CN110145936A - 一种熔炼炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种熔炼炉，包括炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区上设有排料口和多个喷枪口所述多个喷枪口沿所述小径区的圆形横截面周向间隔分布；多个喷枪，所述喷枪插入到所述喷枪口内且多个所述喷枪沿同一方向同一角度偏离所述炉体的圆形横截面的圆心，所述喷枪相对于水平方向向下倾斜地设置，所述喷枪的喷吹端和所述小径区的圆形横截面的圆心之间连线与该喷枪的喷吹方向之间的夹角为15度。本申请的熔炼炉，具有能耗低、熔炼效果好的优点，还能降低有害气体的排放和避免污染环境。

Description

一种熔炼炉
技术领域
本发明涉及铸造设备技术领域，尤其涉及一种熔炼炉。
背景技术
铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例:铜、铁、铝、锡、铅等)，而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。
相关技术中的熔池熔炼冶金炉存在一个比较普遍的问题是从加料口加入到炉内的物料容易漂浮在熔体表层，无法充分参与熔池反应，影响生产效率，有时甚至不能正常生产。例如，相关技术中的侧吹熔炼技术中，侧吹喷枪朝向炉体的中心喷吹，喷吹对炉内熔体产生一定搅拌效果，但顶部加入的物料容易漂浮在熔体表面，难以进入熔体充分参与反应。相关技术中的顶吹熔炼技术虽然能搅动熔池，但顶吹喷枪的工作原理使得熔体在炉内上下翻腾过于剧烈，为了避免喷溅顶吹炉必须增加炉体高度，从而导致炉体施工困难，提高了炉体、喷枪的造价。
发明内容
为克服现有技术中存在的能耗高、熔炼效率低问题，本发明提供了一种熔炼炉。
一种熔炼炉，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述小径区和大径区具有圆形横截面，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区下端设有排料口，所述炉体侧壁在小径区区域上沿所述炉体的周向间隔分布多个喷枪口，所述大径区设有补风口；
炉顶，所述炉顶设在所述炉体上且封盖所述空腔的上端，所述炉顶为穹形，所述炉顶的顶部设有加料口；
排气烟道，所述排气烟道倾斜向上设在所述炉体的侧壁上，所述排气烟道与所述空腔连通；
多个喷枪，所述喷枪插入到所述喷枪口内且多个所述喷枪沿同一方向同一角度偏离所述炉体的圆形横截面的圆心，所述喷枪相对于水平方向向下倾斜地设置，所述喷枪的喷吹端和所述小径区的圆形横截面的圆心之间连线与该喷枪的喷吹方向之间的夹角为15度。
在本发明一优选实施例中，所述排气烟道设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁，所述排气烟道与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。
在本发明一优选实施例中，所述大径区和所述小径区之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区。
在本发明一优选实施例中，所述加料口处设有密封装置以阻止烟气通过所述加料口逸散。
在本发明一优选实施例中，还包括冷却水套，所述冷却水套设在所述炉体外部且对所述炉体和所述排气烟道形成包裹结构。
在本发明一优选实施例中，所述炉顶还设置有用于伸入测量尺的测量口。
在本发明一优选实施例中，所述炉体的侧壁上设有清洁口，所述清洁口在上下方向上邻近所述炉顶。
在本发明一优选实施例中，所述炉体的底面为球形，所述炉体的底面和侧壁的耐火层为镁铬砖层，所述炉顶的耐火层为耐火钢纤维捣打料层。
在本发明一优选实施例中，所述炉顶的顶部还设有烧嘴口，所述熔炼炉还包括烧嘴，所述烧嘴设在所述烧嘴口处且向下延伸至所述大径区内。
