CN109477685B - 熔化炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开的熔化炉包括温度调节部分，用于帮助熔化诸如铝的有色金属材料，并保持所述材料用于随后的铸造或注射成型工序。熔化炉提供了通过防止氧化物流入温度调节部分来消除通常漂浮在熔融部分和加热部分内的熔融材料顶层上的诸如氧化铁的氧化物的方法。使用了可以检测熔融材料的水平的传感器或任何检测器来测量所述熔融材料的表面水平。在温度调节部分的顶部使用了扁平火焰型温度调节燃烧器以便防止发生任何氧化反应以及降低该部分内的氧浓度。

Description

熔化炉

技术领域

本发明的领域涉及机械工程和材料科学，特别是涉及有色金属熔化炉的部件和结构。

背景技术

一般而言，金属熔化炉有如下三种主要的类型：（1）直接燃料炉，该熔化炉包含用于预加热金属、用于熔化所述金属和用于控制温度的分隔部分、区域或室，其中熔化炉利用与熔池内部的金属直接接触火焰，并且该熔化炉适于熔化大量金属；（2）间接燃料炉，该熔化炉为圆筒形或盘形结构，可被细分为升降炉、倾转炉或旋转坩埚炉；（3）电加热炉，该熔化炉可被细分为两种类型，一种是利用电阻的熔化炉，另一种是利用电感应的熔化炉。

本发明有助于解决关于在用于将熔融金属保持在常规直接燃料炉内的温度调节部分或保持部分内的金属氧化物积聚后难以清除的问题，例如氧化铝，其不仅难以除去和清理，而且对熔融材料生产的总产量具有负面影响。在图5至图8中给出了常规熔化炉的一组示例，其中熔化部分6位于预热部分5的下方，并且熔化炉的一侧包含燃烧器9。可以通过位于预热部分5上方的材料输入通道17的开口将有色金属或铝锭转移到熔化炉中，然后利用燃烧器9加热以使有色金属或铝锭液化成熔融材料1b。然后，熔融材料1b流过倾斜表面15并流入温度调节部分3，其中温度调节部分3的温度通过燃烧器12维持或增加。然后，熔融材料1b将流过作为隔板10的延伸部分的下边缘13，流出熔化炉出口4。然后，所得到的熔融金属材料1c可以通过外部铸造或模制设备而被用于铸造或模制工序中。可以将诸如铝的有色金属材料倒入包含盖16的预热部分5中，并且其中熔化部分6的一侧设置有门23，可以打开门23以检查和清扫熔化部分6。温度调节部分3的一侧设置有门24，可以打开门24以检查和清扫温度调节部分3。

常规熔化炉的上述部件和结构具有某些缺陷，因为通过燃烧器9熔化的熔融材料1b也可以流入连接到倾斜表面15的温度调节部分3，并与其中的氧化物21a混合。然后，熔融材料1b被保持在通过附接到顶盖11的燃烧器12控制的限定温度中。因为熔融材料1b应当被保持在温度调节部分3内的高温下，所以可能与部分3内部的空气发生氧化反应，这可能在部分3内形成块状并增量成氧化物21a。因此，用户需要通过打开门24来持续清扫该部分。然而，由于清扫过程应当在高温下进行，所以从该部分完全去除氧化物21b通常是一项困难而复杂的任务。另外，未被去除并长期处于高温下的氧化物21b可能结晶成刚玉质（Al₂O₃）或其他形式的结晶材料，然后会密集地附着到熔化炉的内壁或表面。如上所述的氧化物21b是造成如下问题的根本原因，该问题为内炉壁的所述氧化物21b碎裂片掉入熔融材料混合物，导致在铸造或模制工作中出现硬点，并因此降低最终产品的强度。

另外，氧化物21b可以在温度调节部分3的内壁和顶面增长，从而减少部分3内的区间，改变或恶化温度调节部分3内的绝缘体22，并且随后导致热量泄漏到外部环境。为了提高产品的质量，因此有必要使熔化炉在生产过程中生成或发出最少量的氧化物21b。

