CN101094739A - 用于铸造熔融铜的流槽 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于输送熔融金属的流槽结构。金属在流槽结构的下部在由耐火物质限定的通道中流动，所述流槽为绝热的，从而在操作条件下，金属在多孔的耐火物质中形成固体区域。所述流槽结构的基本特征包括：设有电阻器的盖部件，从而保证金属维持熔融状态，并且流槽在整个过程中足够热；以及气体燃烧器，该气体燃烧器防止在流动在流槽通道中的气体的效应下金属被冷却。

Description

用于铸造熔融铜的流槽

本发明涉及一种用于制造和铸造熔融金属，例如铜的流槽。

铜的制造包括在铸造设备中由粗铜铸造成铜阳极以用于铜的电解净化的阶段。铜从熔炼炉通过流槽和贮槽被引导并计量到铸造机中。设有钢套的流槽衬砌有耐火材料，并且它们是开式流槽或配有盖子的流槽。所述流槽以合适的倾斜度安装，以通过重力使熔体流动。为了输送和计量熔体，同样需要贮槽，例如一种稳定贮槽，熔体从熔炼炉浇入稳定贮槽中，从而在将熔融金属导入所述流槽之前使所述熔融金属的运动在该稳定贮槽中被稳定。此外，通常还需要中间槽和计量槽。当增加铸造设备的容量时，必须使得熔体流槽更长，从而导致比以前更大的铜在流槽中的冷却和固化问题。当铜在流槽中凝固时，阻止了熔体的熔融流动并且熔融金属溢出流槽。为了防止凝固，将熔融铜在熔融反应器中加热至充分高的温度，从而熔融金属的温度使得金属保持流动并且使流槽也加热直到铸造机的温度。流槽衬砌有耐火材料，其耗损与所输送的金属的温度成直接的比例：熔体的温度越高，流槽的衬里耗损得越快。自然地，这导致额外的维护成本。熔体在流槽中的凝固化尤其可能发生在铸造的初始阶段，当时流槽仍然是冷的。

当铸造结束时，流槽和贮槽迅速地冷却，由此熔融金属在该流槽和贮槽内凝固。类似地，在出现任何工序故障方面，在贮槽和流槽中的熔融金属的流动被中断或降低到金属凝固的程度，并且全部流槽系统应该在继续铸造或开始新的铸造之前进行维护。

以前的解决所描述的技术问题的尝试基于利用气体燃烧器或电阻器来进行。气体燃气器的火焰设置成加热熔融金属、流槽和贮槽。然而，问题是燃烧器不能将流槽加热至铜的熔化温度，由此在铸造期间具有冷却效应。迄今为止，由于过高的热损失还不可能主要利用流槽中的电阻器获得足够的加热效应。

美国专利US 5,744,093的说明书中公开了一种用于铜铸造的流槽结构，其中一种流槽设有绝热盖，所述流槽具有钢套并衬砌有耐火材料。通过气体燃烧器对所述流槽进行额外加热。在所述流槽的盖子上布置了用于气体从流槽中排出的排气系统。所述流槽的盖子同样起到避免从流槽释放辐射热的绝热作用。在该公开文件中的流槽系统的一个缺点是，由于烟囱效应，在配备有盖子的倾斜热流槽中形成上升气流，由此冷却了流槽中的热金属。作为该问题的解决方案的密封塞并不适合于根据我们的发明的流槽系统，该流槽系统采用稳定槽和中间槽来调节熔融金属的流动。

本发明的目的是消除现有技术的所述问题，并提供一种用于输送熔融金属的改进的流槽结构。本发明的另一目的是提供一种流槽和贮槽结构，其用来从熔炼炉可靠地将熔融金属输送至铸造机并容许在铸造中中断。尤其是，所述目的可靠地将铜从阳极炉输送至阳极的铸造机中。

根据本发明的针对现有技术的问题的解决方案基于这样的事实：设有电阻器的盖子布置在熔体流槽结构、其流槽和贮槽中，加热所述流槽和贮槽，其中铜在该流槽和贮槽中流动。以及还基于这样的事实：在设有盖子的流槽中产生的烟囱效应通过在被覆盖的流槽部分的上端处产生的驻点压力被限制。

根据本发明的加热盖适于装配应用于例如熔融金属流槽、中间槽(熔体从该中间槽被计量进入铸造贮槽)和铸造贮槽(熔体从该铸造贮槽被计量进入铸造模型中)中。

本发明具有大量的优点。本发明与传统的燃烧器解决方案相比允许使用更少的能源来加热流槽结构。易于调节热的产生并且可避免局部热应力，由此还避免了流槽嵌入物的开裂。由于不存在金属在流槽和贮槽中凝固的风险而不必中断铸造，从而铸造设备停工的趋势减少。本发明延长了贮槽和流槽以及尤其是阳极炉的嵌入物的工作寿命。

