专利名称:熔化铝的竖式直落熔炉及其方法
本发明有关于金属的熔炉和熔化金属的方法，特别是，有关于一种用于熔化铝或铝合金的竖式直落熔炉，和一种在该竖式直落中熔化铝和铝合金的方法。
众所周知，在下列的美国专利和这些美国专利所涉及的其他专利所揭示的熔炉例子中有竖式直落熔炉，用于熔化铁和一些非铁金属，如铜。
美国专利号2，283，163 4，129，7423，199，977 4，243，2093，175，203 4，311，5193，759，699 4，315，7553，788，623 4，375，352另一种已知的熔炉，据说可以用来熔化铝，揭示于美国专利3，809，378。那个专利所揭示的熔炉是由靠垂直加料的第一熔化室和与第一熔化室相毗连的第二熔化室的结合所构成。热量被传递到第一熔化室是靠对流，使用一个高速喷燃器使金属在那里达“半熔态”。接着，半熔态金属流到第二熔化室，在那里通过辐射热被完全熔化。
一般铝和铝合金被熔于反射炉，它与竖式直落熔炉的区别主要在于热量怎样被传递到铝金属的方式上。在反射炉中，热量被传递到被熔的金属主要靠熔炉壁的辐射，在较小的程度上，也有从已熔化的金属到固态金属的热传导。在直落熔炉中，热量传递到金属主要靠对流的方式，只有一些可被忽略的热量是通过熔炉壁的辐射或热传导来传递的。
在金属熔化的应用中，一般都知道，用BTU/1b(英国热量单位/磅)来表示的每单位重量金属所需要的气体消耗速率，以此比较，直落熔炉大约二倍有效于发射熔炉。然而，直落熔炉在熔化铝和铝合金的铝工业中，几乎还未被应用。
已经知道，使用传统的，装有高速喷燃器的直落式熔炉是靠对流来熔化铝或铝合金的。这样产生的一个问题是，铝金属的密度低，特别是小块外形的铝，倾向于被高速气体流“吹”到熔炉壁，而不是靠重力落到熔炉炉床中。此外，也已经知道，熔化的，半熔化的和固态的铝金属还可能被高速喷燃器气体“吹”到别的分布于熔炉壁上的喷燃器和喷燃器开口之中，从而，引起熔炉的效率下降，可能出现的喷燃器堵塞，以及熔炉维护费用的可观的增加。
克服上述问题的一种途径是，显著地降低喷燃器的速度。然而，熔化速度是直接正比于喷燃器的速度的，最佳的选择应该是按照被熔化的铝材的类型和外形使喷燃器速度达到最大值。
克服铝金属被“吹”问题的另一种途径是，使用前述的美国专利3，809，378的熔炉。该熔炉只有一个高速喷燃器，正好横跨于第一熔化室，对准了第二熔化室的开口。这样，被高速喷燃器气体“吹”过第一熔化室的任何熔化的，半熔化的和固态的铝金属可以直接进入第二燃烧室或熔炉的反射部分，在那里，依靠并非最适宜的热传递条件，即依靠辐射热而不是依靠对流热，使铝金属被加热和熔化。
在反射炉中熔化铝金属的另一个有关问题是，由于被送进熔炉的金属所带有的湿气可能产生爆炸的危险。如果金属带有任何湿气，当它被加进含有熔化铝的液池，即带有“湿”炉床的熔炉时，湿气将急骤蒸发成水汽，引起体积膨胀，由此可能引起潜在的危险的爆炸。在直落熔炉中，这种爆炸的可能性就非常小，因为直落熔炉是典型的“干”炉床，也因为金属是在炉身的顶上被加入熔炉中，在那里金属通过对流的热受到预热，这就在加料的过程中有利地蒸发了全部的湿气。
