CN101586912A - 铝及铝合金等温熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铝及铝合金等温熔炼炉，包括炉体及内衬，内衬衬于炉体内形成炉膛，在炉膛的中间部位设置隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区；在启炉熔化区的侧墙上安装炉门和启炉燃烧系统；在加热区的炉顶上安装浸没式加热器，浸没式加热器垂直伸入加热区的炉膛中，在加热区的侧墙上设置有流口；隔墙上安装有加热元件，在隔墙的底部开有孔洞使启炉熔化区与加热区相贯通；还在炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，循环泵的进口与加热区的炉膛相连通，循环泵的出口与旋涡加料井相连通。该等温熔炼炉能高效地熔炼铝及铝合金废料、铝屑和原铝锭，提高能源利用率，减少铝液的氧化烧损，改善铝液品质，优化熔炼工艺。

Description

铝及铝合金等温熔炼炉

技术领域

本发明涉及一种等温熔炼炉，尤其涉及铝熔炼行业铝及铝合金的等温熔炼炉，属于金属冶炼技术领域。

背景技术

目前，国内外铝熔炼行业应用最广泛的是反射式熔炼炉，其次还有感应式熔炼炉和坩埚式熔炼炉，其中反射式熔炼炉占绝大多数。

反射式熔炼炉分为火焰反射式熔炼炉和电阻反射式熔炼炉，火焰反射式熔炼炉是利用高温火焰经炉顶辐射和火焰直接辐射进行加热和熔化炉料，现多采用液体或气体燃料，火焰温度可达1600～1700℃。火焰反射式熔炼炉的优点是生产能力大、加热速度快、熔炼时间短，缺点是熔池面积较大、炉料易氧化、氧化烧损大。因缺乏对流，熔池上下铝液温差大，必须采取强制搅拌措施，因此生产劳动强度较大，炉气带走很多热量。

电阻反射式熔炼炉是利用安装在炉顶型砖内的电阻元件产生热量，主要通过辐射传热加热炉料，电阻反射式熔炼炉的优点是温度易于控制，金属含气量较低，熔体质量较好；缺点是加热速度慢，熔炼时间长，且电阻使用寿命短，单位电耗大，其生产能力与火焰反射炉相比较低。

感应式熔炼炉和坩埚式熔炼炉在加热方式上基本相同，由坩埚侧面及底部加热炉料。坩埚式熔炼炉的优点是投资少、灵活性大，缺点是升温速度慢、生产能力低。感应式熔炼炉的优点是加热速度快、搅拌作用强，适用于熔炼温度较高且不需要精炼的合金，缺点是功率因数低，需配备辅助电磁设备，单位电能消耗高，同时坩埚由于内外壁温差大，承受铝熔体的冲刷、炉渣及熔体的侵蚀，因而使用寿命短。

综上可见，上述炉型均存在不足。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种新型的铝及铝合金等温熔炼炉，旨在有效提高能源利用率，减少铝液的氧化烧损，改善铝液的品质，优化铝及铝合金的熔炼工艺。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：

铝及铝合金等温熔炼炉，包括炉体及内衬，所述内衬衬于炉体内形成炉膛，特点是：在所述炉膛的中间部位设置隔墙，所述隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区；在所述启炉熔化区的一侧墙上安装一炉门，在所述启炉熔化区的另一侧墙上设置启炉燃烧系统；在所述加热区的炉顶上安装浸没式加热器，所述浸没式加热器垂直伸入加热区的炉膛中，在所述加热区的侧墙上设置有流口；所述隔墙上安装有加热元件，在所述隔墙的底部开有孔洞使所述启炉熔化区与所述加热区相贯通；另外，还在炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，所述旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，所述循环泵的进口与加热区的炉膛相连通，所述循环泵的出口与旋涡加料井相连通。

进一步地，上述的铝及铝合金等温熔炼炉，其中，在所述旋涡加料井与启炉熔化区之间连接一连接管，所述连接管的一端伸入旋涡加料井的底部，所述连接管的另一端伸入启炉熔化区炉膛的底部，将旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通。

