CN112325644B - 一种专用于铝的金属熔炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专用于铝的金属熔炼炉，其包括熔炼炉炉体和熔炼坩埚，熔炼坩埚设置于熔炼炉炉体内，并在熔炼炉炉体对应熔炼坩埚的位置设置有连续搅拌电磁搅拌器；而所述熔炼炉炉体上部开口并通过盖体密封，熔炼炉炉体内设置有带混合气体加压装置的燃烧器；而熔炼坩埚尺寸为熔炼炉炉体腔内尺寸的1/2～2/3，通过独立的坩埚盖进行密封，熔炼坩埚上设置有独立调压装置，所述独立调压装置以保护气体作为气源，并保证熔炼坩埚的压力大于熔炼炉炉体的腔内压力，熔炼坩埚具有弧形底面，并在熔炼坩埚的高度方向上设置有两阶结构；熔炼坩埚的两阶结构同心设置，并在两阶阶面上均匀设置有电辅热装置。本发明结构紧凑，适用于铝的熔炼，加热功率高，升温速度快，加热温度均匀。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼领域中的熔炼炉，具体为一种专用于铝的金属熔炼炉。
背景技术
作为一种性能优异的金属材料，铝及铝合金的使用人们的生产生活中已经越来越广泛，我国在铝加工及生产行业上，已经经历了几十年的发展，在大量引进和自身的努力发展之下，国内已经形成了从原铝生产到铝制品销售的完整产业链。
金属熔炼炉是铝熔炼的关键设备，也是相关工厂中的主要能耗设备，需要通过燃烧天然气对熔炉进行烧着，使熔炉温度上高，将熔炉内部铝制原料融化，金属熔炼炉的运行状态与生产成本直接挂钩，目前国内常用的金属熔炼炉结构过于老旧，天然气燃烧时空气提供不充足，使燃烧时天然气燃烧不充分，产生大量的黑烟，不仅对能源产生浪费，而且污染环境，熔炉的工作效率也低，不仅烧损大、成材率低，而且能耗高，环境污染严重。近年来，随着国家大力推动高能耗生产企业进行产业技术升级，对金属熔炼炉这一类的高能耗设备的要求越来越高，否则难以满足国家节能减排目标的要求。
发明内容
本发明所解决的技术问题在于提供一种专用于铝的金属熔炼炉，这种新型感应熔炉结构简单、方便操作、适用于大规模工业生产，可用以解决上述背景技术中的缺点。
本发明所解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
一种专用于铝的金属熔炼炉，包括熔炼炉炉体和熔炼坩埚，其中，熔炼坩埚设置于熔炼炉炉体内，并在熔炼炉炉体对应熔炼坩埚的位置设置有连续搅拌电磁搅拌器；
所述熔炼炉炉体为柱筒型结构，熔炼炉炉体外侧以钢板焊接而成的炉壳，炉壳内衬装有隔热材料以及保温材料，熔炼炉炉体上部开口，并在开口位置通过盖体进行密封，熔炼炉炉体内的底部设置有对熔炼坩埚进行加热的燃烧器，该燃烧器上连接有混合气体加压装置，所述混合气体加压装置上通过独立管路分别连接空气供气管路以及燃气供气管路；
所述熔炼坩埚固定于炉壳的隔热材料以及保温材料中，熔炼坩埚的尺寸为熔炼炉炉体腔内尺寸的1/2～2/3，熔炼坩埚上部通过独立的、带密封结构的坩埚盖进行密封，且在熔炼坩埚上设置有对熔炼坩埚内容器压力进行调节的独立调压装置，所述独立调压装置以保护气体作为气源，并保证熔炼坩埚的压力大于熔炼炉炉体的腔内压力，所述熔炼坩埚具有弧形底面，并在熔炼坩埚的高度方向上设置有下阶截面积小于上阶截面的两阶结构；熔炼坩埚的两阶结构同心设置，并在两阶阶面对应的环面上均匀设置有电辅热装置。
作为进一步限定，所述混合气体加压装置在对应燃烧器的燃烧位置设置有旋转喷吹装置，以在燃烧器上燃烧的过程中产生螺旋状火焰，以提高对熔炼坩埚底面的加热效率。
作为进一步限定，金属熔炼炉在工作时，所述熔炼坩埚的压力为所述熔炼炉炉体的腔内压力的105％～108％。