由于前述的，作为先有技术的熔炉的局限性和缺点，以及在上面尚未特别提出的其他不利因素，可以很明显看出，在竖式直落熔炉的领域内仍然存在着一种需要，即专门地设计出一种竖式直落熔炉，以有效地用于熔化铝和铝合金;以及一种方法，它是依靠竖式直落熔炉内的对流来熔化铝和铝合金的。所以，本发明的首要目的是实现这种需要，提供一种竖式直落熔炉，它有一种新颖的，改良的，装置在熔炉侧壁上的多个喷燃器的组合，这些喷燃器分别相关于金属料和炉床，它们被独特地定向安置，从而消除了或最大限度缩小了直落熔炉中由于高速喷燃器所引起的，在熔化过程中铝和铝合金所产生的问题。
更详细地说，本发明的一个目的的提供一种熔化铝的竖式直落熔炉，它有多个向下倾斜的，装置在熔炉侧壁上的喷燃器，每个喷燃器的轴线定向于喷到炉床的一部分，以保持炉床的热量和避免将铝吹到熔炉的对壁。
本发明的另一个目的是提供一种熔化铝和铝合金的方法，这里传递到金属的热量基本上完全是靠对流，而不是靠辐射来实现的。
本发明的另一个目的是提供一种熔化铝的竖式直落熔炉，该熔炉为完全熔化铝进料所需要的热量范围从低到600到1500BTU/1b(英国热量单位/磅)，其平均所需要热量为1000BTU/1b或更少些。
进而，本发明的另一目的是提供一种熔化铝和铝合金的竖式直落熔炉，它有一个凹型的，陡斜的炉床，该设计允许已熔化金属流出炉床，这样就避免了在炉床上形成熔化铝的液池或液浴。
本发明的另一个目的是提供一种熔化铝和铝合金的竖式直落熔炉，它能被迅速地从冷炉升温开工，而且能迅速地降温停炉。
本发明的另一目的是提供一种竖式直落熔炉，它能熔化各种类型和外形的铝材，如铝的碎块，铝制饮料桶，30磅的铝锭和铝块，1000或2000磅重的铝铸件。
本发明的另一目的是提供一种熔化铝和铝合金的高效方法，它基本上完全靠在竖式直落熔炉中的对流来加热。
简要地描述之，前述的一系列目的的实现是因为有了本发明的方法和装置，发明提供了一种竖式直落熔炉，它通常有一个圆柱的截面，炉壁由耐火材料构成，例如，碳化硅被衬以工业用的，结实的耐火砖和可被浇注成形的绝热材料，所有所述材料被装在一个圆柱型钢筒内。熔炉有独特模造出来的耐火材料的炉床，通常炉床呈锥形凹入，很陡地向出口凹槽倾斜下去，出口凹槽从炉床正视图最低处放射型地向外伸展出去。在炉壁上有多个喷燃器开口，喷燃器组的数目以及每组内的喷燃器的数目依熔炉的设计容量来考虑，某种程度上，也依在熔炉中被熔的铝材的类型来考虑。
一个有拱形顶的，用耐火砖衬成的通道，与竖式直落熔炉的，邻近炉床的部分相关连，并相应地盖在出口凹槽上。通道的最里一端横向相交于熔炉的圆柱形壁，通道的最外开口一端装有一个通道门，这个装在铰轴上的门通过绕轴运作来开或关这个通道的远离熔炉端的开口。一个喷燃器被装在通道门的中心，这样，当门处于关的位置时，喷燃器的火焰向下倾斜，使气流能沿出口凹槽的中心线而下。
装在熔炉壁上的，临近炉床的第一组或最低组的喷燃器的组合对于达到发明的目的是重要的。在下面所述的最佳的实施例中，有4个喷燃器以非等角度的空间关系装于熔炉壁上。二个远离出口凹槽的喷燃器被分别安装成其轴向分开顺时针约35°，逆时针约35°，对称面是一个垂直平面，这个平面通过了炉身轴线，又通过了出口凹槽的中心线;另外二个较接近于出口凹槽的喷燃器被分别安装成其轴向分开顺时针约60°，逆时针约60°，对称面相同。
