低熔点金属的连续熔化装置和其中的坩埚及其熔化方法

专利名称：低熔点金属的连续熔化装置和其中的坩埚及其熔化方法
技术领域：
本发明涉及一种用于连续地熔化低熔点金属、例如铝片、铝锭等的装置。尤其是，本发明涉及具有基于-坩埚熔炉的构造的一种连续熔化装置。本发明还涉及用于这种装置的一改进的坩埚。此外，本发明也涉及用于这种装置的一种熔化方法。
收集的空铝罐切割成适当大小的碎片并且然后被熔化以回收成回收的金属锭。铝片，例如以工厂等废弃的夹板、碎片等被类似地熔化以形成回收的金属锭。诸如铜等之类的碎片也可类似地回收。为了促进这种回收，非常需要以很低的成本来操作一种熔化装置设备，从而即使是非常小规模的商业部门、自发组织，也可方便地进行这种回收。
在大型模铸厂，由一集中熔炉熔化的诸如铝之类的熔化金属是由一耐热容器、例如称之为捅(包)的容器来收集，以分配给作为工厂的各种铸造设备的辅助设备的贮存炉。如果每天要熔化大量的金属锭以分配给大厂的各地方，则这种系统是比较好的。
但是，在小型回收厂或模铸厂，其处理的量不那么大并且处理量天天有很大地不同，因此在诸种理由方面大型的集中熔炉都是不合适的，而是一小型和廉价的装置更适用，这种小型和廉价的装置易于操作并便于维护。特别是，取代那种熔化一定量的原料的操作与从炉内取出熔液的操作是反复的间歇式过程，而通过一个接一个地连续输送碎片与金属锭来在功能上连续地进行熔化操作无论如何是需要的。随着连续地熔化原料以将熔液保持在合适的温度并按照所需方便地取出熔液，这在实践上也是需要的。
在现有技术中，作为能适应上述需要的传统连续熔化与贮存装置已公开在日本已审查的专利申请昭56-17586中(此后称之为第一现有技术)，和日本已审查的专利申请62-23234中(此后称之为第二现有技术)这种技术为典型的现有技术。
第一现有技术中公开的装置构造有一圆柱形熔炉和一贮存炉。熔炉的一上端开口是用于原料的加料开口，并且熔炉的底板向下倾斜至贮存炉以形成一流槽。火焰从位于熔炉下侧壁的一燃烧器吹向熔炉内来加热熔炉内的原料，从而进行熔化。熔液从熔炉的底板流向贮存炉以聚积在贮存炉内。在贮存炉内，设置有一专用的燃烧器来加热聚积熔液的弯液面，以将其保持在熔化状态。
另一方面，在第二现有技术公开的装置中，由耐火材料整体地形成有一加料开口，一预热腔、一熔化腔、一贮存腔、和一排出腔。熔化燃烧器的火焰吹入预热腔与熔化腔。然后，加热和熔化预热腔内的原料。熔液从预热腔流向熔化腔并接着流向贮存腔，以聚积在贮存腔与排出腔内。一专用燃烧器设置在贮存腔内来加热聚积的熔液的弯液面以保持其熔化状态。贮存腔与排出腔的下部相互连续从而相同高度的熔液可聚积在排出腔内。在排出腔的顶部，开设有带一盖的排出开口，以允许排出熔液。在燃烧器的火焰直接地作用于铝片铝锭等的类型中，如同第一与第二现有技术中，由于会引起氧化因而具有会增加损耗的缺点。特别是，在将铝片切割成碎片的情况中，它们在熔炉内趋于承受一燃烧火焰和被氧化，大大降低了熔化产量。而且，熔液内可能吸收氢气，因而引起熔液质量的下降。
而且，在第一与第二现有技术的那些装置的情况中，在外侧安装有陶瓷板、隔热板或轻质的条孔隔热砖，作为形成圆柱形熔炉、贮存炉或整体形组合炉的炉壁的材料。另外设置的是耐火与隔热粘土砖。在与熔液直接接触的部位，大多使用高铝砖。为连接耐火片，使用掺有水的与粘土砖构造相同的耐火砂浆。在这种典型的熔炉构造中，在炉壁材料与铝熔液之间会引起反应，从而在衬里壁上产生氧化铝结块。这种氧化铝结块具有很高的硬度，难以去除。如果想由外力去除氧化铝结块，则会同时损坏衬里的一部分。如果发生这种情况，则毫无办法而只能更换整个熔炉，这需要极大的成本。另一方面，如果这种氧化铝结块掺合在所需生成的熔液内，则会造成废品。因此，为改善产品量，降低氧化铝结块是重要的。但是，只要使用一般的耐火材料作为炉壁，由于氧化铝结块造成的问题就不可避免。
本发明正是针对上述问题作出的。本发明的一个目的是提供一种用于低熔点金属的连续熔化与贮存装置，它满足下面各项(a)～(e)(a)紧凑和廉价地生成并且易于操作或进行维护；(b)能一个接一个地连续熔化铝片或铝锭；(c)能将连续熔化的熔液贮存在一合适的温度下并且按照所需容易地排出这些熔液；(d)由于诸如铝片或铝锭之类的原料不直接承受燃烧器的火焰，因此由氧化而造成的损耗非常小并且在熔液内掺杂的氢的量也非常小；及(e)可防止由于铝熔液与炉壁材料反应造成的氧化铝结块。
