CN115803575A - 机械螺旋再循环井 - Google Patents

Abstract

一种与熔炉的装料井结合使用的设备，该熔炉包含熔融金属池，金属碎片被引入该熔融金属池中进行熔化。设备包括具有泵井和装料井的侧井。泵井内容纳有金属熔融泵。装料井内容纳废料浸没装置。泵井和装料井通过将泵井和装料井分开的桥壁中的通道流体连通。桥壁限定装料井的半圆形端壁。废料浸没装置能够以可变的速度顺时针和逆时针旋转。

Description

机械螺旋再循环井

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年3月2日提交的美国临时申请序列号62/983,954的权益，其公开内容通过引用并入本文。

技术领域

本申请是关于将金属碎片，特别是铝、镁、钛及其合金的废旧金属碎片引入熔融金属块中。现有技术包括美国专利No.4,702,768、No.4,710,126、No.4,721,457和No.4,872,907，这些专利的公开内容在此通过引用并入。

背景技术

尽管这些专利及其对所涉及的一些最重要问题的解决办法表明，在将金属碎片(特别是所回收的金属碎片)通过使其重新熔化而转化为可利用的工业金属方面取得了很大进展，但在整个过程中仍然存在严重的经济和环境缺陷，这些缺陷在工业和经济上都阻碍了金属碎片的最充分的利用和再利用以及转化为工业上可利用的“新”金属。

一些最重大的挑战包括：燃料成本过高，这是因为容纳熔融金属块的熔炉存在热量损失；由于金属在熔融金属浴槽的表面处(特别是在熔炉的装料井中)氧化，转化为金属氧化物而损失过量的金属；由于可蒸发和易燃的碎片污染物(例如油、漆等)在装料井中熔融金属浴槽的表面处燃烧，造成污染问题；必须采用热和/或化学步骤烧掉碎片中的可蒸发和易燃的污染物，如在转鼓型燃烧设备中，以便在将碎片引入熔融金属浴槽之前尽可能地消除这些污染物，从而消除在熔融金属浴槽的表面处，特别是装料井中这些蒸发的杂质的过度燃烧和氧化，以及随之而来的去除燃烧产物的困难；以及用于处理/改性熔融金属的熔剂材料的有效使用。

本发明的方法和设备改进了利用金属碎片的工艺和设备，包括在金属碎片重新进入商业流通时将其引入熔融金属浴槽的必要步骤。

发明内容

下文概述了本发明的各种细节，以提供基本的理解。本概述不是对本发明的广泛概述，既不是为了确定本发明的某些元素，也不为了划定其范围。相反，本概述的主要目的是在下文给出更详细的描述之前，以简化的形式介绍本发明的一些概念。

根据一个实施例，提供了一种与熔炉结合使用的系统，该熔炉中具有熔融金属池，金属碎片被引入该熔融金属池中进行熔化。该系统包括具有泵井和装料井的侧井。泵井容纳熔融金属泵，装料井包括废料浸没装置。泵井和装料井通过将泵井与装料井分开的桥壁中的通道流体连通。桥壁限定了装料井的弯曲端壁。废料浸没装置能够以可变的速度并且可选地以可调节的深度顺时针和逆时针旋转。

根据另外一个实施例，提供了一种将金属碎片引入熔炉的装料井中熔融金属池的方法。工艺步骤包括提供具有泵井和装料井的侧井。泵井容纳熔融金属泵。装料井容纳废料浸没装置。泵井和装料井通过将泵井与装料井分开的桥壁中的通道流体连通。该方法还包括以下步骤：在装料井中提供熔融金属池，提供金属碎片并将碎片引入装料井中，操作熔融金属泵并沿顺时针和逆时针方向操作废料浸没装置，以优化熔融金属表面上的浮渣分布。