在所述的实施例中的第一组的4个喷燃器的轴线分别处于垂直平面上，这4个垂直平面相交于一点，这一点从熔炉的圆柱炉身的几何轴上，沿着通过出口凹槽中心线垂直平面方向偏移出去。由于上述喷燃器轴线的定向安置，使熔炉能提供出高热量的，速率较高的气流，气流有效地指向不断流向出口凹槽的，在炉床上的熔化的铝金属。
在第一组中的4个喷燃器中的每一个都向下倾斜，使其轴线大约地与直接在喷燃口下的炉床的锥形部分的倾斜坡相平行。
在所述的实施例中，炉床的锥形斜坡和喷燃器轴线从水平面向下倾斜的角度均约为30°。因为凹形炉床也向下倾斜于出口凹槽，所以近于出口凹槽的两个喷燃器的高度比远离于出口凹槽的两个喷燃器的高度低，这样，喷燃器火焰在炉床上方的高度几乎是一致的。
在所述的实施例中，在第一组喷燃器中的每个喷燃器方向向下，分别安置于分开的喷燃器口子上，这样，每个喷燃器的火焰一般地讲直接相关于炉床凹型部分的四分之一。而且，如前所述，喷燃器并未等角度地置于熔炉壁上，而是被安置成使各个喷燃器处于不同的，不重合的，但能相交的四个平面上。
上面描述的喷燃器轴线的位置和方向的结合保证了熔化的，半熔化的，或固体铝金属没有被喷燃器火焰吹过熔炉而进入到在熔炉对面壁上的喷燃器或喷燃器口子中，而恰恰是以熔化状态流入炉床斜坡，并迅速注入出口凹槽向熔炉的泄流口而去。
出口凹槽最好被模造成与炉床的凹形部分合成一体，凹槽有一个V形横断面，在V的尖端被削成平底，沿着凹槽的长度方向向外伸展。出口凹槽表面与向下倾斜的锥形炉床表面相连，出口凹槽和凹形炉床之间有一个稍有凸形的，平滑的转折。出口凹槽从炉床向下倾斜的角度近似于15°，出口凹槽的平底向外伸展成倾斜面，上止于炉床中心和圆柱炉身的轴线，这样，提供一个盥洗槽似的部分，使熔化的铝平滑地，迅速地从炉床中心流到泄流口。出口凹槽的笔直的最外端折成直角，引向熔炉的泄流口。一般，在熔化铝的操作中，结成固态的铝和铝的氧化物的“皮”在从炉床到泄流口这段行程上，在出口凹槽的平底上方形成，而熔化的铝在固态“皮”的下面流动，“皮”有利保护熔化的铝不被氧化。
熔炉既可用气体也可用液体燃料来燃烧，然而，以气体燃料为好。一种传统的，适用于这个发明的竖式直落熔炉的喷燃器是揭示于美国专利4，301，997中的喷燃器，它已被转让到本发明的受让人名份下。一种控制前述喷燃器的，适用的装置和方法分别揭示于美国专利4，239，191和4，211，555，二者也已被转让到本发明的受让人名份下。如果使用不挥发液体燃料，本发明的熔炉可按照美国专利4，375，352所揭示方法和喷燃器装置来操作，该发明也已转让到本发明的受让人名份下。虽然，前述的喷燃器对于熔化铜特别有效，原因是用了相对高的喷燃器速率，但由于本发明的喷燃器的安排方式，在熔化铝和铝合金的本发明的竖式直落熔炉中使用这种高速率喷燃器是有可能的。
由于在下文将变得更加明显的，本发明的前述的和其他所有目的，优点和特点，再参考下面的，对本发明的详细说明，所带的权项和附图所示的一些视图，本发明的本质将被更加明确地了解。
图1是本发明的竖式直落熔炉的局部侧剖视图。
图2是表示装在熔炉上的喷燃器的排列的俯视示意图。
图3是表示在炉侧壁的典型的喷燃器装置的局部剖视图。
图4是表示本发明的竖式直落熔炉的炉床和出口凹槽的外廓的透视图。
图5是表示从通道的通道门方向观察的，炉床和出口凹槽外廓的局部剖视图。