作为进一步限定，所述燃烧器设置于熔炼炉炉体底部和/或侧壁上，且数量的不少于一个；而所述连续搅拌电磁搅拌器则与所述燃烧器在竖直面上错位设置。
作为进一步限定，所述盖体尺寸与炉体表面相匹配，盖合于炉体表面，并在盖合位置通过密封结构进行气密性密封。
作为进一步限定，所述熔炼炉炉体设置于一个框体支架内，所述框体支架上部设置有一个横梁，并在横梁上设置有螺旋提升机构，以通过螺旋提升机构对所述盖体进行提升和取放操作。
作为进一步限定，所述熔炼坩埚中的两阶变截面结构中，下阶截面积的为上阶截面积的1/5～1/3，且熔炼时下阶部分的加料量为上阶部分的加料的1/3～1/2。
作为进一步限定，所述电辅热装置为电热丝或加热棒，电辅热装置通过导线与外部的控制电路电连接，并辅助燃烧器进行辅热，所述连续搅拌电磁搅拌器开启时，所述电辅热装置一并延迟开启。
作为进一步限定，所述电辅热装置的表面涂覆有远红外涂料层，可有效提高电辅热装置的热效率。
有益效果：本发明的专用于铝的金属熔炼炉设备性能优良、运行稳定可靠，能有效提高熔炼炉内熔炼坩埚的受热面大，从而提高熔炼效率高，有效提高设备的能源使用率的同时降低其能量消耗，以达到节能减排的目的；同时，熔炼坩埚在熔炼状态时，内部保持在微正压的密封状态，能有效减少铝液与氧气接触，并通过旋流燃烧器与连续搅拌电磁搅拌器的作用，使得熔融铝液在加热过程中保持稳定，避免其氧化，保证铝液纯净，提高后续铝液加工产品的质量。
附图说明
图1为本发明较佳实施例的示意图。
图中：1、沉头旋转座；2、旋块；3、支架；4、提升旋杆；5、盖体；6、密封圈；7、熔炼坩埚支座；8、泄压排气管；9、连续搅拌电磁搅拌器；10、保温材料；11、隔热材料；12、熔炼炉炉体腔；13、燃烧器；14、独立调压装置；15、坩埚盖；16、熔炼炉炉体；17、熔炼坩埚；18、电辅热装置；19、熔融铝液；20、空气供气管路；21、燃气供气管路；22、混合气体加压装置；23、旋转喷吹装置；24、底座。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参见图1的一种专用于铝的金属熔炼炉的较佳实施例，在本实施例中，该金属熔炼炉主要用于熔铸铝工序中的熔炼工艺，以将固态铝料或者铝合金料融化成温度和成分均匀的熔融铝液19，以方便后续操作。
金属熔炼炉包括熔炼炉炉体16和熔炼坩埚17，其中，熔炼炉炉体16设置于底座24上，并在该底座24上还设置有支架3，支架3上部设置有一个横梁，并在该横梁下部设置有一个带内螺纹的旋块2，旋块2中插装有一个提升旋杆4，该提升旋杆4为螺纹杆，并与旋块2相匹配，提升旋杆4的下端与熔炼炉炉体16的盖体5相连，而上端的端部则设置有一个沉头旋转座1，通过工装旋动沉头旋转座1即可使提升旋杆4带动盖体5旋转，并打开盖体5。熔炼炉炉体16外侧通过钢板焊接制成炉壳，并在炉壳内侧依次衬装有隔热材料10以及保温材料11；另外，在熔炼炉炉体16的上部侧壁还设置有一个泄压排气管8用于对熔炼炉炉体腔12进行过压状态下的泄压排气。
在本实施例中，熔炼炉炉体16为一个柱筒型炉体，其上表面为开口，并在开口位置通过盖体5进行封闭，而为了保证盖体5盖合的密封性，在盖体5与熔炼炉炉体16的开口位置还设置有一圈密封圈6作为密封结构来对熔炼炉炉体16的开口位置进行气密性密封。熔炼炉炉体16内为熔炼炉炉体腔12，该熔炼炉炉体腔12的上部设置有用于架放熔炼坩埚17的熔炼坩埚支座7，而在熔炼炉炉体腔12的底部设置有燃烧器13。
