CN101837433B - 有色金属冶炼泵及所使用的有色金属冶炼炉 - Google Patents

Abstract

有色金属冶炼泵为：有色金属溶液由入口流入涡室，在涡室添加驱动力，然后由涡室通过出口流出，所述驱动力由以下方法产生：1)电流通过上述涡室的溶液，从第一电极和第二电极之间流出，并且将涡室外部的永磁铁的磁力线导入溶液中，上述的电流和磁力线的电磁作用产生驱动力；或者2)在上述涡室外部安装永磁铁，使永磁铁的磁力线穿过上述的有色金属溶液，在此条件下旋转上述的永磁铁，产生驱动力；此款有色金属冶炼泵即由以上特征构成。

Description

有色金属冶炼泵及所使用的有色金属冶炼炉

本申请基于如下日本优先权，日本专利申请号No.2008-334089(申请日2008.12.26)以及日本专利申请号No.2009-131249(申请日2009.5.29)，其全部内容也属于本申请的一部分。

技术领域：

本发明涉及有色金属冶炼泵及所使用的有色金属冶炼炉，特别是涉及与没有安装叶轮装置的金属冶炼泵及所使用的有色金属冶炼炉。

背景技术：

以往，有色金属溶解物的运送是通过有色金属冶炼泵来进行的。如果使用此有色金属冶炼泵，则可向有色金属溶解物中插入叶轮，通过叶轮的旋转，产生运动能量，实现溶液的搬运，也可采用在溶液通路外侧，向溶液施加移动磁场作用，使溶液内产生涡电流的等方式实现运送。

前一个方案存在由叶轮损伤引起转动运转成本过高和管理困难等问题。

而后一个方案，由于后项措施的装置过大和装置价格过高，也会导致运转成本过大，而且，保养等方面的问题也是不得不考虑的。

此外，从与冶炼炉相结合的观点来看，只能采用前项这唯一方式。但是，前一方案的泵存在的各项问题还未能得到解决，为了实现与冶炼炉的结合，需要多名技术人员日夜辛勤的工作才能实现。

发明内容：

因此，想要实现与冶炼炉的结合使用，如何获得一个合适的有色金属冶炼泵就成为了解决问题的关键。

本发明，通过上述冶炼炉，以提供与冶炼炉相结合使用的有色金属冶炼泵以及安装了该泵的有色金属冶炼炉为目的。

本发明，

是将有色金属溶液由入口向涡室内导入，在涡室内添加驱动力，使其呈旋涡状流动，再由涡室从出口流出，涡室体和前文中涡室的底板外部下方安装有永磁铁装置以产生磁场，由永磁铁装置产生磁场的磁力线和有色金属溶液中所流动的电流一同产生电磁力，来向有色金属溶液中添加驱动力，在安装了永磁铁磁场装置的涡室体中，

入口和出口形成旋涡状的流通路径，

入口和底板呈上下对称，

出口沿水平方向开口，

底板与水平面平行，

底板内面安装第1电极，

底板与底板内面按上下方向向对，涡室顶板内侧安装第2电极，再与第1电极间流通电流。

永磁铁磁场装置，安装在涡室体涡室底板外部下方，与底板呈上下对称的形式。

使有色金属溶液涡室的流入方向与永磁铁磁场装置的磁通量呈上下方向。

通过以上特点，构成有色金属冶炼泵。

此外，本发明还装备有有色金属冶炼泵和为投入有色金属原料而设有开口的筒状冶炼炉。

有色金属冶炼泵的入口呈向上开口安装，在冶炼炉的底部开口，与入口呈联通状态。通过以上特征，构成有色金属冶炼炉。

此外，本发明

有色金属溶液由入口流向涡室，在涡室内添加驱动力，使其呈旋涡状流动，再由涡室通过出口流出，将移动磁场发生装置，安装在涡室体和涡室底板的外部下方，使有色金属溶液通过沿着水平面的旋转移动，被贯通呈上下方向的磁力线，而给予有色金属溶液驱动力。

