专利名称：有色金属熔化保持炉与有色金属溶液保持炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及有色金属熔化保持炉和有色金属熔液保持炉，特别是涉及其加热构造。
以往的有色金属(例如铝合金，以下相同)熔化保持炉，例如日本专利特开平1-210794号公报所揭示的那样，具备坩埚、支承坩埚的支承台、包围坩锅和支承台的炉体、喷烧器、排气的排出口。以往的有色金属熔液保持炉的构造也大致相同，具备石墨坩埚和悬吊支承石墨坩埚的铁坩埚、支承铁坩埚的炉体、喷烧器、排气的排出口。
在以往的有色金属熔化保持炉和有色金属熔液保持炉中，喷烧器和排气排出口的位置和火炎喷射方向尽量设定成在上下方向均匀地加热坩埚。例如在上述特开平1-210794号公报中是设定成，从炉体的下部向炉体内周方向喷射火炎，一面使燃烧气体围绕着坩埚旋转一面将其引导到上方，从炉体上部排放出高温排气，尽可能将坩埚在上下方向全长范围内加热成高温。
但是，在以往的技术中存在下述问题。
①石墨坩埚是在全长范围内被加热到接近燃烧气体温度(约900℃以上)的温度，因此，尤其是熔液接触不到的部分的坩埚内表面氧化剧烈，坩埚容易发生氧化裂纹。
②在全长范围内均匀加热坩埚时，坩埚内部的熔液上下会产生很大的温差。
本发明的目的在于提供能减低石墨坩埚的熔液以上部分的温度以防止氧化破裂的有色金属熔化保持炉和有色金属熔液保持炉。
达到上述目的的本发明如下所述(1)提供一种有色金属熔化保持炉，具备石墨坩埚；在该石墨坩埚的下部支承石墨坩埚的支承台；包围上述石墨坩埚和上述支承台的炉体；安装在该炉体上并向炉体内喷射火炎的喷烧器，其特征在于将上述喷烧器的安装位置和火炎喷射方向设定在上述石墨坩埚的下方，同时排气口位置也设定在上述石墨坩埚的下方。
(2)提供一种有色金属熔液保持炉，具备石墨坩埚；包围并悬吊该石墨坩埚的铁坩埚；包围该铁坩埚并在该铁坩埚上部支承铁坩埚的炉体；安装在该炉体上并向炉体内喷射火炎的喷烧器，其特征在于将上述喷烧器的安装位置和火炎喷射方向设定在上述铁坩埚的下方，同时排气口位置也设定在上述石墨坩埚的下方。
在上述(1)的有色金属熔化保持炉中，由于火炎位于石墨坩埚的下方，排气口也位于石墨坩埚的下方，炉内下部成为高温，上部比下部温度低。因此，石墨坩埚是在石墨坩埚下部进行加热，石墨坩埚上部不加热到石墨坩埚下部的程度。于是，石墨坩埚的熔液以上部分(与熔液接触的部分与熔液的温度大致相同)在高温下的氧化(主要是由石墨坩埚内侧的含有氧的空气引起的氧化)得到抑制。另外由于熔液是在下部进行加热，借助自然对流上下搅拌，在上下方向大致成为均一的温度。因此，在石墨坩埚内产生的热应力也得到抑制。
在上述(2)的有色金属熔液保持炉中，由于火炎位于铁坩埚的下方，排气口也位于铁坩埚的下方，炉内下部成为高温，上部比下部温度低。因此，石墨坩埚通过铁坩埚在石墨坩埚下部进行加热，石墨坩埚上部不加热到石墨坩埚下部的程度。于是，石墨坩埚的熔液以上部分在高温下的氧化(由石墨坩埚内侧的含有氧的空气引起的氧化)得到抑制。另外，由于熔液是在下部进行加热，借助自然对流上下搅拌，在上下方向大致成为均一的温度。
上述本发明的目的、结构和作用效果，从参照以下的附图进行的本发明的实施例的说明中会更加明确，并且会更容易理解。在以下的附图中
图1是有关本发明的第1发明第1实施例的有色金属熔化保持炉的平面图；图2是图1的剖视图；图3是有关本发明的第1发明第2实施例的有色金属熔化保持炉的平面图；图4是图3的剖视图；图5是有关本发明的第2发明的有色金属熔液保持炉的平面图；图6是图5的剖视图；图7是连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器及其管道配置的概略系统图。
图1-图4表示本发明的第1发明的有色金属熔化保持炉，其中图1、图2表示第1发明的第1实施例，图3、图4表示第1发明的第2实施例。图5、图6表示本发明的第2发明的有色金属熔液保持炉。图7是能适用于所有发明的喷烧器，特别是表示连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器。在全部发明的共同的结构部分上标注相同的标记。