燃烧器13具有正对熔炼坩埚17底部的炉头，其炉头上设置有若干旋转喷吹装置23，这些旋转喷吹装置23通过管路连接混合气体加压装置22，并通过混合气体加压装置22外接空气供气管路20以及燃气供气管路21，空气供气管路20以及燃气供气管路21为混合气体加压装置22按照比例供气，并在混合气体加压装置22内将两股气体混合均匀后加压通入燃烧器13，并在旋转喷吹装置23位置点燃并产生螺旋状火焰，这种螺旋状火焰对具有弧形底面的容器具有较佳的升温效果，可用以提高对熔炼坩埚底面的加热效率。
在本实施例中，熔炼坩埚17通过熔炼坩埚支座7架空于熔炼炉炉体16内，同时在熔炼炉炉体16外侧对应熔炼坩埚17的位置设置有连续搅拌电磁搅拌器9。熔炼坩埚17下部正对燃烧器13的加热燃烧面，熔炼坩埚17为变截面结构坩埚，其具有上阶和下阶，并在对应上阶和下阶阶面位置的环面上均匀设置有电加热棒作为电辅热装置18，电辅热装置18外接电源以及控制器，电辅热装置18的功率可调，并在连续搅拌电磁搅拌器9开启时，该电辅热装置18延迟15S开启，同时，该电辅热装置18在开启后或者到达额定温度后也可以设置通过控制器或者手动进行关闭，电辅热装置18可用于对熔炼坩埚17中的物料进行辅热，而为了提高热效率，在电辅热装置18的表面还涂覆有远红外涂料层。
在本实施例中，熔炼坩埚17的尺寸为熔炼炉炉体16腔内尺寸的1/2～2/3，熔炼坩埚17中下阶截面积的为上阶截面积的1/3，且在进行熔炼操作时，需要保证下阶部分中熔融铝液的量为上阶部分中熔融铝液量的1/3～1/2，在本实施例中，下阶部分中熔融铝液的量为上阶部分中熔融铝液量的1/2。铝的熔点为660℃，一般而言原铝铸造温度控制在730℃左右，甚至更低。而铝合金流动性较好，相应的铸造温度比原铝要低，为710℃～730℃，在这种温度条件下，该比例的坩埚容积结构能有效保证电辅热装置18与燃烧器13的协同加热效果，使得固态铝料或者铝合金料投入和设备开启后，迅速使其形成熔融态，在满足生产需要条件下,尽可能快的形成熔融铝液19并减少熔融铝液19在炉内时间可以减少熔融铝液19和氧气接触时间来降低铸损，而相比与传统的搅拌方式需要常开炉门或者坩埚的条件下会带来液面巨大波动、增加与氧气接触面积，也增加了炉内含氧量，势必加速了铝液氧化，使得烧损加大的情况不同，在双热源分别从外部和内部进行加热的同时配合连续搅拌电磁搅拌器9的作用，可以在封闭状态下进行熔融铝液19的内部搅拌，促进熔融的同时熔融铝液19的液面波动极小，有效避免了相应劣势，同时还可以减少空气中水分进入炉内，降低了液铝对氢元素的吸收概率。而在此过程中，不采用传统传统电磁搅拌器和永磁搅拌器的原因在于，传统电磁搅拌器励磁线圈电流密度大，对散热要求较高，不能实现连续搅拌，仅能作为短时间间歇搅拌使用来使得液态金属物料调匀成份或消除温差；而永磁搅拌器使用成本较高，且炉底的高温存在使磁块退磁的风险。
上阶上表面开口并在该开口位置通过坩埚盖15进行密封封闭，而在该坩埚盖15上设置有一个调压管路，熔炼坩埚17通过该调压管路与独立调压装置14相连，该独立调压装置14以保护气体作为气源，并保证熔炼坩埚的压力大于熔炼炉炉体的腔内压力，在本实施例中，该保护气体为常用且成本低廉的氮气，而在其他实施例中，也可以采用其他不参与反应的保护气体来进行调压操作，金属熔炼炉在工作时，熔炼坩埚17通过独立调压装置14进行调压，使得熔炼坩埚17的坩埚内压力为熔炼炉炉体16内对应熔炼炉炉体腔12的腔内压力的105％～108％，这种微正压状态能有效提高熔炼的质量，并减少熔炼炉炉体腔12内的杂质气体进入熔炼坩埚17。
