CN101852544B - 提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，炉膛的中间部位设置有隔墙，隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区，启炉熔化区与加热区之间设有通道，启炉熔化区的炉壁上安装有启炉燃烧器，加热区的炉顶上安装有浸没式加热器，浸没式加热器垂直伸入加热区炉膛；在加热区入口处设置有分流挡板，炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，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，旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，构成一循环系统。加热隔墙与启炉熔化区炉壁呈钝角并圆弧过渡，消除铝液在隔墙附近产生的回旋涡流；加热区入口设置分流挡板，均匀分配铝液流量；增强了炉内铝液循环顺畅性和加热温度均匀性。
Description
技术领域
本发明涉及一种提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，属于金属冶炼技术领域。
背景技术
铝及铝合金熔炼中存在许多困难，首先，相对于其他金属，铝有较高的比热容及熔化潜热，其次，铝的黑度很小且高温时极易被氧化。对于铝及铝合金的工业熔炼，国内外目前应用最广泛的是反射式熔炼炉，其次是感应熔炼炉和坩埚式熔炼炉，其中反射式熔炼炉占绝大多数。这几种炉型均有各自的优缺点，但一个显著的共同点就是能耗相对较高，热效率较低。
等温熔炼技术是一种全新的熔炼工艺，该技术能源消耗和金属损耗都非常低，是一种高效节能的熔炼工艺。等温熔炼就是在恒定温度下对炉料进行熔炼，在等温熔炼炉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。加热器直接插入熔融材料中，热量经导热管壁被有效的传递给熔融材料，对炉料进行三维加热，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。加热器热量几乎全被铝液吸收，提高了热效率，燃烧废气不与熔融金属接触，从而减少氧化损失，并且炉体结构简单，占地面积小，投资大为下降。等温熔炼在生产过程中铝液温度保持在680～760℃，同时向加料井加入冷料，系统所需热量由浸没式加热器供给。炉膛中铝液的流动可以加强铝液与加热器之间的换热能力，但并不是铝液流动速度越大，加热器功率越大，系统的效率就越高。加热区铝液能否与加热器充分换热非常重要，如果铝液流经加热区时由于阻力的原因避开了加热器，或是只有部分铝液经过加热器进行换热，那么加热器的热量就不能充分利用；加热器局部温度很高但是不能被铝液吸收，影响热效率，导致系统温度不均匀，而且会影响加热器的寿命；根据流体的特性行程空间变化会产生旋流，旋流不仅耗能而且加大了对壁面的冲刷侵蚀。
由此可见，等温熔炼炉内部结构对于整个系统的影响较大。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术存在的不足，提供一种提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，旨在消除铝液在启炉熔化区内产生的回旋涡流，减小加热区内铝液流量分配不均匀现象，避免温度集中并降低铝液整体温差，加强炉内铝液循环顺畅性和加热温度均匀性，提高等温熔炼效果。
本发明的目的通过以下技术方案来实现：
提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，特点是：炉膛的中间部位设置有隔墙，隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区，启炉熔化区与加热区之间设有通道，启炉熔化区的炉壁上安装有启炉燃烧器，加热区的炉顶上安装有浸没式加热器，浸没式加热器垂直伸入加热区炉膛；在加热区入口处设置有分流挡板，炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，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，旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，构成一个循环系统。
进一步地，上述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其中，所述隔墙与启炉熔化区的炉壁呈钝角，并圆弧过渡，圆弧角度范围在97～105°。
更进一步地，上述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其中，所述分流挡板为梯形柱状体，与竖直炉壁连为一体，分流挡板的横截面呈直角梯形，梯形锐角为30°～60°。
再进一步地，上述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其中，所述分流挡板分为两个部分，靠近加热区部分为实体结构，靠近炉壁部分从上到下开通孔。
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：
加热隔墙与启炉熔化区炉壁呈钝角并圆弧过渡，消除铝液在隔墙附近产生的回旋涡流；加热区入口设置分流挡板，在加热区内均匀分配铝液流量；该设计加强炉内铝液循环顺畅性和加热温度均匀性，减小炉内铝液的整体温差，增强等温熔炼效果。
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：本发明等温熔炼炉系统的俯视示意图；
图2：图1的A-A剖视示意图；
图3：本发明炉膛结构及内部铝液流动示意图；
图4：本发明炉膛内部分流挡板示意图。
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 | 循环管路 |
| 4 | 炉体 | 5 | 内衬 | 6 | 炉门 |