涡室体的入口和底板是沿上下方向呈相对状态，沿着出口的水平方向进行开口，使入口到出口之间形成旋涡状的流通路径。

移动磁场装置

-呈上下方向贯通的轴线附近，构成能够旋转的轴心旋转板，由此形成基本磁场。

基本磁场由，涡室的底板和上下向对的面，向交互，形成不同的极，在其周围，配置了复数的永磁铁所构成。

-将复数的永磁铁产生的，对涡室内的有色金属溶液呈上下方向贯通的磁力线的方向和有色金属溶液流入涡室的方向，一同构成上下流向，以及

-伴随着上述永磁铁的旋转，上述贯通磁力线对有色金属溶液呈上下方向贯通状态，并沿着水平面旋转移动，由此构成对有色金属溶液所添加的驱动力。

此为有色金属冶炼泵的特征之一。

此外，本发明还装备有有色金属冶炼泵和为投入有色金属原料而设有开口的筒状冶炼炉。

有色金属冶炼泵的入口呈向上开口，与冶炼炉底部的开口相连通。

构成以此为特征的有色金属冶炼炉。

由于本发明不会产生涡状电流，电磁力不会对有色金属溶液的运动产生妨碍，能够提高，并维持泵的效率。。

附图说明：

图1为基于本发明的实施例的无叶轮的有色金属冶炼泵的平面图。

图2为图1的正面图。

图3A为图1的有色金属冶炼泵中电流流通路径的示意图。

图3B为图1的有色金属冶炼泵中电流的流通路径部分显示示意图。

图4为图1的有色金属冶炼泵中电流的流通路径和磁通量通路的显示示意图。

图5为图2的安装有有色金属冶炼泵的冶炼炉主要部位示意图。

图6为图5的有色金属冶炼炉的开口例子示意平面图。

图7为图5的有色金属冶炼炉的其他开口例子示意平面图。

图8A为使用永磁铁的移动磁场发生装置的不同实施例的部分阻断正面图。

图8B为图8A中有永磁铁安装示意平面示意图。

图9为图8Aa为有色金属冶炼泵与移动磁场装置组合而成的冶炼炉体系的主要部位示意图。

图10为图5的变形例为冶炼炉的主要部位示意图。

图11为图10的平面图。

图12为图9的变形例为冶炼炉的主要部位示意图。

具体实施方案：

在对本发明的实施例进行说明前，先对本发明的运作原理进行简单说明。

本发明的基本运作原理，简单来说，是通过有色金属溶液中流动的电流加上外部添加的磁场，而产生电磁力，使有色金属溶液运动。本发明的发明者，采用此运作原理进行发明，并先期就搅拌装置冶炼炉安装以及冶炼炉用搅拌装置(专开2006-349293号公报)进行了提案。本发明也是基于此公报所记载的运作原理和相同的原理为基础制作而成的。

在本发明中，是以使磁场范围内流入的有色金属溶液的运动方向与磁场方向一致，且不生产涡电流这一点的基础上为主要特征的。之所以为了不让其产生涡电流是由于，如果在有色金属溶液中产生涡电流，就会对通过电磁力运送的有色金属溶液产生妨碍，使泵的效率出现明显的下降。由涡电流产生的电磁力，会由于磁场呈直角相交而产生导电体(本文中位有色金属溶液)运动的情况，其运动大小与相交速度呈正比。关于泵，一般情况下，泵的性能由一定时间内的吐出量和吐出压力决定，也就是说越高越好。本发明中的泵，如后文所述，是在拥有呈旋涡状的流通路径的涡室2内，处于外部磁场的领域范围内，有色金属溶液M中的磁场不会产生变化。因此，有色金属溶液即使高速运动，也不会在有色金属溶液M内产生涡电流。另外，入口5一侧，由于磁场方向和有色金属溶液M的流入方向为一致，即使有色金属溶液M在高速状态下进入磁场领域，也不会产生涡电流。