现详细参考附图，附图1有按照本发明的熔化铝和铝合金的竖式直落熔炉，熔炉在整体上被指定为参考号码10。熔炉10一般要被拉长些，最好是圆柱型，限定内部的圆柱型熔化室12的范围，它适合于从熔炉的上部开口处(未画出)，用传统的方式靠重力来加料。熔炉的高度由设计所要求的熔化速度来决定。虽然，熔炉的理论高度应足够达到所有热能都传递到金属料上，但限于费用，高炉加料能力，料与炉壁的摩擦决定了实际的熔炉高度。
炉壁14由最外层的，圆柱形钢壳体16与混合的耐火炉衬18，以及在壳体16和耐火衬18之间的，可起粘结作用绝热材料(未画出)所构成。炉衬18最好由合适的耐火材料做成面向炉心的里层，例如，被坚固的耐火砖所衬垫的碳化硅砖块。只要能承受熔化室的高温和在炉衬与金属料之间的摩擦力，任何合适的耐火砖炉衬均能被使用。
熔炉10有一个炉底20，也由耐火砖材料构成，被钢基22所支撑。炉床24由可模造的，耐火材料所构成，一般有凹面的形状，斜向一个整体模造的出口凹槽26，26在下文将有较详细的描述。
有一个拱形顶的通道28，连接于熔炉的熔化室12，盖在出口凹槽的上方。通道28也由合适的耐火材料构成，例如碳化硅砖衬里，使用与炉身壁相同的方式构成。通道28通过通道门30在远离熔炉的一端被关闭，通道门由耐火材料填充在钢制门框内制成。
在这里所述的实施例中，熔炉有5个喷燃器。四个喷燃器32，34，36，38(在图1中只示有32和36)装在炉床24直接上方的熔炉侧壁的喷燃器口上，一个喷燃器40装在通道门30上。喷燃器32-40最好使用天然气体，可以用在美国专利4，301，997所揭示的类型。对于有较大熔化能力的熔炉，附加的一组或多组喷燃器可被装于熔炉壁，在图1有虚构的一组喷燃器口42，44。
整个耐火砖炉床24的形状，示于部分截面图图1，透视图图4，以及从通道方向观察的正视图图5。炉床24构成一个通常是锥形的凹面部分46，它很陡地斜向熔炉出口凹槽26。直接在喷燃器32，34下面的炉床的凹面部分，在所述的实施例中，有一个锥形斜坡或近似于30°的倾斜度，虽然这个斜坡或倾斜度也能从约15°到约45°变化。在喷燃器36，38下面的炉床的凹面部分，一般呈锥形，但也向下弯曲，稍凹向出口凹槽26以形成一个平滑转折表面。
出口凹槽26最好是约从凹面部分46的中心开始，沿着其中心线向下倾斜约15°，形成一个向着熔炉泄流口的直角弯曲。如图5所示，出口凹槽26形成一个大体是V型的凹槽，有一个通向熔炉中心的平底。
上面所述的炉床24和出口凹槽26很陡的凹面形状有利于导致在炉床各点的熔化铝流向泄流口，从而保持一个“干”的炉床。
现参考图2，它示出了熔炉10的喷燃器34-40的优选的安排。二个远离出口凹槽，即位于背后的喷燃器32，34的轴线，分别被定于顺时针35°或逆时针35°，对称垂直面为P，P通过了出口凹槽的中心线。邻近于出口凹槽二边的二个位于前方的喷燃器36，38分别被定位于顺时针60°和逆时针60°，对称垂直面为P。在通道门30上的喷燃器40的轴线位于垂直面P上。
图2很好地表示出，包含有4个喷燃器32-38的平面相交于B，B点从圆柱炉身10的垂直几何轴偏置一个距离D，方向向着出口凹槽26，这个偏移的距离D可以变化，但最好是熔炉内直径的10-15%。
