CN101076610B - 有色金属及其合金的废料或残渣的处理设备和方法 - Google Patents

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Abstract

有色金属及其合金的废料或残渣的处理设备和方法，包括步骤：装载待处理废料或残渣；加热物料(29)和熔融金属；旋转被加热的物料(29)；去除熔融金属并清空熔炉腔(28)，其中利用自由燃烧对流电弧加热废料(29)或残渣(23)至高于待回收金属或者有色合金的熔点，该自由燃烧对流电弧独立于外部气体的供给，并且不需要使用盐。用于该处理方法的设备，其特征在于：它包括带有封闭门的容器(1)，该容器具有旋转轴，并绕该旋转轴旋转或者振动；容器(1)可以在水平位置或者倾斜向上或者向下；通过自由燃烧对流电弧加热，该电弧自稳定，并由直流放电产生，作为调整容器(1)的旋转轴的倾斜角度和物料的量，可在单个电极(3)和物料(29)或者由导电材料(15)制成的容器(1)底壁之间建立电弧；所述电极(3)作为阴极，并通过容器门(2)引入，优选根据位于转炉(1)的旋转轴上面偏心或倾斜的轴，并且可沿其轴调整电弧的长度。

Description

有色金属及其合金的废料或残渣的处理设备和方法
技术领域
本发明为冶金领域，涉及有色金属及其合金的废料和熔融工艺中产生的渣滓的回收。
技术背景
转炉广泛用于有色金属的回收行业，用于熔融和回收含于废料中的纯金属或合金，这些废料包括空饮料罐、废弃器具、薄板、铸件、工业碎片、生产垃圾比如切屑，同时转炉也用于回收熔融工艺中产生的渣滓中的金属。
通常，回收有色金属的转炉具有腔状金属外壳，该外壳相对纵轴旋转对称，其内部设置有一层或多层可工作于所述金属的熔点之上的耐火材料。所述腔可绕其纵轴(旋转轴)旋转运动以在腔内翻转和旋转待处理材料。转炉的旋转轴可以相对水平面倾斜。无论如何供给加热熔融物料所需的能量，该工艺基本上由以下处理循环执行，包括以下步骤：
1.将废料或者渣滓装进转炉。在转炉由油或者燃气炉加热的情况下，该步骤之前先装载和熔融保护的盐，以形成盐池，废料浸入在盐池中处理，或者在处理渣滓时，盐与渣滓一起同时混合和加热。
2.加热物料并熔融待回收金属。在该操作步骤中，转炉旋转地移动、完全旋转或者只是振动以旋转其内的物料，从而促进能源、转炉壁和物料之间的热传递。
3.通过旋转移动、完全旋转或者只是振动转炉，以旋转物料，这可将外部能量增加进物料，促进非金属固体残渣层下的液态金属驱散的熔融金属碎料结合。
4.当金属和非金属固体碎料分离步骤完成时，熔融金属被取出转炉，通常置于锭模。
5.通过去除非金属固体残渣清空转炉腔。
使用由油或者燃气炉加热的转炉回收有色金属，主要是铝，具有需要往物料中加入熔融盐的缺点，以防止游离金属氧化，从而提高工艺的金属成品率。在实践中，盐的使用量与物料中所含的氧化物的质量相同数量级。一般采用NaCl和KCl的等克分子混合物(共晶成分)。该成分的熔点为667℃，这适合铝的处理温度，并且加入氟化物盐以提高盐的可湿性。一旦熔融，这些盐形成金属覆盖层，减少金属的氧化。
对于需要加入盐以提高金属回收率用油或燃气炉处理来说是个缺点。盐的加热和熔融产生浓烟，这些浓烟不仅是影响人体健康的污染物质和有害物质，而且腐蚀性高，导致了炉子和其他工业设备退化。另外一个缺点是，这些盐的存在于金属回收后的非金属渣滓中，又称盐饼。由于没有工业应用，这些渣滓成为工业垃圾。除了费用高外，这还危害自然环境，因为渣滓中含有的盐可以很容易过滤掉，而污染土壤、地下水、河流和湖泊。
加拿大Alcan国际有限公司的加拿大专利CA1255914和美国专利US4959100提出了一种用于处理有色金属废料特别是铝的方法和设备，这些专利采用由高温气体火焰加热的转炉。这些专利提出了没有采用熔融盐的方法，而是采用了电弧型的带有两电极的等离子体焰矩(等离子气体加热器)。该等离子气体焰炬由燃气流供给，加热时，燃气被引入转炉，促进物料中的金属熔融。同样，加拿大Alcan国际公司的欧洲专利EP0400925提出了本质与CA1255914和US4959100同样的设备，但适合于熔融带有有机材料的碎料。该方法的特征在于，通过在低于金属熔点的温度，预先用等离子体焰炬加热物料去除所述污染物，以在物料在加热至高温之前挥发有机物，从而促进金属的熔融。