那么，涡室6内高速旋转的有色金属溶液M则会被离心力不断的甩至外侧，沿涡室6的外壁，向出口7移动。另外，涡室6的中央部位由于有色金属溶液M的旋转产生负压。由此，实现溶液M的连续有效的运送。

而且，本发明实施例的有色金属冶炼泵1的入口5如图2的状态所示，是呈向上开口，如图5所示入口5与呈仓斗状的冶炼炉25相连通，冶炼炉25中的有色金属通过入口5流入，再由其下部的出口7高速将有色金属溶液M排除。因此，冶炼炉25内的有色金属溶液M会产生激烈的漩涡。由于可以通过入口5向冶炼炉25内投放有色金属原料，在投放有色金属后，有色金属会在短时间内浸入有色金属溶液M中，并迅速溶解。

以下，就对本发明的实施例进行详细说明。

图1作为本发明的实施例，是无叶轮的有色金属冶炼泵的平面图。图2为正面图。

如图1以及图2所示，有色金属冶炼泵1安装了中空的涡室体2以及在其外侧安装了永磁式磁场装置(永磁铁磁场装置)。

涡室体2是采用氮化硅等耐火材料制作而成，入口5、涡室6以及出口7均采用了此耐火材料。如后文所述，向入口5中投入有色金属溶液，在涡室6内通过对其进行旋转驱动，再到达出口7，最后由出口7向外部排出。涡室6由于具有旋涡状的流通路径，因此有色金属溶液在由入口5向出口7的流通过程中，会形成旋涡状的流通路径。接着，在涡室6中，向出口7流向的流通路径的横切面积就会扩大。在涡室6作为漩涡中心的入口5上面(顶板)设置开口处6a，安装筒状体10，使其与下部开口处于连通状态，该筒状体10的上端(上部开口)为前文所述的入口5。此外，涡室6的侧壁的一部分，形成图1上右方伸出的出口部7a，该出口部7a的前端则为前文所述的出口7。

可以从图1得知，从平面来看，与涡室6相对的筒状体10的安装位置与中心有所偏移。此外，出口部7a的前端部位比底部过宽。这样会导致，由入口5进入的有色金属溶液M，在涡室6以及出口部6a中，由入口5向出口7流动的过程中，有色金属溶液M的流通路径的横切面积会变大，从而造成中心偏移这样现象。也就是说，涡室6的纵断面，呈向外膨胀的弧形状态。

可以从图2得知，涡室6的顶部内面有一部分所处于隐藏安装状态上侧电极12。这些上侧电极12，可以由图1得知，是沿着筒状体10的外围，稍大的周边，呈圆环或任意环状的状态所设置的。

此外，还可从图2得知，涡室6的底板内侧，设置了一部分处于隐藏安装状态的下侧电极13。

而且，上侧电极12最好与下侧电极13呈上下对称的位置，但并不是必须要呈圆环状态安装，此外，安装的位置，如图1所示，也不必一定要安装在入口5的外围附近。

通过电线15，将上侧电极12和下侧电极13相连结，再通过电线15与直流电源16相连接。这样，在直流电源16的正负端子之间，通过电线15，形成了电线15-上侧电极12-有色金属溶液M-下侧电极13-电线15，这样的电流I的流通路径。此外，电流的方形，可以与上述流向相反。其次就对有色金属溶液M中所流通的电流I的流通路径进行追加说明。

直流电源16最好为可变式输出电流，此外，还必须装备电流计，电压计等其他安全运行管理方面必要的各项仪器。

由此，涡室体2在图2中，沿纸面下侧所安装的永久磁场装置3，对涡室6内部的有色金属溶液M的磁场形成了追加。永久磁场装置3，如图2所示，位于上下两面两侧的磁极被磁化。图2中，构成了上侧的N极、下侧的S极。由此，该永久磁场装置3的N极所发出的磁通量MF如图2所示，由下至上，贯通了有色金属溶液M。