本发明基本上针对用于低熔点金属的一种连续熔化装置，它是由坩埚熔炉发展而成，其包括一熔炉主体，它构成由一耐火衬里环绕的燃烧腔；一坩埚，在该坩埚埚体的一适当位置形成有一排放孔，并且该坩埚包封在燃烧腔的中央部位；一燃烧器，它设置在熔炉主体的一侧壁部位，用于加热燃烧腔内的坩埚；和一贮槽，用于容纳经坩埚的排放孔流出的熔液。
最好是在上述基本构造上适当地增加下列元件来完成本发明(1)在燃烧腔的底板上设置一坩埚基座，并且将坩埚安装在坩埚基座上。
(2)在(1)的情况中，燃烧腔的底板部位用作聚积流经排放孔的熔液的第一贮槽，并且该第一贮槽与位于燃烧腔外侧的一第二贮槽相连。在这种情况中，第二贮槽设置有一贮存加热器，用于加热贮存在其中的熔液。
(3)一流槽连接在坩埚的排放孔的外侧，并且通过该流槽将经排放孔流出的熔液引入燃烧腔外侧的贮槽中。
(4)在(3)的情况中，该贮槽包括一贮存炉体，它构成由一耐火衬里环绕的一加热腔；一设置在加热腔中央部位的贮存坩埚；和一设置在贮存炉主体侧壁部位并用来加热贮存坩埚的贮存加热器。
(5)在(3)的情况中，设置有若干贮槽，并且流槽构造成将经排放孔流出的熔液分配到若干贮槽的相应贮槽中。
(6)内置一隔板，它离排放孔入口一适当的距离。或者，一从排放孔向下延伸的开口管51设置在坩埚内。亦或，一向上方向的边槽52连接在排放孔外侧。设置它们的目的是为了防止废渣从坩埚流出。
(7)在坩埚埚体部位的不同于排放孔方位的位置形成有一废渣排出口，其下边缘邻近于排放孔的高度，并且排出口沿宽度方向扩大；而且在熔炉主体侧壁部位空间上与废渣排出口连续的位置形成有用于排出废渣的一作业开口。
(8)在(1)的情况中，形成有一在坩埚基座内横向延伸的空气流通孔。
另外，在本发明中，为了构造前述连续熔化装置，开发了一种作为向上开口的耐火容器的坩埚，它包括在比容器的上边缘适当低的一位置穿过容器器体部位形成的一排放孔；在排放孔部位设置并用来防止废渣经排放孔流出的一挡件；以及在不同于排放孔方位的位置穿过容器体部位形成的一废渣排出口，它的下边缘邻近于排放孔入口的高度，并且沿宽度方向扩大。
在上述坩埚中，该废渣排出口最好是由一到达容器上边缘顶端的一凹切口构成。而且，一边槽可一体地连接于废渣排出口的外侧，该边槽可设置一从废渣排出开口的下边缘上升的一斜度。
而且，在本发明中也提出了一种采用上述连续熔化装置从包含有铝与其它高熔点金属的原料中熔化与分离铝的方法，其中在适当的时刻向坩埚内额外加入适当量的原料，从而在铝熔液内保持一定量未熔化的铝。
从下面的详细描述以及从本发明优选实施例的附图可以更完整地理解本发明，但这些实施例不应当用来限制本发明，而仅仅是为解释与理解所用。
附图中

图1是按照本发明的一连续熔化装置第一实施例的纵剖图；图2是图1所示装置的横剖图；图3是图1所示装置沿图2的A-A方向的纵剖图；图4是图1的装置的一废渣排出口改进情况的局部前剖图；图5是表示设置在图1的装置的坩埚排放孔附近的一阻挡件改进情况的剖视简图；图6是表示图1的装置中废渣排放操作的横剖图；图7是图1的装置的一坩埚的一变型的纵剖图；图8是按照本发明的一连续熔化装置第二实施例的横剖图；图9是图8的装置的纵剖图；图10是按照本发明的连续熔化装置第三实施例的横剖图；图11是图10的装置的纵剖图；图12是表示本发明装置一坩埚基座改进的一实施例的剖视图；图13是按照本发明的一连续熔化装置第四实施例的纵剖图；图14是图13的装置的横剖图；图15是按照本发明的一连续熔化装置第五实施例的纵剖图；图16是包括有一可安装在图15的装置中的搅拌装置的纵剖图；图17是按照本发明的一连续熔化装置的第六实施例的纵剖图；图18是按照本发明的一连续熔化装置的第七实施例的纵剖图；图19是按照本发明的一连续熔化装置第八实施例的纵剖图；而图20则是按照本发明的连续熔化方法一实施例的温度上升曲线(相对于时间的曲线图)。
下面结合附图通过本发明的优选实施例来详细描述本发明。在下面的描述中，为了提供对本发明的透彻理解，陈述了许多的专门细节。但是，显而易见，对于本领域内的技术人员来说，无需这些专门细节也可实施本发明。在其它例子中，为避免本发明不清楚，未详细示出公知结构。
第一种类型的一系列实施例按照本发明的一坩埚和一坩埚熔炉的一实施例的构造表示于图1，2和图3中。首先，单独描述坩埚1的构造。该坩埚1是由石墨、石墨/碳化硅或石墨/粘土形成，并形成为一碗形形状，其上部带有一大的开口，下部带有一平底以进行自支撑。坩埚1的埚体上在低于开口部一适当距离的位置形成有一排放孔2。排放孔2为在宽度方向扩张的矩形形状但具有相对较小的尺寸。
作为防止废渣从排放孔2排出的一阻挡件，所示的实施例中采用一隔板3。坩埚1的埚体具有大致为圆柱形的表面。在埚体内形成排放孔的位置，整体地形成有石墨坩埚材料的隔板3。隔板3的两侧部位与埚体部位相连，但其其余部位与埚体部位的内表面隔开。特别是，在排放孔2的位置，隔板3与埚体部位间的距离为最大。
如图2的平面构造所示，当从坩埚1的中心观看时，一废渣排出口4穿过埚体部位形成在离排放孔290度角的位置。该废渣排出口4具有沿宽度方向扩张的矩形形状。废渣排出口4的尺寸远大于排放孔2。废渣排出口4的下边缘的位置设成略高于排放孔2下边缘的位置。应当注意到，对于图4中所示的实施例，当把废渣排出口4构造成使其上边缘到达坩埚1的上边缘时，该废渣排出口4就成为一凹切口形。采用这种构造可便于坩埚的生产。
下面将描述坩埚熔炉。在由熔炉炉体的一耐火衬里环绕的一燃烧腔6的中央设置有一坩埚基座7。在坩埚基座7上，安装有前述构造的坩埚1。通过经熔炉炉体5的侧壁部位上的通孔设置的燃烧器8加热位于燃烧腔6内的坩埚基座7与坩埚1。在炉体5上部的一炉门9内，设置有一填料开口。该填料开口的直径小于坩埚1的直径。坩埚1正好位于填料口下。通过该填料口，将铝片等加入坩埚1内。
另一方面，如图2和3所示，当坩埚1正确地设置在燃烧腔6内一预定的方位时，一用于取出废渣的形成在埚体5的侧壁部位的作业开口10与废渣排出口4对合，从而两者空间相连。在不进行废渣排出作业时，作业开口10由一门11关闭。
另一方面，在燃烧腔6的底板上设有朝向反向于燃烧器8的位置的那一侧倾斜的斜坡。在底板的最低部位，形成有向外延伸的用作流槽通道的一孔。流槽通道与一熔液12的贮存腔13相连。接着，正如所详细描述的，从坩埚1的排放孔2排出的熔液向下流入燃烧腔6，沿底板的斜坡流动，以聚积在贮存腔13内。即，燃烧腔6的底板部分用作一第一贮槽，以收集流出排放孔2的熔液。该第一贮槽与用作一第二贮槽的贮存腔13相连。
下面描述上述构造的坩埚与坩埚熔炉的使用方法及操作。
铝材，例如适当地切割成小块的空铝罐经炉门9的一加料开口加入坩埚1内，并且接着坩埚1由燃烧器8加热。通过这一加热，铝材在坩埚1内被熔化。燃烧气体经炉门9与坩埚1之间的间隙排出。应当注意到，为了促进铝材的熔化，可由一搅拌器来搅拌铝材与熔液。
由于排放孔2位于坩埚1埚体部位一适当高度的中间位置，当一定量的熔液聚积在坩埚1内时，熔液经排放孔2流出到燃烧腔6，以流入贮存腔13内。因此熔液聚积在贮存腔13内。虽然未示出，但为了防止贮存腔13内的铝熔液冷却，需通过在炉体5内设置一附加的燃烧器来从上面加热熔液12。
如上所述，相应于排放孔2位置的量的铝熔液聚积在坩埚1内。因此，从上面加入的铝材与熔液接触并被有效地熔化。根据坩埚1内的熔化速度，铝材连续地加入坩埚1内以进行连续的熔化过程，这与由传统的坩埚熔炉执行的间歇式过程不同。此外，通过有效地利用从炉门9的加料开口排出的热，铝材在沉入坩埚内的熔液的过程中可有效地被预热，从而在通过预热区的同时可以除去附着物，例如存留在铝材中的水分和油。因此，可降低发生强烈反应、例如炉内喷发的可能性，从获得高的安全性。另外的好处是，预热区趋向于具有非氧化气氛，因此可导致很小的氧化损失。
另一方面，对于隔板3设置在排放孔2内表面以遮蔽排放孔2的构造，隔板3略为离开排放孔2从而排放孔2不会由加入坩埚1内的铝材挡柱。在熔液的表面，废渣与尚未熔化的铝材漂浮在一起或者与果冻状的铝材漂浮在一起。如果它们与熔液一起流动进入排放孔2内从而阻塞了排放孔2，熔液的弯液面升高，以使掺合有废渣的熔液流过废渣排出口4的大开口。防止这一情况的元件是作为阻挡件的隔板3。应当注意到，阻挡件的实施例不局限于隔板3。例如，如图5(a)所示，从排放孔2向下延伸的开口管51(这为阻挡件)可设置在坩埚上。或者例如，如图5(b)所示，也可安装一边槽52作为阻挡件，其向上地设置在排放孔2外侧位置。
当大量的废渣聚积在坩埚内熔液的表面时，通过打开炉体5侧部的门11来打开作业开口10，以执行将熔液表面的废渣经废渣排出口4的排出操作。由于作业开口10位于炉体的侧表面，因此即使人工进行废渣排出操作，工人也不会遭受极端的热。
废渣排出操作以下述方式执行。熔液的弯液面处于略低于坩埚1的废渣排出口4下边缘的位置。废渣16聚积于弯液面上面。因此，如图3所示，通过经作业开口10插入一簸箕状废渣贮槽14，并将带有一长杆的废渣清扫器15插入坩埚内，就可将熔液弯液面上的废渣清扫和收集到废渣贮槽14内。通过重复这一过程，可清理熔液的弯液面。
图6为表示废渣清扫器15为机械往复式情况的简图。在该示例中，通过由一马达19前后方向驱动的皮带机构来驱动废渣清扫器15。
按照本发明的坩埚1与采用该坩埚的坩埚熔炉的另一实施例示于图7中。在图7的坩埚1内，一边槽18一体地连接于废渣排出口4部位的外侧。边槽18设置成从废渣排出口4的下边缘向上倾斜。在本实施例中，即使当加入坩埚1内的入料量猛然增大到超过经排放孔2的排放量，或者即使当由熔炼过程等而沸腾的熔液瞬时使熔液弯液面处于比排放孔2高的位置时，也可由于具有上倾的边槽18而防止废渣随熔液流入燃烧腔6内。有利地，由于边槽18如图7所示从炉内伸过炉体5的作业开口10，因此可方便地进行将废渣排出炉外的操作第二种类型的一系列实施例。
本发明的另一种类型的实施例示于图8与9。所示的连续熔化装置的实施例的构造是带有一用作装置主体的单个熔炉A和用作位于前述燃烧腔外的贮槽的一单个贮存炉B。该熔炉A包括一熔炉主体305，它形成有由耐火衬里392环绕的一燃烧腔306；一设置在燃烧腔306中央的坩埚基座307；一熔化坩埚301，在埚体部位一中间高度位置形成有一排放孔302；以及设置在熔炉主体305的侧壁部位以从周围加热坩埚301的一熔化燃烧器308。坩埚基座307与坩埚301是由石墨、石墨/碳化硅或石墨/粘土形成。在熔炉主体305的侧壁部位形成有一清扫开口367。在熔炉主体305上设置有一环形炉门309。
该贮存炉B包括一贮存炉主体395，其形成有由一耐火衬里382环绕的加热腔396；一设置在加热腔395中央部位的贮存坩埚391；设置在贮存炉主体395侧壁部位以从周围加热坩埚391的一贮存燃烧器398。坩埚391由石墨、石墨/碳化硅或石墨/粘土形成。在贮存炉主体395的侧壁部位形成有一清扫开口377。在贮存炉主体395上设置有一环板形炉门399。应当注意到，可由其它的加热装置例如电热器等来代替贮存燃烧器398。
连接熔炉A与贮存炉B的熔液通道360为由石墨坩埚材料形成的剖面为通道状的沟槽。该熔液通道360通过熔炉主体305的侧壁。在熔液通道360的一端部，其连接到熔炉A内熔化坩埚301的排放孔302的外侧。熔液通道360的另一端支承在贮存炉B的炉门399上。因此熔液通道360的顶端位于与贮存坩埚391上开口相对的位置。熔液通道360具有从熔炉A到贮存炉B略为下倾的斜度。
原料，例如铝片连续地加入由熔化燃烧器308加热的熔炉A的坩埚301内。通过这一加热，坩埚301内的铝材从下侧熔化。燃烧气体经炉门309与坩埚301之间的间隙排出。为了促进铝材的熔化，也可由一搅拌器来搅拌铝材与熔液312。由于排放孔302位于熔化坩埚的埚体部位的中间高度位置，当坩埚内聚积有一定量的熔液312时，该熔液312经排放孔302流出，以经熔液通道360向下流入贮存炉B的坩埚391内。
通过由贮存炉B的燃烧器398适当地加热坩埚391，可使聚积在坩埚391内的熔液保持在适当的温度。聚积在贮存坩埚391内的熔液可按照需要取出，取出操作与熔炉A内的连续熔化操作可以无任何障碍地并行进行。
如上所述，由于铝熔液以对应于排放孔302位置的量聚积在坩埚内，因此随着与聚积的熔液312的接触，从上面加入的铝材可有效地被熔化。根据坩埚301内连续熔化过程的熔化速度，通过连续地加入铝材，可进行不同于传统的坩埚熔炉内进行的间歇式过程的熔化过程。另一方面，利用以炉门309的加料开口排出的热，可在铝材沉入坩埚内的熔液过程有效地预热铝材，从而在通过预热区的同时可去除掉积留于铝材上的诸如水分或油之类的附加物。因此，可降低发生强烈反应、例如蒸汽喷发(Phreatic explosion)的可能性，以获得高的安全性。另一方面，预热区处于非氧化性气氛中，故具有非常小的氧化损失。而且，熔液内几乎可不掺杂有氢。
又一种类型的另一实施例示于图10和11。所示的连续熔化装置的实施例的构造是带有一单个熔炉A和两个彼此靠近布置的贮存炉B1与B2。熔炉A的构造与前述实施例中的相同，并且贮存炉B1与B2的构造与前述实施例中的贮存炉B的也大致相同。
熔液通道460与前述实施例中的不同并且其构造是将单个熔炉坩埚401与两个贮存坩埚491相连以分配熔液。更确切地说，熔液通道460形成为T形形状，从而熔液从熔化坩埚401流出分别流入左右贮存炉B1与B2的贮存坩埚491内。通过在熔液通道460的分支部份设置一合适的隔板，可有选择地向贮存炉B1与B2供给熔液。在这种情况下，一旦贮存炉B1的坩埚充满了熔液，熔液的供应通道就转向贮存炉B2侧。然后，充满的贮存炉B1通过一运输装置例如一叉车等运送到需要熔液的位置。即，贮存炉可用作一盛熔液的桶(包)。因此可建立非常合适的作业过程。
改进的坩埚基座下面，描述按照本发明的连续熔化装置中的坩埚基座的优选形式。在图1或8所示的连续熔化装置中，对于燃烧腔内周壁与坩埚基座外周表面之间的一环形空间，沿切线方向吹入燃烧器的火焰。火焰从燃烧器沿燃烧腔的底板传送以加热坩埚底表面的环绕侧表面的部位。因此，坩埚的温度从底侧上升。但是，严格地讲，在坩埚底部中央部位温度的升高不必是最快的。由于坩埚底部的中央与坩埚基座接触而被坩埚基座屏蔽了火焰的热，因此同坩埚基座的坩埚外侧部位的底部侧壁相比，这引起底部中央温度上升的减慢。特别是，当在坩埚基座与坩埚之间设置一耐火构造时，对坩埚底部中央的热屏蔽将变得更明显。
通过给坩埚底部中央提供更高的传热效率，坩埚内金属的熔化速度可更高，以节约燃料。而且，由于从坩埚基座的加热增大，故可通过熔液的自然对流来增强排气效果。另一方面，在圆柱形的传统坩埚基座的情况中，具有较高的热屏蔽效果，造成坩埚底部温度上升的减慢。
为了克服上述问题，公开了如图12(a)～12(e)所示的改进形状的坩埚基座。
图12(a)所示的坩埚基座507的实施例由一上端封闭的圆柱体和两个空气流通孔597构成。这些空气流通孔597到达内侧的中空部位590。当该坩埚基座用于图1所示的坩埚熔炉时，火焰或燃烧气体经空气流通孔597进入中空部位590，以使坩埚基座507温度的上升速度较快。因此，大量的热(卡路里)从坩埚基座507传递到石墨坩埚底部的中央，以促进坩埚底部温度的上升。
在图12(b)所示的坩埚基座的实施例中，除了有图12(a)的实施例中的横向对齐的空气流通孔之外，还形成有交叉形式的两个空气流通孔594。由于空气流通通道的数目增大了，坩埚基座本身的热容量减小了，并可增大燃烧气体的传入效果。
图12(c)所示的实施例中在图12(a)所示实施例构造的坩埚基座的顶部形成有一垂直延伸的空气流通孔593。因此，通过传入中央部位的燃烧气体，可由燃烧气体有效地加热坩埚基座。
图12(d)所示的实施例的坩埚基座形成有沿笔直的圆柱体侧向地延伸的贯通空气流通通道，通过该通道，空心部位592垂直地延伸，它对应于图12(c)所示实施例的空气流通孔593的直径增大的情况。
图12(e)所示的坩埚基座在实心的圆柱体上形成有横向延伸延伸的一空气流通孔589。另外，在顶端表面上，形成有中央凹口部位587与径向凹口588。由于具有空气流通通道589，因此可取得促进坩埚基座温度上升的效果。此外，由于具有径向凹口588与中央凹口部位587，因此燃烧气体可直接地促进坩埚基座与石墨坩埚相接触部位以及坩埚基座温度的上升。
其它实施例本发明的其它实施例的结构示于图13与14。一坩埚基座607设置在由一炉体605的耐火衬里环绕的燃烧腔606的中央。在该坩埚基座607上安装有一石墨坩埚602。通过设置在炉体605侧壁部位的孔内的一燃烧器608，加热燃烧腔606的坩埚602与坩埚基座607。在炉体605的侧壁部位的两处设置有清扫开口620。另外，设置有在炉体605上延伸的台架621。在台架621上安装有加铝装置622和搅拌装置623。
在坩埚601的埚体的中间高度部位形成有一排放孔602。在坩埚601内，在形成排放孔602的部位设置有一隔板603。隔板603在离排放孔602开口表面一适当距离的位置处覆盖排放孔602。而且，隔板603的下端适当地延伸越过排放孔602下端位置。
实践中，石墨坩埚为1100mm高的一圆柱形。在大致中间部位形成有60mm高×100mm宽的一单个排放孔602。在所示实施例中隔板603钩挂在坩埚602的上边缘上并且垂直地吊挂在坩埚601内。在隔板603的表面与排放孔602的开口表面之间设置有一宽度为30mm的间隙。隔板603的下端向下延伸到低于排放孔602下端约80mm。而且，如图14所示，隔板603的两端部向坩埚602的壁表面弯曲从而使其两端接触于坩埚601的内周表面上。
铝材，例如切割成小片的铝片经坩埚601的上开口加入，并从坩埚601的外周加热。通过这一加热，坩埚601内的铝材从下部开始熔化。燃烧气体从炉门609的开口部位626经炉门625与坩埚601之间的一间隙排出。为了促进铝材624的熔化，使用一搅拌装置623，通过搅拌来掺合铝材624与熔液。
由于排放孔602设在坩埚602埚体的大致中间位置，因此熔液以一定的量聚积在坩埚601内。然后，熔液从坩埚601向外流出并且聚积在炉体605内的贮存腔613内。在炉体605内，形成有从燃烧腔606到贮存腔613且接着到一排放流槽627延伸的一熔液通道。聚积在贮存腔613内的铝熔液612在适当的力的作用下经排放流槽627排出熔炉之外。为了防止聚积在贮存腔613内的铝熔液612冷却，在炉体605内设置有一辅助燃烧器628，以从上面加热熔液612。
如上所述，对应于排放孔602位置的量的铝熔液聚积在坩埚601内。从上面加入的铝材624由与聚积的熔液接触而被有效地熔化。坩埚内铝熔液的弯液面上的上部空间变成一预热区。加入的铝材624聚积在该预热区并从其下部逐渐熔化成熔液。
另一方面，图15示出了另一实施例的构造。一坩埚基座707设置在由炉体705的耐火衬里环绕的燃烧腔706的中央。在坩埚基座707上，安装有一石墨坩埚701。通过设置在炉体705的侧壁部位的孔内的一燃烧器708，加热燃烧腔706内的坩埚701与坩埚基座707。燃烧腔706的最上空间经一气道729与一通风筒730相连通。在炉体705的侧壁部位的两个位置处形成有清扫开口720。一排放孔702穿过坩埚形成在底部邻近位置。实践中，石墨坩埚701具有1100mm高的柱形。在圆周表面上略高于底表面的位置，形成有直径为40mm的4个排放孔702。坩埚基座707的高度为350mm。
铝材724从坩埚701的上开口加入，坩埚701由燃烧器708从外周加热。通过这一加热，铝材724在坩埚701内从下部熔化。在坩埚701底部附近，形成有排放孔702。因此，坩埚701内的铝熔液在重力作用下经排放孔702排出坩埚并且聚积在炉体705的燃烧腔706的底部。
炉体705的内部结构形成从燃烧腔706向排放流槽727延伸的熔液通道。聚积在燃烧腔706底部的铝熔液712通过重力作用经排放流槽727排出熔炉。为了防止铝熔液712在从燃烧腔706到排放流槽727的熔液通道中冷却，通过设置一辅助燃烧器728来加热炉体705。
根据坩埚701内的熔化速度，铝材724逐渐加入坩埚701内以进行不同于传统坩埚熔沪的间歇式过程的连续熔化过程。加入坩埚701内的铝材724不直接与熔液接触，但通过在坩埚701的上部空间内被加热而逐渐下落以被熔化。即，坩埚的上部空间用作一预热区而下部空间用作进行熔化的熔化区。即使当铝材724上积留有诸如水分或油之类的附着物时，也可在通过预热区的同时除去这些附着物。由于熔化区内不存在有大量的熔液，因此可降低发生强烈反应、例如蒸汽喷发(Phreatic explosion)的可能性，以取得高的安全性。另外，预热区位于非氧化性气氛中，故具有非常低的氧化损失。
下面描述这种类型的另一实施例。当传到上部空间(预热区)的热不足时，可通过如图16所示实施例的搅拌器723来有效地搅拌铝材724。另外，在图17所示实施例中，直径小于坩埚701的一小坩埚732由一基座733朝上地设在坩埚701的中央。在小坩埚732内，设置有铝熔液和一浸入的加热器735，从而铝材724设在坩埚与小坩埚之间的空间内。
在图16的实施例中，穿过坩埚701的上周壁形成有一排气孔731。该排气孔731相对地设置在连向通烟气筒730的气道729邻近。采取上述结构，坩埚701内产生的黑烟进入燃烧腔706与燃烧气体混合，经气道729排向通烟气筒730。因此坩埚701内可维持一非氧化性的气氛。
另外，在图18的实施例中，设置有一1200mm高的圆柱形铁管737与坩埚701的上开口连续。采用这一结构，坩埚内的预热区向上延伸以加强除去铝材724上积留附着物的效果。而且，可更可靠地建立预热区中的非氧化性气氛。
图19示出了一实施例，其具有的一流出通道与前述实施例中的那些不同。在该实施例中，一排放孔802(未示出)设置在一坩埚801底部的中央。在坩埚基座807内，设置有一直接与坩埚的排放孔802相连的排放开口842。另外，空心的坩埚基座807本身伸过炉体805的底部而与设置在炉体805下的一流槽860相对。此外，直径小于坩埚801的一小坩埚840以其上侧朝下的方式布置，以封闭位于坩埚801中央的排放孔802。一组形成在小坩埚840下开口边缘邻近的通孔841用作连接坩埚801与小坩埚840间确定的空间与排放孔802的熔液通道。即，在坩埚801内熔化的铝熔液流过小坩埚840的通孔841到位于坩埚801底部中央的排放孔802到空心管状的坩埚基座807并流到流槽860。熔液从流槽860供给到贮存炉895以聚积在其内。在贮存炉895内，设置有一隔壁843和一浸入式加热器844。在流槽860上，设置有与燃烧腔806相连的一气道845，以通过从气道845传来的热来防止流过沟槽860的熔液冷却。应当注意到，可通过一作业输送装置将待熔化的铝材824连续地加入到坩埚801内，该作业输送装置包括一输送机846、一螺旋进料装置847、一传动链848、一马达849和一漏斗850。
熔化与分离铝的方法采用上面详述的连续熔化装置，包含有较高熔点金属和铝的材料的熔化与分离操作可以非常有效与合理地进行。
被处理的金属产品，例如机动车、摩托车、电冰箱等通过压碎和其它方法进行分解，并且能使用的部分回收为金属锭。在这些金属产品中，有许多部件是由铝、铁、铜等件结合成。这些部件包含有许多难以用机械方法分离成相应的各元素材料的成分。因此，已采用一种方法来分离各元素材料，其原理是利用铝、铜等熔点的不同。然而，在该传统的方法中，不能有效地进行熔化与分离操作，并且难以进行熔炉内的温度控制。这也正是在传统的熔炉或方法中经常产生铝铜合金、导致分离过程频繁失败的原因。
因此，按照本发明的一种方法以下述方式进行熔化与分离操作。例如，采用图8与9所示的连续熔化装置。原料假设为电冰箱中的散热器。这是一种合成原料，其中铝质散热片部分与铜管部分结合在一起。这种原料由金属丝吊挂放入一熔化坩埚301内并且然后由燃烧器308来加热坩埚301。
铝的熔点(660.4℃)低于铜的熔点(1084.5℃)。因此，原料中的铝质散热片部分首先开始熔化。这时，为了不至于完全地熔化铝质散热片部分，适当地加入附加材料到坩埚301内，以进行在坩埚301内存留一定量的固体铝材的过程。因此，燃烧器308产生的热的一部分用作铝材的熔化热(94.8千卡/千克)，坩埚301内的铝熔液的温度保持接近于铝的熔点的大致恒定温度。因此，铝金属的温度从不会过高。这样，可成功地避免由于熔化原料中的铜管部分而造成铝与铜发生熔合反应的分离失败。
前述实施例的坩埚中温度与时间间的关系示于图20的曲线中。对于加热初始阶段的某一时期，坩埚内的温度急剧上升。在12.3秒之后，上升速度减缓，一直到60.6秒时，熔液的温度大致保持在熔点。为了保持这一状况适当地加入附加材料。当坩埚301内的铝熔液到达排放孔302时，则熔液流向贮存炉B。
由上述描述可以理解，本发明可取得下述效果(1)可有效地和连续地进行熔化过程；(2)由于装置是基于坩埚熔炉，因此安装空间可以小，设备与维护投入低，并且运行成本也可低；(3)可便于除去聚积在坩埚内熔液表面上废渣的操作，并且无需中断连续熔化过程就可执行废渣除去操作，而且工人不会遭受过高的温度；(4)由于坩埚内熔液的高度可保持恒定，因此在熔液弯液面上可确定一合适的预热区。当原料通过预热区时，可有效地除去积留于原料上的附着物。因此，难以引发强烈的反应，例如蒸汽喷发，以允许安全地进行熔化操作；(5)由于坩埚内可保持在非氧化性气氛中，因此氧化损失可以非常小；(6)由于装置是采用坩埚熔炉技术，其可结构紧凑和成本低廉地制造。由于熔液可容纳在各相应坩埚中、例如熔炉与贮存炉中，因此处理变得更容易。而且，通过更换报废的坩埚，该装置可更新为象一种新装置。因此，维护变得相当容易；(7)通过将熔液保持在一合适的温度，可以连续地熔化铝片或铝锭，其在功能上与实际上都允许在需要时取出熔液；(8)由于铝片或铝锭不直接承受到熔炉的火焰，因此氧化损失可以非常小，并且掺合在熔液内的氢量变得非常少；(9)可防止由于铝熔液与炉壁材料反应产生的氧化铝结块。
虽然本发明结合典型实施例进行了说明与描述，但本领域内的技术人员应当明白，只要不脱离本发明的实质与保护范围，可作前述和各种其它改变、省略和添加。因此，本发明不应当理解成局限于上述具体的实施例，而应包括所附权利要求书的特征所确定的范围内所有可能的实施例及其等同物。
权利要求
1.一种用于低熔点金属的连续熔化装置，包括形成由一耐火衬里环绕的燃烧腔的一熔炉主体；在埚体的一适当位置形成有一排放孔且包封在所述燃烧腔中央部位的一坩埚；设置在所述熔炉主体的一侧壁部位用于加热所述燃烧腔内的所述坩埚的一燃烧器；和用于接收经所述坩埚的所述排放孔流出的熔液的一贮槽。
2.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是一坩埚基座设置在所述燃烧腔的一底板上，并且所述坩埚安装在所述坩埚基座上。
3.如权利要求2的一种连续熔化装置，其特征是燃烧腔的底板部位用作用于聚积经所述排放孔流出的熔液的第一贮槽，并且所述第一贮槽与设置在所述燃烧腔外侧的一第二贮槽相连。
4.如权利要求3的一种连续熔化装置，其特征是所述第二贮槽设置有用于加热其内所收集的熔液的一贮存加热器。
5.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是一流槽连接在所述坩埚的排放孔的外侧并且经所述排放孔流出的熔液通过所述流槽引入位于所述燃烧腔外的所述贮槽中。
6.如权利要求5的一种连续熔化装置，其特征是所述贮槽包括一贮存炉体，它构成由一耐火衬里环绕的一加热腔；一设置在所述加热腔中央部位的贮存坩埚；和一设置在所述贮存炉主体侧壁部分上的贮存加热器，以加热所述贮存坩埚。
7.如权利要求5的一种连续熔化装置，其特征是设置有多个所述的贮槽，并且这样构造所述的流槽，以将经所述排放孔流出的熔液分配到该若干贮槽中的相应贮槽内。
8.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是以离所述排放孔适当距离的方式设置有一隔板，从而防止废渣经所述坩埚的排放孔流出。
9.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是一从所述排放孔向下延伸的一开口管位于坩埚内从而防止废渣经所述坩埚的排放孔流出。
10.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是一向上方向的边槽连接在所述排放孔外侧从而防止废渣经所述坩埚的排放孔流出。
11.如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是在所述坩埚的埚体部位不同于所述排放孔方位的位置形成有一废渣排出口，其下边缘位于所述排放孔相邻的高度位置并且沿宽度方向扩大；而且在所述熔炉主体的侧壁部位上与所述废渣排出口空间连续的位置形成有一用于排出废渣的作业开口。
12.如权利要求2的一种连续熔化装置，其特征是，在所述坩埚基座上形成有侧向延伸的一空气流通孔。
13.一种作为向上开口的耐热容器的坩埚，包括穿过容器体部位在该容器上边缘的一适当下部位置形成的一排放孔；设置在所述排放孔部位并用于防止废渣经所述排放孔流出的一阻挡件；以及穿过所述容器体部位在不同于所述排放孔方位的位置形成的一废渣排出口，其下边缘邻近于所述排放孔的位置并且沿宽度方向扩大。
14.如权利要求13的一种坩埚，其特征是一所述废渣排出口由一到达所述容器上边缘的上端的凹切口形成。
15.如权利要求13的一种坩埚，其特征是一边槽一体地连接于所述废渣排出口外侧，该边槽设置有从所述废渣排出口下边缘向上升的斜度。
16.一种从包含有铝和其它高熔点金属的原料中熔化与分离铝的方法，它采用如权利要求1的一种连续熔化装置，其特征是在适当的时刻向所述坩埚内另外加入适当量的原料以在所述坩埚的铝熔液内保持有未熔化的铝。
全文摘要
一种低熔点金属的连续熔化装置,包括一熔炉主体(5),它构成由一耐火衬里环绕的一燃烧腔(6);一带一排放孔(2)的坩埚(1)并且该坩埚包封在所述燃烧腔的中央部位;一燃烧器(8),用于加热坩埚(1);以及用于接收从所述坩埚(1)流出的熔液的贮槽(6,13)。该连续熔化装置易于操作和维护,并可使氧化损失最小,而且,可避免在炉壁表面上产生氧化铝。
文档编号C22B21/00GK1175681SQ97114608
公开日1998年3月11日 申请日期1997年7月14日 优先权日1996年7月15日
发明者冈田民雄, 吉川英雄, 佃中智弘, 松浦道夫, 佐野俊昭, 吉田诚人, 乡田宽 申请人:日本坩埚株式会社