更进一步地，上述的铝及铝合金等温熔炼炉，其中，所述循环泵的进口通过连接管与加热区的炉膛相连通，所述循环泵的出口通过连接管与旋涡加料井相连通。

更进一步地，上述的铝及铝合金等温熔炼炉，其中，在所述启炉熔化区的侧墙上还安装一炉门提升机构，所述炉门提升机构与炉门驱动连接。

再进一步地，上述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：所述循环泵为电磁循环泵或永磁循环泵或机械泵。

再进一步地，上述的铝及铝合金等温熔炼炉，其中，在所述加热区的侧墙上还设置有溢流口。

本发明技术方案突出的实质性特点和显著的进步主要体现在：

①本发明铝及铝合金等温熔炼炉能够在恒定温度下对铝及铝合金进行熔炼，熔化后的铝液在一个完全封闭的系统内循环流动，炉膛内的铝液温度在很小范围内变动，而且各处的温度几乎一致，显著优化了熔炼工艺，大大提高了炉子的综合热效率，改善了能源利用率，降低了能源消耗，减少了污染物排放；

②等温熔炼炉的浸没式加热方式和高速循环方式，使熔体温度一致，成分均匀，不会形成温度梯度和热成层现象，熔体品质大大提高，金属烧损小，熔体中溶解的气体、固体夹杂物少，形成的炉渣也明显减少，简化了后续在线处理工艺，提高坯料质量，降低成本；

③该装置结构新颖、运行可靠、运行成本低、维修方便，占地面积小，广泛应用于铝加工行业原铝锭重熔和废铝及铝屑的熔炼回收，应用前景广阔。

附图说明

下面结合附图对本发明技术方案作进一步说明：

图1：本发明熔炼炉的俯视示意图；

图2：图1的A-A剖视示意图；

图3：图1的B-B剖视示意图；

图4：本发明熔炼炉加热区的结构示意图。

图中各附图标记的含义见下表：

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						1	循环泵	2	旋涡加料井	3	连接管

附图标记	含义	附图标记	含义	附图标记	含义
						4	炉体	5	内衬	6	炉门
7	启炉熔化区	8	启炉燃烧系统	9	隔墙
						10	流口	11	浸没式加热器	12	溢流口
13	加热区

具体实施方式

铝及铝合金等温熔炼是在恒定温度下对铝及铝合金进行熔炼，使炉膛内的铝液温度在很小范围内变动，而且各处的温度几乎一致，铝熔体池中铝液温度由计算机自动监控，通过炉膛中间的隔墙微量控制温度。等温熔炼工艺是一个连续的过程，熔化后的铝液在一个完全封闭的系统内循环流动，由加料区、启炉熔化区、加热区、循环泵送区组成。而本发明提供了一种新型的铝及铝合金等温熔炼炉，能够高效地熔炼铝及铝合金废料、铝屑和原铝锭，有效提高能源利用率，减少铝液的氧化烧损，提高铝液的品质，优化熔炼工艺。

如图1所示，新型的铝及铝合金等温熔炼炉，主要包括：循环泵1、旋涡加料井2、炉体4、内衬5、炉门6、启炉熔化区7和加热区13等，内衬5衬于炉体内形成炉膛，在炉膛的中间部位设置隔墙9，隔墙9将炉膛划分为启炉熔化区7和加热区13；在启炉熔化区7的一侧墙上安装一炉门6和一炉门提升机构，炉门提升机构与炉门6驱动连接，如图2，在启炉熔化区7的另一侧墙上设置启炉燃烧系统8；在加热区13的炉顶上安装浸没式加热器11，如图4，浸没式加热器11垂直伸入加热区13的炉膛中，在加热区13的一侧墙上设置有流口10，在加热区13的另一侧墙上设置有溢流口12；隔墙9上安装有加热元件，如图3，在隔墙的底部开有孔洞使启炉熔化区7与加热区13相贯通。另外，还在炉体4的外部布置有旋涡加料井2和循环泵1，在旋涡加料井2与启炉熔化区7之间连接一连接管3，连接管3的一端伸入旋涡加料井2的底部，连接管3的另一端伸入启炉熔化区炉膛的底部，将旋涡加料井2与启炉熔化区7的炉膛相连通；循环泵1的进口通过连接管与加热区13的炉膛相连通，循环泵1的出口通过连接管与旋涡加料井2相连通，循环泵1采用电磁循环泵或永磁循环泵或机械泵。