如专利CA1255914和US4959100中所述，其可用于实现其发明的等离子体焰炬与美国等离子体能源公司(Plasma Energy Corporation)的产品类似。Alcan国际有限公司的一篇文章，作者S.Lavoie和J.Lachance，关于从初始的废料回收铝(“Five years of industrial experiencewith the plasma dross treatment process”出版于Third International Symposium of Recycling ofMetals and Engineered Materials，阿拉巴马州，美国，1995年11月12-15日)，该文提及采用美国威斯丁豪斯(Westinghouse)制造的Mark IIH型等离子体焰炬。无论是哪个生产商，所述类型的等离子体焰炬被描述成具有下列特征的装置：它用于加热大量引入其中的气体，以加热转炉壁和其内的物料；为了达到气体和物料之间的有效热传导，所述结构的等离子体焰炬依靠采用二原子气体，比如空气、纯氮；需要稳定机构以支撑其内的弧形；依靠机构以使工艺中的电极工作，这通常通过供给气体作为涡流和/或通过采用外部机构点燃其自身，例如外部磁场；需要急剧冷却电极，这除了存在水漏进转炉内有爆炸危险之外，也可导致电能转化为受热气体所含的热能的效率损失。
虽然等离子体作为热源可以采用很多气体成分，为防止通过等离子体焰炬的上述用于加热大量气体的电极产生等离子体，由于工业上应用出于经济考虑，转炉回收金属中，采用大气(压缩空气)或者纯氮气，这样的例子可参见加拿大专利CA1255914和美国专利US4959100。在此工艺中采用空气或者氮气的另一个原因是，与采用惰性气体相比，作为二原子气体，他们具有较高的热容量。这是一个重要特性，以促进通过等离子体焰炬时被加热的气体与转炉内物料之间的热传递。
采用空气作为等离子气体，以及之后作为转炉的环境气体，导致了加拿大专利CA1255914和美国专利US4959100的方法目的的主要技术局限性，特别是在回收的是铝的情况下。铝与氧气反应，以及与空气中的氮气反应，分别形成氧化铝和氮化铝。两个反应都是放出热量，两者相比之下，铝和氧的反应释放出最大量的热量。虽然铝氧化所释放的热量有助于加热物料，如Lavioe和Lachance在上述文章所验证，对于铝回收所增加的经济价值不表明能用金属燃烧或氧化的热量代替电能量。在所述文章中，Lavoie和Lachance指出，当转炉采用压缩空气运转时，每吨处理的渣滓中游离态铝氧化产生125度(千瓦/小时)。如文中所指出，所述数量的能量占处理所需的总能量的40％～50％。美国等离子体能量公司(PlasmaEnergy Corporation)的专利US4877448提出了一个类似的例子。在该例子中，装有压缩气空气的等离子体焰炬的使用导致4.6％的可回收铝氧化，产生大约为等离子体焰炬加热的空气所提供电能量的40％的附加能量。虽然上述专利所建议的加热方法避免了使用熔融盐，其中一个缺点是，由于出于经济上考虑，采用低成本高热容量的气体，但气体不可避免地与一部分游离态可回收铝反应，从而降低了金属成品率。专利CA1255914和US4959100也提出在不同阶段使用不同的气体，但这使得转炉的加热操作相当复杂。采用结合空气中氧气的氮气或者纯氮气的等离子体焰炬也可导致环境缺点，这也在专利CA1255914和US4959100承认。如上所述，氮气和液态铝反应形成氮化铝。此外，导致可回收金属的损失，氮化铝残留在固体残渣内，在处理或者丢弃所述残渣时，与水(来自空气湿气或者气候)缓慢反应产生氨水，这是环境所不需要的。
专利CA1255914和US4959100在各自的处理中也提出采用转移弧类型的等离子体焰炬。但是，他们没有解释如何在实际中实现所述的弧转移和实施方案，也没有介绍使用它们的优点。
加拿大Hydro-Quebec的专利CA2030727和US5245627提出了处理含有金属的渣滓，该方法基于在转炉内在两相对电极之间辐射的转移弧等离子体加热材料，两个电极分别处于在腔体的两端，并与转炉的水平旋转轴成一直线；还特别提及了在原铝渣滓中的金属回收。
如专利CA2030727和US5245627所解释，优选石墨制造的两个电极可以沿转炉旋转轴位移，以调整电弧长度和补偿弧工作期间电极的腐蚀。为了在腔的中心和沿着转炉的旋转轴稳定弧，建议通过至少一个所述电极以低流动速度输送气体。同样如这些专利所解释，两相对电极之间产生电弧的方式和几何形状的主要特征为它们促进转炉壁和物料通过弧的辐射加热，当炉绕弧运动且气流最低时，这样的气流全部进入铝，但引入该气流的主要目的只是在于稳定辐射的电弧。然而，如专利CA2030727和US5245627所解释，该方法的特征在于辐射弧通常具有旋转轴，两个电极与该旋转轴同一直线并当转炉工作时保持水平。