在该涡室体2的外壁和永久磁场装置3之间插入隔热材料，对永久磁场装置进行高热保护。当然，也要对图中未显示的涡室6的周围也使用隔热材料进行保温。

其次，就对流通有色金属溶液M的电流I和磁通量MF的流向及相互关系进行说明。

图3A，是对电流的流向进行表示。从本发明的发明者处得知，上侧电极12和下侧电极13之间，有有色金属溶液M通过，沿着涡室6的内面路径流动。沿着图3A的3B-3B线的断面来看，电流I是按照图3B所示进行流动。关于这一点，以后再详细讲解。

上侧电极12并不是一定要呈圆环状安装。如果将上侧电极12安装在涡室6内面上侧所希望的位置的话，安装位置处的上侧电极12与下侧电极13之间，会产生沿着涡室6内面路径流通的电流I。

因此电流I的流通路径与涡室6的关系如图4所示。图4中如果对磁通量MF的流通路径进行表示的话，则按图所示。

而且，电流I是沿着涡室6的内面，由上侧电极12向下侧电极13流动，磁通量MF是由有色金属溶液M由下向上贯通，再由上侧的N极到下侧的S极。

通过图4所示，我们可以明白电流I的流动方向和磁通量MF的流通方向。

在图4中，磁通量MF是在图中沿上下方向流动的。因此与之相对，电流I中，沿着涡室6的底面向下侧电极13流动的电流在图中就呈现横向流动的状态。也就是说，磁通量MF与电流I_底部(I_bottom)向交呈直角，有色金属溶液M收到电磁力的作用，产生了旋转驱动。

相反，本发明的发明者，虽然对电流I在图4中的流通路径做出了“由本发明的发明者所知来看”这样的叙述，但想要得知到以上流通路径，还需要以下理由。即是说，图4的构成，也就是磁通量MF如图所示的流通，在上侧电极12和下侧电极13安装图示所安装时，本发明的发明者通过试验队有色金属溶液M的旋转状况进行了确认。鉴于出现了以上旋转，电流I尤其是I_底部就只能按照转图4所示的流通情况进行理解。这也可以考虑成是由于表皮效果相似的原理所产生的。

通过电流I和磁通量MF的流向，在图1中，使涡室6中的有色金属溶液M沿箭头A方向流动，由出口7流出。

更详细的说明的话，由入口5进入涡室6的有色金属溶液M，在进入后，沿着图1箭头A1所示，有色金属溶液进行高速旋转运动。其结果，是有色金属溶液M被离心力甩向外围，由出口7流出。使永久磁场装置3的电极12变为负压。由此，入口5开始将有色金属溶液M强制引入涡室6内部。从而实现有色金属溶液M的连续强制运送。

在这当中，单位时间内的有色金属溶液M的运送量，可以通过调整直流电源4的输出电流强弱进行调整。

图5中，上述有色金属冶炼泵上安装了呈仓斗状的冶炼炉25，没有安装有色金属冶炼炉30，如果在有色金属冶炼炉30上安装有色金属溶液保持炉20的话，则构成了冶炼炉体系40。

如果在有色金属冶炼泵1的入口5处安装了呈仓斗状的冶炼炉25，则构成有色金属冶炼炉30。

该冶炼炉25的侧面开口25a通过管道26，与保持炉20的侧壁21所开的流出口22相连通。该冶炼炉25中会投放作为溶解对象的有色金属原料。因此，该冶炼炉25的开口形状，从平面来看，可以为圆形、椭圆形或矩形。其例子可以由图6、图7所示。其次，就由本发明的发明者进行了各种溶解试验。从图6以及图7的平面来看，冶炼炉25的上方开口形状为矩形和椭圆形。使用该形状的冶炼炉25的话，可以从试验结果中判定，都会获得高效的溶解效果。而且，有色金属冶炼泵1的出口7与位于保持炉20的侧壁21的流入口23相连通。

在图5中，保持炉20中的有色金属溶液M，从冶炼炉25流入有色金属冶炼泵。流入的有色金属溶液M，通过有色金属冶炼泵1产生的前述动作，连续的经出口7被压送至保持炉2O内。此时，冶炼炉25的内部情况如图所示，有色金属溶液M呈剧烈漩涡状搅拌的同时，被吸入有色金属冶炼泵1中。结果，有色金属溶液M的循环量，与冶炼炉25下方所连接的有色金属冶炼泵1的吐出量相当。

