CN1050385C - 用于熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明关于在旋鼓炉中熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法，以及实施此方法的装置，其中进料可在该旋鼓炉的一端导入及取出。该炉的排气管及熔炼燃烧器设置在该旋鼓炉相对于该进料门的一端，并且废气测量设备来进行开启或紧闭控制该熔炼方法。

Description

用于熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法及装置
本发明关于在旋鼓炉中熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法，以及实施此方法的装置。
铝、含铝碎屑及残余物在旋转的圆柱形炉(一般称之为旋鼓炉)中熔炼，其中被熔炼的物质在称之为进料端的地方在进料设备辅助下进料。为达成此目的，首先在完成进料前，炉门从炉埠旋转开，接着该门转回至该炉内定位。然后，启动设置在该门内的燃烧器。然而，由于该熔炼燃烧器系设置在该进料门内，所以后者很难令人满意地被密封紧闭以持续地防止不想要的空气渗入。
于熔炼程序中所形成的废气由位于该进料门相对端的排气管从该炉中排出。于是，炉内气体与燃烧器废气的流动方向一致且平行。
但由于渗入空气可进入该炉，所以此方法具有因渗入空气所引起的缺点：熔炼过程所产生的废气体积中的氧分压会升高。
如果有机成分，例如纸、塑胶、橡胶及油漆等，存在于欲被熔炼的物质中，则达到挥发温度时这些成分将分解，而在氧气不足时，将以未燃烃或碳氢化合物形式从该炉的排气管排出。
废气清洁系统(包含冷却器)通常使用石灰或石灰水合物的射出系统来结合此酸性废气成分，接着使用的织物过滤器并不能完全去除此等烃或碳氢化合物。以上方法的另一个缺点是随着废气的排出会有烃或碳氢化合物被排放到外界环境。
德国专利申请No.4115269A1中描述了在炉中熔炼金属的方法，其中金属在该炉的第一位置用主要燃烧器加热，离开该炉的废气用设于该炉第二位置的次要燃烧器焚化，同时亦加热该金属。
然而此方法亦具有缺点，即必须在主要燃烧器外额外设置燃烧器，并因为此额外燃烧器而造成废气体积的增加。再者，炉门不能防止不想要的空气渗入。
从欧洲专利申请No.0475128A1中得知另一方法，其中欲被熔炼的物质在设有点火燃烧器的炉中加热，废气实质上由点火燃烧器流动至该炉排气管，且将富含氧的气体导入该炉，优选用吹氧管或注氧燃烧器进行，于是从该点火燃烧器出来的气体脉动与该富含氧的气体的脉动互相平行，但方向不同。
此方法具有缺点：额外的设备例如吹氧管或注氧燃烧器必需设置在炉内以导入富含氧的气体。当该点火燃烧器及注氧燃烧器设置在炉的相对端以达成气体脉动方向相逆时，该点火燃烧器要设在进料门内，此即为很难隔绝不想要的空气渗入的理由，于是造成以上所述废气体积增加的缺点。
本发明的目的是提供不具有以上缺点的方法，尤其可显著地降低熔炼铝、含铝碎屑及残余物所产生废气的体积并同时消除废气中有毒成分的方法，并提供进行此方法的装置。
以上目的可用本发明的方法以及装置来达成。
本发明的方法为在旋鼓炉内熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法，其中包括下列步骤：
(a)从该旋鼓炉的一端将进料分别导入及取出该旋鼓炉；
(b)废气从该旋鼓炉相对于其进料门的一端排出；及
(c)燃料及含氧气体经燃烧器导入该炉；
其特征在于：
(d)该燃料及含氧气体在该旋鼓炉的排气端导入该炉并且在该旋鼓炉内燃烧。
在本发明的一种实施方案中，氧含量至少80％的气体用作为含氧气体。
在本发明的一种实施方案中，该炉的旋转速度及方向依据进料的物性及量进行控制。
在本发明的一种实施方案中，该炉的旋转速度及方向依据废气测量值进行控制。
本发明的装置包括下列设备：
