CN107699696A - 一种废铝料再生冶炼的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明中的废铝料再生冶炼的装置在铝液保温炉中的搅拌装置内使用了两组叶轮，并且在两组叶轮之间设有供气孔，当上叶轮与下叶轮同向转动时，两个叶轮之间产生负压，促进气体融入熔融的铝液里，当两个叶轮反向转时，气泡将被更好的分散到整体的铝液中。进一步，通过调整电机的转速和两个叶轮反向转动的时间即可实现调整熔融铝液中的气泡大小和分散程度，从而更好的去除铝液中的杂质元素。

Description

一种废铝料再生冶炼的装置和方法

技术领域

本发明涉及环保废物回收再加工领域，具体而言，为废铝料再生冶炼技术领域。

背景技术

铝及铝合金密度小、比强度高、导电和热性仅次于银和铜，且加工性好，表面光泽美观，能表面涂饰等多种特殊性能。被广泛应用于建筑、运输、国防、包装等行业和日常生活领域。我国是铝制品的生产和消费大国，然而，我国的铝土矿资源却很匮乏，目前铝土矿可开采年限不足30年。因此，不断扩大的市场需求与相对贫乏的铝矿资源已成为我国铝业未来发展的瓶颈环节，这一矛盾促进了中国再生铝工业的迅速发展。采用废铝生产高品质再生铝，是我国铝工业发展的重要环节。

目前我国尚没有形成比较完善的废铝回收系统，废铝的回收处理较为原始，管理比较混乱，不同品质、不同类型的废旧金属材料相互混杂的现象十分普遍。而广大规模以下的再生铝生产企业不经筛选的熔炼，使再生铝成分变的极为混杂，污染严重，大大降低了再生铝的利用价值；也有采用人工分拣杂质，但不能很好的杜绝有害成分镁的混入，造成再生铝含镁量过高，再生铝品质变差，难以达到铸造铝合金的技术要求。

由于废铝的来源和组成非常复杂，因此必须采用合理的技术才能使之获得有效的处理。铝合金产品的质量主要取决于熔炼与铸造环节，而除氢、除杂是熔铸工序的关键。我国在过去的几十年间，相继引进SNIF、MINT、ALPUR、RDU等国外先进的铝熔体在线净化技术，也自主研制了DDF等技术，在一定程度上提高了我国铝熔体的精炼水平。但由于引进的先进技术和自主研制的DDF技术对前处理要求较高，对废铝的适应能力较弱，而且投资巨大、工艺复杂、成本高，难以适应我国废铝再生行业铝来源复杂的现实，是造成大部分废铝再生企业仍然采用原始的冶炼方法，既容易污染环境，且废铝回收率低、再生铝质量较差、冶炼能耗较高现状的主要原因。

在处理金属熔体的过程中有时是需要对熔融金属与气体。例如，习惯上使引入气体如氮气和氩气成铝液和铝液合金为为了去除不希望的组分如氢气和非金属夹杂物。氯气体引入熔融铝和熔融铝合金以除去碱金属，例如镁。气体加入到熔融金属与不需要的成分发生化学反应以将它们转换成形式（如作为沉淀物或渣）是分开的或可分离的熔融金属。为了提高效率气体应分散（或混合），在整个金属熔液为尽可能彻底。更彻底混合的更大数量的气体分子接触所不希望的组分包含在熔融金属。目前的本领域技术人员长期想解决的技术问题为（1）如何控制气泡大小和数量，和（2）如何遍及整个容器彻底混合气泡和熔融金属。

公知的是将气体引入熔融金属通过注射部件，如喷枪或多孔扩散器。这种技术弊端在于常常导致不充分的气体与熔融金属融合。为了提高气体在熔融金属内分散能力，已知的是，搅拌熔融金属的同时通入气体，比如将供气装置与搅拌叶轮相结合，将气体喷射入熔融金属中。现有技术中，这种溶入气体的效率相对低下。如何提高气体在熔融金属内的分散度和控制气泡的大小和数量是长期希望解决的技术问题，有鉴于此，提出本发明。