如专利CA2030727和US5245627所公开，在与转炉的旋转轴或者纵向方向同一直线的两极之间传送、并且位于所处理材料上的辐射电弧的使用解决了一些缺点，这些缺点涉及专利CA1255914和US4959100所建议的在经济情况下的由惰性气体输送的等离子体焰炬的工业应用。事实上，辐射电弧的采用允许使用较低流速的惰性气体，目的在于将转炉轴内稳定电弧。然而，这种方法有以下的缺点：当铝渣滓中常有的大块材料时，有损坏沿转炉水平旋转轴设置的电极的危险；在工作期间，不允许两个电极的采用转炉纵轴倾斜，这虽然允许增加在给定腔体体积内填装物料的量，但是增加了两个电极之一与待处理材料接触的危险，从而更容易导致电极的损坏。
该方法避免一般情况下处理的材料中出现热点的创造点为处理中采用等离子体焰炬和辐射电弧。Alcan国际有限公司的专利CA1255914和US4959100特别提到这一事实。因此，以下每个先前修改的方法的操作程序可以归结为：在采用两个电极、包含弧类型的等离子体焰炬的设备中，高温火焰必须被引致转炉的侧壁，远离物料；在采用辐射电弧的设备中，这种电弧被建立在与转炉纵向旋转轴一直线的两个电极之间，这一旦工作时水平放置，使被处理的物料避免与电极和电弧本身接触。
本发明的目的在于提供一种新方法和设备，以回收存相应废料和在熔融金属的工业处理产生的渣滓中的有色金属，特别是铝和其合金，该方法去除了上述缺点。
以下为本发明的优点：提供一种方法，该方法不采用熔融盐；比现有的方法热效率更高，关于使用一种更有效率的方法将热传递至待处理物料，以及使用接近处理所需的最低量的电能，即被限制为加热材料的能量供给至处理的温度，只加入补偿固有能量损失的额外能量，比如从转炉壁的能量损失；提供更好的利用转炉的内部体积，增加给定体积的转炉腔的装载能力。
该技术适于处理金属碎料和当工业化的各种操作中的金属或合金在液态时产生的含有待回收金属或合金的渣滓，该技术的步骤如下：
1.将由含有待回收金属或金属合金的物料装入旋转转炉；
2.加热材料至待回收金属或金属合金的熔点以上的温度；
3.在加热期间和之后，通过转炉的转动或者只是振动在转炉内移动物料，以将熔融金属和非金属固体渣滓分离；
4.移走从非金属固体渣滓分离的熔融金属；
5.去除残留的非金属固体材料。
在没有用熔融盐的情况下，本发明将物料加热至待回收金属或有色金属的熔点以上的温度(步骤2)具有新颖性。加热步骤由对流热交换完成，这独立于工艺所用外部气体的供给，除了当需要时单独控制转炉内部气氛之外。
因此，所用的转炉有以下的特征：它由一个封闭的容器组成，该容器具有旋转轴，转炉绕该旋转轴转动或者简单的振动，转炉的结构中，旋转轴可以处于水平面上或者相对该平面向上或者向下倾斜；优选通过自由燃烧对流弧加热，该自由燃烧对流弧为自稳定并由直流放电产生，且由于调整容器的转轴的倾斜角度(α)和所装入的物料量，可在引入转炉的一个电极和其内物料或者由导电材料制成的容器底壁之间建立起；
优选地，电极作为直流电路的阴极通过转炉的门引入，优选根据关于转炉旋转轴偏心或者倾斜的轴，位于旋转轴上面，并可以沿其轴位移，以调整弧的长度。
关于电极的极性和定位，也可以采用以下其他的设置：电极作为直流电路的阳极；电极工作在低压交流电，低流速引燃火焰；将电极定位在转炉纵向旋转轴上面或者下面。
只采用决定转炉内部气氛的气体，强气流被装置引入，该装置可在直流下自稳定自由燃烧电弧。根据本发明，该电弧形成于被引入转炉内的移动阴极和由导电材料制成的容器底接触的物料本身形成的阳极之间，容器底与固定的外部电极通过转炉的钢构架永久接触。
换句话说，所用的加热方法不需要进给任何外部气体，并且可工作在引入转炉腔的气体最低流速，而且引入气体的唯一目的是提供处理的环境气氛。在此情况下，根据所填装的物料量和转炉纵轴的倾斜度，导电底部内层可以相对电弧裸露而作为阳极。
由气体在电弧内循环产生的主要对流热传递的加热在电弧和电极之间的接触区域更剧烈，其中在本转炉概念中，电极优选有物料组成。这种情况导致被加热在高于物料平均体积温度的区域的形成，这被称为热点。根据本发明设备的结构和操作特征，在此区域内被加热的材料可以通过转炉的旋转运动而连续位移，其中转炉的旋转运动可以是完全旋转或者只是振动容器，从而通过物料的传导和热传递使温度均匀。