根据另一实施例，提供了一种用于自动执行废料浸没操作的系统。该系统包括容纳泵井和装料井的侧井。泵井包括熔融金属泵，装料井包括废料浸没装置。泵井和装料井通过将泵井与装料井分开的桥壁中的通道流体连通。废料浸没装置能够以可变的速度顺时针和逆时针旋转。提供了至少一个传感器，其被配置为用于确定装料井内熔融金属池表面上的浮渣深度。还提供了控制器，该控制器接收来自传感器的数据，并且基于该数据调节泵和废料浸没装置中的至少一个的操作。

附图说明

以下是对附图的简要描述，这些附图的呈现是为了解释说明本文公开的示例性实施例，而不是为了限制这些实施例。

图1是本发明的循环反射炉的俯视图；

图2是图1中侧井的俯视图(部分以虚线表示)；

图3A、3B和3C是展示了使用本发明的设备控制表面浮渣分布的能力的水模型的示意图；以及

图4是侧井的俯视图(部分以虚线表示)，展示了可选的挡板和废料浸没装置的可选的水平移动。

具体实施方式

通过参考附图，可以更全面地理解本文公开的组件、工艺和设备。这些图仅仅是为了方便和易于展示本发明的示意图，并不旨在指示装置或起组件的相对大小和尺寸和/或定义或限制示例性实施例的范围。

尽管为了清楚起见，在下面的描述中使用了特定的术语，但是这些术语旨在仅指在附图中用于说明而被选择的实施例的特定结构，并不旨在定义或限制本发明的范围。在附图和下文的描述中，应该理解的是，相同的附图标记表示相同功能的部件。

单数形式“一”、“一个”和“该”包括复数指代物，除非上下文明确规定其他含义。

本文所使用的术语“大约”、“一般”和“基本上”旨在包含结构或数字上的修改，这些修改不会显著影响由该术语所修改的元件或数字的目的。

如在说明书和权利要求书中所使用的，术语“包括”可以包括“由……组成”和“基本上由……组成”的实施例。这里使用的术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”、“可以”、“包含”及其变体是开放式的过渡性短语、术语或词语，其要求存在指定的成分/步骤并且允许存在其他成分/步骤。然而，这种描述应当被理解为也将组合物或工艺描述为“由……组成”和“基本上由所列举的成分/步骤组成”，这允许只存在指定的成分/步骤，以及由此可能产生的任何杂质，而不包括其他成分/步骤。

循环反射炉(RF)通常用于处理受污染的废料，例如涂有有机材料的废金属，并且设有一个或更多个侧井，在该侧井处，涂覆的废料与熔剂混合，使得在熔融金属从侧井进入熔炉的主室之前将污染物作为漂浮的浮渣撇去。这种熔炉也可以应用于融化轻型金属废料、碎的废料和金属粉末，因为当金属熔化时，熔剂可以将金属与氧化气氛隔离。

本设备提供了对RF侧井中浮渣形成的改进控制。它使用熔融金属泵和废料浸没装置来调节在形状独特的侧井中的熔融金属流并且控制浮渣在熔融金属表面上的分布。通过控制浮渣在熔融金属表面上的分布，可以促进浮渣重新浸没在熔融金属表面以下。重新浸没有许多优势，包括提取熔剂，否则会残留在浮渣中并且在浮渣撇除过程中从系统中除去。

参照图1和图2，示出了一个示例性的实施例，该实施例包括反射炉1，该反射炉1包括侧井3。侧井3包括绝缘体5，绝缘体5具有适于形成反射炉1的绝缘壁的一部分的前壁7。

绝缘体5还限定了空腔9。金属入口通道11从前壁7中的入口孔直接通至空腔9，金属出口通道13直接从空腔9引出。空腔9与入口通道11和出口通道13流体连通，允许熔融金属从反射炉1的主室14循环到侧井3。绝缘体5可以形成为整块的耐火材料。