首先，就第1发明的有色金属熔化保护炉10说明在第1、第2实施例中共同的结构。
有色金属熔化保持炉10具备石墨坩埚1、在下部(底部)支承石墨坩埚1的支承台2、包围石墨坩埚1和支承台2的炉体4、安装在炉体4上并向炉体4内喷射火炎的喷烧器5。喷烧器5在炉体4上的安装位置是在石墨坩埚1的下方，火炎喷射方向也是朝向石墨坩埚1之下之处。因此，火炎与石墨坩埚1不直接接触。在喷烧器5自身或炉体4上设置排气口6，排气口6也位于石墨坩埚1的下方。喷烧器5最好使用图7中所示的连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器，但并不局限于此，也可使用先有的喷烧器。
如图7所示，连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器5包括由喷射燃料和引导空气的燃料喷射喷嘴51、蓄热体52、回转盘53、给气通气用开口部60和排气通气用开口部61、给气孔55和排气孔56、突出部54、壳体64。上述蓄热体52包围在燃料喷射喷嘴51的周围，并由隔壁63沿着周向分割成多块，是用蜂窝状陶瓷构成；上述回转盘53可围着轴心回转；上述给气通气用开口部60和排气通气用开口61是设置在回转盘53上；上述给气孔55和排气孔56是由设置于给排气面上的通气孔构成，给排可以变换；上述突出部54是由给排气面向炉体内的空间部突出；上述壳体64的内部装有蓄热体52和回转盘53。鼓风机57或压缩机通过给气通道58将给气向给气通气用开口部60送入，由排气通气用开口部61出来的排气通过排气通道59排放到大气中。在排气通道59的途中设置排泄阀62，在积存有水的情况下，能排泄出去。在排气通过蓄热体52时，使排气在蓄热器52上进行蓄热，由于回转盘53的回转变换给排之后，给气在蓄热体52上通过而将给气加热。例如约为20℃的给气由蓄热体52进行加热，在通过蓄热体52由给气孔55喷出时例如成为约900℃的燃烧空气，由炉内排出到排气孔56时成为例如约1000℃。排气通过蓄热体52时，将蓄热体52加热，且自身的温度下降成为例如约200℃，排放到大气内。象连续蓄热燃烧用喷烧器5那样，喷烧器本身具有排气孔56时，在炉体4上可不设排气口6。但排气孔56必须设置在石墨坩埚1的下方。
下面，说明在第1发明的各实施例中特有的结构。
在第1发明的第1实施例中，如图1、图2所示，喷烧器5的火炎喷射方向是在石墨坩埚1的正下方朝向炉体4的圆形的中心。支承台2有2条平行的脚部2a、2b，2条脚2a、2b之间的空间沿着火炎喷射方向穿通。因此，火炎通过2条腿部2a、2b之间再直线前进。在炉体4的内壁面的沿着炉体直径方向与喷烧器5对向的位置上，安装有气流分配台座7。气体流分配台座7形成中间部朝向喷烧器5突出的中间突出部7a。该中间突出部7a沿着上下延伸，将喷烧器5喷出的火炎和燃烧流分成左右2部分，各自沿着炉体4的内壁面向喷烧器5的方向回流。在喷烧器5上设置许多给气孔55和排气孔56的情况下，这些孔是相对于气流分配台座7的中间突出部7a设置在左右对称的位置上，以使燃烧流与突出部7a左右对称地接触。例如给气孔55设置2个，排气孔56设置2个的情况下，2个给气孔55和2个排气孔56是设置在具有水平延伸的2个边和铅直延伸的2个边的正方形的角上，并设置成2个给气孔55相对于中间突出部7a是左右对称或2个排气孔56相对于中间突出部7a是左右对称。在这种情况下，气流分配台座7的中间突出部7a穿过将该正方形投影到气流分配台座7上时得到的正方形的中心并且沿着上下方向延伸。
在第1发明的第2实施例中，如图3、图4所示，喷烧器5的火炎喷射方向对于炉体4内部的圆形空间来说是朝向切线方向，而且朝向水平。在这种情况下的燃烧流在炉体内的下部形成旋转流。
下面，说明在第1发明的各实施例中的共同的作用。由喷烧器5出来的火炎是在石墨坩埚1的下方，因此石墨坩埚1的底部由于高温的燃烧为气和火炎发出的气体辐射与对流从外部加热成为约900℃-1000℃。但是，排气出口是在炉体4的下部，高温废气不在炉上部旋转，因此炉体4内的上部比炉体4内的下部温度低，例如约为700℃，在石墨坩埚1中熔液面变化区域之上的部分约为700℃。