名称为“金属熔化炉”的美国专利US7060220已经预料到如上所述的因氧化物积聚造成的问题，其中该发明旨在通过在从熔化部分链接到温度调节部分的下倾或倾斜炉床之间设置分隔壁来解决氧化物积聚的问题。分隔壁在温度调节部分和倾斜炉床内的熔融材料的下方产生连接通道，从而防止金属氧化物流入温度调节部分。然而，该发明包含倾斜炉床内的溶化材料，其比温度调节部分的尺寸小，并且具有比所述部分低的底面以及连接通道，由于熔化炉部件数量的增加，这可能会增加系统的复杂性。名称为金属熔化炉的日本专利JP2006071266也描述了在熔化部分内设置附加加热板的部分隔板。另外两项专利申请也已经预期了减少氧化物：一个是名为塔式铝熔化保温炉的日本专利申请JP2001272171，其通过增加熔化部分和温度调节部分的温度实现；另一个是名为金属熔化炉的美国专利申请，其通过利用熔化部分内的底层上的装料孔、上部通风口和加热板实现，并且燃烧器头位于温度调节部分的侧面。然而，这些申请表明已经利用了一些复杂的部件，这在某些情况下可能并不合适。

上述现有技术旨在改进熔化炉的部件或结构，或提供控制气量或化学过程的方法，以减少系统中氧化物生成量。然而，现有技术中仍然缺乏能够从炉中消除氧化物，而不用在熔化炉系统中引入诸如加热板、门或隔板的复杂部件方面提高诸如铝熔化炉的有色金属熔化炉的效率。

专利文献

1.美国专利 US7060220号

2.日本特開JP2006-071266号

3.日本特開JP2001272171号

4.美国专利US20150042024

发明内容

本发明的熔化炉的特征在于用于熔化诸如铝的有色金属并用于储存用于熔融材料的温度调节部分。本发明有助于减少在温度调节部分内生成的氧化物的量，从而提高铝或有色金属的品质。本发明防止漂浮在体液上的氧化物的产生。通过利用传感器或熔融材料检测装置来控制熔融材料的表面液位，在熔化炉的熔化部分中的熔融材料将下沉到分隔壁的底部边缘以下，并通过连接通道流到温度调节部分。本发明进一步利用包含有温度调节部分顶部上的火焰的温度调节燃烧器来防止熔融铝与温度调节部分内的气体之间的反应，并且控制和降低该部分内的氧浓度以防止从熔融材料生成氧化物的可能性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的熔化炉的俯视图。

图2是本发明的熔化炉的横截面侧视图C。

图3是本发明的熔化炉的横截面侧视图A。

图4是本发明的熔化炉的横截面侧视图B。

图5是现有技术中的熔化炉的俯视图。

图6是现有技术中的熔化炉的横截面侧视图A。

图7是现有技术中的熔化炉的横截面侧视图C。

图8是现有技术中的熔化炉的横截面侧视图B。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

图1给出了本发明的熔化炉的俯视图的一个实施例，其包括如图2的横截面视图C、如图3的横截面视图A、如图4的横截面视图B所示的各个部件。

熔化炉包括材料输入通道17和盖16，其中一旦材料被放入到材料输入通道17内，其将被移动到加热部分5中。在加热部分5的下方是熔化部分6和倾斜炉床15。倾斜炉床15的上侧包括位于加热部分5的顶部的燃烧器9，其中材料通过燃烧器9的火焰的热量在熔融部分6内熔化后在倾斜炉床15上向下流动到熔融材料加热部分7。熔融材料加热部分7用于保持和增加熔融材料1a的温度，并且熔融材料加热部分7包括氧化物消除门14a和14b。熔融材料加热部分7进一步包括用于熔融材料1a流入温度调节部分3的连接通道2，其可以在熔融材料lc通过出口通道4离开熔化炉之前保持熔融材料1b。根据本发明的熔化炉特别包括温度调节部分3，其中温度调节部分3包括用于保持熔融材料1a的连接通道2和用于排出熔融材料1c的出口通道4。连接通道2进一步连接到预热部5的下部、熔化部分6、倾斜炉床15和熔融材料加热部分7。

连接通道2可以保护熔化炉不会产生通常漂浮在从熔化部分6和加热部分7移动到温度调节部分3中的熔融材料1a的顶部上的氧化物21a，其中连接通道2位于隔板10的下边缘13的下方，然后流入温度调节部分3。连接通道2的下基部，其特征在于倾入到下边缘13位置的下方的倾斜面。熔融材料检测器或传感器8位于出口通道4附近或在熔化炉的任何部分上，其中检测器8可以有效地检测和维持最高表面液位，从而检测和维持熔融材料1a、1b、1c在隔板10的下边缘13的上方的高度，而不会从出口通道4泵送或排出材料1c，使得熔融材料加热部分7的氧化物21a不会与温度调节部分3内的熔融材料1b混合。