侧井3包括泵井15和装料井17。泵井容纳熔融金属泵19。熔融金属泵可以是离心泵或者是可从Pyrotek公司获得电磁泵。装料井容纳废料浸没装置21。废料浸没装置可以是例如Pyrotek SAMS或MMEI Scrap Eater(废料吸收装置)，其经改造能够以可变速度顺时针和逆时针旋转转子22。代表性的废料浸没设备在美国专利5,310,412和8,449,814中有所描述，其公开内容通过引用并入本文。

泵井15和装料井17通过将泵井15与装料井17分开的桥壁25中的通道23流体连通。桥壁25限定了装料井的半圆形端壁27。如本文所用，术语“半圆形”可以包括真正的半圆形，但也旨在包括替代的曲面，该曲面构造成促进熔融金属的平滑流动以便在桥壁25附近循环。

可以提供任何类型的碎片装料器29，以将金属碎片装入装料井17。任何类型的熔剂引入设备31都可以用来将熔剂引入到熔融金属中。

在将碎片引入装料井17中的熔融金属池时，进入熔融金属池的碎片从其上存在的可蒸发污染物或杂质中释放出气体，它们上升到池的表面并形成浮渣。通过以可变速度沿顺时针和逆时针方向操作废料浸没装置，并结合由熔融金属泵产生的熔融金属流，可以调整熔融金属表面上的浮渣分布。而且，可以改变装料井内熔融金属的流动以产生表面涡流，该涡流以所需的方式移动表面浮渣。通过以防止形成过大厚度的方式控制表面浮渣的扩散，有利地提高金属回收率和盐通量效率。

参照图3A、3B和3C，描述了使用水和浮球进行的实际实验。该实验通过使用实际的熔融金属泵和废料浸没装置在具有图1和图2的配置的系统上进行。可以看出，浮渣(球)可以被引导到熔融金属(水)表面的不同位置。例如，在图3A中，随着J50泵的关闭和废料浸没装置顺时针转动，浮渣被促使浸没在废料浸没装置位置。现在转到图3B，当J50泵打开时，浮渣被促使在熔融金属表面均匀扩散。图3C展示了当J50泵关闭且废料浸没装置沿逆时针方向被操作时，如何促使浮渣聚集在上游位置。虽然在废料/熔剂引入过程中可能期望浮渣扩散，但是当需要撇去浮渣时，浮渣的聚集可能是期望的阶段。

图4示出了对浮渣处理操作的一种修改，其中废料浸没装置21能够沿侧井3的长度和宽度方向移动。有益的是，将废料浸没装置安装至轨道系统24(或本领域技术人员可用的任何其他机构)，以便于在装料井的纵向轴线上移动。横向运动可以使用可延伸/可缩回的臂33来实现。同样可能期望提供具有竖直可调性的废料浸没装置21，使得转子在熔融金属浴槽中的深度可以改变。重新定位废料浸没装置的能力可以进一步提高调整流型和重新浸没表面浮渣的能力。

进一步设想的是，可以提供可选的挡板37。挡板可以支撑在浴槽的表面上(例如，在+1"和-6"之间)，以阻止漂浮的大块浮渣循环到废料浸没装置并且对其造成潜在的损害。挡板可以竖直调节，以适应熔融金属浴槽深度的变化，并且当需要将表面浮渣完全循环回废料浸没装置时允许提升。

传感器34可以用来测量装料井9中熔融金属池上表面浮渣的深度。例如，激光可以用于测量熔融金属池表面的温度。由于记录的温度将随着浮渣深度的增加而降低，所以可以确定池表面的浮渣层的厚度，并且熔融金属泵和废料浸没装置的操作由控制器35(有线或无线互联)根据已知的浮渣分布参数自动修改(参见第【0028】段)。

已经参照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，其他人可以想到修改和改变。旨在将示例性实施例解释为包括所有这些修改和变更，只要它们落入权利要求或其等同物的范围内。

为了帮助专利局以及本申请和任何由此产生的专利的读者理解权利要求，申请人不打算让任何权利要求或权利要求要素援引美国专利法35U.S.C 112(f),除非在特定权利要求中明确使用了“手段”或“步骤”等词。