本实施例的专用于铝的金属熔炼炉能够在燃烧器13外部加热和电辅热装置18内部加热双重加温作用，并配合连续搅拌电磁搅拌器9的电磁搅拌辅助下快速达到铝或者铝合金的熔融温度，并在该熔融温度状态下关闭电辅热装置18并保持，并在铸造使用时，通过空气供气管路20向熔炼炉炉体腔12中通入常温空间来将铝液温度有效地降低到相应铸造温度，可降低温度对铸损的影响。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种专用于铝的金属熔炼炉，包括熔炼炉炉体和熔炼坩埚，其特征在于，熔炼坩埚设置于熔炼炉炉体内，并在熔炼炉炉体对应熔炼坩埚的位置设置有连续搅拌电磁搅拌器；
所述熔炼炉炉体为柱筒型结构，熔炼炉炉体外侧以钢板焊接而成的炉壳，炉壳内衬装有隔热材料以及保温材料，熔炼炉炉体上部开口，并在开口位置通过盖体进行密封，熔炼炉炉体内的底部设置有对熔炼坩埚进行加热的燃烧器，该燃烧器上连接有混合气体加压装置，所述混合气体加压装置上通过独立管路分别连接空气供气管路以及燃气供气管路；
所述熔炼坩埚固定于炉壳的隔热材料以及保温材料中，熔炼坩埚的尺寸为熔炼炉炉体腔内尺寸的1/2～2/3，熔炼坩埚上部通过独立的、带密封结构的坩埚盖进行密封，且在熔炼坩埚上设置有对熔炼坩埚内容器压力进行调节的独立调压装置，所述独立调压装置以保护气体作为气源，并保证熔炼坩埚的压力大于熔炼炉炉体的腔内压力，所述熔炼坩埚具有弧形底面，并在熔炼坩埚的高度方向上设置有下阶截面积小于上阶截面的两阶结构；熔炼坩埚的两阶结构同心设置，并在两阶阶面对应的环面上均匀设置有电辅热装置。
2.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述混合气体加压装置在对应燃烧器的燃烧位置设置有用于在燃烧器燃烧过程中产生螺旋状火焰的旋转喷吹装置。
3.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，金属熔炼炉在工作时，所述熔炼坩埚的压力为所述熔炼炉炉体的腔内压力的105％～108％。
4.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述燃烧器设置于熔炼炉炉体底部和/或侧壁上，且数量的不少于一个。
5.根据权利要求4所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述燃烧器设置于熔炼炉炉体侧壁上时，所述连续搅拌电磁搅拌器则与所述燃烧器在竖直面上错位设置。
6.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述盖体尺寸与炉体表面相匹配，盖合于炉体表面，并在盖合位置通过密封结构进行气密性密封。
7.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉炉体设置于一个框体支架内，所述框体支架上部设置有一个横梁，并在横梁上设置有螺旋提升机构，以通过螺旋提升机构对所述盖体进行提升和取放操作。
8.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述熔炼坩埚中的两阶变截面结构中，下阶截面积的为上阶截面积的1/5～1/3，且熔炼时下阶部分的加料量为上阶部分的加料的1/3～1/2。
9.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述电辅热装置为电热丝或加热棒，电辅热装置通过导线与外部的控制电路电连接，并辅助燃烧器进行辅热，所述连续搅拌电磁搅拌器开启时，所述电辅热装置一并延迟开启。
10.根据权利要求1所述的专用于铝的金属熔炼炉，其特征在于，所述电辅热装置的表面涂覆有远红外涂料层，可有效提高电辅热装置的热效率。
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