温度调节部分3的内部包括空气的热交换器20，或熔融材料加热部分7和温度调节部分3之间的下边缘13中的至少一个孔，或至少一个孔和一个热交换器20，其可以对降低燃烧所使用的能量具有影响。进一步地，温度调节燃烧器12位于温度调节部分3的顶盖11上，其中燃烧器12优选地在顶部发射出一束扁平的火焰，其中火焰将以消除材料的顶层以及消除氧化物簇在炉壁上形成的方式来对熔融材料1b产生影响，该顶层是可能导致熔融材料质量降低的氧化物层。燃烧器12的扁平的火焰也可以将氧浓度控制在温度调节部分3内的1%～5%，更可控制在小于1%，以减少熔融材料1b的厚度。

常规的温度调节部分3是需要定期清理的,从而需要如图6所示的温度调节门24以从炉中去除金属氧化物、与常规的温度调节部分3不同，本发明不需要安装温度调节门24，而是利用具有扁平火焰能够控制炉内氧气含量的温度调节燃烧器12，并且本发明进一步包括用于测量每个部分内的熔融材料以减少产生的氧化物的量的检测器或传感器，以减少氧化物产生量。这种结构也可以降低熔化炉氧化物的重量，同时减少能量消耗和清扫熔化炉的人力。

上述过程仅是本发明的一个变型，并不限于上述的描述。如果符合本发明的目的，可以改进或修改这些部件，例如在位于温度调节部分3的底面19或侧壁18上配置温度调节燃烧器12，或通过具有由电力或燃气感应的浸没式加热器或加热管，或通过在顶盖11上具有金属基加热器或燃烧器替代，或通过具有基于纤维或多孔材料的加热器或燃烧器替代。温度调节部分3的顶盖11或侧壁18或底面19为轻质和耐火的。

在利用温度调节部分3内的顶盖11中的浸没式加热管或金属基加热器来防止或停止熔融材料1b快速受到氧化反应的情况，可能需要注入惰性气体以降低温度调节部分3内的氧浓度。

Claims (9)

1.熔化炉，包括以下部件：

温度调节部分（3），其用于存储熔融材料，其中所述温度调节部分（3）包括带有材料输入通道（17）的盖（16）；

预热部（5），其位于所述温度调节部分（3）的侧部；

熔化部分（6），其位于所述预热部（5）的下方，其中来自所述熔化部分（6）的熔融材料（1a）将被送往所述温度调节部分（3）并从出口通道（4）排出；

倾斜炉床（15），其中所述倾斜炉床（15）的上部包括燃烧器（9）；

所述温度调节部分（3）的连接通道（2），其特征在于：

倾斜的或弯曲的底部，并且其从所述熔化部分（6）接收所述熔融材料（1a）,并且其通过所述倾斜炉床（15）连接到所述预热部（5）的下部和熔融材料加热部分（7）；以及

隔板（10），其中形成有所述连接通道（2），其中所述隔板（10）包括位于所述熔融材料加热部分（7）内的熔融材料（1a）和所述温度调节部分（3）内的熔融材料（1b）的下方的下边缘（13）；

所述温度调节部分（3）是没有门的封闭系统，包括顶盖（11）和温度调节燃烧器（12），其中所述温度调节燃烧器（12）是扁平火焰燃烧器；所述温度调节燃烧器（12）将所述熔化炉内的氧浓度控制在1%～5%。

2.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述出口通道（4）或所述熔化部分（6）或所述熔融材料加热部分（7）进一步包括传感器（8），其用于控制或检测熔融材料（1a、1b、1c）表面的水平，并防止氧化物（21a）流出到所述温度调节部分（3）中或流过所述出口通道（4），其中所述传感器（8）位于所述出口通道（4）附近。

3.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节部分（3）进一步包括以下的至少一个：

热交换器（20），其位于炉壁的一部分上或顶盖（11）上；以及

至少一个孔，其可穿透所述熔融材料加热部分（7）和所述温度调节部分（3）之间的下边缘（13）。

4.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节部分（3）的顶盖（11）或侧壁（18）或底面（19）为轻质和耐火的。

5.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节部分（3）包括位于底面（19）或侧壁（18）或所述顶盖（11）上的所述温度调节燃烧器（12）。

6.如权利要求1至5中任一项所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节燃烧器（12）从以下选择：

金属基燃烧器；

纤维基燃烧器；以及

多孔、透气燃烧器。

7.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，惰性气体被注入到所述温度调节部分（3）中以防止氧化反应。

8.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节燃烧器（12）将所述熔化炉内的氧浓度控制在1%。

9.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述熔融材料加热部分（7）提供氧化物清扫门（14a）、（14b）。

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