CN109312750A - 多腔室熔融金属泵 - Google Patents

Abstract

根据本示例性实施例的一个方面，提供了一种熔融金属泵，其包括：限定细长腔室的耐火材料主体。该腔室被配置成接收轴和叶轮组件。所述腔室包括：使轴通过的开口顶部，以及底部入口。叶轮位于入口中或与该入口相邻。主体还限定了与腔室相邻的细长通道。开口提供了细长通道和细长腔室之间的流体连通。细长通道与排出槽道流体连通，该排出槽道被配置成至少基本上垂直于细长腔室的细长轴线地引导熔融金属。

Description

多腔室熔融金属泵

技术领域

本示例性实施例涉及熔融金属泵。已经发行熔融金属泵特别适用于从容器中提升熔融金属，并将参考其进行描述。然而，应当理解，本示例性实施例也适用于其他类似的应用。

背景技术

使用反射炉熔化金属，并当金属处于熔融状态时保留熔融金属。如本文所用，术语“熔融金属”是指液体形式的任何金属或金属组合，例如铝、铜、铁、锌、镁，及其合金。反射炉通常包括含有熔融金属泵(有时称为泵井)的腔室。该泵用于多种目的，包括熔融金属浴在熔炉中的循环，用于引入金属处理剂(如氯气)，以及用于从熔炉中取出熔融金属。

用于泵送熔融金属的泵通常包括底座。这种泵还包括泵底座中的一个或多个入口，该入口允许熔融金属进入泵送室。叶轮安装在泵送室中并连接到驱动轴。驱动轴通常联接到马达。当马达转动轴时，轴转动叶轮，叶轮将熔融金属推出泵送室。

熔融金属泵壳和叶轮通常采用包括陶瓷环的轴承系统，其中，叶轮上的一个或多个环与泵底座中的一个或多个环对准。轴承系统的目的是在泵运行期间减少对部件，特别是转子和泵送室壁的损坏。

形成与熔融金属浴接触的熔融金属泵部件的材料应在浴中保持相对稳定。可以使用结构耐火材料，诸如石墨或陶瓷，其耐受熔融金属的腐蚀侵蚀而破碎。

其中，熔融金属输运泵已经被用于将熔融铝从熔炉井转移到钢包(ladle)或流槽，熔融铝从钢包或流槽在模具中铸造成诸如铸锭的固体零件。钢包为大型容器，熔融金属从熔炉浇注到钢包中。在将熔融金属放入钢包中之后，将钢包从熔炉区输送到设施的另一部分，在该部分中，钢包内的熔融金属被浇注到模具中。流槽基本上为反射炉外部的溜槽、通道或管道。

目前，许多金属压铸设施采用含有大部分熔融金属的主炉膛。固体金属棒可以在主炉膛中周期性地熔化。输运泵位于与主炉膛相邻的单独井中。输运泵从熔融金属所在的井中抽取熔融金属并将其转移到钢包或流槽中，并从钢包或流槽转移到形成金属制品的压铸机中。本公开涉及用于通过将熔融金属从熔炉中提起而将熔融金属输送到压铸机、铸锭模具、DC铸造机等的泵。

在美国公开申请2008/0314548中描述了一种类型的输运泵，其公开内容通过引用并入本文。该系统包括至少(1)用于保持熔融金属的容器，(2)容器内的分隔壁(或溢流壁)，分隔壁具有高度H1并将容器分成至少第一腔室和第二腔室，以及(3)容器中优选地在第一腔室中的熔融金属泵。第二腔室具有壁或开口，其高度H2低于高度H1，并且第二腔室与另一结构(诸如钢包或流槽)并置，期望从容器中将熔融金属转移到所述另一结构中。泵(转移泵、循环泵或注气泵)浸没在第一腔室中，并将熔融金属从第一室泵送通过分隔壁并进入第二腔室，使第二腔室中的熔融金属水平上升。当第二腔室中的熔融金属水平超过高度H2时，熔融金属流出第二腔室并流入另一结构中。

