CN107166962A - 一种太阳能轻金属熔炼炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及冶金行业技术领域，具体涉及一种太阳能轻金属熔炼炉。一种太阳能轻金属熔炼炉，包括太阳能集热装置、熔化炉及精炼炉；熔化炉置于精炼炉上方，熔化炉和精炼炉之间由不锈钢导管贯通；熔化炉通过熔化炉传热介质导管与太阳能集热装置连接；精炼炉通过精炼炉传热介质导管与太阳能集热装置连接。本发明避免了现有技术中利用电能或化石能源的消耗，降低了对环境的污染，节省了成本；在一定程度上缓解太阳辐射强度不稳定所造成的影响；可使生产过程连续不间断。

Description

一种太阳能轻金属熔炼炉
技术领域
本发明专利涉及冶金行业技术领域，具体涉及一种太阳能轻金属熔炼炉。
背景技术
轻金属具有导电性、导热性、可塑性等多种特殊性能，是发展现代工业、现代国防和科技不可缺少的重要材料，但目前轻金属的冶炼方法如电解法、热还原法、加热法等均存在能耗大、成本高，而且对环境会造成一定程度污染的问题。
发明内容
为解决上述的技术问题，本发明提供一种太阳能轻金属熔炼炉。
一种太阳能轻金属熔炼炉，包括太阳能集热装置1-1、熔化炉1-2及精炼炉1-3；熔化炉1-2置于精炼炉1-3上方，熔化炉1-2和精炼炉1-3之间由不锈钢导管17贯通；熔化炉1-2通过熔化炉传热介质导管10与太阳能集热装置1-1连接；精炼炉1-3通过精炼炉传热介质导管29与太阳能集热装置1-1连接。
所述太阳能集热装置1-1包括太阳能集热器1、传热介质2、电磁泵3和传热介质导管4、传热介质输出管一4-1、传热介质输出管二4-2、传热介质回收管一4-3和传热介质回收管二4-4；电磁泵3的一端通过传热介质导管4与太阳能集热器1连接，另一端连接传热介质输出管一4-1和传热介质输出管二4-2；其中，所述太阳太阳能集热器1内传热介质2为液态合金。
所述熔化炉1-2包括熔化炉外壁5、熔化炉底部6、熔化炉顶盖7及熔化炉不锈钢坩埚15；不锈钢容器8内封装有无机盐相变储热材料一9，熔化炉传热介质导管10螺旋排布不锈钢容器8内并贯穿无机盐相变储热材料一9，用以向无机盐相变储热材料一9提供热量；熔化炉传热介质导管10的一端为熔化炉传热介质导管进管口11，另一端为熔化炉传热介质导管出管口12；熔化炉传热介质导管进管口11和熔化炉传热介质导管出管口12密合穿过不锈钢容器8和熔化炉外壁5，并延伸至所述熔化炉1-2体外，并保持不锈钢容器8的密封性；熔化炉传热介质导管进管口11上设有热电偶一13，熔化炉传热介质导管出管口12上设有热电偶二14，用以监测传热介质的温度，并以此判定是否需要开启备用热源；熔化炉1-2内设有熔化炉不锈钢坩埚15，内壁涂有致密防护涂料，防止铁元素融入合金，熔化炉不锈钢坩埚15外围螺旋盘绕有加热电阻丝一16，当太阳被遮挡或者相变材料所提供的温度不足时，作为后备热源使炉膛内的温度稳定，保证生产过程的持续；熔化炉不锈钢坩埚15底部中心有不锈钢导管17竖直向下并延伸至精炼炉1-3内部，且在不锈钢导管17内外壁涂有致密的防护涂料；不锈钢导管17延伸出熔化炉不锈钢坩埚15底面的部分管口封闭，防止固体金属上的螺丝等铁制品在合金熔化过程中通过导管落入下方的精炼炉中，侧面开有多个导管孔18，熔化之后的液态金属通过导管流入精炼炉中的坩埚中；热电偶三19及导气管一20贯穿熔化炉顶盖7的一侧；盖顶7上设有熔化炉顶盖拉环21，其中，热电偶三19用以监测合金是否达到熔化温度，导气管一20用以保证液态轻金属流走之后炉膛内的气压平衡，熔化炉顶盖拉环21方便揭开熔化炉顶盖7。
其中，所述熔化炉外壁5、熔化炉底部6、熔化炉顶盖7均填充有隔热材料。
其中，所述熔化炉的隔热材料可为耐火砖、耐火棉等材料，最外层为一定厚度的不锈钢材料固定炉体外形结构。
其中，所述的熔化炉传热介质导管进管口11连接与传热介质输出管一4-1连接，熔化炉传热介质导管出管口12通过传热介质回收管一4-3和与太阳能集热器1连接。