虽然其他材料也可以采用，但是本发明的电极优先采用由电极石墨制成。采用该材料的优点如下：高温下石墨的高强度；无需采用急剧冷却的方法，事实上它不能经受任何冷却；工作时间长；石墨电极结构上简单并且容易替换。
为了提高电极的电弧区聚集的能量的分散，引入转炉的电极的优选组装沿着在转炉的旋转轴上面的偏心轴。相比与电极组装与转炉旋转轴同一直线来说，该设置具有使得物料相对电弧直接到达区域运动的优点。
在容器底作为阳极的情况下，如上所述，这种情况将取决于旋转轴的倾斜角度和填装进转炉的物料的量，旋转轴上面的电极的偏心组装结合容器的旋转运动具有显著的优点，因为它迫使耐火炉炉衬的区域与电弧直接接触，以使当旋转时形成圆心在容器旋转轴上的圆形轨迹，当只是振动时形成弧状轨迹。在这种情况下，从环绕电弧的热气流对流热传递急剧加热底部区域，当该区域每个循环与物料接触时电弧可被循环冷却。在加热循环的起初，这种接触主要产生于固体材料，以及之后的加热阶段随着液态金属沉淀至容器底部。另一方面，物料连续被与之接触的较热底部区域加热，其中电弧经过该底部区域。
在任何情况下，无论阳极功能有物料或者导电底衬充当，物料的体积温度被控制不超过指定的加工温度，这根据电弧所发出的功率控制。被传送至与电弧直接接触的区域的高能量快速分散的同时，容器的旋转运动加强了物料体积内的对流热传递，以及金属高热传导特性。
自稳定自由燃烧电弧的形成的物理原理由S.E.Stenkvist和B.Bowman在“High-Power，Graphite-Cathode DC Arc Plasma-Properties and Practical Applications for Steelmaking andFerroalloys Processing in Plasma Technology in Metallurgical Processing，Iron and Steel Society，Inc.，1987，Chapter 8B，pages 103 to 109”中评述过。
特别是，本发明利用了电磁泵效应的优点，该电磁泵效应由稳定电弧和阴极材料之间的界面上产生的电弧收缩所引起的，特别是当电极末端制成锐利状，例如当它设置成圆锥形状。
关于废料的处理，优选的处理顺序包括保持熔融金属倾侧，一个部分或者更多物料被处理。因此，根据待处理材料的视密度和其他特性，步骤(1)可以在步骤(3)之后重复一次或者更多次，直到以熔融金属出渣循环中进给物料的量达到与设定值。同样，出渣循环中，从非金属固体渣滓分离的总液态金属的一部分可以保持在炉内，从而更容易促进待处理物料的新装进料内所含金属的加热和熔融。
虽然优选上述准备的废料干净，并且基本没有有机物，但是特别是当处理污染废料时，上述回收的操作步骤优选被制成过热的液态金属。通过运动容器，以转动物料，并且当最近装载入的物料被加热时不建立电弧，通过挥发有机物促进物料的清洁。一旦浓烟的不再产生，建立电弧并且随后物料温度升至特定温度，该特定温度高于待回收金属或合金的熔点。
在任何填装情况中，加热由物料进给量控制，它可以是先前装入转炉的物料的量，通过记录电压和电弧电流来监控电弧发出的功率，并且通过装在旋转腔体内的热电偶监控温度，优选采用与微型计算机结合的数据获取系统。
为了提供待回收金属的惰性处理气氛的目的，在熔融和金属从非金属固体渣滓分离的步骤期间，可以向转炉腔内，通过在所述腔的任何位置或者电极中心线的轴向孔引入不与金属反应的气体，优选氩气。同样，根据所处理的材料，处理步骤和所需的处理效果，其他气体也可以被引入转炉腔，比如氮气、氢气、甲烷、一氧化碳、二氧化碳、氧气、空气或者这些气体的混合物。
不管电弧向着物料或者向着转炉低壁加热的气体高温，处理的平均温度由缓和电弧发出的功率来控制，电弧通过调整电弧的电流和电压独立控制，处理的温度优选在转炉侧壁连续测量，在铝废料和渣滓的情况下处理的平均温度处于在700℃至1000℃之间。
一种控制处理的气氛的方法为，例如通过密封容器门约束大气进入处理室，或者通过进给惰性气体例如氩气使内部略微产生正压力，并且该气氛基本没有气体会与金属反应，例如是铝的情况下的氮气和氧气，或者在加热物料时可能挥发的物质，物料与电弧的建立不是其他方法描述示范所主要涉及的方面。相反，根据本发明，该方法形成一个有效装置，通过该装置只需简单通过电源控制加至电弧的电流强度，大量热量将很快有效地传递至物料。如前所述，在高游离金属含量的物料(比如废料)和含有相当多氧化物的物料(比如渣滓)，临时放置在电弧区域的物料所接收的能量的分散通过连续转动或者振动容器来进行。