也就是说，冶炼炉25内，在又上方投入作为原料的有色金属后，可以实现迅速溶解。由于溶解速度是由吸入原材料的漩涡强度所决定的，因此，冶炼炉25内的漩涡形状就非常重要。漩涡的形状是由冶炼炉25的形状所决定的。

在以上说明的实施例，即为处于静止状态的永磁铁(3)和上侧电极12和下侧电极13之间所流动的电流1，产生的电磁力，使涡室6内的溶液M实现旋转。但是，同样可以通过旋转复数的永磁铁，来实现溶液M的旋转。

该实施例如图8A，8B所示。图8A为部分的溶液量测定板的正面图，图8B为安装在此处的旋转磁铁主要部位的平面图。

图8A与图8的不同点为，没有设置如同涡室6内的电极12、13，而且，也没有设计给电极12、13所提供的直流电源16，以及，移动磁场装置50被设计在了涡室6的下方。

移动磁场装置50，虽然可以采取各种安装形态，如图8A所示，可将其设计为如非磁性铁管51中的旋转磁铁52的形态。该旋转磁铁52中，箱子54中安装了电机53，电极53的轴53a以轴承54a为轴心，，该电机53使呈圆盘状的基本磁场能够实现旋转。该基本磁场55上的复数永磁铁57每隔90度进行固定。这些永磁铁56的上下面构成了磁极，而且，可以从图8B中得知，相邻的永磁铁56之间具有不同的磁性，会被磁化。因此这些永磁铁需要被不具有磁性的盖子57所盖住。

通过以上结构，永磁铁56所产生的磁通量(磁力线)M F如图8A所示，贯穿涡室6内的溶液M，或溶液M浸入产生磁通量MF的永磁铁56.这种状态下，通过永磁铁56的旋转，使磁通量MF在溶液M内移动，由此产生电磁力使溶液M旋转。

详细来说，复数的永磁铁56，产生按照前面所述第1方向(上下方向)贯通的贯通磁力线，来贯通涡室6内的有色金属溶液M有色金属溶液M进入涡室6的流入方向，与移动磁场发生装置50所发出的贯通磁力线方向，沿第1的方向一同构成。伴随永磁铁56的旋转，上述贯通磁力线基本按第1方向贯通有色金属溶液M，并以此状态移动，构成给有色金属溶液M所添加的驱动力。

图9为图5装置的变形例，图8A的有色金属冶炼泵1与移动磁场装置50构成的冶炼炉体系40，适用于保持炉20.该体系40，也与图5的装置进行相同运作。

在图8A、8B、9中，其他图的实施例与相同部件由同一符号进行了表示，在此对详细说明进行省略。

此外，图5，6以及图9所示的实施例的变形例如图10，11及图12所示。

其次，如图5、6所示，该冶炼炉体系40还必须装备铝溶液收容箱31.该铝溶液收容箱31在仓斗状的冶炼炉25和有色金属冶炼泵1发生铝溶液泄露时，可以起到防止铝溶液外漏的作用。该铝溶液收容箱31当然要采用对铝溶液具有抗腐蚀性并且耐火的材料所构成。

图12的冶炼炉体系40也如上述安装同样的铝溶液收容箱31。

从上述说明中可以得知，本发明的实施例，是基于构造简单，操作容易且价格便宜为宗旨，以求提供具有低成本和长久使用期限的有色金属冶炼泵以及使用该泵的有色金属冶炼炉为目的的。

以下，为发明者对本发明效果进行确认的试验结果所做的说明。

其次，在图5所示的实施例中，上侧电极12与下侧电极13之间，产生1～2.2Kw电力的情况下，有色金属溶液M的流速为10～50m/min，可获得6.75～40.5T/H，原材料的受入量为100～500Kg/H。当然，也并不是说这些数值会随着供给电量的增加会有所提高。