Claims (20)

1.一种与熔炉结合使用的系统，熔炉中具有熔融金属池，金属碎片被引入熔融金属池中进行熔化，系统包括侧井，侧井包括泵井和装料井，泵井包括熔融金属泵，装料井包括废料浸没装置，所述泵井和所述装料井通过将泵井和装料井分开的桥壁中的通道流体连通，所述桥壁限定装料井的弯曲端壁，并且其中所述废料浸没装置能够以可变的速度并且可选地以可调的深度顺时针和逆时针旋转。

2.根据权利要求1所述的设备，其中，金属熔融泵是离心泵或者电磁泵。

3.根据权利要求1所述的设备，包括高度可调节的挡板，所述挡板定位在废料浸没装置和侧井出口之间。

4.根据权利要求1所述的设备，包括废料给进机构。

5.根据权利要求1所述的设备，包括熔剂给进机构。

6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述废料浸没装置包括设置在轴上的转子。

7.根据权利要求1所述的装备，其中，所述废料浸没装置在水平方向上可重新定位。

8.根据权利要求6所述的装备，其中，转子在装料井中的横向方向上可重新定位。

9.根据权利要求6所述的装备，其中，转子在竖直方向上可重新定位。

10.根据权利要求1所述的装备，其中，弯曲端壁包括半圆形。

11.根据权利要求7所述的装备，其中，所述废料浸没装置安装至轨道系统。

12.一种用于熔化金属碎片的方法，包括将金属碎片引入熔炉的装料井中的熔融金属池中进行熔化，并且包括以下步骤：

提供熔炉的侧井，侧井包括泵井和装料井，泵井容纳熔融金属泵，装料井容纳废料浸没装置，所述泵井和所述装料井通过将泵井和装料井分开的桥壁中的通道流体连通；

在装料井中提供熔融金属池；

将金属碎片引入所述装料井中；

操作所述泵；以及

以顺时针和逆时针两个方向操作所述废料浸没装置，以优化在熔融金属上的浮渣分布。

13.根据权利要求12所述的方法，包括控制器，所述控制器调节泵速度以及废料浸没装置的速度和方向。

14.根据权利要求12所述的方法，包括传感器，所述传感器基于表面浮渣分布调节泵速度以及废料浸没装置的速度和方向。

15.根据权利要求12所述的方法，包括至少以下模式：(i)在废料浸没装置关闭时打开熔融金属泵；(ii)在废料浸没装置顺时针操作时打开熔融金属泵；(iii)在废料浸没装置逆时针操作时打开熔融金属泵；(iv)在废料浸没装置顺时针操作时关闭熔融金属泵；以及(v)在废料浸没装置逆时针操作时关闭熔融金属泵。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，熔融金属泵和废料浸没装置中的至少一个或两个的速度在一种模式期间被改变。

17.根据权利要求12所述的方法，其中，提供至少一个传感器，以计算装料井内熔融金属表面上的浮渣的相对厚度，传感器与控制器通信，并且其中所述控制器调节废料浸没装置和泵中的至少一个。

18.一种用于自动执行废料浸没操作的系统，系统包括：侧井，侧井包括泵井和装料井，泵井包括熔融金属泵，装料井包括废料浸没装置，所述泵井和所述装料井通过将泵井和装料井分开的桥壁中的通道流体连通，其中，所述废料浸没装置能够以可变的速度顺时针和逆时针旋转；至少一个传感器，其配置为确定装料井内熔融金属池表面上的浮渣深度；以及控制器，其接收来自传感器的数据并且基于所述数据调节泵和废料浸没装置中的至少一个的操作。

19.根据权利要求18所述的系统，其中，废料浸没装置在竖直方向、水平方向和纵向方向中的至少一个上是可调整的。

20.根据权利要求18所述的系统，其中，桥壁限定装料井的弯曲端壁。

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