CN103118774A - 金属浮渣隔离装置以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种方法和隔离装置，用于防止热的金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应。该方法包括将热的金属浮渣转移到浮渣盘，将具有金属浮渣的浮渣盘放置到气密性腔室的内部。接着，将具有热的金属浮渣的浮渣盘密封至具有固定内部容积的气密性腔室的内部。发生在气密性腔室内部的化学反应消耗了隔离腔室内部现存的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，该化学反应得以停止。气密性腔室成型并密封成能够承受由固定容积中的气体消耗产生的不同压差，直到热的金属浮渣得以冷却，并且化学反应得以停止。

Description

金属浮渣隔离装置以及相关方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年7月16日提交的申请号为No.61/365，074的美国临时专利申请的优先权。

技术领域

本案的主题通常涉及金属的生产。更具体来说，本案公开的内容涉及金属浮渣的冷却和隔离。本案还可以应用于金属浮渣处理的残留物冷却。

背景技术

熔炉浮沫或浮渣是一种正常的、但有时候在例如铝的熔融金属的生产产物中是不受欢迎的物质。然而，当恰当地管理时，熔炉浮沫或浮渣可能具有经济效益。从熔融金属的表面回收的浮渣具有足够大浓度并是值得回收的免费金属。在这个时期，浮渣是非常热的。有利地是，处理这种浮渣，以在可接受的短时间内将其冷却至一定温度，该温度使得浮渣不再经历与空气中的氧气发生自传播放热反应（例如，氧化），并能够安全且容易地操作。

美国专利No.4,842,255公开了一种方法（以及相关装置），包括将浮渣装载到专门改装后的盘中，并将其放置到冷却装置（称为“惰性气体浮渣冷却器”）的内部。接着，冷却装置关闭，定量的惰性气体，例如氩，注入到封闭的冷却装置，以中和/排除发生氧化所需的氧气。这种方法的劣势在于，在世界上生产金属的一些地区，惰性气体非常昂贵或者根本无法获得。

美国专利No.4,097,027公开了另一种已知方法。该方法描述了一种盘式冷却系统，该系统包括用于将浮渣保持在由具有水的沟槽环绕的基底上的容器；以及底开式钟状物，该底开式钟状物能够降低到该容器之下，直到该钟状物的边缘浸入到沟槽的水中。容器和钟状物之间的空间中的氧气通过与浮渣中残留金属发生反应而得以消耗，使得压力下降以及水围绕容器上升，并且作为浮渣冷却的散热件。由于上升的水，钟状物下方的体积是可变的（例如，并不固定）。该系统的劣势在于，由于使用了水密封，水蒸气存在于钟状物内部的空气中，并构成了潜在的不良效果。水蒸气通过例如金属铝分解为氢，当钟状物被举升，空气得以进入与浮渣相接触时，氢能够发生爆炸。

发明内容

下文描述了一种装置，其用以从生产现场到处理现场隔离熔融金属所产生的残留物。根据从生产现场到处理现场所需的时间，该装置可以具有两种用途。因此，其能够用作冷却装置或保持装置。装载于浮渣盘上的热的残留物/浮渣能够直接放置到装置的腔室内。将盖放置到合适的位置以关闭腔室，并确保外部空气不能接触到残留物，因此防止了进一步化学反应和消除了任何粉尘排放。由于基本上没有额外的媒介物/气体，该装置能够容易地移动。另一方面，当应用于仓库类型时，该装置能够是静止的或呈堆叠式的，从而限制了占地面积。

因此，该装置避免了相当危险的水的使用，减少了部件使用量，增加了制造便利性，降低了制造成本，避免了暴露于高温下的复杂化密封，避免了处理易生尘埃物料，增加了浮渣/残留物的金属回收率，提供了更加简单的操作、移动可能性和更简单的追踪性。另外，该装置更易于使用，具有更长的操作寿命，更低的维护需求，从而产生了更低的操作成本。最后，在其基本配置下，下文所述的装置是实用型的，并且无需使用电能或其他外部气源，例如惰性气体。

根据一种实施例，提供有一种金属浮渣隔离装置，用于防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应，该金属浮渣隔离装置包括：具有固定容积的隔离腔室，该隔离腔室包括一个开口，用于接收容纳有金属浮渣的浮渣盘；以及用于封闭该开口和以气密性的方式密封该隔离腔室的盖，从而能够确定隔离腔室内部的固定容积。发生在隔离腔室内部的化学反应消耗了隔离腔室内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，该化学反应得以停止。