在根据本发明的流槽结构中，熔融金属例如熔融铜设置成在倾斜的流槽中在重力作用下流动，所述流槽衬砌有耐火材料并具有金属套，流槽和贮槽的至少一部分覆盖有绝热盖。在所述流槽的盖子中布置有至少一个电阻元件来加热所述流槽并保持金属熔融，燃烧器或热风机设置在被覆盖的流槽部分的上端以在流槽通道中提供驻点压力，从而使流动气体减速，或者防止其流动或甚至使其向下流动。布置在贮槽的顶部的盖在铸造期间和各次铸造之间的期间以及在铸造被中断的任意期间使用。所述贮槽的盖由于其轻便结构而易于安装到位和移去。

加热元件可布置在贮槽的盖中，从而加热元件延伸到贮槽的坑(pit)中的区域，熔体在处理过程中在该区域中流动。

在根据本发明的流槽结构中，流槽的下部包括流槽本身，熔融金属在其中流动。用于熔体的流槽空间的横截面是例如U形的，其向上开口并变宽。与熔融金属接触的流槽的内表面由耐火材料例如陶瓷磨损成分限定。合适的材料为耐火、可铸的灰浆。耐火材料形成用于熔融金属的流动通道，该流动通道优选为具有圆形底部的向上变宽的凹槽。优选地形成所述流动通道的尺寸，从而在正常工作状态下，流动的熔融金属的上表面延伸的高度为所述流动通道总高度的10至20％。所述流槽的外壳优选由金属例如钢制造。当生产陶瓷内衬时，所述钢壳用作模具并利于到安装点的运输。

根据本发明的流槽结构包括：金属壳体，例如钢套，其形成所述流槽底部的外表面；耐火材料衬，其限定用于熔融金属的流动通道；以及布置在耐火材料衬和金属外壳之间的绝热层，所述绝热层在绝热性方面比所述耐火材料衬显著地好。

在本发明的一个实施方案中，流入流槽中的铜的温度在1080至1300℃的范围内。所述流槽结构的流槽的流动通道的耐火材料衬的厚度优选形成为使得在工作状态时该流槽底部的外表面的温度在700至900℃的范围内，其中，在该流槽底部的外表面上具有在流槽中流动的铜。在流槽中流动的待铸造的铜在大约1070℃凝固。熔融铜穿透多孔耐火材料衬并在其中凝固，从而在该耐火材料衬中在适当位置上形成铜的固定层，在该适当位置，温度处于铜的凝固点的区域中。因此，优选使得耐火材料衬的厚度和流槽的绝热层布置成这样，从而在操作状态中，对应于铜的凝固点的温度范围处于所述耐火材料衬的温度范围内。在本发明的其它的实施方案中，熔融铝、锌或金属合金在流槽中流动，由此流槽的绝热构造成对应于这些金属的熔化温度。

根据本发明的优选实施方案，流槽的耐火材料衬是一单独元件，其可以作为整体部件拆卸下来并替换，从而绝热体和/或所述钢壳体保持安装在适当位置。在那种情况下，陶瓷棉(ceramic wool)使复合物与钢套分开并使得易于替换该复合物。复合物通过紧固构件例如螺钉锚固到钢壳上。锚固螺钉穿过钢壳体和陶瓷棉绝热体拧紧到已经铸造在复合物中的螺母上。

例如通过适当地选择布置在所述流槽结构的耐火材料衬和外壳之间的绝热层的厚度和绝热容量来为所述耐火材料衬提供如上所述的优选温度梯度。一种用于所述绝热层的尤其优选的绝热材料是陶瓷棉绝热材料。绝热层非常重要，如果没有它，热损失会太大，从而所需的由加热电阻提供的热将会熔化电阻器自身。另一方面，如果绝热性太好，熔融金属例如铜会渗透入陶瓷耐火复合材料中，从而流槽会泄漏。

根据本发明的流槽结构的盖布置在流槽的顶部，从而不会有大量气体从盖和流槽之间排放到外面，并且不会通过辐射或气体流动产生热损失。相互靠着设置的所述盖和流槽的表面优选基本上平齐，由此所述流槽在其长边上基本上贯穿其长度连续地支承所述盖。

