CN112912679A - 熔化炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一个能够抑制熔料发生氧化反应，并可改善熔料质量的熔化炉。熔化炉1包含供给金属材料的一个熔化部件2；用于将熔化部件2中的金属材料熔化成熔料的一个燃烧部件4；从熔化部件2接收熔料的一个加热部件5，其可提升熔料的温度；一个从加热部件5接收熔料并储存熔料的温度调节部件6；一个分隔加热部件5和温度调节部件6的分隔部件7，其中分隔部件7的下部70浸入至分隔部件7下方形成的熔料中；一个允许熔料从加热部件5进入至温度调节部件6的进口71；一个浸没式加热器10，此浸没式加热器10的至少一部分浸入至温度调节部件6中的熔料，从而加热熔料；以及在分隔部件7中形成的一个进气通道72，其将燃烧部件4所注入的燃烧气体引入至温度调节部件6中熔料上方的空间；其中燃烧部件4可控制，以便燃烧气体具有控制5％或以下的氧浓度的能力。

Description

熔化炉

技术领域

本发明涉及一种用于熔化铝和铝合金等金属材料，以及使熔化的金属材料(以下简称为“熔料”)保温的熔化炉。

背景技术

目前，在铝和铝合金等金属材料的熔化和保温工艺中，并无高效的熔化炉用于对应熔料(在下文中也称为“熔融金属”)的氧化反应。

传统熔化炉100如图5至8所示。熔化部件102位于预热部件101的下方，而燃烧部件103在熔化部件102中。例如铝等金属材料将通过预热部件101上方的一个开口105，进入熔化部件102，这个开口通过一个盖子104打开和关闭；然后使用燃烧部件103加热，将金属材料熔化成熔料。熔料在斜坡106上流动，进入到温度调节部件107。燃烧部件108位于温度调节部件107中，且温度调节部件107中熔料的温度将通过燃烧部件108保持或者升高至预定的温度。温度调节部件107中的熔料在隔离部件109的下沿110下方流动，进入至泵送部件111。通过使用外导式铸造机或者金属模成型装置，可以在铸造或者模制工序中使用泵送部件111中的熔料。熔化部件102有一个可以打开的门112，用于检查和清洁熔化部件102。此外，温度调节部件107也有一个可以打开的门113，用于检查和清洁温度调节部件107。

在传统的熔化炉100中，使用熔化部件102中的燃烧部件103进行熔化的熔料将流入温度调节部件107，此部件通过一个斜坡106连接至熔化部件102。不过，在此期间，熔化过程中生成的氧化物114会与熔料一起流入至温度调节部件107，然后在温度调节部件107中，熔料会与氧化物114混合。通过安装到顶盖115的燃烧部件108，将温度调节部件107中熔料的温度控制到预定温度；不过，在温度调节部件107中保持高温的熔料会与温度调节部件107中的空气发生氧化反应，这可能使温度调节部件107中的氧化物116增加，从而生成硬固体。相应地，在传统的熔化炉100中，操作员需要打开门113，才能不断清洁温度调节部件107。

然而，由于温度调节部件107的清洁工作是在高温条件下执行的，并且长时间保持高温而未去除的氧化物116牢牢地吸附在温度调节部件107的内壁117上，因此彻底清除温度调节部件107上的氧化物116成为了操作员的重大负担。此外，如果氧化物116的碎屑与熔料混合，那么就会在铸造工艺等中使用熔料的时候成为杂质，并且作为产物的熔料质量就会降级。此外，当氧化物116增加，并累积到温度调节部件107的内壁117上时，氧化物116就会作为一个绝热层，减少温度调节部件107的空间容积，从而需要提高温度调节部件107中的环境温度，以使熔料保持高温。而且，温度调节部件107内壁117的绝热层发生改变或者退化都会导致热量泄漏至熔化炉100的外部。

