CN107850394B - 导电性金属熔化炉、具备其的导电性金属熔化炉系统以及导电性金属熔化方法 - Google Patents

Abstract

为了提供一种能够将导电性金属可靠、快速熔化的技术，在具有从外部流入导电性熔融金属的入口、向外部排出熔融金属的出口、以及设置在上游侧的驱动流路与下游侧的流出路径之间的涡流室的流路中的所述驱动流路附近，使具有永磁铁的永磁铁制磁场装置绕纵轴旋转，并使所述永磁铁的磁力线在穿过所述驱动流路中的熔融金属的状态下移动，利用所述移动产生的电磁力使所述熔融金属流入到所述涡流室，在投入所述原材料的所述涡流室内产生所述熔融金属的涡流，然后，使熔融金属从所述出口向外部排出，并且根据需要，通过所述磁力线移动产生的电磁力将流出路径中的熔融金属向出口驱动。

Description

导电性金属熔化炉、具备其的导电性金属熔化炉系统以及导 电性金属熔化方法

技术领域

本发明涉及导电性金属熔化炉、具备该导电性金属熔化炉的导电性金属熔化炉系统以及导电性金属熔化方法，例如，涉及Al、Cu、Zn或者其中至少两种的合金、Mg合金等的导体(导电体)等非铁金属、或者铁金属等导电性金属的熔化炉、具备该熔化炉的导电性金属熔化炉系统、以及导电性金属熔化方法。

背景技术

当前，专利文献1、专利文献2中存在作为用于搅拌导电性金属铝等的熔融金属的各种装置。这些装置将铝等搅拌从而改善铝等的品质，得到品质均匀的铸块。然而，搅拌预先熔化的熔融金属固然重要，但实际中需要一边熔化作为原材料的铝切屑等，一边搅拌例如保温炉中的熔融金属。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：专利第4376771号

专利文献2：专利第4413786号

发明内容

本发明鉴于上述问题点，其目的在于提供能够更快熔化铝等原材料的导电性金属熔化炉以及具备该导电性金属熔化炉的导电性金属熔化炉系统。

本发明构成为导电性金属熔化炉，用于将导电性金属的原材料熔化为熔融金属，其特征在于，具备：

流路，具有使导电性的熔融金属从外部流入的入口以及向外部排出熔融金属的出口；以及

永磁铁制磁场装置，具有永磁铁，并且能够绕纵轴旋转，

所述流路具有上游侧的驱动流路以及下游侧的涡流室，

所述永磁铁制磁场装置设置在利用电磁力使所述熔融金属流入所述涡流室并在所述涡流室内产生所述熔融金属的涡流的位置，所述电磁力是随着所述永磁铁制磁场装置旋转，所述永磁铁制磁场装置的磁力线在贯通所述驱动流路中的所述熔融金属的状态下移动，随着所述移动产生的电磁力。

另外，本发明还构成为导电性金属熔化系统，其特征在于，具有上述导电性金属熔化装置以及收纳熔融金属的保温炉，所述导电性金属熔化装置中的所述入口以及所述出口分别与穿过所述保温炉的侧壁的流出口以及流入口连通。

另外，本发明还构成为导电性金属熔化方法，用于将导电性金属的原材料熔化为熔融金属，其特征在于，

在具有使导电性的熔融金属从外部流入的入口和向外部排出熔融金属的出口并且具有上游侧的驱动流路以及下游侧的涡流室的流路中的所述驱动流路附近，使具有永磁铁的永磁铁制磁场装置绕纵轴旋转，并使所述永磁铁的磁力线在贯通所述驱动流路中的熔融金属的状态下移动，利用所述移动产生的电磁力使所述熔融金属流入所述涡流室，在应投入所述原材料的所述涡流室内产生所述熔融金属的涡流，然后使熔融金属从所述出口向外部排出。