发明内容

本发明的目的在于提供一种废铝料再生冶炼的装置，以解决上述问题。

一种废铝料再生冶炼的装置，包括熔炼炉和铝液保温炉，所述熔炼炉连接至铝液保温炉，所述熔炼炉体内部设有一锥形集料斗，所述锥形集料斗底部设有铝液通道，所述熔炼炉底部连接有喷枪，所述铝液通道连接至铝液保温炉；在熔炼炉中熔炼后的铝液流入铝液保温炉中进一步进行冶炼保温，所述铝液保温炉底部或侧面设有喷枪，所述铝液保温炉侧壁一侧设有铝液入口，另一侧设有铝液出口，铝液保温炉还设有搅拌部，搅拌部包括外套，内筒，外套套在内筒外侧，外套下端外周面设有上叶轮，内筒下端外周面上设有下叶轮，在内筒下端外周面并在下叶轮上方设有若干供气孔，上叶轮与下叶轮分别位于供气孔的上下两侧，上叶轮与下叶轮能够同向或反向转动。

上叶轮及下叶轮的叶片在竖直方向上呈45度偏转设置，叶片向上的面为上推面，叶片向下的面为下推面，上叶轮与下叶轮相对于一水平面镜像对称设置。

铝液保温炉还设有驱动离合部，驱动离合部包括顶盖板和下壳套组成的壳体，顶盖板中心处向上设有上轴套，上轴套外侧设有外花键，驱动管设在上轴套内，驱动管上端连接外齿套，上轴套与外齿套的直径及齿型相适应，上轴套外套设有离合套，离合套内设有内花键，离合套能够将上轴套与外齿套固定一体或分开运动，离合套下端面向下伸出有固定齿，当离合套只与上轴套啮合时，固定齿向下卡入铝液保温炉固定设置的齿槽，上轴套被固定，因此壳体将被固定，驱动管上固定套设有中心齿轮，顶盖板上固定有若干固定轴，固定轴上设有行星齿轮，中心齿轮通过行星齿轮与内齿套传动配合，内齿套下方固定连接传动套，驱动管与内筒连接，传动套与外套连接，还包括供气管，供气管、驱动管、内筒通气连接，外齿套包括齿套本体和支撑板，驱动管通过支撑板连接到齿套本体的内壁。

离合套与离合推动杆一端活动连接，离合推动杆的另一端通过铰轴活动铰接，铝液保温炉还包括驱动电机，驱动电机的电机轴通过齿形传送带与外齿套传动连接。

一种废铝料再生冶炼的方法，其使用如前述的废铝料再生冶炼的装置，其特征在于：

S1：将废铝料投入熔炼炉，向熔炼炉内送入天燃气与氧气的混合气体，利用天燃气对废铝料进行熔化，燃烧的火焰穿过锥形集料斗与废铝料接触，对废铝料加温，同时由于废铝料之间具有间隙，增大火焰与废铝料接触面积，熔化后的铝液经铝液通道流入铝液保温炉；

S2：铝液保温炉内，离合套被离合推动杆推向第一位置，上轴套和外齿套被离合套的内花键固定连为一体，此时传动套，驱动管被固定为一定整体，外套，内筒作为一个整体固定，驱动电机驱动外齿套转动，上叶轮的下推面和下叶轮的上推面作功，熔融的铝液在上叶轮和下叶轮之间的辐射向外导流并在供气孔附近处产生负压，气体在负压作用下与熔融的铝液充分融合；

S3：离合套23被离合推动杆上轴套推向第二位置，离合套与外齿套脱离，只与上轴套相连，且顶盖板和下壳套组成的壳体被固定，驱动电机驱动驱动管及内筒上的下叶轮在第一方向上转动，行星齿轮的固定轴被顶盖板固定，行星齿轮将中心齿轮的动力传给传动套，传动套带动外套上的上叶轮在第二方向上转动，当驱动电机反向转动时，上叶轮和下叶轮的转向切换成相反方向；

S4：检测铝液保温炉内气体与熔融铝液的接触情况，如果气泡碎小，则返回S2，减少驱动电机的转速；如果气体与熔融铝液接触不均匀，则返回S3，延长双向搅拌的时间；如果气体与熔融铝液接触情况合格，重复S2，S3预定次数后结束。