在美国公开申请2013/0101424中公开了一种替代的转移式泵，其公开内容通过引用并入本文。该泵包括细长的泵送室管，该泵送室管具有基端和开口顶端。轴延伸到管中并使靠近基端的叶轮旋转。泵送室管的长度优选地为叶轮高度的至少三倍。基端包括入口，并且顶端包括切向出口。叶轮的旋转将熔融金属吸入泵送室并产生旋转平衡涡流，该旋转平衡涡流在泵送室的壁上升起。邻近顶端的旋转涡流经由切向出口离开装置。

发明内容

以下概述本公开的各种细节以提供基本理解。本发明内容不是本公开的广泛概述，并且既不旨在标识本公开的某些元件，也不旨在描绘其范围。相反，本发明内容的主要目的是在下文给出的更详细描述之前以简化形式呈现本公开的一些概念。

根据本示例性实施例的一个方面，提供了一种熔融金属泵，其包括限定细长腔室的耐火材料主体。腔室被配置成接收轴和叶轮组件。腔室包括开口顶部，轴穿过该开口顶部。腔室还包括底部的入口。叶轮位于入口中或与其相邻。主体还限定了与腔室相邻的细长通道。开口提供了细长通道和细长腔室之间的流体连通。细长通道在其顶端与排出槽道流体连通，排出槽道被配置成至少基本上垂直于细长腔室的细长轴线引导熔融金属。

根据第二实施例，提供了一种用于从容器转移熔融金属的方法。该方法包括将具有细长腔室的熔融金属泵设置在熔融金属浴中。所述腔室被配置成接收通过敞开的顶部的轴和叶轮组件。叶轮位于腔室入口中或与其相邻。主体还包括与腔室相邻的细长通道。开口提供了细长通道和细长腔室之间的流体连通。细长通道与排出槽道流体连通，排出槽道被配置成至少基本上垂直于细长腔室的细长轴线引导熔融金属。叶轮的旋转使细长腔室和细长通道内的熔融金属升高，使得熔融金属经由排出槽道从泵中选择性地排出。

根据另一实施例，提供了一种熔融金属泵，熔融金属泵包括由耐火材料构成的主体，所述耐火材料限定细长腔室并且被配置成接收轴和叶轮组件。所述腔室包括轴通过的开口顶部和底部入口。叶轮位于入口中或与其相邻。腔室与位于主体顶端的排出槽道流体连通，并被配置成至少基本上垂直于细长腔室的细长轴线引导熔融金属。所述主体还包括多个杆，所述杆具有设置在所述主体中的第一锚端端和固定到泵支撑组件的第二附接端。所述杆还接收可压缩元件，所述可压缩元件被配置成在主体上建立压缩力。张力供应杆有利地允许泵送室形成并附接到泵支撑组件，而不使用金属包层。消除金属包层允许主体的全长可浸入熔融金属浴中。此外，使用张力供应杆允许泵体可选地被构造成具有相对小的占地面积。因此，在熔炉的空间受限区域中安装是可行的选择。

附图说明

以下描述和附图详细阐述了本公开的某些说明性实施方式。然而，所示出的示例并非穷举本公开的许多可能的实施例。

图1为熔融金属输运系统的透视图，该系统包括设置在炉泵井中的本公开的泵；

图2为图1的泵的剖视图；

图3为图1和2的泵体的透视图；

图4为图1至图3的泵体的透视剖视图；

图5为图1至图4的泵内熔融金属流的示意图；以及

图6为用于本公开的熔融金属泵的替代安装布置的剖视图。

具体实施方式

以下描述和附图详细阐述了本公开的某些说明性实施方式。然而，所示出的示例并非穷举本公开的许多可能的实施例。当结合附图考虑时，本发明的其他优点和替代特征对于技术人员将是显而易见的。