该发明解决了为了回收金属中，采用燃烧矿物燃料释放能量和采用等离子气体加热器的方法或者辐射电弧作为加热转炉和物料的方法中所出现的问题。
对于转炉由燃气或者油燃具加热的方法，本发明提供了一种较少污染的回收和还原金属的方法，因为加热源允许严格控制处理气氛，从而无需使用熔融盐。
对于采用等离子气体加热器的方法，本发明提供了一种采用转炉还原和回收有色金属的方法，该转炉具有以下优点：(a)处理中所用的气体体积大量减少；(b)较低体积气体的使用直接导致在排放到大气之前需要处理的气体排放物的减少；(c)由惰性气体所提供的更好的气氛控制，比如氩气，或者不进给气体，这导致了较低的由于无用反应产生的金属损失率，比如当采用氮气作为等离子气体时，铝和氮气反应形成氮化铝，同样采用大气时产生氧化物。
关于可获得更高的金属成品率，与等离子气体加热器作为加热方法相比，本发明采用对流电弧具有明显的优点。对流电弧对物料的加热可迅速有效地只利用电能进行，无需利用燃烧可部分回收金属释放能量，如当采用等离子气体加热器在空气中工作时产生的情况。
关于重熔转炉由形成于两个电极之间的辐射电弧加热的方法，其中两电极位于转炉旋转轴上面，本发明表现出如下优点：(a)它提供了一种利用转炉还原和回收金属的方法，其中转炉基于更有效热传递装置，因为所用的对流电弧原理允许直接从电弧传递热量至物料；(b)采用位于待处理物料上面的单个电极形成对流电弧，允许了转炉在其旋转轴倾斜、装料门位于水平线上面的情况下工作，这减少了待处理材料偶然与电极接触而破坏电极的危险；(c)对于给定体积的腔体，很好地定位电极在处理得物料上，工作期间转炉旋转轴的倾斜将增加装载能力，因此增加了成品率，而无需更大更贵的设备。
带有燃料燃具或者等离子气体加热器的转炉的加热主要基于对流热交换，这取决于热气进入转炉的最低停留时间。实践中，这种转炉腔体体积的大量部分必须保持空的，从而限制了腔体的装载能力。在使用传输在位于转炉轴以及物料之上的两个电极之间的电弧的情况下，例如在专利CA2030727和US5245627介绍的方法中，其主要热交换装置为热辐射，因为操作原因，当加热和填装入物料时，转炉必须保持与其纵轴固定在水平方向，炉腔可以用于装载物料的体积更小。
在本发明设备的情况下，因为热传递主要由于对流产生，并且在实践中无需向转炉内引入任何气体，因此对为了允许最低驻留时间而空出的腔体体积没有限制，或者避免旋转轴的倾斜以防止电极破坏的限制。因此，本发明导致了装载能力比以往的方法更高。主要关于游离态金属高含量的物料，例如先前准备的废料，转炉腔的更好的装载使得在转炉腔同体积的情况下，产率比其他可用加热方法更高，与转炉腔同体积。
尽管水平方向上转炉纵轴的进一步倾斜导致部分损失，以下意见帮助更好地区分本发明和其他转炉的现有加热技术：由于游离态金属含量的增加，旋转的重要性降低；由于转炉的纵轴倾斜，热传递直接发生至物料；热传递的高效，这由调整电弧电路的强度控制，有助于大体积的液态金属的更快形成，整体利用金属浴和更快更高效热传递在物料体积内通过液相传导和对流。
发明内容
根据本发明的方法，适于处理金属废料和含有金属的渣滓，比如铝，以回收这种金属，该方法被由下面步骤实现：将由含有待回收金属或者金属合金的物料填装入转炉；加热物料至高于待回收金属或者金属合金的熔点以上的温度；加热步骤期间和之后，通过转炉旋转或者只是振动，移动转炉内的物料，以将熔融金属和非金属固体残渣分离；去除残留的非金属固体材料。
在没有使用熔融盐的情况下，本发明的新颖之处在于物料通过对流热交换被加热至高于待回收金属或有色合金的熔点之上(步骤2)，这不受为了进行处理的外部气体供给影响，除了当需要时转炉内部气氛的单独控制之外。
根据本发明，本方法的特征在于所使用的转炉包括具有旋转轴的封闭容器，容器可绕该旋转轴旋转或者振动；转炉的结构上，容器的旋转轴可处于水平面或者相对该水平面向上和向下倾斜；优选通过自由燃烧对流电弧加热，该电弧自稳定并由直流电放电产生，以及由于容器的旋转轴倾斜角度(α)的调整和所装物料的量，电弧可建立在引入转炉的单个电极和其内物料的量或者导电材料制成的容器底壁之间；优选地，电极作为直流电路的阴极，并通过转炉门引入。根据关于位于其上的转炉旋转轴偏心或者倾斜的轴，该轴可以沿其自身的轴调整电弧的长度。