有益效果：本发明中的废铝料再生冶炼的装置在铝液保温炉中的搅拌装置内使用了两组叶轮，并且在两组叶轮之间设有供气孔，当上叶轮与下叶轮同向转动时，两个叶轮之间产生负压，促进气体融入熔融的铝液里，当两个叶轮反向转时，气泡将被更好的分散到整体的铝液中。进一步，通过调整电机的转速和两个叶轮反向转动的时间即可实现调整熔融铝液中的气泡大小和分散程度，从而更好的去除铝液中的杂质元素。

附图说明

图1为本发明铝液保温炉结构示意图；

图2为本发明铝液保温炉的驱动离合部的原理图；

图3为本发明铝液保温炉的外齿套截面图；

图4为本发明铝液保温炉的驱动离合部的另一状态原理图；

图5为本发明铝液保温炉的上下叶轮结构示意图；

图6为本发明铝液保温炉的上下叶轮工作原理图；

附图标记：供气管1，驱动离合部2，顶盖板211，下壳套212，传动套213，驱动管214，中心齿轮215，行星齿轮216，固定轴217，内齿套218，上轴套219，离合推动杆22，铰轴221，离合套23，外齿套24，齿套本体241，支撑板242，齿形传送带25，驱动电机26，保温炉体3，熔融铝液4，搅拌部5，外套51，内筒52，上叶轮53，上推面531，下推面532，下叶轮54，供气孔55。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解，此处所描述的实施例仅仅是用于解释本发明，并不是用于限制本发明。有关领域的普通技术人员在不背离本发明精神的情况下所做的各种变化和变形，都在本发明的独立权利要求和从属权利要求的范围内。

一种废铝料再生冶炼的装置，包括熔炼炉和铝液保温炉，所述熔炼炉连接至铝液保温炉，所述熔炼炉体内部设有一锥形集料斗，所述锥形集料斗底部设有铝液通道，所述熔炼炉底部连接有喷枪，所述铝液通道连接至铝液保温炉；在熔炼炉中熔炼后的铝液流入铝液保温炉中进一步进行冶炼保温，所述铝液保温炉底部或侧面设有喷枪，所述铝液保温炉侧壁一侧设有铝液入口，另一侧设有铝液出口，铝液保温炉3还设有搅拌部5，搅拌部5包括外套51，内筒52，外套套在内筒外侧，外套下端外周面设有上叶轮53，内筒下端外周面上设有下叶轮54，在内筒52下端外周面并在下叶轮54上方设有若干供气孔55，上叶轮与下叶轮分别位于供气孔的上下两侧，上叶轮与下叶轮能够同向或反向转动。

本发明中的废铝料再生冶炼的装置在铝液保温炉中的搅拌装置内使用了两组叶轮，并且在两组叶轮之间设有供气孔，当上叶轮与下叶轮同向转动时，两个叶轮之间产生负压，促进气体融入熔融的铝液里，当两个叶轮反向转时，气泡将被更好的分散到整体的铝液中。需要注意的是，申请人发现如果只有上叶轮与下叶轮同向转动，理论上气体也可以分散到整个铝液，但这仅是理想状态，在实际的实验中，一定要有两个叶轮的不同向转动才能在有限的时间里将气体有效分散。

上叶轮及下叶轮的叶片在竖直方向上呈45度偏转设置，叶片向上的面为上推面531，叶片向下的面为下推面532，上叶轮与下叶轮相对于一水平面镜像对称设置。这种叶片是为了本申请单独设计的，现有技术中，一般叶片只是单向转动，因此，只有一个推力面，而本申请需要双向转动叶片，叶片的角度只能是45度，并且叶片的两个面都要做为推力面使用。