| 7 | 启炉熔化区 | 8 | 启炉燃烧器 | 9 | 分流挡板 |
| 10 | 隔墙 | 11 | 加热元件 | 12 | 放流口 |
| 13 | 加热区 | 14 | 浸没式加热器 | 15 | 溢流口 |
| 16 | 循环管路 | 701 | 圆角 | 901 | 通孔 |
| 902 | 加强筋 | 101 | 隔墙倾斜面 |
具体实施方式
本发明设计一种提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，加热隔墙与启炉熔化区炉壁成钝角并圆滑过渡，能够消除铝液在隔墙附近产生的回旋涡流；在加热区入口附近增设分流挡板，起到在加热区内均匀分配铝液流量的作用，隔墙内部加热器非均匀排布；通过这三种设计加强炉内铝液循环顺畅性和加热温度均匀性，减小炉内铝液的整体温差，加强等温熔炼效果。
如图1、图2所示，铝及铝合金等温熔炼炉，包括循环泵1、旋涡加料井2、循环管路3、循环管路16和炉体4，炉体4侧墙安装炉门6、设置溢流口15，端墙安装启炉燃烧系统8，内衬5衬于炉体4内。如图3、图4所示，炉膛的中间部位设置有隔墙10，隔墙10将炉膛划分为启炉熔化区7和加热区13，隔墙10与启炉熔化区7的炉壁呈钝角，并圆弧过渡，圆弧角度范围在97～105°；启炉熔化区7与加热区13之间设有通道，启炉熔化区7和加热区13一端连通，隔墙10上安装有加热元件11；启炉熔化区7的炉壁上安装有启炉燃烧器8，加热区13的炉顶上安装有浸没式加热器14，浸没式加热器14垂直伸入加热区炉膛，加热区13侧墙一端设置放流口12；在加热区13入口处设置有分流挡板9，分流挡板9为梯形柱状体，与竖直炉壁连为一体，分流挡板的横截面呈直角梯形，梯形锐角为30°～60°，分流挡板9分为两个部分，靠近加热区部分为实体结构，靠近炉壁部分从上到下开通孔，通孔高度方向均匀布置两根加强筋，分流挡板9在加热区内均匀分配铝液流量，使铝液均匀流过加热区；炉体外布置有旋涡加料井2和循环泵1，循环泵1的进口通过循环管路16与加热区13的炉膛相连通，循环泵1的出口与旋涡加料井2相连通，旋涡加料井2通过循环管路3与启炉熔化区7的炉膛相连通，构成一个互相连通的循环系统。等温熔炼炉工作时铝液循环流向为：启炉熔化区→分流挡板→加热区→循环泵→加料井→启炉熔化区。
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，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％，启动启炉燃烧器8，启炉燃烧器8正常燃烧后关闭炉门6，同时启动隔墙10中间装的加热元件11，启动加热区的浸没式加热器14，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1，使铝液在启炉熔化区7、分流挡板9、加热区13、循环泵1、旋涡加料井2、启炉熔化区7之间高速循环流动，在铝液能够正常循环后，关闭启炉熔化区的启炉燃烧器8，以减少铝液的吸气和烧损。在系统温度达到要求以后，向旋涡加料井2中加入废铝、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和加热区中进行熔化。当炉内铝液达到一定量时可以通过放流口放出，不需停炉生产过程可以连续进行。
炉体内部结构充分考虑了流体运动特性，如图3所示，铝液由循环管路3以一定的角度进入启炉熔化区7，在启炉熔化区一侧隔墙倾斜面101、隔墙与炉壁连接处圆角701以及循环管路3倾角的共同作用下，有效的防止了铝液在隔墙与炉壁的夹角附近产生回旋涡流。铝液进入加热区后先流经分流挡板9。分流挡板9分为两个部分，靠近加热区部分为实体结构，靠近炉膛壁部分从上到下开通孔901，通孔高度方向均匀布置两根加强筋902。铝液进入加热区13后一部分穿过分流挡板9的通孔901到达加热区最深处，另一部分被挡板9的实体部分阻隔而改变流向，到达加热区中间，如图3中A流向。这样铝液在进入加热区时均匀流向加热器，减少流量集中分配不均的现象。
加热隔墙与启炉熔化区炉壁呈钝角并圆滑过渡，消除铝液在隔墙附近产生的回旋涡流；隔墙内部加热器采用非均匀排布；在加热区入口附近增设分流挡板，在加热区内均匀分配铝液流量。
综上所述，本发明提高铝及铝合金温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，加强炉内铝液循环顺畅性和加热温度均匀性，减小炉内铝液的整体温差，加强等温熔炼效果。
需要理解到的是：以上所述仅是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (4)
1.提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其特征在于：炉膛的中间部位设置有隔墙，隔墙将炉膛划分为启炉熔化区和加热区，启炉熔化区与加热区之间设有通道，启炉熔化区的炉壁上安装有启炉燃烧器，加热区的炉顶上安装有浸没式加热器，浸没式加热器垂直伸入加热区炉膛；在加热区入口处设置有分流挡板，炉体外布置有旋涡加料井和循环泵，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，旋涡加料井与启炉熔化区的炉膛相连通，构成一个循环系统。
2.根据权利要求1所述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其特征在于：所述隔墙与启炉熔化区的炉壁呈钝角，并圆弧过渡，圆弧角度范围在97～105°。
3.根据权利要求1所述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其特征在于：所述分流挡板为梯形柱状体，与竖直炉壁连为一体，分流挡板的横截面呈直角梯形，梯形锐角为30°～60°。
4.根据权利要求1或3所述的提高铝及铝合金熔体温度均匀性的等温熔炼炉炉膛结构，其特征在于：所述分流挡板分为两个部分，靠近加热区部分为实体结构，靠近炉壁部分从上到下开通孔。
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