根据本发明的流槽结构的盖包括：金属盖，例如钢套；至少一个电阻器，布置用来加热所述流槽的下部；和绝热层，用来防止穿过金属外壳通过辐射产生的热损失。加热电阻器位于流槽的流动通道之上，从而来自电阻器的热基本上可以在金属和所述耐火材料衬上没有障碍地辐射，其中所述金属在所述流槽的底部上流动。在操作状态，电阻器被加热至1100-1300℃。绝热层优选由陶瓷棉绝热材料制成，由此该绝热层可包括一层或多层衬里。在盖和流槽中的陶瓷棉绝热材料优选地包括可承受高温的硅酸铝棉(wool)、硅酸镁棉或氧化铝棉。

加热电阻器足够厚，由此由加热所引起的任何蠕变和弯曲都是微小的。加热电阻器优选由具有圆的直径的金属棒或管组成。可在盖中布置一个或多个加热电阻器，以在所述流槽的纵向上并排延伸。所述电阻器优选地选择为具有处于所谓的安全电压区域内的工作电压。所述电阻器优选地装配在位于所谓的支承横臂上的盖部分中，该支承横臂在所述电阻器之下横向地布置在所述流槽的纵向上。所述支承横臂可以为涂覆有陶瓷耐火材料的金属棒或管。

盖部分覆盖了流槽结构的一部分。叠置的盖和流槽构成流槽通道。在流槽通道终止在上端的位置处，即在进入金属流的一侧上，形成有一开口，通过所述开口排放在所述流槽和盖之间由于烟囱效应而产生的气体。在根据本发明的流槽结构中，气体燃烧器或热风机布置在此处，从而提供驻点压力来限制或防止从所述流槽排放的气流。燃烧器或热风机的热气体被引导朝向盖和下部之间的开口，由此驻点压力的效应变得最强。燃烧器的燃料可以是例如天然气或液化气体。热气体燃烧器甚至可以是电加热的。

燃烧器或热风机的动力通过安装在流槽通道的下端的热电偶控制。所述热电偶指示在所述流槽通道的下端处的气体空间的温度以及流入所述流槽通道的冷空气的冷却效应。在根据本发明的流槽结构中，可以设置用于加热电阻器的功率控制来防止电阻器过热。流槽的绝热材料用来限制其热损失到这样的程度，即加热电阻器自身的温度不超过其正常运转范围。

本发明具有大量优点。本发明减少了对嵌入材料的需要，以及降低了在铜的铸造中使用的流槽的维护间隔，并且降低了由嵌入物导致的任何停工，和减少了在铸造期间用于预热和加热熔炼炉的能源。由于在铸造期间流槽的阻塞被减少，从而浇铸过程变得更加可靠。所述盖是轻质的，这是因为不存在连接在其上的缆索或气体管道，该缆索或气体管道是难以拆卸的。因此，所述盖可装备有固定的或可拆卸的提升构件并连接到提升机构上。这样，所述盖在维护期间易于移到旁边并更换流槽的下部。

在下文中，参考附图详细描述本发明。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的流槽结构的剖面图；

图2示出了根据图1中的流槽沿横向B-B的剖面；

图3示出了控制根据本发明的流槽结构的实施方案；

图4至6示出了一种设有电加热盖的铸造贮槽；

图5是根据图4的铸造贮槽的侧剖图；

图6是根据图4的铸造贮槽在B-B方向上的剖面图。

图1示出了盖部件5和流槽结构10，两者都包括钢套1，2。加热电阻器回路3布置在支承横臂32上，所述支承横臂32处于由盖5的陶瓷棉绝热体11限定的凹槽中。所述支承横臂32等间隔地布置在电阻器回路3的下面。陶瓷绝热体33布置所述横臂32的可加热区域中。加热电阻器32的电流馈电接线端子31通过盖和金属外套1的绝热衬里11。熔融金属4流入由耐火材料衬22形成的流动通道中。耐火材料衬22由嵌入成分形成。陶瓷棉绝热层21布置在耐火材料衬22和钢套2之间。盖子5放置在下部上，被该下部支承，从而基本上防止了在流槽结构的长侧上的气体流动和热辐射。

盖部件5仅仅覆盖流槽的总长度的一部分，如图2中所示。流槽倾斜地安装，以使得熔融金属在所述流槽中流动。盖部件和流槽形成流槽通道，气体燃烧器或热风机23布置在该流槽通道的上端，热气流在流槽通道的开口处被导向以提供驻点压力，由此使得流槽通道中的气体流动减速或被防止。