相应地，为了改善作为产物的熔料的质量，以及进一步减小对操作员的负担，有必要抑制熔料在温度调节部件107中发生氧化，并最大程度地减少氧化物116的产量。

作为先有技术文件，专利文献1(PTL1)提出了一种金属熔化和保温炉，在该产品中，保温室内的熔化金属将很好地保温，抑制作为加热手段的电热器所发生的热损耗，以降低功耗，并且通过熔料和氧气发生反应所产生的氧化物将减少。PTL1的金属熔化和保温炉包括一个通过熔化炉熔化金属材料的熔化室，以及通过一个连接孔连接至熔化室的保温室，这个保温室可通过加热方式，使熔化炉中的熔化金属保持到预定的温度，而保温室通过一个加热器进行加热，且连接熔化室与保温室的连接孔配置在保温室内保存的熔料的正常金属线下方。例如，电热器以大致水平的方式被放置到保温室的顶盖上，且均匀地加热保温室中熔料的整个液面区域。

作为先有技术文件，PTL2提出了一种金属熔化炉，在这种熔化炉中，可以轻松地去除熔化过程中产生的金属氧化物等杂质，而不用使用或者使用少量熔剂，从而可以得到更加清洁的熔化金属。在PTL2的金属熔化炉中，在倾斜的炉底和液池之间设置了一个分隔墙，用于明确加工部件，分隔墙有一个连接通道，位于液池和工艺部件之间，高度高于工艺部件的底面；其上部有分隔墙，带一个排气通道，可允许从熔化金属液池排放的废气通过，而且熔化炉墙面有一个带门的检查孔，可打开进入加工部件。

作为先有技术文件，PTL3提出了一种熔化金属保温炉，可减少炉中生成的氧化物，且便于维护，例如清洁熔化炉以及更换加热器，从而提高了铸造的生产效率并改善了产品的质量。在PTL3的熔化金属保温炉中，炉壁的安装孔内安装了一个浸没式加热器，以便加热器浸入至熔料。熔化炉内侧安装孔的开口在熔化金属表面的下方，而熔化炉外侧安装孔的开口在熔化金属表面的上方。带有浸没式加热器电热丝的部件位于熔化金属表面的下方。

引文列表

专利文献

PTL1:日本专利号4198224

PTL2:日本专利号3860135

PTL3:日本专利号9-66357

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于：针对现有的PTL1至PTL3中所述的技术尚无法有效地抑制熔料发生氧化反应的问题，而提供一种能够抑制熔料发生氧化反应，并改善熔料质量的熔化炉。

