铝块的熔解和保持炉 【技术领域】
本发明涉及铝块的熔解和保持炉，更特别涉及熔解和保持炉，其包括构件，用于预热铝块的预热塔和两个分别用于熔融和保持铝原料的坩埚炉。在说明书中所用的术语“铝块”是指铝锭或类似的铝物质、含铝回收原料(空铝罐和其它铝废料)经挤压成形状同于铝锭的块料等。
技术背景
为了熔融和保持铝原料，已知有多种设备，并且包括一种设备，其中熔融的铝从中心熔融炉经输送，并以汤勺或类似物分配至用于保持的电加热或其它方式加热的单个手动炉；用于熔融和保持的单个手动炉，并框设有各自具有容置腔的熔融室和保持室，所述容置腔装设有耐火砖并容置熔融铝；石墨坩埚炉；等等。
石墨坩埚炉的结构为：在圆筒形结构的炉子中设有石墨坩埚，以及所述坩埚采用燃烧器加热。为了在所述石墨坩埚中熔融，金属锭将直接从所述坩埚顶端部加入。如果将金属锭投入坩埚并且倾斜放置与坩埚侧壁相接触，则可能会由于热膨胀而将所述侧壁顶裂。鉴于此种可能性，金属锭都垂直放置于所述坩埚中。
向常规坩埚炉中熔融铝原料时，铝锭将从坩埚的开孔中直接装入。熔融铝因此随后冷却，并且在所有的铝锭熔化后铝熔液的温度开始上升。在这种情况下，当达到特定温度时，取出铝熔液进行浇铸。由于铝熔液舀出后，铝熔液的量开始减少，于是再次补入铝锭。这样，在坩埚炉中交替重复进行熔融和舀出操作。因而，问题在于不能保证铝熔液的恒定量供给，而且需要加入少量的铝锭以调整熔液的温度。进一步地，铝原料诸如铝锭在给入熔液之前未经预加热，故所述熔液的温度产生较大的波动。
在使用中心熔融炉时，于全部的时间内须保持大量地熔融铝。而且，所述中心熔融炉不能用于目前制备的含有多种原料的熔融铝块。此外，由于熔液经分配后温度不可避免地下降，需要升高经分配的溶液的温度。换言之，此类炉子不适于少量生产。另一个问题是，由于在中心熔融炉的维持过程中无法保有定量熔液，产量难以控制。
而且，在采用具有内衬耐火砖或其类似物的熔融容器的熔解和保持两用炉的情况下，加热燃烧器的火焰将直接施用于熔液。所述炉子将带来一些问题，诸如氧化物或吸收氢气污染了金属液，从而影响铸件质量。所述炉子的缺点还在于，在炉壁上蓄积了大量的热量，不节能并且维护成本高，而且须花费时间定期更换炉壁耐火砖。
发明公开
本发明的目的在于提供一种铝块的熔解和保持炉，该炉可克服所有前述缺点，连续熔融铝原料并且节能。
为了达到上述目的，本发明提供一种铝块的熔解和保持炉，其特征在于包括：
用于铝块预加热的预热塔，
接受来自预热塔铝块给料的熔解坩埚炉，其紧邻接于预热塔的正下方，
以及接受来自熔解坩埚炉连续熔融铝给料的保持坩埚炉，其与熔解坩埚并排设置，以及
在熔解坩埚炉中燃烧得到的废气可作为上升流进入预热塔内部，与铝块进行热交换。
本发明的熔解和保持炉可达到以下效果。
(1)本发明的炉子不仅可用于熔融铝块，而且可用于熔融含铝以及其它金属如铁复合原料(或铝合金)。
(2)本发明的炉子为可连续熔融金属的坩埚型熔解和保持炉。
(3)本发明的炉子可于接近铝熔点的一定低温下熔融金属，因而具有多项优点：产生的氧化物诸如氧化铝少，而且吸收的氢气少，金属液质量高；保持坩埚炉中的温度易于控制；并且由于坩埚的工作条件对其耐久性有利，使用寿命延长。
(4)预热塔可节省大量的能量，相对于其炉容积，本发明的炉子具有较高的熔化能力，且重量轻，结构紧凑。
(5)由于坩埚更换容易，所述炉子适于熔融多种金属。
(6)熔融的中断以及熔融速率的控制可仅由燃气来调整，因此有利于生产调节控制。
(7)所述炉子无须大规模定期维修，并且仅须更换坩埚，保养成本低。
(8)废气温度低，改善了工作条件。
通过以下结合附图详细描述，本发明的其他特征将更为显见。
附图简述
图1．为本发明的一种实施方式的纵向剖面示意图。
实现本发明的最佳实施例
结合附图对本发明的实施例予以详述。图1为本发明的一个实施例中的熔解和保持炉A整体示意图。所述熔解和保持炉A的主要部件包括，用于铝块a的预热塔1，邻接于预热塔1下部的熔解坩埚炉2，以及置于熔解坩埚炉2一侧的保持坩埚炉3。