喷燃器32-38的角向定位的组合和喷燃器轴线从熔炉轴线O偏移的距离D，导致了喷燃器气体向着出口凹槽的集中喷射，这样有利于保持炉床的“干燥”和改善熔化铝向熔炉出口流动。
图3表示了喷燃器34向下的大致倾斜度，在熔炉壁14上的所有喷燃器32-38都是如此。在最佳的实施例中，每个喷燃器轴线的倾斜度约30°，这样，与直接位于喷燃器下面的炉床部分的倾斜坡相对应。如果炉床的斜坡不是30°，喷燃器轴的倾斜度最好尽可能相应于该斜坡，这样，喷燃器的火焰在炉床上方保持了一个基本上恒定的距离，以促进邻近于炉床的铝料的均匀的熔化，也避免了由于不均匀熔化所产生的有些地方过热，而有些地方铝料可能没有受到足够的热。
在图1中能很好地看到，前方喷燃器36，38的垂直位置和熔炉壁14，比后方喷燃器32，34低一个距离，由于炉床向着出口凹槽的很陡的倾斜，这个距离近似炉床对于喷燃器的垂直落差。通过那个结构，喷燃器32-38的所有火焰保持在炉床上方一个基本上一致的高度。
喷燃器32-38大致上向下倾斜，是为了防止低密度的，被熔化的铝或铝合金，由于高速喷燃器的火焰被吹过熔炉而进入到熔炉对面壁上的喷燃器口中。在熔炉壁上的喷燃气以非等角度相对于炉壁分布和喷燃器向下的倾斜的结合，引起火焰直指于各自对面的炉床24的凹型部分46的四分之一处。这样，炉床对于由于高速气体喷注到被吹过熔炉的任何熔化的，半熔化的和固态的金属形成一个“捕网”。
喷燃器40和通道门30最好比喷燃器32-38向下倾斜一个更小的角度，即，在所述的实施例中约为15°，较佳的范围是10°到30°。对于喷燃器40的定向要比喷燃器32-38有较低的，且不那么陡的倾斜，理由是为了避免出口凹槽流出的熔化金属产生倒流，所谓倒流是由于气流的方向与熔化金属流动的方向是相反的所引起的。喷燃器40的气体速度也可被调整到使熔化金属的倒流达最小。
喷燃器40的首要目的是保持通道和出口凹槽的高温。喷燃器40有益把热量消耗于熔炉的垂直炉身部分，这样就达到了主要靠对流来将热量传递给铝金属料的目的。
虽然只有一个优选例被具体地说明和描写，但可以看到，依靠上述的说明，并在附带的权项范围内，而不脱离本发明的精神和指向的范围，对本发明的许多改进和改动是可能的。
权利要求
1.一种内部加热式卷发刷，包括一个手柄，一个从该手柄延伸出的柱形件，此柱形件有一根纵轴和与这一纵轴径向分开的外柱面，所作的改进包括为上述柱形件提供一批有导热成份的硬鬃，它们围绕柱形件的圆周分隔开，这些硬鬃的高度至少为所说柱形件直径之半，至少为0.375英寸，而每一个所说硬鬃的底部占据该柱形件上一段约20°至110°的弧长。
2.依据权项1的一种内部加热式卷发刷，其中外柱面的直径约在0.375与2.0英寸之间。
3.依据权项2的一种内部电热式卷发刷，其中外柱面的直径为0.5至1.0英寸。
4.依据权项2或权项3的一种内部电热式卷发刷，其中的硬鬃之底部相当于所说柱形件圆周上对应20°至50°的一段弧长，而硬鬃的高度约为0.5至1英寸。
5.依据权项1的一种内部加热式卷发刷，其中的硬鬃高度约为0.375至1.0英寸，而每一个所说硬鬃的底部占据上述柱形件圆周上对应于20°至50°的一段弧长。
6.依据权项5的一种内部加热的卷发刷，其中的硬鬃由金属构制成，并具半圆形末端的弧形构型。