本发明所要解决的问题可以采用如下技术方案来实现：

熔化炉，包括：

用于供给金属材料的熔化部件；

用于将所述熔化部件中的金属材料熔化成熔料的燃烧部件；

用于从所述熔化部件接收熔料的加热部件，所述加热部件通过所述熔化部件中的燃烧部件注入的燃烧气体的辐射热，提升熔料的温度，从而达到加热熔料的目的；

用于从所述加热部件接收熔料并存储熔料的温度调节部件；

用于分隔所述加热部件和温度调节部件的分隔部件，所述分隔部件的下部浸入至分隔部件下方形成的熔料中；

用于允许熔料从所述加热部件进入至所述温度调节部件的进口；

浸没式加热器，所述浸没式加热器的至少一部分浸入至所述温度调节部件中的熔料，从而加热熔料；以及

在分隔部件中形成的进气通道，所述进气通道将所述燃烧部件所注入的燃烧气体引入至所述温度调节部件中熔料上方的空间；

其中，所述燃烧部件可控制，以便燃烧气体具有5％或以下的氧浓度。

在本发明所提及的熔化炉中，所述燃烧部件可控制，以便燃烧气体的氧浓度为3％或以下。

在本发明所提及的熔化炉中，所述进气通道采用倾斜设置，以便将所述温度调节部件侧面的出口布置在比所述熔化部件侧面进口更高的位置。

在本发明所提及的熔化炉中，通过所述进气通道进入所述温度调节部件的燃烧气体最好可调节至10％～20％。

在本发明所提及的熔化炉中，所述温度调节部件最好在其内壁或者顶部开设有第一排气口，所述第一排气口内设置有一个用于调节排气量的调节器。

本发明所提及的熔化炉还包括：

预热部件，所述预热部件包含一个进料通道和一个盖子，且位于熔化部件的上方；

所述温度调节部件还在第一排气口上配有第一开关盖板；

所述预热部件在所述盖子上配有第二排气口，所述第二排气口配有第二开关盖板。

由于采用了如上技术方案，本发明的有益效果在于：根据本发明所提及的熔化炉可以抑制熔料发生氧化反应，并可改善熔料的质量。

附图说明

图1是本实施例所述熔化炉的平面图。

图2是沿着图1所示A-A线的剖视图。

图3是沿着图1所示B-B线的剖视图。

图4是沿着图1所示C-C线的剖视图。

图5是传统熔化炉的平面图。

图6是沿着图5所示A-A线的剖视图。

图7是沿着图5所示B-B线的剖视图。

图8是沿着图5所示C-C线的剖视图。

具体实施方式

本发明所提及的熔化炉包括一个用于熔化铝或铝合金等金属材料(尤其是有色金属材料)的熔化部件；一个布置在熔化部件附近的加热部件，用于接收熔化部件中生成的熔料，以及加热熔料；以及一个温度调节部件，用于接收后续铸造工艺所用的加热部件中加热的熔料，将熔料保持到预定的温度，以及储存熔料。

在本发明所提及的熔化炉中，用于熔化熔化部件中金属材料的燃烧部件的燃烧气体(火焰)之氧浓度被控制到5％或以下，而且部分燃烧气体通过进气通道，进入到温度调节部件。在温度调节部件中，燃烧气体与熔料发生反应，形成一层薄且致密的氧化膜。所形成的氧化膜将保护熔料，从而抑制熔料发生氧化反应。因而，温度调节部件中生成的氧化物量得以降低，且熔料的质量得以改善。本发明所提及的熔化炉还可通过温度调节部件中形成的氧化膜，提供保护。

本发明所提及的熔化炉实施例如下所述，参见图1至图4，图中给出了本发明所提及的熔化炉的配置示意图。熔化炉1用于熔化铝或者铝合金等金属材料并保温，而且主要包括一个预热部件2、一个熔化部件3、一个加热部件5、一个温度调节部件6以及一个泵送部件12。燃烧部件4位于熔化部件3中，而浸没式加热器10位于温度调节部件6中。

预热部件2配有一个内侧带进料通道20的管状结构，而且在顶部配有一个可操作且可关闭的盖子8。预热部件2将引导供给的金属材料至预热部件2下方的熔化部件3，而且也可作为从燃烧部件4喷射的燃烧气体的烟道。盖子8上有一个用于排出燃烧气体的排气口(第二个排气口)，而且排气口80中有一个开/关调节器81。

熔化部件3将接收并熔化从预热部件2供给的金属材料。熔化炉1的炉壁上配有一个燃烧部件4，用于将燃烧气体(火焰)注入到熔化部件3中金属材料的下方。通过使用燃烧部件4的燃烧气体(火焰)，将熔化部件3中的金属材料加热成熔料。熔化部件3中生成的熔料沿着朝加热部件5向下倾斜的熔化部件3的斜坡面30向下流动，流入至加热部件5。

对于燃烧部件4，可以使用传统的燃烧部件，通过将燃烧空气和燃气适当的混合，来进行燃烧。可以根据熔化部件3的大小，燃烧部件4的熔化能力等来确定燃烧部件4的数目。在燃烧部件4中，燃烧气体(火焰)的氧浓度被控制到5％或以下，最好是3％或以下，以抑制在使用燃烧气体(火焰)熔化金属材料的期间发生的氧化反应。

在本发明中，气体量通过体积来定义，而体积是在0℃和1atm条件下的标准体积(单位是m³ _N(标准立方米))。氧浓度百分比是按照体积计算的体积％。实际上，在使用燃烧部件进行燃烧的时候，空气量高于理论的空气量，用以完全燃烧燃气。由于空气量被设置为过剩，因此在燃烧之后生成的燃烧气体中的氧气会过量存在。在本发明中，燃烧气体中的氧浓度将被控制到体积的5％或者以下，最好是体积的3％或者以下。

加热部件5将从熔化部件3中接收熔料，并升高熔料的温度。在本实施例中，燃烧部件4将布置在加热部件5的附近和上面，且熔料将通过从熔化部件3的燃烧部件4注入到熔化部件3中金属材料的燃烧气体(火焰)的辐射热予以加热，以提高其温度。不过，在加热部件5中加热熔料的方法不受特别限制。