铝液保温炉还设有驱动离合部2，驱动离合部包括顶盖板211和下壳套212组成的壳体，顶盖板211中心处向上设有上轴套219，上轴套219外侧设有外花键，驱动管214设在上轴套219内，驱动管214上端连接外齿套24，上轴套219与外齿套24的直径及齿型相适应，上轴套219外套设有离合套23，离合套内设有内花键，离合套能够将上轴套219与外齿套24固定一体或分开运动，离合套下端面向下伸出有固定齿，当离合套只与上轴套219啮合时，固定齿向下卡入铝液保温炉固定设置的齿槽，上轴套219被固定，因此壳体将被固定，这里将壳体固定主要是因为如果壳体不被固定，固定轴217也不会被固定，在固定轴217摆动的情况下，上下叶轮的反向转速比将无法固定，这就无法对整个搅拌的动作进行控制。驱动管上固定套设有中心齿轮215，顶盖板上固定有若干固定轴217，固定轴217上设有行星齿轮216，中心齿轮215通过行星齿轮216与内齿套218传动配合，内齿套218下方固定连接传动套213，驱动管214与内筒连接，传动套213与外套51连接，还包括供气管1，供气管、驱动管、内筒通气连接，外齿套24包括齿套本体241和支撑板242，驱动管214通过支撑板242连接到齿套本体241的内壁。

离合套与离合推动杆22一端活动连接，离合推动杆22的另一端通过铰轴221活动铰接，铝液保温炉还包括驱动电机26，驱动电机的电机轴通过齿形传送带25与外齿套24传动连接。

需要提出的是，双向驱动的方式很多，但本申请的双向驱动可以以固定速比的方式进行双叶轮的驱动。

一种废铝料再生冶炼的方法，其使用如前述的废铝料再生冶炼的装置，其特征在于：

S1：将废铝料投入熔炼炉，向熔炼炉内送入天燃气与氧气的混合气体，利用天燃气对废铝料进行熔化，燃烧的火焰穿过锥形集料斗与废铝料接触，对废铝料加温，同时由于废铝料之间具有间隙，增大火焰与废铝料接触面积，熔化后的铝液经铝液通道流入铝液保温炉；

S2：铝液保温炉内，离合套23被离合推动杆22推向第一位置，上轴套219和外齿套24被离合套23的内花键固定连为一体，此时传动套213，驱动管214被固定为一定整体，外套51，内筒52作为一个整体固定，驱动电机26驱动外齿套24转动，上叶轮53的下推面和下叶轮的上推面作功，熔融的铝液在上叶轮53和下叶轮54之间的辐射向外导流并在供气孔附近处产生负压，气体在负压作用下与熔融的铝液充分融合；

S3：离合套23被离合推动杆上轴套22推向第二位置，离合套23与外齿套24脱离，只与上轴套219相连，且顶盖板211和下壳套212组成的壳体被固定，驱动电机26驱动驱动管214及内筒52上的下叶轮在第一方向上转动，行星齿轮216的固定轴217被顶盖板211固定，行星齿轮216将中心齿轮215的动力传给传动套213，传动套213带动外套51上的上叶轮在第二方向上转动，当驱动电机反向转动时，上叶轮和下叶轮的转向切换成相反方向；

S4：检测铝液保温炉内气体与熔融铝液的接触情况，如果气泡碎小，则返回S2，减少驱动电机的转速，减少驱动电机的转速可以形成更大的气泡；如果气体与熔融铝液接触不均匀，则返回S3，延长双向搅拌的时间；如果气体与熔融铝液接触情况合格，重复S2，S3预定次数后结束。

通过上述方法，就可以在重新冶炼铝液时，针对冶炼的实际情况实时的控制供入气体在铝液中的分布情况。从而提高最终产品的品质。

以上介绍了本发明的较佳实施方式，旨在使得本发明的精神更加清楚和便于理解，并不是为了限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的更新、替换、改进，均应包含在本发明所附的权利要求概况的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种废铝料再生冶炼的装置，包括熔炼炉和铝液保温炉，所述熔炼炉连接至铝液保温炉，所述熔炼炉体内部设有一锥形集料斗，所述锥形集料斗底部设有铝液通道，所述熔炼炉底部连接有喷枪，所述铝液通道连接至铝液保温炉；在熔炼炉中熔炼后的铝液流入铝液保温炉中进一步进行冶炼保温，所述铝液保温炉底部或侧面设有喷枪，所述铝液保温炉侧壁一侧设有铝液入口，另一侧设有铝液出口，其特征在于，铝液保温炉（3）还设有搅拌部（5），搅拌部（5）包括外套（51）和内筒（52），外套套在内筒外侧，外套下端外周面设有上叶轮（53），内筒下端外周面上设有下叶轮（54），在内筒（52）下端外周面并在下叶轮（54）上方设有若干供气孔（55），上叶轮与下叶轮分别位于供气孔的上下两侧，上叶轮与下叶轮能够同向或反向转动。