根据一个方面，隔离装置进一步包括：位于隔离腔室内部的支撑平台，该支撑平台用于容纳浮渣盘。

根据一个方面，隔离腔室包括具有圆柱轴的圆柱体部分。

根据一个方面，隔离装置进一步包括：支撑结构，其上以水平方向放置有具有圆柱轴的圆柱体部分。

根据一个方面，该盖包括圆顶状部分和半球状部分中的至少一个。

根据一个方面，盖和隔离腔室的其中的一个具有空腔，该空腔用于容纳盖和隔离腔室的其中的另一个的边缘部分，从而形成密封件。

根据一个方面，隔离装置进一步包括：位于空腔内部的垫片，从而能够加强密封件的密封能力。

根据一个方面，隔离装置进一步包括：服务端口，用于将泵连接到其上，并将气体从金属浮渣隔离装置中抽出。

根据一个方面，隔离装置进一步包括：真空安全阀，当其开启后，能够使得金属浮渣隔离装置的内部和外部之间的压力均衡。

根据一个方面，隔离腔室成型并密封成能够承受由固定容积中的气体消耗产生的不同压差，直到金属浮渣得以冷却，并且化学反应得以停止。

根据另一个实施例，提供了一种防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应的方法，该方法包括：将具有金属浮渣的浮渣盘密封到具有固定的内部容积的气密性腔室的内部，发生在气密性腔室内部的化学反应消耗了现存于气密性腔室内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，化学反应得以停止。

根据一个方面，所述方法进一步包括：将浮渣盘保持在气密性腔室中，以用于将金属浮渣冷却和/或保持在浮渣盘中给定时间，或者直到气密性腔室内部的温度达到给定值。

根据一个方面，所述给定时间为6-16小时。

根据一个方面，所述给定值为450℃。

根据一个方面，所述方法进一步包括：当达到给定时间或气密性腔室内部的温度达到给定值以后，打开真空安全阀。

根据一个方面，所述方法进一步包括：将气体从气密性腔室内部抽出。

根据一个方面，所述密封包括关闭密封性腔室的盖。

根据一个方面，所述方法进一步包括：将金属浮渣转移到浮渣盘上。

根据一个方面，所述方法进一步包括：将具有金属浮渣的浮渣盘放置到气密性腔室中。

根据又一个实施例，提供了一种气密性腔室的用途，用于防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应。

根据一个方面，气密性腔室为真空腔室。

下文描述了根据用于气密性腔室/隔离腔室/隔离装置的限制例的任何组合的气密性腔室的使用。根据下文所描述的方法步骤的任何组合，该用途能够得以改进。

目前描述的装置和方法可适应于多种类型的金属，包括但不局限于铝，锌，镁（或其他轻金属）或钢。

下文所描述的化学反应适用于下述气体，例如氧气（例如，氧化），氮气（例如，氮化），一氧化碳和二氧化碳（例如，渗碳）。

根据可选实施例的下述详细描述，以及随附的附图的列举说明，本申请主题的特征和优势将会更加明显。将意识到，揭露和主张的主题能够在各方面改进，所有改进都不脱离权利要求书的保护范围。因此，事实上附图和说明书都作为例证但并不具有限制性，主题的全部范围都在权利要求书中得以陈述。

附图说明

结合附图并通过下述详细说明使得本申请公开内容的进一步特征和优势更加明显，其中：

图1是根据本申请一种实施例的金属浮渣隔离装置的等角投影图；

图2是图1所示的金属浮渣隔离装置的俯视图；

图3是图1所示的金属浮渣隔离装置的侧视图；

图4是图1所示的金属浮渣隔离装置概略性的端视图；以及

图5是根据本申请一种实施例的用于防止热金属浮渣与周边空气中的气体发生化学反应的方法的框图。

应当注意地是，在附图中，相同的特征由相似的参考标记标识。

具体实施方式

现参阅附图，尤其是图1-4，描述了金属浮渣隔离装置10的一种实施例，该金属浮渣隔离装置用于防止热金属浮渣与周边空气中的气体发生化学反应。

金属浮渣隔离装置10包括隔离腔室11和盖14。隔离腔室11由壁12限定。

隔离腔室11具有固定容积。隔离腔室11包括一个开口13，经由该开口来接收容纳有热的金属浮渣的浮渣盘16。浮渣盘16通常但不局限为由铸铁制造。

盖14用于封闭该开口13和以气密性的方式密封该隔离腔室11，从而能够确定隔离腔室11内部的固定容积。盖14可具有铰链32以及把手18，以便于盖14的操作。盖14与隔离腔室11和密封件22一体成型。