可以打开和关闭的门14和15将位于面向熔化炉1的加热部件5的熔化炉壁上。门14和15都可以打开，以便检查和清洁熔化部件3和加热部件5。加热部件5中加热的熔料将在连接通道50上向下流动，该通道将构成加热部件5的底部，且朝着温度调节部件6向下倾斜，并流入至温度调节部件6。加热部件5和温度调节部件6通过一个分隔部件7进行分隔。分隔部件7的下部70浸入至熔料。在分隔部件7的下方，即在分隔部件7的下部70与连接通道50之间，有一个进口71，用于连接加热部件5和温度调节部件6，以让熔料从加热部件5流入至温度调节部件6。

由于分隔部件7的下部70浸入至熔料，可以阻止来自加热部件5的熔料的液表面上漂浮的氧化物17进入温度调节部件6，阻止其随同熔料一起进入温度调节部件6，并阻止氧化物17与熔料在温度调节部件6中混合。因此，可以避免温度调节部件6中的熔料接触氧化物17。

在分隔部件7中，有一个进气通道72，其连接熔化部件3和温度调节部件6，并将熔化部件3的燃烧部件4喷射的燃烧气体注入至温度调节部件6中熔料的上方空间。在本实施例中，进气通道72应倾斜，以便将温度调节部件6侧面的出口72b布置在比熔化部件3侧面进口72a更高的位置。此配置可以防止进入到温度调节部件6中的燃烧气体覆盖住温度调节部件6中熔料的液表面上形成的氧化膜18(见下文所述)。分隔部件7上可能形成多个进气通道72，这些通道没有必要倾斜。

在熔料从泵送部件12被抽出之前，温度调节部件6将使熔料保持到预定的温度。在构成温度调节部件6顶部、且可打开/关闭的封盖中，形成了燃烧气体的排气口(第一个排气口)。从熔化部件3进入到温度调节部件6的燃烧气体将通过排气口90，排放到熔化炉1的外部。排放口90随附提供有一个调节器91，用于调节待排放的燃烧气体量，以及开/关盖板92。通过使用调节器91，调节从排气口90排放的燃烧气体量，可以调节通过进气通道72，从熔化部件3进入至温度调节部件6的燃烧气体量。将通过进气通道72进入到温度调节部件6的燃烧气体应是10％或以上以及20％或者以下，最好是燃烧部件4的气体燃烧量的约10％。上述百分比是根据体积计算的体积％。

温度调节部件6中配有一个或者多个浸没式加热器10。浸没式加热器10将用于加热熔料，此加热器的至少一部分将浸入至温度调节部件6的熔料中。对于浸没式加热器10，可以使用传统的浸没式加热器。例如，浸没管通过一个内部加热器或者浸没管的燃烧部件予以加热，从而加热与浸没管接触的熔料。在本实施例中，浸没式加热器10安装至熔化炉1的炉壁上，以倾斜角度插入到温度调节部件6的熔料中。这可显著减小浸没管的内部加热器的尺寸。但浸没式加热器10不必一定以倾斜角度插入至温度调节部件6的熔料中。

温度调节部件6中的熔料通过浸没式加热器10，从内部加热，而且也通过经由进气通道72进入温度调节部件6的燃烧气体，从液体表面进行加热，以保持高温度。在加热期间，将通过进入温度调节部件6的低氧浓度的燃烧气体，在熔料的液表面形成一层薄且致密的氧化膜18。由于这层致密的氧化膜18漂浮在熔料的液表面上，具有保护功能，因此其将作为防止气体吸收或者熔料氧化的屏障。相应地，氧化膜18将抑制熔料持续发生氧化反应，并改善熔料的质量。

泵送部件连接至温度调节部件6，且通过一个隔离墙16，与温度调节部件6相分隔开。分隔墙16的下部浸入到熔料中，且在分隔墙16的下方有一个连接端口11，用于连接温度调节部件6和泵送部件12，以支持将熔料从温度调节部件6移至泵送部件12。已移至泵送部件12的熔料将适当地被抽出，并在铸造工艺等中使用。