所述熔解坩埚炉2具有第一炉体4和设置于第一炉体4中第一坩埚台5上的熔解坩埚6。环绕坩埚6以及在坩埚6和第一炉体4之间形成有环绕空腔7。由所述第一炉体4侧壁低端上的燃气进口(未示)进入的燃气通过将第一环绕空腔7可作为通道而上升。
保持坩埚炉3具有第二炉体8和设置于第二炉体8中第二坩埚台9上的保持坩埚10。环绕保持坩埚10形成第二环绕空腔11。第二环绕空腔11可作为通道，由所述第二炉体8侧壁低端上的燃气进口(未示)进入的燃气通过其而上升。空腔11由所述保持坩埚10的重压盖12封闭从而与外部空气隔绝。适宜地，所述熔解坩埚6和所述保持坩埚10由石墨制成。
优选地，所述坩埚台5、9为圆筒形，并且其一侧具有空气流通孔5a、9a，由此通入燃气来加热坩埚6、10的底部。
所述炉体4、8衬有热绝缘材料诸如陶瓷热绝缘材料，而且在炉体4、8的交界处设有公共侧壁13。所述公共侧壁13具有连通通道14，以连通第一和第二空腔7、11。
所述连通通道14包括，排出孔14a，其位于重压盖12上的公共侧壁13一侧，以连通所述第二环绕空腔11的上端部；废气罩14b，其设于公共侧壁13上，罩盖排出孔14a之上的空腔；以及进入孔14c，其设于公共侧壁13上，在废气罩14c中开口。废气向上流过排出孔14a。在第二环绕空腔11中的废气经废气罩14b收集，流过进入孔14c进入第一环绕空腔7。
熔解坩埚6与保持坩埚10通过从溢流型排出部15延伸出来的沟槽状管道16相连通，该排出部15设于坩埚6主体部分并朝向所述保持坩埚炉3。熔液17连续地从坩埚6中由排出部15通过管道16溢流进入坩埚10。所述熔液17的连续流动由坩埚6、10熔液液面水平差异而决定。坩埚6主体部分上排出部15的位置通过参考保有在坩埚6中的熔液17的量或熔液液面水平来选择并予以确定。
所述管道16延伸通过连通通道14的进入口14c，直至保持坩埚10中熔液液面之上的位置。在管道16上方的空腔由废气罩14b罩盖。所述管道16暴露于连通通道14中流动的废气之中，从而被加热，以防止在熔液输送过程中的熔液温度降低。
所述保持坩埚10内部由隔离件18分隔成温度控制室19和舀取室20。所述两个室19、20通过在隔离件18下方的连通空腔21彼此连通。所述温度控制室19可接受从熔解坩埚6流出的熔液17。
所述熔液17通过在温度控制室19中的废气加热至一定温度，其中所述熔液经过各种处理并且沉淀的杂质诸如氧化物沉积在底部。
所述熔液可通过在坩埚6、10上的裂缝或其类似物泄露出来。为了将泄露的熔液排出炉体，例如，分别在公共侧壁13的低端以及第二炉体8侧壁的低端设有排出孔22、23。
所述熔解坩埚炉2的炉体4为顶端开口底部封闭的圆筒形。所述圆筒形预热塔1双层重叠同心地设置于炉体4顶端。所述预热塔1的底端朝向坩埚6顶端向下开口，故铝块a可通过预热塔1投入坩埚6。
第一炉体4中的第一环绕空腔7的顶端通过在坩埚6顶端与预热塔1底端之间的环形空腔24与预热塔1内部相连通，所以所述废气可进入预热塔1作为预热源。
所述预热塔1具有开孔25、27，以从预热塔1的主体部分以及顶部装入铝块a。所述开孔25、27分别由盖体26、28封闭。罩盖于预热塔1顶部的盖体28具有一排气孔29，以排出废气。由于抽吸作用，所述排气孔29将导引废气作为上升流从环绕空腔7中通过环形空腔24进入预热塔1。盖体26、28可以装设有驱动装置的自动启闭机构(未示)开启或关闭。
所述预热塔1可从如图1中所示的双层重叠位置移动以更换熔解坩埚6，并且从坩埚6中舀出残存的熔液。预热塔1的全部重量通过台车30支承，该托架可在固定设于第一炉体4上的导轨31上移动。当所述台车30在导轨31上移动时，预热塔1可自第一炉体4双层重叠的第一位置滑动移位到第二位置(未示)，其中，所述预热塔1从双层结构中脱离，并且炉体4的顶端完全开放。所述台车30可通过采用各种位置控制装置停靠在第一或第二位置。