在本发明一优选实施例中，所述排料口包括排铜口和排渣口，所述排铜口设在所述炉体的底部，所述排渣口位于所述排铜口的上方。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)由于多个喷枪沿同一方向偏离炉腔的圆形横截面的圆心，因此能够使炉腔内产生一定范围水平旋转区域，从而使炉腔内的熔体形成涡流运动，加入的物料能够迅速被卷入熔体，充分参与反应，能耗低，熔炼效果好，能够提高炉体的处理能力；
(2)多个喷枪均指向炉腔的中心区域，能够在炉腔中心产生更高的温度，有利于物料迅速熔化，极大的提高了床能率；
(3)炉腔的横截面形成为圆形，可以使得炉腔内耐火砖承受的应力比较均匀，极大地避免了拱砖、掉砖现象，大大延长了炉体有效工作时间和运行寿命；
(4)多个喷枪分散喷吹能避免炉腔内熔体产生过于剧烈的翻腾，防止喷溅，并有利于降低炉体高度，降低炉体建造难度和建造成本；
(5)采用内径逐渐变大的小径区、过渡区、大径区作为气相区，使得反应产生的气体和气体的反应可以在较大的空间平缓进行，提高了熔炼的效率；
(6)密封设置、补风口的设置，减少有毒有害气体的逸出，避免了污染环境。
附图说明
图1是本发明一种熔炼炉一优选实施例的结构示意图；
图2是本发明一种熔炼炉一优选实施例的喷枪喷射方向示意图；
图中：1-炉体；11-空腔；111-小径区；112-大径区；113-过渡区；12排料口；121-排铜口；122-排渣口；13-补风口；14-喷枪口；2-炉顶；21-加料口；22-烧嘴口；23-测量口；3-排气烟道；4-喷枪；5-烧嘴；6-冷却水套；7-清洁口。
具体实施方式
以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参看图1，是本发明一种熔炼炉一优选实施例的结构示意图，一种熔炼炉，包括：炉体1、炉顶2、排气烟道3、多个喷枪4。
炉体1内有上端敞开的空腔11，所述空腔11具有小径区111和位于所述小径区111上方的大径区112，所述小径区111和大径区112具有圆形横截面，所述大径区112的内径大于所述小径区111的内径。电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后可以放置在空腔11内进行熔炼，具体地，空腔11内为熔炼炉提供熔炼的反应区，反应区设置在小径区111底部。
进一步的，在本实施例中，反应区上方的小径区111和大径区112共同作为气相区，反应产生的气体以及相关气体的反应过程则在炉体1内的气相区内进行。由于大径区112的内径大于小径区111的内径，这样气相区为反应后产生的气体和气体的反应过程提供更大的空间。
炉体1的底部和侧壁都设有耐火层，耐火层由耐火砖堆砌而成，由于空腔11的小径区111和大径区112的横截面为圆形，炉体1在受热时膨胀均匀，没有集中应力，可以避免出现掉砖现象，提高了炉体1的稳定性。
进一步的，在本实施例中，所述炉体1的底面为球形，所述炉体1的底面和侧壁的耐火层为镁铬砖层，所述炉顶2的耐火层为耐火钢纤维捣打料层。
电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后，在反应区内进行熔炼反应，反应过后所产生的粗铜排出，排出后剩余的熔炼渣层内再加入还原剂进行还原反应，以还原熔炼渣层中的金属氧化物，得到粗铜和还原渣，粗铜可以循环利用，还原渣可以排出炉体1。
具体的，在本实施例中，小径区111下端设有排料口12，排料口12可以用于排出熔炼反应后的粗铜、反应渣和还原渣。
进一步的，在本实施例中，所述排料口12包括排铜口121和排渣口122，所述排铜口121设在所述炉体1的底部，所述排渣口122位于所述排铜口121的上方。
在本实施例中，炉体1侧壁在小径区111区域上沿所述炉体1的周向间隔分布多个喷枪口14，喷枪4插入到喷枪口14内且多个喷枪4沿同一方向同一角度偏离小径区111的圆形横截面的圆心。优选地，多个喷枪4沿小径区111的周向均匀布置。其中每个喷枪4偏离小径区111的圆形横截面的圆心指的是喷枪4的喷吹端和小径区111的圆形横截面的圆心之间的连线与喷枪4的喷出方向之间具有夹角，换言之，每个喷枪4的喷出方向偏离小径区111的圆形横截面的圆心，每个喷枪4以与小径区111的圆形横截面的圆心成一定角度的方向喷出介质。同时本发明中描述的多个喷枪4沿同一方向偏离小径区111的圆形横截面的圆心指的是多个喷枪4沿顺时针方向偏离或者多个喷枪4沿逆时针方向偏离。