等温熔炼炉在结构上分成四个相连通的区域：加料区、启炉熔化区、加热区、循环泵送区。第一区是加料区，为一单独的旋涡加料井2，通过连接管与炉体相连，打包废料、铝屑、铝合金等可以从加料区加入炉内，高速循环的铝液在漩涡加料井2内形成明显的旋涡，将加入的铝屑沉入井底，并通过铝液高速带入炉内。第二区是启炉熔化区7，也可以作为启炉前加料区，该区布置有燃烧系统8，在启炉时将加入的固体料熔化。第三区是加热区13，该区布置有多组浸没式加热器11，浸没式加热器11具有很高的热通量，比传统工业加热器高5～10倍，具有很强的抗熔体熔蚀能力，耐热冲击与机械震动，加热器外表涂覆既有良好传热性能又有很强耐熔蚀作用的涂料，浸没式加热器11浸没于铝液中，对铝液进行传导加热，保证加热器与铝液的换热效果以及铝液温度的均匀性。第四区为循环泵送区，装有一台电磁循环泵或永磁循环泵或机械泵，使铝液在连通的区域内高速循环。加热区13、启炉熔化区7之间有一道隔墙9，其作用是将加热区13与启炉熔化区7隔开，隔墙9中间装有加热元件，该加热元件为铝液提供保温热量，使熔体近乎恒温。启炉时首先装入一定的固态料，启动启炉熔化区的燃烧系统8，启动加热区的浸没式加热器11，逐步熔化固体铝，产生铝液，待加入的固体铝全部熔化后，启动铝液循环泵，使铝液在循环区、加料区、启炉熔化区、加热区之间高速循环流动，在铝液能够正常循环后，关闭启炉熔化区的燃烧系统8，以减少铝液的氧化烧损。之后，在旋涡加料井2中加入废铝、打包铝屑、细小的铝块或铝合金等，使加入的料能够被快速循环的铝液带到启炉熔化区7和加热区13中进行熔化，如此循环，直至熔池内的铝液容量、铝液温度、成分指标均达到预设要求为止。铝液可以从加热区边部的流口10流出，进行铸造或者流向铝水包。

应用时，本装置垂直安装于铝熔铸车间基础上，相对于相同产能的现有各种铝熔炼炉型，本装置只需要很少或者不需要改动车间基础，因而土建施工工作量大大减少。炉体4固定于车间基础上，循环泵1、旋涡加料井2通过钢结构支架安装固定于基础上。循环泵1与旋涡加料井2通过连接管相连接，旋涡加料井2也通过连接管3与炉体4相连通。炉子内衬5砌筑于炉体4内，起到耐铝液侵蚀、耐火焰冲刷以及隔热保温的作用。炉门6及提升机构布置在炉子的侧墙上，负责炉门的开闭和提升、下降。启炉熔化区7主要在启炉前通过开启炉门，向启炉熔化区投入部分固体铝，启炉熔化区7与炉门侧墙相邻的侧墙上部布置有启炉燃烧系统8，启炉燃烧系统8启动将投入启炉熔化区7的固体铝熔化，产生液体铝。中间隔墙9将加热区7与启炉熔化区13隔开；隔墙9下部在燃烧器侧墙侧开有孔洞，使铝液由启炉熔化区7流向加热区13，隔墙中间装有加热元件，加热元件为铝液提供保温热量，使熔体近乎恒温，浸没式加热器11布置在加热区，安装于炉子顶部，加热器发热元件直接浸没于铝液中，对铝液进行加热。加热区分别布置有流口10和溢流口12，在炉子完成铝的熔炼和处理后将铝液从流口10放出，完成后序的铸造工艺，溢流口12的作用是当铝液液面超过炉子的警戒液面后，通过溢流口12使过多的铝液从此处溢出，以防止铝液从其他部位溢出损坏元件，避免造成人员事故。