加热电阻器3基本上贯穿被覆盖的流槽部分的整个长度延伸。热电偶24测量所述加热电阻器的温度并设置在控制电路中，该控制电路防止电阻器的温度过热。这种防止过热的控制电路优选地布置成与每一个加热电阻器连接。热电偶25测量流入所述流槽通道的冷空气的温度并设置在控制电路中，该控制电路控制燃烧器或热风机23的功率。流入所述通道的空气越冷，烟囱效应就越强，从而燃烧器23需要的能量就越多。

在图3中，T1是由在所述流槽的盖中的温度传感器24测量的温度，T2是由在所述流槽的下端的温度传感器25测量的温度，其指示流入所述流槽通道中的气体的冷却效应。控制气体燃气器来根据流入所述流槽的空气的冷却效应的起伏调节气体燃烧器或热风机的动力。在那种情况下，在所述流槽的上端处的由燃烧器产生的驻点压力在整个过程中都保持适当。通过单独地控制电功率来调节流槽盖的能量。热电偶T1测量电阻器附近的温度。

图4至6中的铸造贮槽(trough)40装备有绝热盖41，该绝热盖41具有电阻。该电阻材料和相关的缆索布置在容积45中，该容积45由盖41的钢套形成。用于盖的支承件43，44布置在铸造贮槽的壁42上。

布置在所述贮槽中的盖41为例如将电加热元件支承在离贮槽40适当距离处的刚性的钢框架。所述盖优选具有三个支承点43，44，在这些支承点处，盖被贮槽支承，从而盖能够足够精确地装配在贮槽中。绝热层设置在盖41和加热元件之间。所述盖子的绝热棉适当地软，由此当盖就位时，所述绝热棉紧密地沉积抵靠所述贮槽的边缘，从而允许在贮槽的边缘上的小变化和任何凝固的金属溅射。

对于本领域技术人员来说很明显的是，本发明不仅仅局限于上述的描述和根据附图的技术方案。同样明显的是，根据本发明的流槽结构适于输送多种熔体。

Claims (12)

1.一种用于输送熔融金属(4)，例如铜的流槽结构，其中，所述熔融金属布置成在倾斜的流槽(10)中在重力作用下流动，所述流槽(10)衬砌有耐火材料并设有金属壳体，所述流槽的至少一部分被绝热盖(5)覆盖，

其特征在于：至少一个电阻器元件(3)布置在所述盖(5)中，用于加热所述流槽的下部，并将所述金属(4)保持在熔融状态，在被覆盖的流槽部分的上端处，设置有燃烧器或热风机(23)来提供驻点压力，用于使在流槽通道中流动的气体减速以防止其流动或甚至使得其向下流动。

2.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：所述盖(5)和所述流槽彼此相对地布置，从而基本上防止了在所述流槽的长侧上的在它们之间的气体流动和热辐射。

3.如权利要求1的流槽结构，其特征在于：一个或多个加热电阻器布置在所述盖子(5)中，从而基本上贯穿被覆盖的流槽部分的长度延伸。

4.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：所述流槽结构的下部包括：金属壳体，例如钢套，其构成所述流槽的底部的外表面；耐火材料衬，其限定了熔融金属的流动通道；以及布置在所述耐火材料衬和所述金属外壳之间的绝热层，该绝热层在绝热性方面比所述耐火材料衬显著地好。

5.如权利要求4所述的流槽结构，其特征在于：在所述耐火材料衬和所述钢壳体之间的所述绝热层包括陶瓷棉，例如硅酸铝棉、硅酸镁棉或氧化铝棉。

6.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：布置在所述盖中的加热电阻器设置在所述金属的流动通道的上方，从而来自所述电阻器的热量没有妨碍地辐射在所述金属和所述耐火材料衬上，其中所述金属在所述流槽的底部上流动。

7.如权利要求6所述的流槽结构，其特征在于：所述加热电阻器被加热至1100-1300℃。

8.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：所述燃气器或热风机的功率基于在所述流槽通道的下端处测量的气体空间的温度来控制，以维持适当的驻点压力。

9.如权利要求1的所述流槽结构，其特征在于：所述盖的电阻器的功率基于在电阻器附近测量的温度来控制。

10.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：在所述流槽中的耐火材料衬是单独的元件，其可作为一个整体被拆卸和替换，由此所述钢壳体被固定，所述陶瓷棉将所述耐火材料衬与所述钢套分隔开，并且耐火材料衬通过紧固构件，例如螺钉锚固在所述钢壳体上。

11.如权利要求1所述的流槽结构，其特征在于：其覆盖有加热盖。

12.如权利要求11所述的流槽结构，其特征在于：在铸造期间以及在各次铸造之间的期间和在铸造中的任意中断期间，所述盖布置在所述流槽的顶部上。

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