图1所示为正常运行的本发明的熔解和保持炉。所述燃气从第一炉体4的底部进入炉体4以加热熔解坩埚6，并在第一环绕空腔7中上升成为废气。所得的废气通过与空腔7连通的环形空腔24从第一环绕空腔7向上流入预热塔1，其中，所述的废气作为有效的预热源与铝块a进行热交换。然后，所述废气通过盖体28上的排气孔29排出炉体。由于与铝块a热交换，所述废气以较低的温度排出炉体，例如375℃以下。废气温度的降低有助于改善工作环境。
所述燃气从第二炉体8的底部进入炉体8以加热保持坩埚10，并在第二环绕空腔11中上升成为废气。所得的废气通过与之连通的通道14从第二环绕空腔11的顶端向上流入第一环绕空腔7，与空腔7中的废气结合作为有效的预热源预加热预热塔1中的铝块a。所述废气可加热管道16和熔液，所述熔液在连通通道14输送，而且所述废气也可有效地用作热源来防止熔液温度降低。
所述铝块a可从浸没在熔解坩埚6中的熔液17中底部的铝块开始顺序地熔融。所述铝块a通过废气热交换来预加热，因此，所述熔液温度波动小于冷铝锭直接浸没于熔液17的情形。铝块a由于重力作用沉入熔液17中开始熔融，在所有的时间内部分地以固体存在。燃气的热量部分地作为固体铝熔解热(64.8cal/kg)消耗掉，所以所述熔液17基本上保持在接近铝熔点的恒定温度(例如，约650℃)。
在熔解坩埚6中的熔液17，其量相应于铝块a的熔融量，由于液体表面水平的差异而通过排出部15连续地溢流输送，通过管道16进入保持坩埚10的温度控制室19以实现熔液17的连续分配。由于连续溢流分配，所述熔解坩埚6在全部时间内充满了恒定量的熔液17。
流入所述保持坩埚10温度控制室19的熔液17通过燃气加热，从接近铝熔点的温度上升至使用温度。所述熔液17经各种处理，并且杂质的氧化物沉淀沉积在温度控制室19的底部。在温度控制室19中的熔液17通过在隔离件18下侧的连通空腔21进入舀取室20以备舀取。
本发明中，最重要的是所述预热塔1连接于常规坩埚炉，因为来自坩埚炉的高温废气与之热交换，从而铝块a在预热塔1中被加热至较高温度，大大节省能源。所述废气的余热此前已用于各种熔融炉，但未用于坩埚炉，存在几个原因。热交换器不能用于坩埚炉的一个可能原因是出于坩埚炉的结构及操作因素，即熔液是通过坩埚的放液孔批量舀出。在常规坩埚炉中，用于加热坩埚的高温废气是从在炉壁与坩埚开口端之间的空腔排至空气中。当铝在顶部开孔用盖体封闭后熔融时，所述高温废气从设于炉壁的排气通道排出，并且然后高温废气未经有效利用就从烟囱排出。
本发明的用于铝块的熔解和保持炉包括预热塔1和两个独立地实现熔解和保持操作的坩埚炉2、3，并且适宜于从所述熔解坩埚炉2到保持坩埚炉3连续地分配熔液，能从保持坩埚炉的一侧舀出熔液。在具有前述结构的炉子中，预热塔1可设置于熔解坩埚炉2的顶部开口处，从而使熔解坩埚炉2中的废气可预加热预热塔1中的铝块。在保持坩埚炉3中排出的废气流入熔解坩埚炉。在具有前述结构的炉子中，基本上所有在坩埚炉2、3中产生的废气均可被有效用于预热塔1中预加热。
根据本发明，在所有的时间内铝块a浸没于熔解坩埚6的熔液17中，并且一部分燃气的热量用于熔融浸没的固体铝，故即使被燃气加热，熔液17的温度也极少变化，仅仅是熔融量变化。因此，为了停止向保持炉中分配熔液，停止加热，从而流动立即停止。因此，产量极易控制。
含铝回收原料包括那些由于在富集原料中含有铁组分而未经循环处理的原料。此类铝/铁复合回收原料，当在本发明的炉子中熔融时，因为所述铁组分在上述的低温熔融中难以在熔融铝中熔融，从而促进了铁组分的分离，例如，所述铁组分将分离出来沉入熔解坩埚6的底部，而不是被熔融。
在所有的时间内熔解坩埚6充满了恒定量的熔液17，并且熔液17温度较低(约650℃)。这些因素为坩埚的耐久性提供了良好的条件，延长了熔解坩埚6的使用寿命。当具有高导热性的石墨用于坩埚6时，所述条件更为适宜。
进一步地，坩埚炉2、3的壁不与熔液17接触，可衬有陶瓷纤维型热绝缘材料。由于陶瓷纤维型热绝缘材料为轻质，而且极少积聚热量，所述炉壁散热量小，节约了能源。