2.根据权利要求1所述的废铝料再生冶炼的装置，其特征在于：上叶轮及下叶轮的叶片在竖直方向上呈45度偏转设置，叶片向上的面为上推面（531），叶片向下的面为下推面（532），上叶轮（3）与下叶轮相对于一水平面镜像对称设置。

3.根据权利要求1所述的废铝料再生冶炼的设备，其特征在于：铝液保温炉还设有驱动离合部（2），驱动离合部包括顶盖板（211）和下壳套（212）组成的壳体，顶盖板（211）中心处向上设有上轴套（219），上轴套（219）外侧设有外花键，驱动管（214）设在上轴套（219）内，驱动管（214）上端连接外齿套（24），上轴套（219）与外齿套（24）的直径及齿型相适应，上轴套（219）外套设有离合套（23），离合套内设有内花键，离合套能够将上轴套（219）与外齿套（24）固定一体或分开运动，离合套下端面向下伸出有固定齿，当离合套只与上轴套（219）啮合时，固定齿向下卡入铝液保温炉固定设置的齿槽，上轴套（219）被固定，因此壳体将被固定，驱动管上固定套设有中心齿轮（215），顶盖板（211）上固定有若干固定轴（217），固定轴（217）上设有行星齿轮（216），中心齿轮（215）通过行星齿轮（216）与内齿套（218）传动配合，内齿套（218）下方固定连接传动套（213），驱动管（214）与内筒（52）固定连接，传动套（213）与外套（51）固定连接，还包括供气管（1），供气管、驱动管、内筒、供气孔（55）通气连接，外齿套（24）包括齿套本体（241）和支撑板（242），驱动管（214）通过支撑板（242）连接到齿套本体（241）的内壁。

4.根据权利要求3所述的废铝料再生冶炼的装置，其特征在于：离合套与离合推动杆（22）一端活动连接，离合推动杆（22）的另一端通过铰轴（221）活动铰接，铝液保温炉还包括驱动电机（26），驱动电机的电机轴通过齿形传送带（25）与外齿套（24）传动连接。

5.一种废铝料再生冶炼的方法，其使用如权利要求1-4任一项的废铝料再生冶炼的装置，其特征在于：

S1：将废铝料投入熔炼炉，向熔炼炉内送入天燃气与氧气的混合气体，利用天燃气对废铝料进行熔化，燃烧的火焰穿过锥形集料斗与废铝料接触，对废铝料加温，同时由于废铝料之间具有间隙，增大火焰与废铝料接触面积，熔化后的铝液经铝液通道流入铝液保温炉；

S2：铝液保温炉内，离合套（23）被离合推动杆（22）推向第一位置，上轴套（219）和外齿套（24）被离合套（23）的内花键固定连为一体，此时传动套（213）和驱动管（214）被固定为一定整体，并外套（51），内筒（52）作为一个整体固定，驱动电机（26）驱动外齿套（24）转动，上叶轮（53）的下推面和下叶轮的上推面作功，熔融的铝液在上叶轮（53）和下叶轮（54）之间辐射向外流动并在供气孔（55）附近处产生负压，气体在负压作用下与熔融的铝液充分融合；

S3：离合套被离合推动杆上轴套（22）推向第二位置，离合套（23）与外齿套（24）脱离，只与上轴套（219）相连，且顶盖板（211）和下壳套（212）组成的壳体被固定，驱动电机（26）驱动驱动管（214）及内筒（52）上的下叶轮（54）在第一方向上转动，行星齿轮（216）的固定轴（217）被顶盖板（211）固定，行星齿轮（216）将中心齿轮（215）的动力传给传动套（213），传动套（213）带动外套（51）上的上叶轮在第二方向上转动，当驱动电机（26）反向转动时，上叶轮和下叶轮的转向切换成相反方向；

S4：检测铝液保温炉内气体与熔融铝液的接触情况，如果气泡碎小，则返回S2，减少驱动电机的转速；如果气体与熔融铝液接触不均匀，则返回S3，延长双向搅拌的时间；如果气体与熔融铝液接触情况合格，重复S2，S3预定次数后结束。