具体用于生产时，启炉前按照操作要求检查各部件正常无误后，开启炉门6，使炉门6提升一定高度后停止，向启炉熔化区7投入部分固体铝，固体铝的重量约为炉子全部装炉量的50％，启动启炉燃烧系统8，启炉燃烧系统8正常燃烧后关闭炉门，同时启动隔墙中间装有的加热元件，启动加热区浸没式加热器11，逐步熔化固体铝，产生铝液，待加入的固体铝全部熔化后，启动铝液循环泵，使铝液在循环区、加料区、启炉熔化区、加热区之间高速循环流动，在铝液能够正常循环后，设置铝液的温度在720～760℃之间，关闭启炉熔化区的启炉燃烧系统8，以减少铝液的吸气和烧损。之后，在旋涡加料井2中加入废铝、打包铝屑、细小的铝块(颗粒大小不超过连接管内径的1/2)，使加入的料能够被快速循环的铝液带到启炉熔化区7和加热区13中进行熔化，加料的速度以能够被浸没式加热器所能提供的热量熔化为宜，加料太快则由于热量供应不足容易使铝液凝固，加料太慢则又影响炉子的产能。浸没式加热器11由于直接布置于铝液中间，可以使铝液上下同时受热，并且由于铝液在加热区快速流动(通常速度≥8米/秒)，又接受浸没式加热器径向提供的热量，浸没式加热器与铝液的换热方式为传导加热，以对流为辅，从而使熔体温度一致，完全不同于传统的主要以辐射和对流为主的铝熔化方式；而且，浸没式加热器通过传导，加热器提供的几乎所有热量都被铝液所吸收，所以综合热效率高。同时，铝液循环泵又使铝液在炉子的几个区高速搅拌循环，因此铝液成分更加均匀，没有温度梯度和热成层现象，熔体品质大大提高。

本发明等温熔炼炉由于铝液的温度设定在720～760℃之间，温度的均匀性可达到±5℃，炉膛内的铝熔体温度在很小范围内变动，而且各处的温度几乎一致，因此铝的烧损较少，在1％以内，该等温熔炼炉的能源利用率在60％以上。而传统的火焰反射炉是利用高温火焰经炉顶辐射及火焰直接辐射传热进行加热和熔化炉料，火焰反射炉的缺点是熔池面积较大、炉料易氧化、挥发熔损大；因缺乏对流，熔池上下温差大，必须采取强制搅拌措施，生产劳动强度较大，炉气带走很多热量。

综上所述，本发明装置的综合热效率高，能源利用率好，能源消耗少，铝及铝合金氧化烧损小，安全性能佳。浸没式加热器提供给铝液的三维加热方式，使熔体温度一致，成分均匀，没有温度梯度和热成层现象，熔体品质大大提高，熔体中溶解的气体、固体夹杂物少，可简化后续在线处理工艺，提高坯料质量，降低成本。并且，本发明装置结构独特、运行可靠、运行成本低、维修方便，占地面积小，可广泛应用于铝加工行业原铝锭重熔和废铝及铝屑的熔炼回收，值得在业内广泛推广应用。

需要理解到的是：上述说明并非是对本发明的限制，在本发明构思范围内，所进行的添加、变换、替换等，也应属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.铝及铝合金等温熔炼炉，包括炉体及内衬，所述内衬衬于炉体内形成炉膛，其特征在于：在所述炉膛的中间部位设置隔墙，所述隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区；在所述启炉熔化区的一侧墙上安装一炉门，在所述启炉熔化区的另一侧墙上设置启炉燃烧系统；在所述加热区的炉顶上安装浸没式加热器，所述浸没式加热器垂直伸入加热区的炉膛中，在所述加热区的侧墙上设置有流口；所述隔墙上安装有加热元件，在所述隔墙的底部开有孔洞使所述启炉熔化区与所述加热区相贯通；另外，还在炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，所述旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，所述循环泵的进口与加热区的炉膛相连通，所述循环泵的出口与旋涡加料井相连通。

2.根据权利要求1所述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：在所述旋涡加料井与启炉熔化区之间连接一连接管，所述连接管的一端伸入旋涡加料井的底部，所述连接管的另一端伸入启炉熔化区炉膛的底部，将旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通。

3.根据权利要求1所述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：所述循环泵的进口通过连接管与加热区的炉膛相连通，所述循环泵的出口通过连接管与旋涡加料井相连通。

4.根据权利要求1所述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：在所述启炉熔化区的侧墙上还安装一炉门提升机构，所述炉门提升机构与炉门驱动连接。

5.根据权利要求1所述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：所述循环泵为电磁循环泵或永磁循环泵或机械泵。

6.根据权利要求1所述的铝及铝合金等温熔炼炉，其特征在于：在所述加热区的侧墙上还设置有溢流口。

Images