其中，优选地，所述无机盐相变储热材料一9为多元碳酸盐和(或)硫酸盐复合熔盐，具有特定的相变范围和相变潜热，用以保证合适的冶炼温度并保持温度稳定。所述精炼炉1-3包括精炼炉不锈钢上盖22、精炼炉外壁25、精炼炉底部26、电磁搅拌器34及精炼炉不锈钢坩埚36；精炼炉1-3的不锈钢上盖22承载熔化炉1-2，不锈钢上盖22有一定的厚度和强度，能够支撑起上部的熔化炉1-2，不锈钢上盖22两端设有精炼炉上盖拉环23，方边操作；不锈钢上盖22与精炼炉1-3下沿之间装有耐高温密封垫片24，用以防止氧气进入炉膛，保证精炼炉炉膛维持惰性气体环境；不锈钢上盖22中心开孔，中间密合穿过不锈钢导管17，穿延伸下来的不锈钢导管17，接触面密合，防止氧气进入炉膛；不锈钢容器27内封装有无机盐相变储热材料二28，精炼炉传热介质导管29螺旋排布不锈钢容器27内并贯穿无机盐相变储热材料二28，用以向无机盐相变储热材料二28提供热量；精炼炉传热介质导管(29)的一端为精炼炉传热介质导管进管口(30)另一端为精炼炉传热介质导管出管口(31)；精炼炉传热介质导管进管口(30)和精炼炉传热介质导管出管口(31)密合穿过不锈钢容器(27)和精炼炉外壁(25)，并延伸至熔化炉(1-2)体外；精炼炉传热介质导管进管口30处设有热电偶四32，精炼炉传热介质导管出管口31处设有热电偶五33，用以监测传热介质的温度，并用以判定是否需要开启备用热源；
精炼炉底部26设有电磁搅拌器34，用以搅拌熔化之后的合金液体；电磁搅拌器34上方设有支撑台35，支撑台35上方为精炼炉不锈钢坩埚36，精炼炉不锈钢坩埚36外围螺旋盘绕有加热电阻丝二37，精炼炉不锈钢坩埚36底面倾斜，且在该倾斜方向上连通一根导液管38，导液管38穿过密封的精炼炉外壁25延伸至精炼炉1-3体外，用于排放精炼之后的合金液；导液管38内壁涂有防护涂料；导液管38末端设有阀门39，导液管38外壁盘有加热电阻丝三40，防止合金流经导液管使因冷却而凝固，且空隙两端密封，防止氧气进入炉膛；导气管二41穿过精炼炉底部26并延伸至精炼炉不锈钢坩埚36上方、导气管三42穿过精炼炉底部26；热电偶六43穿过精炼炉底部26延伸至精炼炉不锈钢坩埚36下方，其中，热电偶六43，用以监测精炼温度是否达到所需标准。导气管二41和导气管三42分别用以向密封炉膛内通入所需惰性气体和排出空气，同时保证排出合金液体时精炼炉内的气压平衡。
其中，所述精炼炉外壁25及底部26填充有隔热材料。
其中，所述精炼炉传热导管进管口30与传热介质导管输出管二4-2连接，精炼炉传热介质出管口31通过传热介质回收管二4-4与太阳能集热器1连接。
其中，所述隔热材料可为耐火砖、耐火棉等材料，最外层为一定厚度的不锈钢材料固定炉体外形结构。
其中，所述无机盐相变储热材料为多元碳酸盐和(或)硫酸盐复合熔盐，具有特定的相变范围和相变潜热，用以保证合适的冶炼温度并保持温度稳定。
本发明的有益效果：
本发明通过传热介质将太阳能集热塔中的热量运输并传递给熔炼炉中的相变材料，并通过相变材料加热炉膛进行轻金属的熔化和精炼。此过程避免了现有技术中利用电能或化石能源的消耗，降低了对环境的污染，节省了成本。另外，相变材料在相变过程中温度不变，可以在一定程度上缓解太阳辐射强度不稳定所造成的影响。精炼炉在生产过程中始终保持惰性气体气氛，避免每次生产都要进行排气操作，可使生产过程连续不间断。
附图说明
图1是本发明一种太阳能轻金属熔炼炉的结构示意图；
图2是熔化炉结构示意图；
图3是精炼炉结构示意图；
图4是不锈钢导管结构示意图；
图中：1-1太阳能集热装置、1-2熔化炉、1-3精炼炉、1太阳能集热器、2传热介质、3电磁泵、4传热介质导管、4-1传热介质输出管一、4-2传热介质输出管二、4-3传热介质回收管一、4-4传热介质回收管二、5熔化炉外壁、6熔化炉底部、7熔化炉顶盖、8不锈钢容器、9无机盐相变储热材料一、10熔化炉传热介质导管、11熔化炉传热介质导管进管口、12熔化炉传热介质导管出管口、13热电偶一、14热电偶二、15熔化炉不锈钢坩埚、16加热电阻丝一、17不锈钢导管、18导管孔、19热电偶三、20导气管一、21熔化炉顶盖拉环、22精炼炉不锈钢上盖、23精炼炉上盖拉环、24耐高温密封垫片、25精炼炉外壁、26精炼炉底部、27不锈钢容器、28无机盐相变储热材料二、29精炼炉传热介质导管、30精炼炉传热介质导管进管口、31精炼炉传热介质导管出管口、32热电偶四、33热电偶五、34电磁搅拌器、35支撑台、36精炼炉不锈钢坩埚、37加热电阻丝二、38导液管、39阀门、40加热电阻丝三、41导气管二、42导气管三、43热电偶六。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、图2、图3、图4、所示，一种太阳能轻金属熔炼炉，包括太阳能集热装置1-1、熔化炉1-2及精炼炉1-3；熔化炉1-2置于精炼炉1-3上方，熔化炉1-2和精炼炉1-3之间由不锈钢导管17贯通；熔化炉1-2通过熔化炉传热介质导管10与太阳能集热装置1-1连接；精炼炉1-3通过精炼炉传热介质导管29与太阳能集热装置1-1连接。