a)旋鼓炉(1)的一端包括用于进料(6)的门(2)；
b)在旋鼓炉(1)相对于进料门(2)的一端设置排气管(4)；及
c)用于熔炼进料(6)的熔炼燃烧器(3)设置在炉上；
其特征在于：
d)该熔炼燃烧器(3)设置在旋鼓炉(1)中具有排气管(4)的一端。
从属权利要求概括了本发明较有利或优选实施方案。
本发明所达成的优点基于下列功能模式：将旋鼓炉的燃烧器设在与炉的排气管同一端，因此是在与进料门相对的一端，所以燃烧器气体与炉废气的流动方向互相平行，但相反方向。
这样设置燃烧器，就有可能去除先前用炉门作为进料门及支持燃烧器的双重功能，而只用其作为进料门。于是，此门可构造成密封紧闭状态而完全防止渗入空气进入炉中。
将渗入空气隔绝在炉外，从排气管流出的废气体积就会降低。此优点在使用氧燃烧器时更具功效，此氧燃烧器不使用氮约占79％的空气而使用纯氧，于是可使废气体积大幅度降低并达到显著较高的火焰温度。即使炉在固定真空压力下操作，本发明方法仍然可以享有此优点，因为就算外界压力相对地较高，前述炉门的密封紧闭状态仍然可以防止渗入空气进入炉内的体积增加，这与已知方法不同。
在炉内如此安排燃烧器的进一步优点在于火焰的流动方向以及氧气的流动方向经过从炉流入排气管之废气流动方向。于是，在熔炼期间所产生的烃或碳氢化合物后续可用燃烧器焚化，而且所释放的能量可以用于熔炼程序，也因此节省主要能源并降低废气中有毒成分。
在炉内如此安排燃烧器的又一个优点为在于进料过程所释放的有毒物质后续可在任何时间焚化，因为该燃烧器连续操作。
因为本发明具有因降低废气体积所导致的较低炉内气体流动速度的另一优点，所以从炉内排出的灰尘量也大幅度降低。这也造成熔炼所消耗盐的减少，因为在盐幂与气体蒸发的气体空间之间的边界层会因为气体流动速度较低而使得打开的频率降低。此外，废气在炉内的停留时间较长，也会使得废气内所含的有毒物质可以进一步焚化。
在较佳具体实施例中，使用氧燃烧器作为该熔炼燃烧器，因为废气体积可变小且火焰温度比使用空气燃烧器要高。
优选的是，炉的旋转动作及/或燃烧器燃料的体积按进料物质调整，此乃因为该旋转动作可以重复地产生新表面，使得蒸发出来的烃或碳氢化合物的体积有所变动，而且不同量的进料物质也需要不同量的能源来进行熔炼。
该旋鼓炉的进料门的特别优选的构造为允许进料埠或管可被密封紧闭，而使得不想要的空气不能渗入或进入炉内。在此构造中，该炉门设置在炉上而随着炉旋转。因为炉的密封优化，也使得燃料效率可以达到已知方法不能达到的高度。
在本发明特别优选的具体实施例中，将废气测量设备设于该排气管中以允许燃料及燃烧空气或氧气的体积可以依据从炉的排气管流出的气体的函数而得到控制，尤其按烃或碳氢化合物浓度的函数而受到控制。特别优选的是废气测量用的光学机构。
优选的是，炉进料连续性地进行，例如经由门禁系统而使得熔炼可以在不打开炉的情形下持续进行。于是不会产生气体进入或离开该炉的情形。优选的是，该熔炼燃烧器产生长火焰，该火焰在炉内延伸相当远而使得远离燃烧器处的熔体仍可接收到适当的热能提供。此方法的主要优点为如以上所描述的燃烧器形状，此燃烧器结合了该主要燃烧器及次要燃烧器的功能。
本发明以下将参照附图及优选具体实施例而作详细说明，唯一的图显示了依照本发明用于熔炼铝、含铝碎屑及残余物之装置的垂直剖面，此装置可用于实施本发明方法。
进料6被投入圆柱形旋鼓炉1的内部。旋鼓炉1的两端缩小，其中一端设置有进料门2，进料6经由此门导入或取出该炉。在进料完毕后，该进料门连接在该旋鼓炉1上而呈密封紧闭状态。
该旋鼓炉1相对于该进料门2的一端设置有熔炼燃烧器3。此熔炼燃烧器3位于废气埠或管7内，排气管4连接在该废气埠7上，于是允许熔炼过程所产生的废气排出。因为熔炼燃烧器3位于废气热流上，因此具有抗热腐蚀的保护作用。废气测量设备5设置在排气管4内，用其测量废气中烃或碳氢化合物浓度。该废气测量设备5包括光学感应器。
旋鼓炉1操作时，该进料门2随着旋鼓炉1同时旋转。然而，位于旋鼓炉两端的熔炼燃烧器3及排气管4并未同时旋转。