在任何装载情况下，由进给物料的量、在前装入转炉的物料量、通过记录电弧的电压和电流监控电弧的功率、通过安装在旋转容器内的热电偶监控温度来控制加热，优选
本发明解决了采用燃烧矿物燃料加热转炉和物料的方法、以及采用等离子气体加热器或者辐射电弧回收金属的方法所出现的问题。
附图说明
处理有色金属及其合金的物料或者残渣的设备和方法的详细描述是基于以下附图，这些只是优选实施例，不构成对本发明的限制。
图1为旋转轴位于水平位置的转炉的正视图；
图2为本发明的容器(1)实施例的剖面图；
图3为处于工作位置的转炉正视图，其旋转轴沿水平方向向上倾斜角度(α)，显示了电极(3)和容器(1)底之间建立的电弧；
图4为处于工作位置的转炉的正视图，其旋转轴沿水平方向向上倾斜角度(α)，显示了电极(3)和物料(29)之间建立的电弧；
图5为转炉处于开门(2)状态的正视图，其旋转轴沿水平方向向下倾斜，处于卸载非金属固体残渣(23)的位置；
图6为转炉前视图，展示了与金属框架通过电接触钢环(17)接触的固定外电极(20)的优选组装；
图7为支撑转炉的框架的可能的位置的示意图。
以下为附图所采用的附图标记：(1)容器；(2)门；(3)电极；(4)凸缘轴；(5)支撑框架；(6)轴承；(7)驱动轮；(8)出金属通道；(9)移动车框架；(10)移动车；(11)排气管；(12)铰接框架；(13)前液动装置；(14)后液动装置；(15)导电耐火材料；(16)钢环，前旋转轨；(17)钢环，后旋转轨；(18)耐火材料；(19)导电块；(20)固定电极；(21)惰轮；(22)容器；(23)渣滓；(24)锭模；(25)气体排出管；(26)钢壳；(27)斜道；(28)炉腔；(29)物料；(30)阀门；(31)铰接结构的支撑基座；(32)前铰链；(33)端较链；(34)圆形开口；(α)倾斜角。
具体实施方式
本发明的设备包括带有密封门(2)的容器(1)，该容器(1)装配在图7所示的支撑结构上，该支撑结构由钢框架(5)与两个铰接部分(5a)和(5b)形成，以实现容器(1)轴的大角度(α)倾斜，该角度可以在-60度和+60度之间，从而整个结构无需从地面升起。当静止时，容器转轴水平放置，铰接部分(5a)和(5b)优选相互固定，如图7(b)所示，该结构组装允许容器的底面相当贴近地面。如图7(d)所示，通过启动液动装置(13)和(14)使铰接部分(5a)和(5b)的同时运动，使转炉处于不同角度(α)并很好地升高在地面上，这在排出金属和非金属固体残渣从转炉清除的操作期间尤其方便。
如图2所示，容器(1)形成于圆形截面的钢框架(26)内，内部加衬与处理物料和处理温度适应的耐火材料(18)。容器(1)底部另外加衬导电耐火材料(15)，该材料(15)与钢框架(26)通过导电块(19)接触，从而通过旋转轨或者接触钢环(16)与固定外部电(20)接触，如图6所示。该组装使得容器导电底部(15)可以电接触，以及将转炉框架安全接地，特别是需要满足安全要求时。
容器(1)的底壁(15)的导电耐火炉衬可设置在一个或多个单片电路或者由石墨块制成或者由混合耐火材料和焦油或石墨(先前烧过或者没有)形式的碳制成，或者由耐火捣料制成，或者甚至由这些材料任意结合制成。
容器(1)具有纵向对称轴或者旋转轴，该轴上固定至容器(1)钢壳(26)外侧且相互远离的两个碳钢环(16)和(17)的中心将容器(1)支撑在两对惰轮(21)上，其中一个作为前工作装置，另一个作为后安全组，其典型组装如图所示。容器(1)底端上的凸缘轴(4)通过驱动轮(7)将旋转运动传递至容器(1)，并将容器(1)支撑在端轴承(6)，如图1所示。容器(1)的旋转或振动运动由电力传输系统驱动的链传动或者齿轮传动产生，电力传输系统可以是电气的或者液压，在这种条件下转炉(9)的转速每分钟在0至20转且连续可调，以及可反方向旋转或者只提供容器(1)的振动。
待处理物料的转载和非金属固体残渣的卸载通过容器(1)的前圆形开口(34)实现。为了液态金属的排出，容器(1)优选设置排出通道(8)连通耐火壁，如图2所示。如图3所示，安装在铰接框架(12)上的所述开口的密封门(2)具有内腔，该内腔覆盖有隔热材料并且顶部设置有气体和挥发物质排出的开口。排出管道(11)优选设置有蝴蝶型阀门(30)，该阀门可调节内部压力，使之即使向转炉注入少量气体，当需要时，也稍微处于正值。门(2)的前部分上的偏心孔使得电极(3)可以通过。