首先，将熔化炉不锈钢坩埚15、不锈钢导管17、精炼炉不锈钢坩埚36、导液管38内壁及其他可能接触到轻金属的表面涂上防护涂料并干燥，防止铁或其他元素混入合金液中，按照图1安装好炉体。通过导气管二41向密封的精炼炉中充入保护气体并从导气管三42排走空气。
其次，太阳能集热器1中的传热介质2液态合金在太阳能集热器1中升温后，通过传热介质导管4，利用电磁泵3的作用分流出传热介质输出管一4-1和传热介质输出管二4-2，其中，传热介质输出管一4-1与熔化炉传热介质导管进管口11连接进入熔化炉1-2炉体；传热介质输出管二4-2与精炼炉传热介质导管出管口30连接进入精炼炉1-3炉体。再通过熔化炉传热介质导管出管口12与传热介质回收管一4-3连接流出熔炼炉1-2；精炼炉传热介质出管口31与传热介质回收管二4-4连接流出精炼炉1-3，最后流入太阳能集热器1，完成一个循环。传热介质2将热量传递给熔化炉1-2内的无机盐相变储热材料一9和精炼炉1-3内的无机盐相变储热材料二28，开始预热炉膛。预热完毕后，打开熔化炉顶盖7，将合金原料放入熔化炉不锈钢坩埚15中，并通过热电偶三19监测熔化炉1-2内的温度变化。待熔化炉1-2内的无机盐相变储热材料一9将热量传递到熔化炉1-2炉膛中使合金熔化以后，合金液通过不锈钢导管17上的导管孔18流入精炼炉不锈钢坩埚36。此过程中，合金原料中的一些铁制品，如螺丝等，被过滤留在熔化炉坩埚15中。液态合金流入精炼炉坩埚36后，开始精炼过程。如果上述熔化和精炼过程中太阳辐射强度变弱，则会使传热介质2的温度低于精炼或熔化所需温度，通过熔化炉传热介质导管进管口11和精炼炉传热介质导管进管口30上的热电偶一13和热电偶四32监测到以后，就停止传热介质2的流通过程，开始启用加热电阻丝一16和热电阻丝二37作为备用热源工作，保持生产过程的连续性。精炼结束以后，关闭电磁搅拌器34，打开阀门39开始排液，此时可视情况开启加热电阻丝三40，防止合金液体在流动过程中凝固，此过程通过导气管二41和导气管三42保持炉膛内外气压平衡。合金液态排出以后，关闭阀门39，打开熔化炉顶盖7，开始下一次熔炼过程。
以上所描述的实施例仅是本发明较佳的实施例，并不用于限制本发明。凡在本发明的设计原则之内所做的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：包括太阳能集热装置(1-1)、熔化炉(1-2)及精炼炉(1-3)；
熔化炉(1-2)置于精炼炉(1-3)上方，熔化炉(1-2)和精炼炉(1-3)之间由不锈钢导管(17)贯通；
熔化炉(1-2)通过熔化炉传热介质导管(10)与太阳能集热装置(1-1)连接；
精炼炉(1-3)通过精炼炉传热介质导管(29)与太阳能集热装置(1-1)连接。
2.根据权利要求1所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述太阳能集热装置(1-1)包括太阳能集热器(1)、传热介质(2)、电磁泵(3)和传热介质导管(4)、传热介质输出管一(4-1)、传热介质输出管二(4-2)、传热介质回收管一(4-3)和传热介质回收管二(4-4)；
电磁泵(3)的一端通过传热介质导管(4)与太阳能集热器(1)连接，另一端连接传热介质输出管一(4-1)和传热介质输出管二(4-2)。
3.根据权利要求2所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述太阳太阳能集热器(1)内传热介质(2)为液态合金。
4.根据权利要求1所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述熔化炉(1-2)包括熔化炉外壁(5)、熔化炉底部(6)、熔化炉顶盖(7)、熔化炉传热介质导管(10)及熔化炉不锈钢坩埚(15)；