因此，做出以下判定。

即在一般情况下，交互磁场中铝溶液发生移动的话，会引起铝溶液的振动。由此振动，得出了铝溶液中的结晶构造出现了细微而均一的报告。由此着眼，才产生了提供电磁式搅拌机的想法。

与之相对的，在本发明的实施例中，在图9、12所示的实施例中，在铝粉溶解工序中，需要利用永磁铁的磁场(严密的，交互磁场)，来产生使铝溶液能够强力流动的能量源。其结果为，铝溶液虽然呈现铝的结晶构造的细微化·均一化以及氢含量低下(脱氢)，使得效率提高。以上结果可以通过电子显微镜以及其他测定器进行观察。其结果，可以从上述铝溶液中获得锻造度较高的产品，可以提高机械的强度，提高产品的品质。而且，在制造过程中，如能有效率地回收溶液，则可达到节能的效果。

Claims (11)

1.一种有色金属冶炼泵，包括：

一涡室体，具有相互连通的入口、涡室和出口，有色金属溶液由入口流入涡室，流经涡室并通过出口流出；

一永磁铁磁场装置，安装在涡室外部涡室底板的下方，永磁铁磁场装置所发出的磁力线和有色金属溶液中所流通的电流一同产生电磁力，用于给有色金属溶液施加驱动力，

其中，在涡室体中：

所述入口与所述出口之间形成旋涡状的流通路径，

所述入口与底板沿上下方向相对，

所述出口沿水平方向开口，水平方向垂直于上下方向，

所述底板具有一个平面，此平面沿水平方向延伸，

一第1电极安装在底板内面的中心，

复数个第2电极安装在涡室顶板的内面，电流在复数个所述第2电极和所述第1电极之间流通，并且涡室顶板的内面与底板的内面在上下方向上相对，其中，

第2电极呈任意环状定位，从而使得电流在每个所述第2电极与所述第1电极之间流通，轴线沿上下方向延伸并且穿过第1电极，

永磁铁磁场装置安装在涡室体涡室底板的外部，与底板相对，

有色金属溶液从进口流入涡室的方向和永磁铁磁场装置产生的磁力线方向，均沿上下方向延伸。

2.如权利要求1所述的有色金属冶炼泵，进一步包括一直流电源，用以提供直流电流。

3.如权利要求1所述的有色金属冶炼泵，其中，涡室呈螺旋状并且其截面积沿进口到出口方向逐渐增大。

4.如权利要求1所述的有色金属冶炼泵，通过涡室顶板上安装的筒状体，将顶板的开口与筒状体下部的开口相连通，筒状体的上部开口构成入口。

5.如权利要求4所述的有色金属冶炼泵，其中，所述筒状体设置在涡室的一位置，在此位置，筒状体的中心轴与底板中心对准。

6.如权利要求1所述的有色金属冶炼泵，永磁铁磁场装置用于产生一定强度和形态的磁场，以使得磁通量相关线在上下方向上贯穿涡室。

7.如权利要求1所述的有色金属冶炼泵，其中，第2电极呈圆环状定位。

8.一种有色金属冶炼炉，包括：

如权利要求1-7任一所述有色金属冶炼泵，其中，所述有色金属冶炼泵的入口呈向上开口配置；

一呈筒状的冶炼炉，包括在一端设置的用于投入有色金属原料的一第一开口、与在所述冶炼炉底部设置的第二开口，其中所述第二开口与所述有色金属冶炼泵的入口呈连通状态。

9.如权利要求8所述的有色金属冶炼炉，其中，第一开口的平面形状为矩形、椭圆形或圆形。

10.如权利要求8所述的有色金属冶炼炉，进一步包括：

对有色金属溶液进行保持的保持炉，

其中，冶炼炉的侧壁上部与保持炉的有色金属溶液流出口相连通，涡室出口与保持炉的有色金属溶液流入口相连通。

11.如权利要求8所述的有色金属冶炼炉，进一步包括：

一溶液收容箱，用于收容流自有色金属冶炼泵或冶炼炉的有色金属。