盖14进一步包括导向和夹紧装置30，其能够确保在通过盖14关闭开口13时，隔离腔室11实现气密性密封。密封件22如此实现，以使得其不会暴露于机械或热损害中。隔离腔室11包括由唇状物17、19形成的空腔15，其能够与盖14的边缘21相互作用，以提供所需的密封件22。可替换地是，盖包括由唇状物（未示出）形成的空腔，或者盖14和隔离腔室11均具有能够相互作用以提供所需的密封件22的唇状物（未示出）

根据一种实施例，盖包括圆顶状部分或半球状部分。

空腔15内部还设置有垫片（未示出），从而能够加强密封件22的密封能力。根据一种实施例，垫片由耐高温材料和展品形状记忆特性材料（例如伪弹性材料）制成。

发生在隔离腔室11内部的化学反应消耗了隔离腔室11内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，化学反应得以停止。隔离腔室11成型并密封成能够承受由固定容积中的气体消耗产生的不同压差，直到热的浮渣得以冷却，并且化学反应得以停止。通常，压差将近可能接近真空。

隔离腔室11包括基本上具有圆柱轴的圆柱体的部分。金属浮渣隔离装置10进一步包括：支撑结构20，其上水平地放置有具有基本上呈水平的圆柱轴的隔离腔室11。

支撑结构20可以装配有例如小型铲车（未示出）的运输设施或移动装置（未示出），以便于金属浮渣隔离装置10的运输。支撑结构20可适用于金属浮渣隔离装置10的堆叠。

根据一种实施例，金属浮渣隔离装置10还可以进一步包括具有右部24和左部26的支撑平台，其上放置有浮渣盘16。在一种实施例中，右部24和左部26呈L形，并且彼此呈镜像。浮渣盘16通常装配有用于铲车的叉的嵌入口，以便于浮渣盘16的运输。

金属浮渣隔离装置10还包括真空安全阀34，一旦化学反应停止，该安全阀使得金属浮渣隔离装置10的内部和外部之间的压力均衡。

服务端口（未示出）可以用于将气体从隔离腔室11中抽出，以产生真空，或还可以用于在金属浮渣隔离装置10打开之前，用气体冲刷金属浮渣隔离装置10。

最后，金属浮渣隔离装置10还包括压力表36，异常高压阀38（亦称压力安全阀或压力控制阀）。

现回到图5，示出了根据本申请的一种实施例的用于防止热金属浮渣与周边空气中的气体发生化学反应的方法500。方法500还阐述了金属浮渣隔离装置10的用途和操作。

方法500还包括步骤502：将具有热的金属浮渣的浮渣盘放置到金属浮渣隔离装置，该金属浮渣隔离装置包括具有固定容积的气密性腔室。在步骤504中，将金属浮渣隔离装置的盖放置到相应的开口之上，以密封该气密性腔室。在这时，可以执行可选择步骤506：将气体从气密性腔室中抽出。在一种实施例中，将气体抽出之后，气密性腔室内部的压力接近-14.5磅/平方英寸（psi）。

在步骤508中，气密性腔室内部发生化学反应（例如，氧化、氮化或渗碳反应），耗尽气密性腔室内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，化学反应得以停止。正如之前所述，气密性腔室成型并密封成能够承受由固定容积中的气体消耗产生的不同压差（或真空），直到热的浮渣得以冷却，并且化学反应得以停止。

根据一种实施例，当浮渣完全冷却时，气密性隔离腔室内部的温度通过监控得以确定。在一种实施例中，温度具有给定值，在该温度下浮渣得以完全冷却，其中该温度大约是450℃。

隔离腔室内部的压力也可以被监控。隔离腔室内部的压力将趋向于完全真空。压力监控装置（未示出）还可以形成隔离装置的一部分，并用于监控隔离腔室内部的压力。

可替换地是，当使用计时器监控了给定时间之后，可以确定冷却完成。在一种典型实施例中，给定时间为8-16小时。相比于之前所述的现有技术的方法，方法500的执行趋向于减小冷却浮渣的时间。