泵送部件12将提供一个液面检测手段13，用于测量泵送部件12中储存的熔料液表面的位置(高度)。作为检测手段13，可以使用各种已知的测量仪器和传感器，只要能够测量熔料液表面的位置(高度)即可。泵送部件12中储存的熔料液表面的位置(高度)与温度调节部件6和加热部件5中储存的熔料液表面的位置(高度)相同。因此，通过检测泵送部件12中储存的熔料液表面的位置(高度)，可以将熔料液表面的位置(高度)保持在高于分隔部件7下部70的位置，而且熔料不会从泵送部件12中溢出。并可以在除了泵送部件12以外的熔化炉1的任何部分，设置检测手段13。

在具有本实施例的上述结构的熔化炉中，可以抑制熔料发生氧化反应，因为进入温度调节部件6的燃烧气体的氧浓度低至5％或以下。此外，由于燃烧气体在温度调节部件6中熔料的液表面上形成了一层薄且致密的氧化膜18，且熔料受氧化膜18的保护，因此可以抑制熔料持续发生氧化反应。而且，由于在熔化部件3与温度调节部件6之间配备了加热部件5，且熔化部件3中熔化的熔料在加热部件5中加热，并供应至温度调节部件，同时提高熔料的温度，因此可以降低用于加热温度调节部件6中熔料的温度，同时将长时间保持一层薄且致密的氧化膜18，而不会导致熔料变质。因此，在本实施例所提及的熔化炉1中，可以减少温度调节部件6中的熔料发生氧化反应，以抑制氧气量的增加，从而得以改善温度调节部件6中熔料的质量。而且，可以大大减少或者消除常规技术需要执行的去除温度调节部件6中氧化物的作业。

此外，在燃烧部件4停止运行的时候，通过关闭温度调节部件6的开/关调节器92，以及预热部件2的开/关器81以牢牢地关闭预热部件2、熔化部件3，以及温度调节部件6；防止与外部空气的置换、熔化部件3和温度调节部件6中的燃烧气体，可以抑制熔化部件3、加热部件5和温度调节部件6中的熔料发生氧化反应，还可抑制热损失。

上述解释了本发明的一个实施例；不过，本发明并不限于上述实施例，而且只要本发明的依据不受影响，就可能进行各种改动。

Claims (6)

1.熔化炉，其特征在于，包括：

用于供给金属材料的熔化部件；

用于将所述熔化部件中的金属材料熔化成熔料的燃烧部件；

用于从所述熔化部件接收熔料的加热部件，所述加热部件通过所述熔化部件中的燃烧部件注入的燃烧气体的辐射热，提升熔料的温度，从而达到加热熔料的目的；

用于从所述加热部件接收熔料并存储熔料的温度调节部件；

用于分隔所述加热部件和温度调节部件的分隔部件，所述分隔部件的下部浸入至分隔部件下方形成的熔料中；

用于允许熔料从所述加热部件进入至所述温度调节部件的进口；

浸没式加热器，所述浸没式加热器的至少一部分浸入至所述温度调节部件中的熔料，从而加热熔料；以及

在分隔部件中形成的进气通道，所述进气通道将所述燃烧部件所注入的燃烧气体引入至所述温度调节部件中熔料上方的空间；

其中，所述燃烧部件可控制，以便燃烧气体具有5％或以下的氧浓度。

2.如权利要求1所述的熔化炉，其特征在于，所述燃烧部件可控制，以便燃烧气体的氧浓度为3％或以下。

3.如权利要求1或2所述的熔化炉，其特征在于，所述进气通道采用倾斜设置，以便将所述温度调节部件侧面的出口布置在比所述熔化部件侧面进口更高的位置。

4.如权利要求1至3中任一项所述的熔化炉，其特征在于，通过所述进气通道进入所述温度调节部件的燃烧气体最好可调节至10％～20％。

5.如权利要求1至4中任一项所述的熔化炉，其特征在于，所述温度调节部件最好在其内壁或者顶部开设有第一排气口，所述第一排气口内设置有一个用于调节排气量的调节器。

6.如权利要求5所述的熔化炉，其特征在于，熔化炉还包括：

预热部件，所述预热部件包含一个进料通道和一个盖子，且位于熔化部件的上方；

所述温度调节部件还在第一排气口上配有第一开关盖板；

所述预热部件在所述盖子上配有第二排气口，所述第二排气口配有第二开关盖板。

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