进一步的，在本实施例中，所述喷枪4相对于水平方向向下倾斜地设置，所述喷枪4的喷吹端和所述小径区111的圆形横截面的圆心之间连线与该喷枪4的喷吹方向之间的夹角为15度。
在本实施例中，排气烟道3与空腔11是连通的，所述排气烟道3倾斜向上设在所述炉体1的侧壁上，可选的，排气烟道3设在大径区112区域的侧壁上；所述排气烟道3与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°
在本实施例中，炉顶2设在炉体1上且封盖所述空腔11的上端，所述炉顶2的顶部设有加料口21；考虑到电子废料以及含铜物料、工业废渣等中的有机废物，以及燃烧后的有毒或有害气体，会在加料口21逸散，为了尽量减少这种情况的发生，可选地，可以在加料口21的外周设有密封装置。密封装置能够提高加料口21的密封性，从而有效的防止了烟气的逸散。
进一步的，在本实施例中，炉顶2的顶部还设有烧嘴口22，熔炼炉还包括烧嘴5，烧嘴5设在烧嘴口22处且向下延伸至大径区112内。烧嘴5具有补充热量的作用，当将烧嘴5通过烧嘴口22伸入到炉体1内时能够促进炉体1内的物料的熔炼和还原反应的进行，提高熔炼和还原反应的效率，进而减少有害气体等排出炉体1。
在本实施例中，大径区112设有补风口13；可以通过补风口13向气相区供入适量空气，将熔炼烟气中的参与有机物充分燃烧，还可以促进反应产生的一氧化碳进行氧化反应生成二氧化碳，还可以使得燃烧更充分，减少了有害气体等排出炉体1。
所述大径区112和所述小径区111之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区113，使大径区112和小径区111过渡平缓，而且熔炼炉100的结构更加合理，有利于熔炼炉的整体结构稳定性。
物料在炉体1内经过冶炼会形成高温的熔体，高温熔体长期对炉体1内壁冲刷、腐蚀，使熔炼炉的安全性有所降低。因此，从熔炼炉的使用安全性方面考虑，可选地，可以在炉体1的外部设置冷却水套6，冷却水套6对炉体1和排气烟道3形成包裹结构，提高炉体1内壁使用寿命，从而避免了高温高热的熔体对操作人员造成的危险，使用安全性有所提高。
进一步的，由于冷却水套6包裹在排气烟道3的外部，从而使已经随烟气进入烟道的固体颗粒团聚返回反应区，降低烟尘率，从而节省了用于维持炉温的燃料消耗，并且避免了环境污染，使操作更稳定可靠。
在本实施例中，炉顶2还设置有用于伸入测量尺的测量口23。测量口23设置在炉顶2上，测量尺可以通过测量口23伸入到炉体1内，进而可以通过测量尺确定反应区内的物料的层高，从而可以方便地使操作人员了解炉体1内的反应情况。
在本实施例中，炉体1的侧壁上设有清洁口7，清洁口7在上下方向上邻近炉顶2。如图1所示，清洁口7设置在临近炉顶2的炉体1侧壁上，考虑到大径区112上方和炉顶2下方的空间在反应时的温度较下方的温度低，这样气体内的烟尘可能遇冷形成固体颗粒粘贴在炉体1内空腔11侧壁上，清洁口7的设置可以使工作人员定期清理形成在空腔11侧壁上的固体颗粒，进而有利于熔炼炉的清洁和工作的高效性。
本申请采用多个喷枪沿同一方向偏离炉腔的圆形横截面的圆心，因此能够使炉腔内产生一定范围水平旋转区域，从而使炉腔内的熔体形成涡流运动，加入的物料能够迅速被卷入熔体，充分参与反应，能耗低，熔炼效果好，能够提高炉体的处理能力；多个喷枪均指向炉腔的中心区域，能够在炉腔中心产生更高的温度，有利于物料迅速熔化，极大的提高了床能率；炉腔的横截面形成为圆形，可以使得炉腔内耐火砖承受的应力比较均匀，极大避免了拱砖、掉砖现象，大大延长了炉体有效工作时间和运行寿命；多个喷枪分散喷吹能避免炉腔内熔体产生过于剧烈的翻腾，防止喷溅，并有利于降低炉体高度，降低炉体建造难度和建造成本；采用内径逐渐变大的小径区、过渡区、大径区作为气相区，使得反应产生的气体和气体的反应可以在较大的空间平缓进行，提高了熔炼的效率；密封设置、补风口的设置，减少有毒有害气体的逸出，避免了污染环境。