一旦完成冷却，真空安全阀打开（步骤510），以使得金属浮渣隔离装置的内部和外部之间的压力均衡。可替换地是，在步骤512中，残余气体将从隔离腔室中排出。

接着，金属浮渣隔离装置的盖打开（步骤514），将浮渣盘从金属浮渣隔离装置中移除（步骤516），然后将浮渣盘输送至下一个处理过程或进行销毁（步骤518）。

根据另一个实施例，气密性腔室内部的气体能够经由服务端口而抽出，该服务端口包括阀，以加速产生真空，因此增加了该方法的产量；例如，化学反应更早的停止，因此实现了更多金属的回收。

优选的实施例已经在上面进行描述，并在附图中得以阐述，显然地是，本领域技术人员可以在不脱离本申请的情况下作出变型。这些变型可以认为是可能的改进，并包含在本申请的保护范围之内。

Claims (20)

1.一种金属浮渣隔离装置，用于防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应，该金属浮渣隔离装置包括：

具有固定容积的隔离腔室，该隔离腔室包括一个开口，用于接收容纳有金属浮渣的浮渣盘；以及

用于封闭该开口和以气密性的方式密封该隔离腔室的盖，从而能够确定隔离腔室内部的固定容积，发生在隔离腔室内部的化学反应消耗了隔离腔室内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，该化学反应得以停止。

2.如权利要求1所述的金属浮渣隔离装置，进一步包括：位于隔离腔室内部的支撑平台，该支撑平台用于容纳浮渣盘。

3.如权利要求2所述的金属浮渣隔离装置，其中，隔离腔室包括具有圆柱轴的圆柱体部分。

4.如权利要求3所述的金属浮渣隔离装置，进一步包括：支撑结构，其上以水平方向放置有具有圆柱轴的圆柱体部分。

5.如权利要求4所述的金属浮渣隔离装置，其中，该盖包括圆顶状部分和半球状部分中的至少一个。

6.如权利要求4所述的金属浮渣隔离装置，其中，盖和隔离腔室的其中的一个具有空腔，该空腔用于容纳盖和隔离腔室的其中的另一个的边缘部分，从而形成密封件。

7.如权利要求6所述的金属浮渣隔离装置，进一步包括：位于空腔内部的垫片，从而能够加强密封件的密封能力。

8.如权利要求1所述的金属浮渣隔离装置，进一步包括：服务端口，用于将泵连接到其上，并将气体从金属浮渣隔离装置中抽出。

9.如权利要求1所述的金属浮渣隔离装置，进一步包括：真空安全阀，当其开启后，能够使得金属浮渣隔离装置的内部和外部之间的压力均衡。

10.如权利要求1所述的金属浮渣隔离装置，其中，隔离腔室成型并密封成能够承受由固定容积中的气体消耗产生的不同压差，直到金属浮渣得以冷却，并且化学反应得以停止。

11.一种防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应的方法，该方法包括：

将具有金属浮渣的浮渣盘密封到具有固定的内部容积的气密性腔室的内部，发生在气密性腔室内部的化学反应消耗了现存于气密性腔室内部的有限量的气体，因此一旦气体完全耗尽，化学反应得以停止。

12.如权利要求11所述的方法，进一步包括：将浮渣盘保持在气密性腔室中，以用于将金属浮渣冷却和/或保持在浮渣盘中给定时间，或者直到气密性腔室内部的温度达到给定值。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述给定时间为6-16小时。

14.如权利要求12所述的方法，其中，所述给定值为450℃。

15.如权利要求12所述的方法，进一步包括，当达到给定时间或气密性腔室内部的温度达到给定值以后，打开真空安全阀。

16.如权利要求11所述的方法，进一步包括，将气体从气密性腔室内部抽出。

17.如权利要求11所述的方法，进一步包括，所述密封包括关闭密封性腔室的盖。

18.如权利要求11所述的方法，进一步包括，将具有金属浮渣的浮渣盘放置到气密性腔室中。

19.一种气密性腔室的用途，用于防止金属浮渣与周边环境中的气体发生化学反应。

20.如权利要求19的用途，其中气密性腔室为真空腔室。

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