附图说明

图1是本发明实施方式的导电性金属熔化系统的俯视说明图。

图2是图1的导电性金属熔化炉的俯视说明图。

图3是沿图2的III-III线的截面说明图。

图4是沿图2的IV-IV线的截面说明图。

图5(A)是图1的永磁铁制磁场装置的一个例子的俯视说明图。

图5(B)是图1的永磁铁制磁场装置的其他例子的俯视说明图。

图6是沿图1的VI-VI线的截面说明图。

图7是沿图1的VII-VII线的截面说明图。

图8是本发明的其他实施方式的导电性金属熔化系统的俯视说明图。

图9是本发明的其他实施方式的导电性金属熔化系统的俯视说明图。

图10是本发明的其他不同实施方式的导电性金属熔化系统的俯视说明图。

具体实施方式

本发明实施方式的导电性金属熔化系统100具有由耐火物质制成的熔化炉1以及为其附设的同样由耐火物质制成的保温炉2。将导电性金属的熔融金属M从保温炉2引导至熔化炉1，在熔化炉1中产生强力的涡流。向该强力的涡流中投入导电性金属的原材料例如铝切屑、铝罐以及铝的废料等原材料，并可靠地熔化。熔化后，使熔融金属M从熔化炉1流回至所述保温炉2。使用永磁铁制磁场装置3旋转产生的电磁力作为上述动力。作为所述导电性金属可以将非铁金属以及铁作为对象，例如，可以将Al、Cu、Zn或者其中至少两种的合金、Mg合金等导体(导电体)等非铁金属、或者铁金属等作为对象。

并且，在本发明的实施方式中，仅通过所述永磁铁制磁场装置3的旋转产生所述涡流。为了使所述涡流形成强力的涡流，如下所述，对熔化炉1的物理构造特别是流动熔融金属M的流路的构造以及产生涡流的熔融金属M的所谓聚集处的构造进行了设计。由此，在本发明的实施方式中，与在电磁铁上流动大电流的情况不同，能够以仅旋转永磁铁制磁场装置3的少量能耗来产生熔融金属M的强力涡流，通过该涡流可靠地熔化原材料。

下面详细说明本发明的实施方式。

本发明的实施方式的保温炉可以与通常保温炉同样将熔化状态的熔融金属M保持在熔化状态，具备燃烧器等各种加热装置(未图示)。其他与通常的保温炉相同，因此省略详细说明。

对于附设在所述保温炉2上的熔化炉1，特别是参照图1可知，具有由耐火材料制成的炉身10以及所述永磁铁制磁场装置3，在所述炉身10中形成有熔融金属M的流路5，并且，将所述流路5的上游侧作为驱动流路5A，将下游侧作为流出路径5C，在它们中间构成涡流室5B。所述永磁铁制磁场装置3以能够绕纵轴旋转的方式设置在形成于所述驱动流路5A附近的磁场装置收纳室10A中。

即，所述熔化炉1具备作为驱动熔融金属M的驱动源的、绕大致垂直的轴线旋转的所谓纵型旋转的所述永磁铁制磁场装置3。该永磁铁制磁场装置3如图5(A)、图5(B)所示，可以在周围形成磁场。具体来讲，例如，可以使用前述专利文献1的图2、图3所示的装置或者专利文献2的图1、图2所示的装置。即，永磁铁制磁场装置3由1个永磁铁或者多个永磁铁构成。通过绕纵轴旋转这种永磁铁制磁场装置3，使来自永磁铁制磁场装置3的磁力线ML在可靠地贯通后面所述的驱动流路5A中的熔融金属M的状态下旋转移动，通过涡电流所产生的电磁力将该熔融金属M在驱动流路5A中向涡流室5B驱动。

即，通过所述永磁铁制磁场装置3的旋转，以前述现有技术文献1、2同样的原理产生的电磁力将所述保温炉2中的熔融金属M吸入至熔化炉1的流路5内，加速产生涡流，仍然返回至所述保温炉2。所述涡流室5B构成为上方开放，可以通过料斗等原材料供给装置(未图示)从上方向涡流中投入原材料。

更详细地讲，特别是参照图2可知，熔化炉1具有具备入口5a以及出口5b的流路5。所述入口5a与图1中的保温炉2的流出口2A连通，所述出口5b与图1中的保温炉2的流入口2B连通。

对于所述流路5的上游侧，特别是参照图2可知，形成具有横截面弯曲为半圆形的圆弧部的驱动流路5A，在其下游侧构成大致呈圆柱槽状的涡流室5B。驱动流路5A如图2所示，从俯视角度观察，形成为宽度较窄的流路。由此，如上面的简单说明所述，来自永磁铁制磁场装置3的磁力线ML可以可靠地贯通该驱动流路5A中的熔融金属M。由此，随着永磁铁制磁场装置3绕纵轴旋转，将驱动流路5A中的熔融金属M可靠地向涡流室1驱动。即，所述驱动流路5A构成为具有弯曲为圆弧形的圆弧部。