上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种熔炼炉，其特征在于，包括：
炉体(1)，所述炉体(1)内限定有上端敞开的空腔(11)，所述空腔(11)具有小径区(111)和位于所述小径区(111)上方的大径区(112)，所述小径区(111)和大径区(112)具有圆形横截面，所述大径区(112)的内径大于所述小径区(111)的内径，所述小径区(111)下端设有排料口(12)，所述炉体(1)侧壁在小径区(111)区域上沿所述炉体(1)的周向间隔分布多个喷枪口(14)，所述大径区(112)设有补风口(13)；
炉顶(2)，所述炉顶(2)设在所述炉体(1)上且封盖所述空腔(11)的上端，所述炉顶(2)为穹形，所述炉顶(2)的顶部设有加料口(21)；
排气烟道(3)，所述排气烟道(3)倾斜向上设在所述炉体(1)的侧壁上，所述排气烟道(3)与所述空腔(11)连通；
多个喷枪(4)，所述喷枪(4)插入到所述喷枪口(14)内且多个所述喷枪(4)沿同一方向同一角度偏离所述炉体(1)的圆形横截面的圆心，所述喷枪(4)相对于水平方向向下倾斜地设置，所述喷枪(4)的喷吹端和所述小径区(111)的圆形横截面的圆心之间连线与该喷枪(4)的喷吹方向之间的夹角为15度。
2.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述排气烟道(3)设在所述大径区(112)对应的所述炉体(1)的侧壁，所述排气烟道(3)与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。
3.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述大径区(112)和所述小径区(111)之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区(113)。
4.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述加料口(21)处设有密封装置以阻止烟气通过所述加料口(21)逸散。
5.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：还包括冷却水套(6)，所述冷却水套(6)设在所述炉体(1)外部且对所述炉体(1)和所述排气烟道(3)形成包裹结构。
6.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述炉顶(2)还设置有用于伸入测量尺的测量口(23)。
7.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述炉体(1)的侧壁上设有清洁口(7)，所述清洁口(7)在上下方向上邻近所述炉顶(2)。
8.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述炉体(1)的底面为球形，所述炉体(1)的底面和侧壁的耐火层为镁铬砖层，所述炉顶(2)的耐火层为耐火钢纤维捣打料层。
9.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述炉顶(2)的顶部还设有烧嘴口(22)，所述熔炼炉还包括烧嘴(5)，所述烧嘴(5)设在所述烧嘴口(22)处且向下延伸至所述大径区(112)内。
10.根据权利要求1所述的一种熔炼炉，其特征在于：所述排料口(12)包括排铜口(121)和排渣口(122)，所述排铜口(121)设在所述炉体(1)的底部，所述排渣口(122)位于所述排铜口(121)的上方。
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