小惰轮(21)和轴承(6)被固定在内部支撑框架部分(5a)，该部分(5a)由液动装置(13)绕铰接点(B)驱动，以将容器(1)的旋转轴升起水平面。随着液动装置(13)被后拉，液动装置(14)的轴前进，促进铰接点(A)附近的整组提升，促使容器(1)的底部升起，也就是将容器(1)的旋转轴定位于水平面下，处于从容器(1)内卸载非金属固体残渣的位置，如图5所示。
为了调整容器(1)的小倾斜角度(α)和其内较少量的物料(29)，对流电弧被建立在电极(3)和导电底部(15)之间，如图3所示。为了调整大倾斜角度(α)和大量物料(29)，电弧被建立在电极(3)和物料(29)本身，如图4所示。
在对流弧的形成示意图(图3和图4)中，电极(3)沿平行轴并处于容器(1)的纵向旋转轴上。如图1所示，电极(3)可通过由框架(9)导向的移动车(10)将其外端固定至容器(1)，框架(9)另一方面固定至支撑门(12)的框架。在转炉腔内建立热对流电弧的方式包括以下可供选择的方式：电极(3)和腔(15)的底内壁之间的电弧建立；电极(3)和装载入转炉内的物料(29)之间的电弧建立，分别如图3和图4所示。
在本发明的优选实施例中，电极(3)的纵轴设置关于容器(1)的旋转轴平行或倾斜。容器绕其纵轴旋转，结果该组装使得，一旦电弧引至作为阳极的容器底壁，电弧的接触形成圆形轨道，其中心位于容器的旋转轴(或者为弧线型，如果容器的运动不是完全旋转的话)。该运动使得底壁的被加热部分循环与物料接触，并很容易分散对流电弧的作用所传递给的剧烈的热量。
沿着电极(3)轴的穿孔允许引入气体，目的在于净化转炉腔内的气氛，从而提供基本不起反应的气氛。
转炉(1)预先由矿物燃料燃烧加热或者通过电弧本身加热，其中该电弧从电极(3)传送至由木炭或者处理材料本身组成的物料。由木炭或者待处理原料组成的最初装载物，主要是为了保护容器的导电底衬(15)。在采用木炭作为初始装载物时，一旦在接近工作温度停止加热，第一份待处理物料装入之前，可以或者不用去除木炭。
该方法从将待处理原来装入转炉腔开始。根据其特性，物料可以或者不用与转炉壁进行简单热交换而加热，以及转炉作转动或者只是振动。这一做法适用带有湿度和/或有机物质的装载物，并具有在电弧建立之前利用加热挥发去除它们的目的，从而避免消耗可回收金属的不需要的高温反应。其次，物料通过对流电弧的直接应用被加热，该对流电弧由电源的电压和电流提供，直至增加至特定量的能量并与处理温度一致，当电弧被区分，容器的运动可以保持出现温度的均匀化，以及液相和固相的分离。无论是否采用加热步骤去除挥发性材料，除了通过接近电极直到接触物料建立电弧的瞬间，转炉一直处于在连续转动或者只是振动，转动速度为每分钟0～20转之间。这一步骤持续根据每种物料的处理实践确定的时间，一旦这一步骤结束，排出液态金属进锭模(24)内或者液态金属传送的桶，如图1所示。特别是在处理碎料时，根据其内所含的金属和/或如果非金属固体残渣形成少，一部分材料可以被留在炉内与新的物料混合。当一个单装载循环或者多个装载循环中合理的非金属固体残渣形成在腔内时，一旦回收的金属被取出，通过使转炉轴倾斜低于水平线，残渣被倒进容器。对于该操作，专用斜道(27)可以用于引导残渣(23)入容器(22)，如图5所示。
因此，在低密度物料时，需要单个周期内多次装料，直至转炉到达最大装载能力。在此情况下，随着新物料的继续添加，转炉的倾斜角(α)可以高于水平线渐渐增加。
虽然本发明在说明书已经详细的公开和例证，但是很明显，对于本领域技术人员可对其进行修改和改造，这将不脱离本发明的范围。

Claims (16)

1.有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，包括步骤：装载待处理废料或残渣；加热物料，并熔融金属；旋转被加热的物料；去除熔融金属并清空熔炉腔，其中利用自由燃烧对流电弧加热废料或残渣至高于待回收有色金属或有色金属合金的熔点；所述自由燃烧对流电弧为自稳定，并由直流放电产生；电弧形成在单个引入熔炉的电极和熔炉内物料或者导电材料制成的容器底壁之间。
2.根据权利要求1所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：处理的惰性环境的维持独立于外部气体供给。
3.根据权利要求1或2所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：其免除了盐的使用。