另外，根据图6可知，将所述流路5的入口5a(涡流室入口5Bin)的高度h设定为低于保温炉2中的通常熔融金属M的高度H。由此，通过势能就可以使熔融金属M从保温炉2流入至熔化炉1(涡流室5B)。

特别是参照图2可知，所述驱动流路5A的末端与所述涡流室5B(涡流室入口5Bin)连通。即，从俯视角度观察，在图2中，以涡流室5B的外周侧的圆上的一点P的切线与所述驱动流路5A的末端部分大致一致的方式将二者连接。由此，驱动流路5A中的熔融金属M以适合形成涡流的角度沿圆周流入涡流室5B，在图2中，可靠地形成图中顺时针高速旋转的涡流。

特别是参照图6可知，在涡流室5B的底部形成有涡流室出口5Bout。该涡流室出口5Bout到达所述流路5的所述出口5b，该出口5b如前面所述与保温炉2的流入口2B连通。特别是参照图2可知，涡流室出口5Bout的中心C2从涡流室5B的中心C1仅偏离偏移量Off。由此，熔融金属M在涡流室5B中按图中顺时针旋转后，易于从该涡流室出口5Bout向外部流出。

特别是参照图3可知，在所述熔化炉1的炉身10上形成有用于收纳所述永磁铁制磁场装置3的磁场装置收纳室10A。该磁场装置收纳室10A被制作为独立的空间，特别是参照图2可知，设置在沿弯曲的所述驱动流路5A的内侧的位置。如图7所示，在该磁场装置收纳室10A中以能够绕大致垂直的轴旋转的方式收纳所述永磁铁制磁场装置3。该永磁铁制磁场装置3的驱动机构可以采用各种驱动机构。例如，可以采用旋转速度可变、旋转方向可逆转的驱动机构。由于可以采用通常的驱动机构，因此，在这里省略详细说明。

在此，永磁铁制磁场装置3在磁场装置收纳室10A内尽可能设置得靠近所述驱动流路5A中的熔融金属M。由此，在俯视角度上，永磁铁制磁场装置3的磁力线ML充分贯通驱动流路5A中的熔融金属M。由此，参照图1可知，当永磁铁制磁场装置3沿图中逆时针方向旋转时，可靠地驱动流路5A中的熔融金属M，使其沿外周切线方向流入涡流室5B。由此，能够在涡流室5B内形成顺时针的熔融金属M的强力涡流。如果使用例如料斗(未图示)从其上方向该涡流室5B中投入原材料，则可以将原材料可靠地引入到涡流中从而快速可靠地熔化。增量的熔融金属M从涡流室5B经由涡流室出口5Bout流出，最终流入保温炉2。与此同时，从保温炉2向驱动流路5A中引入熔化状态的熔融金属M。

这样，在本发明的实施方式中，能够通过永磁铁制磁场装置3的旋转，驱动驱动流路5A中的熔融金属M流入涡流室5B，在涡流室5B中产生熔融金属M的强力涡流，通过向该涡流中投入原材料，能够将原材料引入涡流的中心从而可靠迅速地熔化，向保温炉2排出。

此外，上述装置的一个例子的主要部分的实际尺寸、规格如下所述。首先，保温炉2的熔融金属M的高度H的通常值为H＝650-1000mm。可以将通过涡流室5B的涡流室入口5Bin的流入量、通过涡流室5B的涡流室出口5Bout的流出量、以及涡流室5B的直径这三个方面的关系有机结合来决定熔化炉1的各部分的实际尺寸等。其结果，涡流室入口5Bin的高度h＝150-300mm，流入量W＝500-900吨/小时，涡流室5B的直径

涡流室出口5Bout直径

涡流室5B的中心C1与涡流室出口5Bout的中心C2的偏移值Off＝50-100mm。通过设置这些数值，能够通过势能使熔融金属M顺畅流入、流出涡流室5B。

并且，在本发明的实施方式中，并不是通过永磁铁制磁场装置3的旋转直接产生涡流，而是将熔融金属M在驱动流路5A中可靠地驱动到加速状态后流入涡流室5B，从而产生涡流，并且，使熔融金属M从涡流室出口5Bout沿涡流流动的方向流出，因此，能够使熔融金属M的涡流形成强力的涡流，并且，能够使原材料高效可靠地熔化，向保温炉2排出。

另外，本发明的实施方式的导电性金属熔化系统100将导电性金属熔化炉1与保温炉2最初作为成套设备构成，但是，也可以之后在已有的保温炉2上附设导电性金属熔化炉1从而形成导电性金属熔化系统100。

图8至图10分别是表示本发明的其他实施方式的俯视说明图。在这些实施方式中，将熔融金属相对于涡流室5B在入口侧压入，并且在出口侧吸引。更详细地讲，不仅对流入涡流室5B的熔融金属M施加利用永磁铁制磁场装置3的电磁力所产生的驱动力，还对从涡流室5B流出的熔融金属M也施加利用永磁铁制磁场装置3的电磁力所产生的驱动力。即，在该实施方式中，从涡流室5B的角度来看，通过电磁力强制熔融金属M流入(压入)涡流室5B，并且通过电磁力的拉力将熔融金属M从涡流室5B强制拉出(吸引)，通过这两个力(压入力以及吸引力)的协助，能够使涡流室5B中的熔融金属更加强劲的旋转。这例如在导电性金属熔化炉1中的出口5b的横截面积小于入口5a的横截面积的情况下，效果更加明显。

并且，图8至图10的实施方式与图1的实施方式的结构区别在于，简单来讲，在图1中，从涡流室5B朝向保温炉2的流出路径5C构成为图中横向直线形，但是，在图8至图10的实施方式中，以位于永磁铁制磁场装置3附近的方式弯曲而成。除此以外的结构实质上与图1的实施方式相同。

下面，详细说明图8至图10的实施方式。在图1的实施方式中，永磁铁制磁场装置3与涡流室5B在图中以上下排列的方式配置，与此相对，在图8以及图9的实施方式中，在图中以左右排列的方式配置。但是，二者除了上述流出路径5C的路径不同以外，其他基本相同。由此，省略图8以及图9中的与图1的实施方式相同的结构部分的详细说明。

首先，在图8的实施方式中，与图1的实施方式同样，在具有入口5a以及出口5b的流路5中，将上游侧作为驱动流路5A，将下游侧作为流出路径5C，在它们中间构成涡流室5B。参照图8可知，驱动流路5A与流出路径5C立体交叉。

流出路径5C构成为使其大致中央部分沿永磁铁制磁场装置3弯曲。由此，当永磁铁制磁场装置3如图8所示绕图中的逆时针方向旋转时，流出路径5C中的熔融金属M被电磁力驱动，流入到保温炉2中。即，从涡流室5B吸引熔融金属M。该吸引力与上述驱动流路5A的压入力协作，使熔融金属M可靠地流入到涡流室5B以及从涡流室5B流出。即，熔融金属M从涡流室5B来看被拉出，因此，可以更顺畅地使熔融金属M流入涡流室5B。由此，熔融金属M能够在涡流室5B中更强劲地涡流旋转，更可靠、迅速地熔化材料。

此外，在图8的实施方式中，驱动流路5A以及流出路径5C均是以圆弧状分布在永磁铁制磁场装置3周围的结构，但是，可以取代这种方式而形成围绕所述周围一圈或者任意多圈的结构。即，驱动流路5A以及流出路径5C中的至少一个可具有构成为线圈状的环绕部(环状流路部)，所述环绕部形成为围绕所述永磁铁制磁场装置3周围的结构。在该情况下，实际中可以采用驱动流路5A与流出路径5C互不干扰的各种结构。例如，可以采用驱动流路5A与流出路径5C相邻围绕的两条螺纹的结构、驱动流路5A多圈围绕永磁铁制磁场装置3的高度的下半部分(或者上半部分)而流出路径5C多圈围绕上半部分(或者下半部分)的结构等。前面的图1的实施方式或者后面的实施方式同样可以采用这种驱动流路5A以及流出路径5C围绕永磁铁制磁场装置3周围的结构。

图9的实施方式是图8的实施方式的变形例。图9的实施方式与图8的实施方式的不同点在于，驱动流路5A与流出路径5C在平面上并排行进(即平行)，没有进行立体交叉。因此，在图8以及图9中，相对于涡流室5B改变连通驱动流路5A与流出路径5C的位置。由此，在图8的实施方式中，熔融金属M在涡流室5B中形成沿图中顺时针方向的涡流，在图9的实施方式中，熔融金属M在涡流室5B中形成沿图中逆时针方向的涡流。