现在参考图1，其描绘了熔融金属反射炉100。泵井102从反射炉面延伸并接收本公开的输运泵104。泵104由包括两个梁106的超结构悬挂。泵104悬挂在泵井102的内腔108中。内腔108经由通道从反射炉100的主要部分接收熔融金属。

梁106接收马达支架110，马达支架110支撑马达112(空气或电动)。泵104被悬挂，使得入口端(参见图2至图5)可以设置在容纳在内腔108中的熔融金属中，排出槽道114被定位成与在泵井102的壁中形成的凹口116相邻或略微在其上方。如本领域技术人员将看到的，管道或其他流槽组件可固定到排出槽道114并延伸通过凹口116，以便于将熔融金属输送出反射炉以根据需要输送。当然，所述组件也可以定位成使得排出槽道114延伸通过凹口116并与泵壁外部的流槽系统配对。有利地，该系统确实需要将熔融金属提升到泵井外壁的高度之上。

现在转到图2至图4，泵200包括例如由陶瓷或石墨构成的耐火主体201。主体201限定第一泵送室202，第一泵送室202接收轴204和叶轮206。叶轮206可设置在泵体201的下部中形成的入口208中(或与其相邻)。

入口208可包括接收叶轮206的支承表面(例如轴承环)。叶轮206可包括相应的轴承环。支承表面可以为入口的向内面，并且叶轮支承表面可以为例如叶轮鼻部的径向外表面。叶轮可以为底部入口、侧面出口类型。

叶轮还可包括顶板。而且，据信顶板可以在泵送室内提供更渐进向上的熔融金属流。这种更渐进的向上流可以通过在泵送室中形成的相对最小(或基本上为零)的涡流(参见图5中的线306)来证明。

叶轮有利地可控制其每RPM传递的熔融金属量。在这方面，叶轮可以具有相对较慢的每RPM的流速，但是提供了提升泵送室内的熔融金属所需的头部。例如，对于单个单位的RPM增加，叶轮可以使熔融金属通过量增加约1至2磅/分钟。

轴204和叶轮206可以经由开口顶部209插入泵送室202中。虽然轴/叶轮组件被描绘为位于腔室中心，但是可以设想偏心位置也能够充分地起作用。

开口210在泵送室202的侧壁212中形成。开口210与细长通道216流体连通，细长通道216与泵送室202相邻并大致平行于泵送室202延伸。细长通道216的最大横截面可小于泵送室202的最大横截面。泵送室202和细长通道216可以各自至少基本上为圆柱形的，并且细长通道216的直径可以小于泵送室202的直径。

细长通道216与排出槽道220流体连通，排出槽道220被定向成垂直地引导流动的熔融金属远离泵送室202的细长轴线。

开口210可位于细长通道216的第一端，并且排出槽道220位于细长通道216的相对端。开口210的横截面(和/或直径)可以比通道216或泵送室202的横截面相对小，以减少通道216内的湍流。所述开口可以更靠近底部入口而不是开口顶部定位。所述开口的中心可位于叶轮出口的上方。虽然开口210理论上可以位于与叶轮206水平相邻的位置，但是认为在叶轮206的竖直上方定位开口210有利地减少了通道216中的湍流。开口210可位于沿泵送室的长度的任何高度。然而，还应指出，在叶轮上方将开口间隔开太远可能是不合需要的，因为在开口210和排出槽道220之间提供的通道216的长度为泵送室202的长度的至少50％提供了有益的平静区。开口210可以在入口208的最低部分上方的泵送室长度的约10％至50％之间或15％至30％之间。

现在转到图5，其描绘了操作泵的熔融金属流。如图所示，在轴204和叶轮206旋转时，熔融金属被吸入叶轮鼻部300中，该叶轮鼻部300穿过入口208。熔融金属进入叶轮并经由叶轮出口302径向排出。实现泵送室202内的熔融金属的向上流动或提升(参见箭头304)。取决于叶轮设计和旋转速度，这种流可以为平衡涡流型(其中熔融金属旋转并且在腔室邻近壁上升至少略高于邻近轴-参见线306)或没有涡流，其中，熔融金属以受限的旋转上升。