7.依据权项6的一种内部加热式卷发刷，其中的硬鬃沿所说柱形件成行按纵向分隔开，行间距离约为0.125至0.75英寸。
8.依据权项7的一种内部加热式卷发刷，其中所说的硬鬃行距约为0.25英寸。
9.依据权项1至6中任一项的内部加热式卷发刷，其中的加热装置包括一种电阻加热器。
9.按照权利要求
6所述的竖式直落熔炉，其特征是所述喷燃器装置的轴线的分布是在各别的垂直平面上，这些平面相交于一点，从熔化室的轴线上，向着出口凹槽偏移出去。
10.按照权利要求
6所述的竖式直落熔炉，其特征是所述的炉床和所述的出口凹槽是由可被模造的耐火材料整体化地构成的，所述的炉床有一个向出口凹槽倾斜下去的锥形部分。
11.按照权利要求
6所述的竖式直落熔炉，其特征是有一个由耐火材料的构成的并盖在出口凹槽上的通道，在所述通道上还安置了一个另一喷燃器装置以保持所述通道的高温，这个喷燃器耗热于所述的熔化室中并通过对流把热量传递到加在熔炉中的铝和铝合金金属上。
12.一种熔化铝和铝合金的方法，其特征在于有下列步骤组成提供一个直落熔炉，它有一个垂直的轴和一个带有泄流口以导出熔化铝或铝合金金属的炉床，在所述的直落熔炉中加入铝或铝合金金属，在所述的直落熔炉中完全熔化的所述金属基本上完全是靠对流来把充分的热量传递到所述的铝或铝合金，所述的热量传递步骤包括了将多个喷燃器的火焰直接导向处于熔炉较低位置的铝和铝合金金属料，所述喷燃器的轴线被安置于各别的垂直平面上，并向下倾斜这样火焰被直接冲射到处于各别喷燃器对面的凹型炉床的部分，避免了把熔化的，半熔化的和固态的金属吹进所述的喷燃器中，所述的垂直平面在直落熔炉的轴附近相交并在那里形成一个加热带，所述加热带的热量熔化所述的炉料，而且加热带是垂直地向上通过并且是基本上完全依靠对流方式来预热和熔化炉料，把熔化铝金属直接从竖式直落熔炉的炉床导向泄流口而不形成金属的液浴或液池;从所述熔炉的泄流口把熔化金属导出。
13.按照权利要求
12的方法，其特征是所述的炉床有一个出口凹槽，所述的熔化金属流出步骤包含有用纯粹是热的喷燃器气流直接对着出口凹槽的步骤。
14.按照权利要求
12的方法，其特征是所述的喷燃器的向下倾斜度是15°到45°。
15.按照权利要求
14的方法，其特征是所述喷燃器的向下倾斜度约为30°。
16.按照权利要求
13的方法，其特征是包含的步骤有从所述的多个喷燃器中的一个喷燃器以平行方向，对着出口凹槽中熔化金属的流向来传导热量，这个喷燃器的向下倾斜度比所述的其他多个喷燃器的向下倾斜度要小。
专利摘要
本发明所揭示的是一个熔化铝和铝合金的竖式直落熔炉和一种基本上完全靠对流来熔化铝和铝合金的方法。竖式直落熔炉有一个由耐火砖炉衬构成的通常是圆柱型的横断面和一个凹型的通常是锥型的，被模造出来的耐火炉床。多个向下倾斜的喷燃器置于熔炉壁上排列成一种方式，使能避免高速率喷燃器火焰将被熔化的铝金属吹过熔炉，而进入对面熔炉壁的其他喷燃器内。
文档编号F27B1/02GK86101325SQ86101325
公开日1986年8月27日 申请日期1986年2月4日
发明者戴维·巴恩斯, 约瑟夫·阿尔维亚·巴斯, 约翰·戴维·巴特勒, 罗伯特·亨利·麦肯齐 申请人:索恩怀尔公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan