专利名称：炉子及其操作和控制方法
技术领域：
本发明涉及一种炉子及其操作和控制方法。
更为特别的是，本发明涉及一种炉子，以及一种操作炉子的方法和一种控制炉子从而回收不含铁的金属，例如但不限于铜、铅和铝的方法。本发明特别适于回收铝。
背景技术：
现在已有用来回收像铝这样金属的炉子。由于法律越来越鼓励人们对材料特别是废金属进行回收并再利用，因此人们对这种炉子的需求越来越大。回收废弃金属而不用开采熔融原始矿藏有益于环境。铝材特别适于回收的铝材与新的铝材一起混合利用。
为了更好地说明并理解本发明，下面将参考铝的回收来描述炉子及其操作和控制方法。然而，本领域技术人员都明白只需对材料、操作条件和参数进行调整就能使炉子回收其它不含铁的金属。
用来回收废铝的炉子具有一个用来熔化铝的加热系统。熔剂引入到炉子中以助铝的回收。该熔剂通常由NaCl和KCl构成，其它的化学物质如冰晶石也可加到熔剂中。熔剂或芒硝有助于回收是现有的技术。在高温通常为200℃-1000℃的条件下，熔化的熔剂因其密度小而漂在熔融的铝面上。然后使炉子倾斜就能将回收的铝液倒出，而熔剂仍留在炉子中。
现有的金属回收炉子具有一个大体圆柱的筒体，该筒体可绕一支架枢轴转动从而能从大体水平的第一预定加热位置(熔化铝时)移到第二倾斜的倾倒位置，在该位置下，可将熔化的铝倒出。现有的一些炉子的炉体具有一个开口端，其向内渐缩。废铝从炉子的开口端加到炉中，熔化的铝则从这里倒出。
欧洲专利申请EP-A3-1243663(Linde AG)中描述了一例带有内收开口的金属回收炉子。其中描述了一个将污染了的铝废料进行熔化的过程。该过程包括测定熔化废料时所产生的废气中的氧含量；以及用该值作为高温分解杂质期间和/或熔化铝期间的一个控制参数。
其它类型的炉子都装有一个或多个炉门。炉门均布置在炉子的开口(倾倒)端。有时，炉门用来支撑炉子的加热器。炉门铰接到一个与炉子筒体分开的固定点上。因此只能在炉子的筒体处于预定位置时才能关闭炉门。
炉子有时需处于一个预定位置上从而保持熔化的金属。现有的炉子在采用这种位置时即意味着其只能在一倾角下工作。这一点在采用内收开口的炉子时由于熔化铝流入炉内形成一个熔池而有所缓解。当要将熔化的铝倒出时，例如倒入一槽(耐火容器)中时，有时，熔剂会与熔化的材料一起倒出，因为此时很难将熔剂与熔化的铝分开。原因之一是现有的炉子必须倾斜到一角度时才能将熔化的铝倒出。其结果就是熔剂与熔铝的混合物有时会一起倒出，因此通常需要一个刮板来将它们分开来。此外，渐缩的一端从一定程度上会减少炉体开口端的尺寸，从而限制了炉内所装物体的尺寸。
当炉门关闭时不能看到熔化的过程。同时炉门的意外打开会引起放热反应，从而使铝与过量的氧反应而烧掉。
本发明提供一种炉子，其能克服现有炉子的上述问题。
本发明的一个目的在于提供一种炉子，其比现有的炉子具有更高的废金属回收率。
发明内容
本发明提供了一种炉子，其包括一个大体为筒形的炉体，该炉体具有直径基本不变的闭口端和开口端；可转动连接在一地件的框架；所述框架支撑炉体以便从开口端旋转到各个放置角并能朝着开口端旋转到各个倾斜角；用来加热炉子的燃烧器；以及用来密封开口端的炉门。
由于炉体内壁的直径基本不变，因此不必将炉子倾斜那么大的角度就能将熔化的金属倒出。此外，由于炉内没有筒口或筒颈对残留液的限制，因此可一次倒出更多百分比的熔化金属。
炉门最好铰接到用来支撑炉子的框架上，并能与炉子的倾斜操作(升和降)协同位移。这样做的优点在于炉门始终保持在紧靠炉口的位置。这样做的有益效果有两条第一，氧气进入炉子(这有可能会污染大气)的危险性更低；第二，由于操作过程中炉子保持在关闭状态，因此热损失更低。由此效率更高，熔化铝所需的能量更少。因此，本发明的应用能够更有效地(更经济地)实现铝的回收。
作为优选，炉门或者每一个炉门均具有一个或多个观察窗以便观察熔化的过程和/或将熔化的材料通过该窗口倒出。由于观察窗的面积比炉门要小许多，因此对炉内观察时损失的能量更少。
炉门或者每一个炉门均最好有两瓣，这两瓣铰接到框架的一侧上。在一示例中，该铰链用作空气/燃料输送管道从而使炉门关上并在控制的环境下进行加热。
作为优选，该加热器为气体燃烧器，其安装在炉门上，这一点将在后面描述。在一特定的优选实施例中，燃烧空气经炉门铰链流到燃烧器。空气和燃料气体输送系统(空气和燃气幅)连接到炉子上并能随炉子一起倾斜及移动。这一点可通过肘弯和/或采用了气密旋转接头的旋转流体连接来实现。
本发明的另一方面提供了一种炉子，其包括一个大体为筒形的炉体，该炉体具有直径基本不变的闭口端和开口端；可转动连接在一地件的框架；所述框架支撑炉体以便从开口端旋转到各个放置角并能朝着开口端旋转到各个倾斜角；这里还有一个能绕铰链旋转而开闭的炉门以及一个用来加热炉子的燃烧器，由此空气和/或燃气就能通过铰链支撑的集管或者是经铰链输送到燃烧器。
这一点可通过肘弯和/或采用了气密旋转接头的旋转流体连接来实现。由此空气和燃气输送系统(空气和燃气幅)就能随炉子一起倾斜及移动。
该燃烧器最好以一角度并以这样的方式安装在一个炉门，即，使燃气喷嘴喷出的气体不会撞击到正被处理的负载材料上。这样做的优点是热量不会直接加到负载材料上。因此，与现有的炉子不同，欲被回收的熔化金属被氧化的危险更小。这样做的结果是产量进一步提高。
燃烧器优选为高速型燃烧器，但其它类型的燃烧器也适用。通常来讲，燃烧器的产热率由炉子尺寸和容量来确定，但一般小于1200kW。
燃烧器在炉门上的安装角度应使传到耐火材料和被处理材料的热量达到最佳，理想情况下，应使喷嘴朝着炉体内部的端壁。
作为优选，该炉子具有一个排气口。于排气口处布置气嘴或气幕以控制炉内的压力。该气嘴或气幕能使炉子的内压与外气保持平衡。该特征还能提高效率和回收率，因为气幕能有效地密封炉子，从而减少内部大气中的氧气从而减少氧化。此外，由于密封作用，炉子的能量例如因对流造成的损失得以减少。因此炉门排气口处的气幕有助于控制炉压和炉内的条件参数。该气幕在尺寸和布置上优选为适于该炉子的大小及所应用的场合。
人工智能控制系统，如模糊逻辑神经元网络控制系统，用来控制重要的过程变量和过程子变量，这一点将在下面描述。
优选用一个或多个传感器来感测耐火衬里和熔化金属的温度。
炉门中的温度传感器朝向耐火衬里和/或被处理的材料从而测量出耐火材料和被处理材料的温度。知道炉子外表面的温度以及热量沿炉子外表面的分布能更大地控制加热的情况。
可按现有技术的方式布置多个传感器以获取炉子的平均温度，同时也能提高炉子温度瞬间波动的信息。
优选用一个外环来支撑与驱动系统相连的齿轮。该驱动系统可包括一驱动电机或者是一个驱动链条，其适于同绕炉子外表面布置的链轮齿或齿轮齿接合。在使用链条驱动时，链齿轮外圆上绕炉子一圈的齿数是链条节数的一半。这样可减少拖拽和链条的磨损，从而减少驱动电机的动力消耗。此外，链条和链齿轮的寿命也会增加。
最好用安装楔来确保外环(炉子在其上旋转)与炉子外表面紧密配合。这些楔件最好用螺纹件来连接，其中螺纹件在拧紧时能将外环夹紧并与其上安装了接片和外环的炉子同中心紧固。由于炉子工作过程中一个工作周期内会出现不同的热膨胀，因此这一点非常重要。
驱动电机最好能让炉子可以以不同的速度旋转。炉子旋转可用来搅动正在处理的材料并将热量经耐火材料传到其中。最好是以预定及所选择的角度和速度来旋转以及反向旋转炉子从而实现搅拌(这一点可通过交流AC电机的快速驱动来实现)。
电机如上所述可采用以下的方式连接到炉子上通过固定联接如齿轮或者是小齿轮及齿条联接；或者是作为优选采用链条驱动。电机、电机控制器以及联接机构合在一起被称为炉子的旋转系统。炉子的旋转系统在控制上最好能通过一个动态减速系统来实现减速。可用一逆变器来控制电机进行减速，同时将直流电(DC)作为动态减速系统的一部分在可控条件下输入。
该动态减速系统涉及以下操作在反馈回路的控制下，基于一个或多个传感器所感测的炉子负载参数信号，输入直流电(DC)。其中的炉子负载参数包括旋转所需的扭矩和平滑度。为了更快地使炉子的速度减下来，控制器需获取一个基于变频器配置的DC值及其它参数并输出一个反馈信号以便控制DC的输入大小和速率从而使电机慢下来并且/或者将电机固定在特定的方向上。由此就将炉子及其中物质固定在预定的位置上。由于熔化的铝比熔剂的密度大，因此金属沉在炉子的下部，由此倒出非常容易，同时也可反向旋转使废料与熔剂达到最佳混合状态(搅拌)。
由于炉子的内壁是平行的圆筒形，同时炉门盖住了炉子的开口端，因此能以很低的倾斜角度(倾角)将熔化的材料倒出。此时，优选通过两个伸展的液压臂或杆来使炉子倾斜。
本发明的另一方面提供了一种操作炉子的方法，其包括以下步骤将熔剂以及需要熔化从而回收金属的材料的混合物倒入炉子；加热混合物直到金属熔化；搅拌混合物从而促使熔化的金属凝聚；将炉子的一端倾斜从而将熔化的金属倒出。
在该操作方法中，可重复以下操作放下抬高的一端；将新的、需要熔化从而回收金属的材料倒入；搅拌混合物从而促使凝聚；以及将炉子的一端抬高从而将回收的金属倒出。
倾斜的角度优选小于20℃，更为优选的是小于15℃，最为优选的是小于10℃。
本发明另一方面是提供一种控制炉子的方法，其包括以下步骤通过以下条件的控制来对炉子的加热进行控制温度，有效负载的质量；有效负载的粘度；达到该粘度的时间；炉子的大气含氧量；加入能量的速率以及所累积的能量。
炉门上装有观察门或窗以便在操作过程打开检查被处理材料的状态，此时会有少量的能量泄露。然而，最好是用多个传感器和远程数据采集系统如数据采集及监控(SCADA)系统来实现上述变量的监测。该SCADA系统最好集成在炉子控制设备中，并用来采集和分析炉子的所有数据并控制输入和输出。
采用SCADA系统能够实现过程的在线诊断以及远程的存取。本发明在此方面改进了在线监测和电子归档。最好采用专门的局域通讯数据总线接线系统如Profi-Bus(商标)而不是多核布线网络。现场以及远程的控制盒接收过程传感器的信号并进行编码，这些传感器在布置上最好能测量炉子过程控制系统中所用的过程变量，例如但不限于，炉体表面温度；耐火材料温度、燃气以及空气的流量和压力。
框架的角度优选可通过液压臂来调节从而支撑炉体从开口端旋转到各个放置角并能朝着开口端旋转到各个倾斜角。该液压臂最好是耐热型水-乙二醇液压臂。
框架优选为可绕地件转动从而使转动轴与炉体开口端的倾倒边对齐。
该炉子优选用来回收废铝。
前述所有特征均有助于提高金属回收量，降低能耗、熔剂的用量，并使工作周期加快。
炉子的燃烧系统可用各种燃料、天然气、丙烷、重油、轻油、含氧燃料等。
现在参考附图来描述本发明的实施例，其中图1所示为炉子(其中去掉了炉门)一优选实施例的立体图，其中展示有炉体、支撑框架以及驱动系统；图2所示为图1中炉子的侧视图，其中的炉子处于放置角(α)的位置上；图3所示为图1中炉子的侧视图，其中的炉子处于倾斜或倾倒时的抬起位置的倾斜角度(β)上；图4所示为沿图5中线X-X的部分剖视图，其展示了安装楔的剖面结构，该安装楔推压环绕炉子布置的钢“胎”；图5是沿图4箭头看去的示图，其展示的是其中一个安装楔在推压环绕炉子布置的钢“胎”时的平面示图；图6A为炉门的前视图；图6B和6C为炉门的侧视图；图6D所示为炉门(处于开闭位置时)的俯视概略图，由此可看到空气和燃气进口集管的旋转情况；图7a的系统框图展示的是人工智能系统中某些“模糊”逻辑运算的流程和(非限定性的)主要的确定步骤；图7b的图表展示的是人工智能系统中例如某些变量的函数关系以及(非限定性的)一些主要的确定步骤；以及图7c的流程图展示的是人工智能系统对燃气和空气供应的反馈控制以及炉温升/降的控制情况。
具体实施例方式
参见附图特别是图1-3，其中展示有炉子10。炉子10通常为侧壁平行、外径和内径均不变的圆筒形炉体12。炉体12具有一闭口端13和一个开口端14。炉体12可由钢制成并用现有的耐火材料或耐火砖衬里。其中耐火材料或耐火砖例如可以是STEIN 60P(商标)和NETTLE DX(商标)。
框架15用来支撑炉体12以便按箭头A所示顺时针和逆时针旋转。为了使炉体12旋转，框架15可包括将炉体12坐在其上的支撑轮以及用来驱动炉体12上齿轮22的电机20。扭矩通过链条24从电机20传递到齿轮上。
框架15可绕着地件转动，从而形成转动轴Z-Z，其中地件以地脚16a和16b形式固定在地上。框架的角度可相对于地脚16a和16b进行调节从而使框架支撑炉体12从水平位置远离开口端而旋转到各个放置角(α)并能朝着开口端旋转到各个倾斜角(β)。框架倾斜的角度可通过液压臂16c和16d进行调节。液压臂16c和16d最好为耐热型水-乙二醇液压臂。
炉体12之开口端14的最低位置处具有一个倾倒边17，并且转动轴Z-Z与炉体12之开口端14上的倾倒边17对齐。
如图6a、6b和6c所示，框架15的一端具有一个门支撑结构15a，炉门18就铰接在门支撑结构15a上以封闭开口端14。炉门18具有两个门19a和19b，其铰接到门支撑结构15a的相对两侧上。该门可从开口端14摆开从而向炉子加载材料或者将熔化的金属倒出，该门可也摆向开口端14以便封闭开口端14。实际上，在门封闭开口端时，门和开口端14之间有一个间隙。
门19b上带有一个燃烧器30。燃烧器30的燃料(如天然气)和空气由进气管31或进气管道供入，并且燃气经燃气旋转接头32供入，空气经空气旋转接头33供入。进气管31、燃气旋转接头32和空气旋转接头33一起被称为燃料输送系统35。从燃烧器30出来的燃烧气体可达4m，在炉子长时甚至可达6m。由于燃气输送系统通过旋转接头32和旋转接头33能够有效地在两个正交平面内移动，因此能够摆动打开炉门，同时使液压臂16c和16d上的炉子能随着燃烧器30工作一起倾斜。
每个门19a和19b均具有一个观察窗34a和34b以便观察熔化过程和/或通过该窗口倒出熔化的材料。这一点比上述现有的炉子要好。
可用温度传感器来感知耐火材料衬里和熔化材料的温度。这些传感器安装在炉体12的外侧。门上最好有一个开口以便使传感器探入炉子10中。作为选择可提供一个气流冷却架(图中未示出)来使温度传感器能在环境温度下工作从而防止它们损坏。该气流冷却架还可用作吹扫机构来防止传感器或其它设备落上灰尘从而保持视觉上的干净。
每个炉门19a和19b上均带有气幕45a和45b。该气幕45a和45b能够精确地平衡内部大气压力。因此可通过排气口80处气幕的平衡来精确地控制内部大气压力和外部(环境)压力之间的压差。
炉子10的炉门中具有一个排气口80以及一个用来控制炉子压力的空气喷嘴50。炉子10中氧气的百分含量最好为0％，该百分含量可作为一个变量通过减少空气质量流速与燃料的比值来进行控制。将氧气的百分比保持在这个水平上或这个水平左右，即使铝变成塑态，也能在提高产量的同时减少氧化的危险。
炉子10最好用来回收废铝，因此可加入NaCl和KCl，有时也加入其它少量的化合物如冰晶石以便更好地回收铝。
在使用中，炉子10的炉体12远离开口端放置下来会使闭口端低于开口端。此时炉子就处于放置位置或者是斜回来的位置。炉门19a和19b摆动离开开口端14从而能对炉体12进行装载。开口端很宽有助于装载的进行。然后，使炉门19a和19b摆向开口端14并将其封上。接着，燃烧器30工作将装载材料后的炉体12中的金属熔化。
由于炉体12处于放置位置，因此熔化的金属不会从出口倒出。因此这种炉子就不必像现有技术中的炉子那样为了方便装料而具有一个很小的收缩端，其能够装载更大的物体，更为重要的是熔化金属的倒出更为容易也更加完全。由于炉门19a和19b铰接在框架15上，因此无论炉体的倾斜角度如何，炉门均能关上。之后，炉门19a和19b也能摆动离开开口端14从而使熔化的金属倒出。
在回收金属如铝时，有许多不同的变量。这些变量包括熔剂的类型及其百分比；加入的热量(包括时间和温度)；熔化损失；加载的方法；处理材料的类型和重量；残留熔剂及残留氧化物的状态；旋转速度及炉体的方向和倾斜角度。在炉子操作和控制过程中可能用到的其它变量包括压缩空气的质量流速；环境气温；输入燃料的热量以及输入燃料的速率。
上述参数以及其它参数，例如在回收其它金属时，最好由其中具有一处理器(如个人电脑中使用的微处理器)的炉子管理系统来控制，该系统也可作为本发明炉子的一部分。
可用来自驱动电机20的控制器(图中未示出)的电流反馈信息来监测驱动电机20的冲击载荷。电机20驱动从而使炉子10与固态铁锭以及废弃的金属碎屑一起旋转的反馈电流在本质上是尖峰电流。一旦材料熔化，熔化的材料凝聚，那么炉子10的旋转就会变得更为平滑，电机20上载荷的瞬时变化也会减少并最终消失成稳态。与该信息相关的数据可与其它变量一起来确定倒出金属铝的最优时间。
前述操作变量的设定值由操作过程中有经验的操作人员确定，每一个操作人员对每一个变量的设定值或设定值的范围都有其自己的优选值。因此在处理过程中变量的设定值会有所不同，金属的回收速率也会有所变化。
对变量的控制和监测的直接目的在于实现最大的回收速率。对于许多工程系统来说，不可能使所有的变量在回收处理中同时达到最优。例如，当铝处于塑性状态或者熔化状态时输入过多的热量会使铝因其与氧的亲合性而被氧化。这样会大大减少回收的产量。燃烧器30中氧气的含量最好能在处理过程的某些阶段被减少从而使回收达到最大。然而，这样做通常会以燃料消耗为代价。因此在处理的整个过程中都要对这些变量进行仔细、连续地监测。
有经验的操作人员能够改变回收的速率。通过对变量的监测同时利用人工智能系统使变量处于本发明的最优范围就能确保变量的设定值在任何时候都是最优从而消除操作的不一致并提高产量。
下面列出了回收铝时一些需要监测的过程变量
1、熔剂的类型及其与氯化钠(NaCl)和氯化钾(KCl)的混合百分比。被处理的每一类金属产品如压碎的啤酒罐所使用的熔剂百分比可能会比一大块实心发动机组件要多。处理残渣通常要比所述一般的碎铝屑需要更多的熔剂。
2、在处理的过程中需要对熔剂的温度进行控制，还有新熔剂引入的时间点以及熔剂的百分比。最好能确定出熔剂消耗的时间。
3、处理不同产品时所需加入的热量是一个非常重要的变量。例如可将不同类型产品所需的温度保存到查寻表中，在需要时用来计算不同类型产品加热所需要的时间。
4、监测不同合金的排气温度以便指示出处理的程度。
5、熔化损失(处理过程中损失的铝量)，用来指示处理过程的回收量。可用现有技术中已知的每类合金在处理过程中的熔化损失来提高回收率。
6、温度参数对不同合金的作用情况；以及不同合金所需的时间和温度。
7、加料方法随产品的轻重而不同，以及加料方法对产品的影响；回收效果最佳时加载产品的重量百分比。
8、残留熔剂和残留氧化物的状态以及残留熔剂中铝的含量。残留熔剂和残留氧化物的状态以及其中铝的含量是一个会受到其它过程变量影响的过程变量。因此最好对这些状态进行监测并将信息反馈到控制系统中。
9、炉子的旋转速度和倾斜角度。炉子的旋转速度应适于各种产品。处理过程中炉子的旋转方向(顺时针或逆时针)。炉子工作周期中所处的角度通常在0℃到20℃之间。
参见图7a、b和c，上述变量中至少有一些变量以及下面所列的其它变量对铝的回收速率和产量非常重要。这些变量(并非按重要性排顺)是耐火材料的温度、循环时间、回收速率、金属温度、熔剂、输入的热量、旋转速度、材料类型及合金、加料方法及炉子倾斜的角度。前述的每一个主变量均具有相关的子变量。例如，主变量耐火材料，其取决于下面的子变量耐火材料的温度、输入的总热量以及输入热量的时间。炉子表面温度取决于耐火材料的温度、耐火材料与炉子表面温度随时间的变化关系、倾倒金属时耐火材料温度的变化、加载金属时耐火材料温度的变化以及熔剂熔化时耐火材料的温度。
从本质上讲，可能会有十个或十个以上的主变量以及主变量所依赖的多个子变量会对最高回收速率产生影响。现在有许多种合金需要处理，其中每一种合金都需要个性化的参数配置来使回收速率达到最佳。在处理过程中，我们不可能一次就使每一个变量都达到最佳值，例如，当铝处于塑性或熔化状态时，加入过多的热量会使铝因其与氧的亲合性而被烧掉，从而大大降低回收率，并对处理的周期产生影响。燃烧器内的氧量必须在处理周期的一定阶段被降低以便使回收率达到最大，但这样做要以燃料消耗和时间为代价。
因此这些变量需要在处理的过程中以及处理的整个过程得到优化。前面已经提到由处理过程中的操作人员来确定操作变量的设定值，此时每一个操作人员对每一个变量都有其优选的设定值。因此，处理过程中变量设定值的一致性会有损失。其结果是金属回收速率产生变化。
本发明在控制方面需要区别主变量中的各个变量并预测出(例如采用逻辑算法或利用查询表)主变量和子变量对整个过程的影响。作为选择，或者是除了微处理器之外，最好用人工智能(例如神经元网络技术或模糊逻辑控制技术)来监测并控制炉子的操作。
现在为了清楚起见，我们参照图7b和7c来描述一例被控变量。该变量为炉子的表面温度。传感器100、102和104用来感知炉体12表面三个独立位置的温度。与这些位置温度相关的信息直接或通过抗干扰总线传送到SCADA 119。与这些变量或其它变量相关的数据传送到微处理器120。微处理器120，在合适的软件控制下从一查询表140或从从属函数数据库130提取信息。从属函数数据取自于系统的特性或者是由插值获得，例如，其可由图7b所示这类图形信息得到。这一点可通过数字化实现。微处理器120采用图7a所示的这类模糊逻辑网络，在本特定实施例中，计算出改变炉子10内部温度所需空气流和/或燃气(燃料)流的变化或调整值。
微处理器120所产生的控制信号分别经控制线路L1和L2传送到空气泵150和燃气气源160。由此在本示例中，可用炉子表面温度T1、T2和T3和控制系统200来控制燃烧器30引入更多的能量而提高炉子的内部温度(以及炉子内物质的温度)。
图7b所示为一系统结构的曲线图，其表示的是从输入变量到输出变量的模糊逻辑推理流程。输入接口将模拟输入信号变换成“模糊”数值。“模糊”推理发生在所谓的其中包含有语言控制规则的规则模块中。这些内容可随着不同的系统而不同。这些规则模块的输出为语言变量。
在输出阶段，“模糊”变量被转换成模拟变量，该模拟变量被用作目标变量以便控制系统用来驱动特定的硬件如泵150、电机20或者是燃气供应管路166上的阀165。
表1与图7a和7b一起用来表示如何得出其中包括有输入接口、规则模块和输出接口的“模糊”系统。图7a中的连线用来表示数据的流向。(图7b)图中曲线上的定义点与表中的特定术语相关。
图7c仅通过一个变量——燃烧器的控制来说明如何用模糊逻辑技术所得到信息和控制信号来控制炉子。显然，系统200同时控制着许多变量和子变量，其中温度的控制仅是一个示例。
本发明可采用一种与上不同的形式。例如，在不脱离本发明构思的情况下，本领域技术人员还会提出许多变化形式。
权利要求
1.一种炉子(10)，其包括一个大体为筒形的炉体(12)，该炉体具有一闭口端(13)和一开口端(14)；可转动连接在一地件(16a，16b)的框架(15)；所述框架(15)支撑炉体(12)以便从开口端(14)旋转到各个放置角(α)并能朝着开口端(14)旋转到各个倾斜角(β)；用来加热炉子的燃烧器(30)；以及用来关闭炉子(10)开口端(14)的铰接的炉门(19)。
2.如权利要求1的炉子(10)，其中的炉门(19a，19b)铰接到框架(15)上，并能与炉子(10)的升降运行协同倾斜和回位放置。
3.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中带有一个能使炉子(10)升降从而使炉体(12)离开开口端(14)放置到一个位置并能朝着炉子(10)的开口端(14)倾斜到一个位置上的装置(16c，16d)。
4.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中使炉子(10)升降的装置(16c，16d)包括液压臂。
5.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中炉子(10)倾斜的角度(β)小于20℃。
6.如权利要求5的炉子(10)，其中炉子(10)倾斜的角度(β)小于15℃。
7.如权利要求5或6的炉子(10)，其中炉子(10)倾斜的角度(β)小于10℃。
8.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中炉门或者每一个炉门(19a，19b)至少具有一个或多个观察窗(34a，34b)以便通过其倾倒熔化的材料。
9.如前述任一权利要求的炉子(10)，其具有一个与炉子(10)相连的燃料输送系统(35)，所述燃料输送系统(35)适于与炉子(10)一起升降。
10.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中炉门(19a和19b)的铰链(70，72)用来形成或支撑空气和燃料输送管道(31、32)，燃烧空气和燃料经该管道送到燃烧器(30)。
11.如权利要求10的炉子(10)，其中空气和燃料输送管道(31、32)与燃料输送系统(35)相流通，该燃料输送系统具有弯管以及/或采用了气密旋转接头的旋转流体连接(32，33)。
12.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中燃烧器(30)安装在炉门(19)上从而在加热时能将热量加到炉体(12)中。
13.如权利要求12的炉子(10)，其中燃烧器(30)相对于炉子(10)的旋转轴成一角度，由此在使用中燃烧器(30)的火焰不会冲到所加入的处理材料。
14.如前述任一权利要求的炉子(10)，其具有一个或多个温度传感器以感测耐火衬里和熔化金属的温度。
15.具有一个能够在炉子(10)开口端(14)处产生空气幕的装置，该空气幕在使用时允许炉内大气相对于外部(环境)大气存在变化。
16.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中炉子(10)具有一个排气口(80)，并且排气口(80)处有一个空气喷嘴以控制炉内的压力从而使炉内压力达到压力平衡。
17.如权利要求的炉子(10)，其中的驱动电机(20)在结构上应使炉子(10)能以可变的速度旋转。
18.如权利要求的炉子(10)，其中炉子的驱动系统(20，22，24)包括一电机(20)、一电机控制器以及用来将扭矩从电机(20)传送到炉体(12)的联接机构(24)。
19.如权利要求的炉子(10)，其中的电机(20)以固定联接的方式如齿轮、齿轮齿条或链条驱动(24)的方式驱动炉子。
20.如权利要求的炉子(10)，其中炉子的旋转系统(20，22，24)用作通过控制器、逆变器和电机(20)来形成一个动态减速系统。
21.如权利要求20的炉子(10)，其具有一个外环(22)来支撑齿轮齿，该齿轮齿通过链条(24)与电机(20)相连，该链条(24)适于与链轮齿或齿轮齿接合。
22.如权利要求21的炉子(10)，其中齿轮齿的齿数是链条节数的一半。
23.如权利要求21或22的炉子(10)，其中可变的安装楔(68)用来确保外环(22)与炉体(12)外表面之间形成紧密配合。
24.如权利要求23的炉子(10)，其中的安装楔(68)用一个螺纹件进行连接，该螺纹件在拧紧时能使安装楔夹紧外环(22)并确保其与安装有接片(66)和外环(22)的表面同心紧固。
25.如前述任一权利要求的炉子(10)，其中温度传感器应布置成能够测量炉门(19a，19b)、耐火材料衬里和被处理材料的温度并形成温度的输出信号。
26.如前述任一权利要求的炉子(10)，其具有用来接收、编码并传送以下过程变量的信号的装置(75)炉子的表面温度、耐火材料温度、燃气和空气流量、炉子大气中氧的百分含量以及炉子的内压。
27.一种炉子(10)，其包括一个大体为筒形的炉体(12)，该炉体具有直径基本不变的闭口端(13)和开口端(14)；可转动连接到一地件的框架(15)；所述框架(15)支撑炉体以便从开口端旋转到各个放置角并能朝着开口端旋转到各个倾斜角；这里还有一个能绕着至少一个铰链旋转而开闭的炉门以及一个用来加热炉子的燃烧器，由此空气和/或燃气就能通过所述至少一个铰链支撑的集管或者是经过所述至少一个铰链输送到燃烧器(30)。
28.一种操作炉子(10)的方法，其包括以下步骤将加载的熔剂以及需要熔化并从中回收金属的材料的混合物倒入炉子；加热混合物直到金属熔化；搅拌混合物从而促使熔化的金属凝聚；将炉子(10)的一端抬高从而倒出所回收的金属；放下炉子并重复以下步骤搅拌混合物从而促使凝聚以及将炉体(12)的一端抬高从而倒出回收的金属。
29.如权利要求28的用来操作炉子(10)的方法，其进一步包括以下步骤旋转并反向旋转炉子(10)以搅拌炉子(10)中的材料。
30.如权利要求28或29的用来操作炉子(10)的方法，其进一步包括通过倾斜炉子(10)来搅拌炉子(10)中的材料。
31.一种操作炉子(10)的方法，其包括以可变的速度使炉子(10)旋转并以变化的角度(α、β)来使炉子(10)倾斜，从而搅拌被处理的材料，有助于将热量传到被处理的材料中。
32.一种操作炉子(10)的方法，其进一步包括导出多个控制变量；通过炉子(10)倾斜来搅拌炉子(10)中的材料。
33.如权利要求28至32之一的用来操作炉子的方法，其进一步包括通过炉子的密封和炉子大气的平衡将炉子保持在被控的炉子大气条件下。
34.如权利要求28至32之一的用来操作炉子(10)的方法，其进一步包括通过关闭炉门(19a和19b)并使炉子(10)与被关闭的炉门(19a和19b)一起倾斜旋转来密封炉子(10)。
35.一种控制炉子的方法，其包括以下步骤通过控制信号来加热炉子，其中控制信号至少由下列的参数得出温度，有效负载的质量；有效负载的粘度；达到该粘度的时间；炉子大气的含氧量；加入能量的速率以及所累积的能量。
36.一种控制炉子的方法，其包括区别与子变量相关的变量并预测出主变量和子变量的变化对炉子操作的影响。
37.如权利要求36的控制炉子的方法，其中的预测是采用逻辑算法或利用查询表进行的。
38.如权利要求36或37的控制炉子的方法，其中要获得一个或多个反馈信号，并对所预测的性能和实际性能进行比较，还要导出一个校正信号使一变量发生变化。
39.如权利要求36到38之一的控制炉子的方法，其中需要一个微处理器来监测并控制炉子的操作。
40.如权利要求36到38之一的控制炉子的方法，其中需用人工智能技术来监测并控制炉子的操作。
41.如权利要求40的控制炉子的方法，其中用神经元网络技术来监测并控制炉子的操作。
42.如权利要求40的控制炉子的方法，其中用模糊逻辑规则来监测并控制炉子的操作。
43.一种控制炉子的方法，其包括以下的步骤在线的过程诊断，远程的数据存取，在线的监测和归档。
44.如权利要求43的控制炉子的方法，其中远程存取、数据的获取以及在线监测均由SCADA系统完成。
45.一种基本如上所述并参照附图所示的炉子。
46.一种基本如上所述并参照附图所示的操作炉子的方法。
47.一种基本如上所述并参照附图所示的控制炉子的方法。
全文摘要
本发明涉及一种炉子(10)及其操作和控制方法。本发明能提高废金属的回收率从而克服现有炉子的问题。在一优选实施例中，该炉子(10)包括一个大体为筒形的炉体(12)。该炉体(12)安装在一框架(15)上，该框架可转动连接在一地件(16a和16b)上；该炉体(12)能够倾斜或回转到各个角度(α和β)；用来加热炉子的燃烧器(30)以及用来封闭开口端(14)的炉门(19a和19b)。由于炉体(12)的内壁的直径不变，同时由于去掉了缩颈(其在过去用作溢流口)，因此不必将炉子(10)倾斜那么大的角度就能将熔化的金属倒出。在一优选实施例中，燃烧空气经炉门铰链流到燃烧器(30)。由于空气和燃料气体输送系统具有气密的旋转肘弯接头与炉子(10)相连，因此其能随着炉子一起倾斜及移动。人工智能控制系统用来监测过序变量并控制炉子(10)的操作。
文档编号F27D99/00GK1777777SQ200480004944
公开日2006年5月24日 申请日期2004年2月26日 优先权日2003年2月26日
发明者汤姆斯·哈德森·伊万斯 申请人:铂金自控有限公司