轴204和叶轮208的旋转以及泵送室202内的熔融金属的向上提升产生了熔融金属在通道216中的同时提升；其中，熔融金属通过开口210进入通道216。通道216内的熔融金属高度通常基本上等于或略低于泵送室202内的熔融金属的水平。

当熔融金属在通道216中上升到达到排出槽道220的底板310的高度时，熔融金属从泵向外流到相关的流槽或其他输送机构，以用于输送到钢包、铸造设备或其他所需位置。有利地，马达下方的整个泵组件可以浸入熔融金属中。

现在转到图6，提供了另一种替代构型，在该构型中，熔融金属泵体400经由杆406固定到超结构402或马达支架404。杆406包括第一端，该第一端包括安装锚408，安装锚408可以铸入泵体中或固定在泵体中，例如，经由侧凹口或纵向插入，旋转成锁定接合等。每个杆的第二端409以传统方式固定到超结构402或马达支架404。杆406可包括螺纹外表面接收螺母410，其有助于经由包含中间弹簧组件412在泵体上施加压缩力。

虽然锚固组件408被描绘为相对靠近泵体400的顶表面，但是可能希望将锚固件定位在泵体下方(例如，在金属水平ML处)以在泵体的更大表面区域上提供压缩力。

可选地，用于输送熔融金属的流槽或其他结构将固定到排出槽道。流槽可以为开放的或封闭的通道、溜槽或管道，并且可以具有任何合适的尺寸或长度，诸如一到四英尺长，或多达100英尺长或更长。流槽可具有一个或多个龙头(未示出)，即由可移除的塞子停止的小开口。

泵马达优选地为变速马达。所述系统可以为自动化的，例如，其使用钢包中的浮子、比例尺测量钢包和钢包内的熔融金属的总重量，或激光器来测量钢包中的熔融金属的表面水平或者其他操作位置。当确定系统的一部分中的熔融金属量相对较低时，所述泵可以自动调节以相对更快的速度操作以使熔融金属更快地流出泵并最终流入待装入结构中。当结构(诸如钢包)中的熔融金属量达到期望水平时，所述泵可以自动减速和/或停止。

所述泵的速度可以降低到相对低的速度，以将静态位于细长通道中的熔融金属的水平保持在升高的高度但低于熔融金属到达排出槽道的高度。有利地，这将泵体的温度保持在升高的水平，并且当恢复全泵操作时减少对部件的热冲击。

单个泵可以同时将熔融金属供给多个(即，多个)结构，或者另选地，被配置成根据一个或多个坝的布置来供给多个结构中的一个结构，从而阻止熔融金属流入一个或更多结构中。

可以提供控制系统。控制系统可以提供比例控制，使得熔融金属泵的速度与结构所需的熔融金属量成比例。控制系统可以被定制成为一个或多个结构提供平滑、均匀的熔融金属流，诸如一个或多个具有最小的湍流和很小的溢出机会的钢包或铸锭模具。

控制屏幕可以与所述系统一起使用。控制屏幕可以包括，例如，“开启”按钮，允许操作员确定由远程装置测量的熔融金属的深度的“金属深度”指示器，允许操作员停止熔融金属泵的“紧急开/关”按钮，RPM指示器和/或确定到熔融金属泵的马达的电流的AMPS指示器。

已经参考优选实施例描述了示例性实施例。显然，在阅读和理解前面的详细描述后，其他人将想到修改和变更。旨在将示例性实施例解释为包括所有这些修改和变更，只要它们落入所附权利要求或其等同物的范围内。

Claims (21)