不锈钢容器(8)内封装有无机盐相变储热材料(9)，熔化炉传热介质导管(10)螺旋排布于不锈钢容器(8)内并贯穿无机盐相变储热材料一(9)；
熔化炉传热介质导管(10)的一端为熔化炉传热介质导管进管口(11)，另一端为熔化炉传热介质导管出管口(12)；
熔化炉传热介质导管进管口(11)和熔化炉传热介质导管出管口(12)密合穿过不锈钢容器(8)和熔化炉外壁(5)，并延伸至所述熔化炉(1-2)体外，并保持不锈钢容器(8)的密封性；熔化炉传热介质导管进管口(11)上设有热电偶一(13)，熔化炉传热介质导管出管口(12)上设有热电偶二(14)；
熔化炉(1-2)内设有熔化炉不锈钢坩埚(15)，熔化炉不锈钢坩埚(15)外围螺旋盘绕有加热电阻丝一(16)；熔化炉不锈钢坩埚(15)底部中心有不锈钢导管(17)竖直向下并延伸至精炼炉(1-3)内部；
不锈钢导管(17)延伸出熔化炉不锈钢坩埚(15)的部分管口封闭，侧面开有多个导管孔(18)；
热电偶三(19)及导气管一(20)贯穿熔化炉顶盖(7)的一侧；
盖顶(7)上设有熔化炉顶盖拉环(21)。
5.根据权利要求4所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述熔化炉外壁(5)、熔化炉底部(6)、熔化炉顶盖(7)均填充有隔热材料。
6.根据权利要求4所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述熔化炉传热介质导管进管口(11)与传热介质输出管一(4-1)连接，熔化炉传热介质导管出管口(12)通过传热介质回收管一(4-3)和与太阳能集热器(1)连接。
7.根据权利要求1所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述精炼炉(1-3)包括精炼炉不锈钢上盖(22)、精炼炉外壁(25)、精炼炉底部(26)、电磁搅拌器(34)及精炼炉不锈钢坩埚(36)；
精炼炉(1-3)的不锈钢上盖(22)承载熔化炉(1-2)，不锈钢上盖(22)两端设有精炼炉上盖拉环(23)；
不锈钢上盖(22)与精炼炉(1-3)连接处设有耐高温密封垫片(24)；不锈钢上盖(22)中心开孔，中间密合穿过不锈钢导管(17)；
不锈钢容器(27)内封装有无机盐相变储热材料二(28)，精炼炉传热介质导管(29)螺旋排布不锈钢容器(27)内并贯穿无机盐相变储热材料二(28)；
精炼炉传热介质导管(29)的一端为精炼炉传热介质导管进管口(30)另一端为精炼炉传热介质导管出管口(31)；
精炼炉传热介质导管进管口(30)和精炼炉传热介质导管出管口(31)密合穿过不锈钢容器(27)和精炼炉外壁(25)，并延伸至熔化炉(1-2)体外；
精炼炉传热介质导管进管口(30)上设有热电偶四(32)，精炼炉传热介质导管出管口(31)上设有热电偶五(33)；
精炼炉底部(26)设有电磁搅拌器(34)；
电磁搅拌器(34)上方设有支撑台(35)，支撑台(35)上方为精炼炉不锈钢坩埚(36)，精炼炉不锈钢坩埚(36)外围螺旋盘绕有加热电阻丝二(37)，精炼炉不锈钢坩埚(36)底面倾斜，且在该倾斜方向上连通一根导液管(38)，导液管(38)穿过密封的精炼炉外壁(25)延伸至精炼炉(1-3)体外；
导液管(38)末端设有阀门(39)，导液管(38)外壁盘有加热电阻丝三(40)；
导气管二(41)穿过精炼炉底部(26)并延伸至精炼炉不锈钢坩埚(36)上方、导气管三(42)穿过精炼炉底部(26)；
热电偶六(43)穿过精炼炉底部(26)延伸至精炼炉不锈钢坩埚(36)下方。
8.根据权利要求7所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述精炼炉外壁(25)及精炼炉底部(26)填充有隔热材料。
9.根据权利要求7所述的一种太阳能轻金属熔炼炉，其特征在于：所述精炼炉传热导管进管口(30)与传热介质导管输出管二(4-2)连接，精炼炉传热介质出管口(31)通过传热介质回收管二(4-4)与太阳能集热器(1)连接。
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