在熔炼程序中，该燃烧器3产生延伸进入炉1内部的火焰。由于该火焰所提供的热能，进料6在炉1连续旋转的同时被熔炼，于是达到略呈一致性的进料熔炼过程。
此熔炼过程所产生的废气经由废气埠或管7导入排气管4，其中流经熔炼燃烧器3的火焰，于是废气内所含的有毒物质例如烃或碳氢化合物可以被焚化。
设于该排气管4内的废气测量设备5提供调整燃烧器3燃烧所需的燃料及/或燃烧空气或氧气体积所需的物质如废气内所含烃或碳氢化合物的浓度，此调整依据被测量浓度进行，于是炉所提供的能源(燃料燃烧及烃或碳氢化合物焚化产生的能源)保持恒定，从而确保该熔炼程序中达到均一的结果，并因而将熔炼程序所产生废气中的有毒物质降至最少。
在该熔炼程序开始的时候，进料6内所存在的有机成分被分解而在炉1内产生高浓度烃或碳氢化合物。此即为为何燃烧器3起初在化学量过量情形下操作的理由，其中将比燃烧器3提供的燃料体积燃烧所需量更多的氧气导入炉1内。借此额外的氧气，炉1内的烃或碳氢化合物被焚化，于是排气管4内的废气测量设备5所测得的烃或碳氢化合物浓度被降低。
当进料6的有机成分的挥发完成时(此乃通过该废气测量设备5所测得的烃或碳氢化合物含量的降低而得知)，燃烧器3再度在化学量或借助加入能量而在稍微不足化学量的情形下进行操作，于是经由燃烧器3而使炉1内所能获得的燃料得以增加以及该进料6的熔炼迅速地达成，炉1内的氧浓度低以避免铝损失。
除了其它因素外，在熔炼过程中分解所产生的有毒物质如烃或碳氢化合物的体积浓度与炉1的旋转速度有关，于是借助该废气测量设备5可以调整该炉1的旋转动作来进一步将有毒物质的体积降低至最少量。

Claims (17)

1.在旋鼓炉(1)内熔炼铝、含铝碎屑及残余物的方法，其中包括下列步骤：
(a)从该旋鼓炉(1)的一端将进料(6)分别导入及取出该旋鼓炉(1)；
(b)废气(4)从该旋鼓炉(1)相对于其进料门(2)的一端排出；及
(c)燃料及含氧气体经燃烧器(3)导入该炉(1)；
其特征在于：
(d)该燃料及含氧气体在该旋鼓炉(1)的排气端导入该炉并且在该旋鼓炉(1)内燃烧。
2.权利要求1的方法，其中氧含量至少80％的气体用作为含氧气体。
3.权利要求1或2的方法，其中测量排气管(4)内某些物质的浓度。
4.权利要求1和2的方法，其中旋鼓炉(1)连续进料。
5.权利要求1和2的方法，其中能量及/或氧气连续供给该炉(1)。
6.权利要求1和2的方法，其中该炉的旋转速度及方向依据进料(6)的物性及量进行控制。
7.权利要求1和2的方法，其中燃烧空气及燃烧氧气的体积及/或燃烧器(3)的燃料体积分别依据该进料(6)的物性及量进行控制。
8.权利要求1和2的方法，其中该炉的旋转速度及方向依据废气测量值进行控制。
9.权利要求1和2的方法，其中该燃烧空气及燃烧氧气的体积及/或燃烧器(3)的燃料体积分别依据废气测量值进行控制。
10.权利要求1和2的方法，其中废气测量值以光学方法测得。
11.权利要求1和2的方法，其中燃烧器(3)产生长的火焰。
12.用于在旋鼓炉(1)内熔炼铝、含铝碎屑及残余物的装置，其中包括下列设备：
a)旋鼓炉(1)的一端包括用于进料(6)的门(2)；
b)在旋鼓炉(1)相对于进料门(2)的一端设置排气管(4)；及
c)用于熔炼进料(6)的熔炼燃烧器(3)设置在炉上；
其特征在于：
d)该熔炼燃烧器(3)设置在旋鼓炉(1)中具有排气管(4)的一端。
13.权利要求12的装置，其中熔炼燃烧器(3)为氧燃烧器。
14.权利要求12或13的装置，其中炉(1)的进料门(2)构造成密封紧闭状态。
15.权利要求12或13的装置，其中进料门(2)设置在炉(1)上的方式是使其可与炉(1)同时旋转。
16.权利要求12或13的装置，其中排气管(4)内设置有废气测量设备(5)。
17.权利要求12或13的装置，其中该废气测量设备(5)包括光学感应器。
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