1.一种熔融金属泵，包括限定细长的腔室的主体，所述腔室被配置成接收轴和叶轮的组件，所述主体由耐火材料构成，所述腔室包括：开口顶部，所述轴穿过该开口顶部；和底部的入口，所述叶轮位于所述入口中或与所述入口相邻，所述主体包括邻近所述腔室的细长的通道，一开口提供细长的所述通道和细长的所述腔室之间的流体连通，并且其中，细长的所述通道与排出槽道流体连通，所述排出槽道被配置成至少基本上垂直于细长的所述腔室的细长轴线而引导熔融金属。

2.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述通道至少基本平行于所述腔室。

3.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述入口包括接收所述叶轮的支承表面。

4.根据权利要求3所述的熔融金属泵，其中，所述入口的支承表面包括所述入口的内表面，并且所述叶轮的支承表面包括叶轮鼻部的径向向外表面。

5.根据权利要求4所述的熔融金属泵，其中，所述叶轮包括底部入口、侧部出口和顶板。

6.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述通道的最大横截面小于所述通道的最大横截面。

7.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述主体由陶瓷构成。

8.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述腔室和所述通道中的每个都至少基本上为圆柱形的，并且其中，细长的所述通道的直径小于细长的所述腔室的直径。

9.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述开口的位置更靠近底部的所述入口，而不是所述开口顶部。

10.根据权利要求6所述的熔融金属泵，其中，所述开口的最大横截面小于所述通道的最小横截面。

11.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述开口设置在所述叶轮的出口上方。

12.根据权利要求1所述的熔融金属泵，还包括设置在所述主体内的细长的杆，所述杆包括对所述主体施加压缩力的机构。

13.根据权利要求12所述的熔融金属泵，其中，细长的所述杆从马达支架悬置。

14.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述主体由单体的、整体的单件铸造陶瓷结构组成。

15.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述主体由单体的、整体的单件加工石墨结构组成。

16.根据权利要求1所述的熔融金属泵，其中，所述排出槽道的底壁设置在所述主体的限定所述开口顶部的上表面下方。

17.一种用于从容器取出熔融金属的方法，所述方法包括：将熔融金属的泵设置在熔融金属浴中，所述泵包括限定细长的腔室的耐火材料的主体，所述腔室被配置成通过开口顶部接收轴和叶轮的组件并定位辅助的叶轮，所述叶轮位于所述腔室的入口中或与该入口相邻，所述主体包括邻近所述腔室定向的细长的通道，一开口提供细长的所述通道和细长的所述腔室之间的流体连通，并且其中，细长的所述通道与排出槽道流体连通，所述排出槽道被配置成至少基本上与细长的所述腔室的细长轴线相切地引导熔融金属，并且其中，所述叶轮的旋转使细长的所述腔室和细长的所述通道内的熔融金属升高，使得熔融金属经由所述排出槽道从所述泵选择性地排出。

18.根据权利要求17所述的方法，其中，当启动所述叶轮的足够旋转速度时，熔融金属在细长的所述腔室和细长的所述通道内基本上平衡地上升。

19.根据权利要求17所述的方法，其中，通过所述泵从所述容器中输送约2至7磅/秒的熔融铝。

20.一种熔融金属泵，包括限定细长的腔室的主体，所述腔室被配置成接收轴和叶轮的组件，所述主体由耐火材料构成，所述腔室包括所述轴穿过的开口顶部和底部的入口，所述叶轮位于所述入口中或与所述入口相邻，并且其中，所述腔室与位于所述主体的顶端处的排出槽道流体连通并且被配置成至少基本上垂直于细长的所述腔室的细长轴线而引导熔融金属，并且其中，所述主体包括多个杆，所述杆具有设置在所述主体中的第一锚端和固定到泵支撑组件的第二附接端，所述杆还接收可压缩元件，所述可压缩元件被配置成在所述主体上建立压缩力。

21.根据权利要求20所述的熔融金属泵，其中，所述可压缩元件包括弹簧和螺母的组件。