了恒定量的熔液17，并且熔液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(zhǎng)了熔解坩堝6的使用壽命。當(dāng)具有高導(dǎo)熱性的石墨用于坩堝6時(shí)，所述條件更為適宜。
進(jìn)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。由于陶瓷纖維型熱絕緣材料為輕質(zhì)，而且極少積聚熱量，所述爐壁散熱量小，節(jié)約了能源。
權(quán)利要求
1．一種用于鋁塊的熔解和保持爐，其特征在于包括鋁塊的預(yù)熱塔，接受來(lái)自預(yù)熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐，其緊鄰接于預(yù)熱塔的正下方，以及接受來(lái)自熔解坩堝爐連續(xù)熔融鋁給料的保持坩堝爐，其與熔解坩堝爐并排設(shè)置，以及在熔解坩堝爐中的廢氣可作為上升流進(jìn)入預(yù)熱塔內(nèi)部，與鋁塊進(jìn)行熱交換。
2．如權(quán)利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述預(yù)熱塔的主體部分及其上端部中至少一個(gè)具有鋁塊投入口，其中所述投入口由蓋體封閉，至少一個(gè)蓋體上具有排氣孔以排出廢氣。
3．如權(quán)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(quán)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(yù)熱塔作為預(yù)熱源。
5．如權(quán)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(tái)支承的熔解石墨坩堝，以及所述保持坩堝爐為由坩堝臺(tái)支承的保持石墨坩堝。
6．如權(quán)利要求5所述的熔解和保持爐，其中，所述坩堝臺(tái)為圓筒形，并且燃?xì)鈴乃鲔釄迮_(tái)中流通。
7．如權(quán)利要求1所述的熔解和保持爐，其中，所述預(yù)熱塔可選擇性地采用雙層重疊設(shè)置的第一位置，或采用通過(guò)移動(dòng)所述塔體與第一位置橫向相分離的第二位置，其中，于第二位置，所述熔解坩堝爐頂端部的開(kāi)孔可作為操作口，以舀出剩余的金屬液以及更換坩堝。
8．如權(quán)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,其特征在于包括:用于鋁塊預(yù)加的預(yù)熱塔,接受來(lái)自預(yù)熱塔鋁塊給料的熔解坩堝爐,其緊鄰接于預(yù)熱塔的正下方,以及接受來(lái)自熔解坩堝爐連續(xù)熔融鋁給料的保持坩堝爐,其與熔解坩堝爐并排設(shè)置,以及在熔解坩堝爐中燃燒得到的廢氣可作為上升流進(jìn)入預(yù)熱塔內(nèi)部,與鋁塊進(jìn)行熱交換,所述爐子可連續(xù)熔融鋁塊并節(jié)約能源。
文檔編號(hào)F27D13/00GK1324444SQ99812486
公開(kāi)日2001年11月28日 申請(qǐng)日期1999年10月21日 優(yōu)先權(quán)日1998年10月23日
發(fā)明者岡田民雄, 吉川英雄, 松浦道夫, 佐野俊昭, 畑中智弘 申請(qǐng)人:日本坩堝株式會(huì)社