4.根据权利要求1所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：作为阴极的电极可沿其轴位移以调整电弧的长度。
5.根据权利要求1所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：阳极由装入的废料或者金属残渣或者导电材料制成的容器底壁构成。
6.根据权利要求1所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：先在没有形成自由燃烧对流电弧下处理被有机物污染的残渣或废料，加热物料同时形成和排出挥发性物质，后建立自由燃烧对流电弧进行处理。
7.根据权利要求1所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理方法，其特征在于：在最初形成或者回收熔炉气氛期间，根据所处理的材料、操作步骤和所需处理效果，气体被引入熔炉腔。
8.有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：该设备为旋转熔炉，包括带有密封门的容器，通过该密封门引入用于建立自由燃烧对流电弧的电极，该旋转熔炉被装配在铰接基座上，该基座可相对水平面升高或降低其旋转轴；所述容器包括：圆形或者正多边形截面的钢壳，内部覆盖有适合处理材料和处理温度的耐火材料；其底部又覆盖有导电耐火材料，该材料通过导电块与金属外壳保持接触，并且通过旋转或接触轨与固定的外部电极接触，保证容器导电底的电接触和旋转熔炉的接地；在旋转熔炉腔内形成自由燃烧对流电弧的方式为：在电极和旋转熔炉腔底壁之间形成电弧，或者在电极和装入旋转熔炉的物料之间形成电弧。
9.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述容 器具有纵向对称轴或者旋转轴，其中两个金属环的中心成一直线并固定至钢壳的外侧，而且相互远离，作为在两对滚筒之间支撑容器，其中一个滚筒为前工作组，另一个为后安全组；容器底端的凸缘轴用于通过驱动轮将旋转运动传递给容器，并支撑容器于端轴承上。
10.根据权利要求8或9所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述容器的旋转或者振动运动由电气或者液压传动系统驱动的链传动或者齿轮传动完成，在旋转熔炉旋转或振动速度在每分钟0～20转或者振动周期之间的连续可调，以及具有反转旋转方向或者振动而无需完全旋转容器的动力源。
11.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述容器具有用于装载和卸载物料的前圆形开口，以及具有用于排出液态金属的穿过耐火壁的通道。
12.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述密封门封闭前面的圆形开口，并被安装在铰接结构上；具有覆盖有隔热材料并且设置有用于气体注入和/或气体和挥发物质排出开口的内腔，该开口设置有可控制内部压力的阀。
13.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述电极通过所述密封门上的孔引入旋转熔炉，其中孔的中心偏离旋转熔炉的旋转轴。
14.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：在用于形成对流电弧的组件中，所述电极位于平行或者倾斜于纵向旋转轴，并通过固定其外端至由依附在门支撑机构的框架导向的移动车而可纵向移动。
15.根据权利要求书8或12所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：所述容器的气氛通过密封门的开口或者沿电极纵轴穿孔注入形成。
16.根据权利要求8所述的有色金属或其合金的废料或残渣的处理设备，其特征在于：支撑滚筒和轴承的所述旋转容器被固定在基座上，该基座包括两个由液动装置绕两个铰接点移动的结构部分，一个结构部分用来提升容器的旋转轴使之高于水平面，用于装载和熔融操作，另一个结构部分用来提升容器底部，定位旋转轴低于水平线，使之处于在卸载位置。 
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