图10的实施方式是作为图1的实施方式的变形例的实施方式，与图8的实施方式同样，驱动流路5A与流出路径5C立体交叉。另外，在图10的实施方式中，与图1的实施方式相比，出口5b构成在更靠近入口5a的位置。

Claims (12)

1.一种导电性金属熔化炉，用于将导电性金属的原材料熔化为熔融金属，其特征在于，具备：

流路，具有从外部流入导电性的熔融金属的入口以及向外部排出熔融金属的出口；以及

永磁铁制磁场装置，具有永磁铁，并且能够绕纵轴旋转，

所述流路具有上游侧的驱动流路、下游侧的流出路径、以及形成在所述驱动流路与所述流出路径之间的涡流室，

所述驱动流路设置在接近所述永磁铁制磁场装置的位置，并且设置在利用电磁力使所述熔融金属流入所述涡流室并在所述涡流室内产生所述熔融金属的涡流的位置，所述电磁力是随着所述永磁铁制磁场装置旋转，所述永磁铁制磁场装置的磁力线在贯通所述驱动流路中的所述熔融金属的状态下移动，随着所述磁力线移动而产生的电磁力，

所述流出路径设置在接近所述永磁铁制磁场装置的位置，并且设置在利用电磁力将所述熔融金属从所述涡流室向所述出口吸引、驱动的位置，所述电磁力是随着所述永磁铁制磁场装置旋转，所述永磁铁制磁场装置的磁力线在贯通所述流出路径中的所述熔融金属的状态下移动，随着所述磁力线移动而产生的电磁力。

2.根据权利要求1所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

所述驱动流路以及所述流出路径中的至少一个构成为具有圆弧形弯曲的圆弧部。

3.根据权利要求2所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

所述永磁铁制磁场装置与所述驱动流路以及所述流出路径中的至少一个的所述圆弧部相邻设置。

4.根据权利要求1所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

所述驱动流路以及所述流出路径中的至少一个具有环绕一圈或者环绕任意多圈的环状流路部。

5.根据权利要求4所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

所述驱动流路以及流出路径中的至少一个之中的所述环状流路部围绕所述永磁铁制磁场装置的周围。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

将所述涡流室中的从所述驱动流路流入熔融金属的涡流室入口的高度设定为高于所述涡流室中的从所述涡流室向所述流出路径流出熔融金属的涡流室出口的高度。

7.根据权利要求6所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

从俯视角度观察，所述涡流室出口形成在偏离所述涡流室的中心的位置。

8.根据权利要求1至5中任一项所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，所述涡流室构成为上方开放。

9.根据权利要求1至5中任一项所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，所述永磁铁制磁场装置构成为具有1个永磁铁。

10.根据权利要求1至5中任一项所述的导电性金属熔化炉，其特征在于，

所述永磁铁制磁场装置具有配置在周向上的多个永磁铁，所述多个永磁铁配置为周向上相邻的所述永磁铁的磁极不同。

11.一种导电性金属熔化系统，其特征在于，

所述导电性金属熔化系统具有权利要求1至5中任一项所述的导电性金属熔化炉以及收纳熔融金属的保温炉，

所述导电性金属熔化炉中的所述入口以及所述出口分别与穿过所述保温炉的侧壁的流出口以及流入口连通。

12.一种导电性金属熔化方法，用于将导电性金属的原材料熔化为熔融金属，其特征在于，

在具有从外部流入导电性的熔融金属的入口、向外部排出熔融金属的出口且具有设置在上游侧的驱动流路与下游侧的流出路径之间的涡流室的流路中的所述驱动流路附近，使具有永磁铁的永磁铁制磁场装置绕纵轴旋转，并使所述永磁铁的磁力线在贯通所述驱动流路中的熔融金属的状态下移动，利用所述磁力线移动产生的电磁力使所述熔融金属流入所述涡流室，在应投入所述原材料的所述涡流室内产生所述熔融金属的涡流，然后使熔融金属从所述出口向外部排出，

使所述永磁铁制磁场装置的所述磁力线还贯通所述流出路径中的熔融金属，当所述永磁铁制磁场装置旋转时，所述磁力线在贯通所述流出路径中的熔融金属的状态下移动，利用由此产生的电磁力将所述流出路径中的熔融金属向所述出口驱动，将所述涡流室中的熔融金属向所述流出路径吸引。

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