炉体4内由排气充满，几乎没有氧气，处于有CO2、H2O存在的缺氧气氛中。另一方面，由于石墨坩埚1的内部有空气，假如石墨坩埚1内达到高温时则进行氧化。象以往那样，在将石墨坩埚全长加热以约900℃-1000℃的情况下，石墨坩埚内高温氧化的进行就达到不能忽视的程度，还会发生氧化裂纹。但是，在本发明中，如上所述，与以往比较，石墨坩埚1的温度降低意达约200℃，因此大幅度地抑制其高温氧化，不易发生氧化裂纹。
另外，石墨坩埚1是在石墨坩埚下部进行加热，因此石墨坩埚1内的熔液(例如铝合金)是从下部进行加热，熔液通过对流进行搅拌，全部熔液成为大致均一的温度。因此，提高了对于熔液温度变化的响应，所以熔液温度控制精度与提高了，在以往，熔液温度控制精度为要求温度±约10℃，与此相反，在本发明中熔液温度控制精度提高到要求温度±约5℃。
由排气孔56排出的气体含有多量由于燃料的燃烧产生的CO2、H2O，其中H2O在排气通道59中到达100℃以下时进行结露，但由于有排泄阀62，在排气通道59中积存有水的情况下可以排放出去。在排气中含有CO的情况下，由于使蓄热体52持有氧化催化剂，能氧化成CO2而无害化。
另外，在使用连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器5时，排气温度降低，与以往的使高温气体保持着高温排出的情形相比，能大幅度地改善热效率。
下面说明第1发明的各实施例中特有的作用。就第1发明的第1实施例来说，火炎通过石墨坩埚1的正下方，石墨坩埚1是借助来自火炎的气体辐射和对流中热底面。另外，燃烧气体由气流分配台座7的突出部7a左右2等分，分别沿着左右炉体内壁面向喷烧器5方向回流，一部通过喷烧器5的排气孔56排出到大气中，其余随着燃烧气体再次流向气流分配台座7。
关于第1发明的第2实施例的作用，火炎和燃烧气体是在炉底部旋转，石墨坩埚1是从斜下方在全周范围内由气体辐射和对流大致均匀地进行加热。
下面，说明本发明的第2发明的有色金属熔液保持炉20的结构。
有色金属熔液保持炉20如图5、图6所示，具备石墨坩埚1、包围并悬吊石墨坩埚1的铁坩埚3、包围铁坩埚3并在铁坩埚的上部支承铁坩埚3的炉体4、安装在炉体4上并向炉体4内喷射火炎的喷烧器5。喷烧器5在炉体4上的安装位置是在铁坩埚3的下方，火炎喷射方向也是朝向铁坩埚3之下的位置。在喷烧器自身或炉体4上设置排气口6，排气口6也位于铁坩埚3的下方。关于喷烧器5，最好使用图7所示的连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器，但并不局限于此，也可使用以往的喷烧器。在铁坩埚3的下方没有支承台。在炉体4的内壁面之中，在沿着炉体直径方向与喷烧器5对向的部位上设置气流分配台座7。气流分配台座7在中央具有沿上下方向延伸的朝向喷烧器5突出的突出部7a，左右均等地分配由喷烧器5喷出的火炎、燃烧流。在炉体4的内壁上，电加热器8设置在铁坩埚3的侧方。但电加热器8并不是必须的。
下面说明第2发明的作用。由喷烧器5喷出的火炎、燃烧气体通过铁坩埚3的正下方，由气体辐射和对流加热铁坩埚3的底面。石墨坩埚1是借助来自铁坩埚3的导热进行加热。石墨坩埚1和铁坩埚3是下部被加热，上部的熔液面变化区域以上的部分的温度比下部低例如约200℃。因此，由于坩埚内空气中的氧引起的石墨坩埚1的高温氧化得到抑制，还能防止石墨坩埚1的氧化裂纹。
石墨坩埚1内的熔液是在下部进行加热，产生自然对流并被搅拌，上下的温度差也难以发生，全体大致是均一的温度。在以往的只用电加热器进行的坩埚侧面加热中，只能将熔液温度抑制在要求温度±约10℃，而在本发明中能抑制到要求温度±约5℃。
另外，利用连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器5时，热效率提高的情形与第1发明中说明的相同。
本发明的效果如下从权利要求1-4的有色金属熔化保持炉来看，从喷烧器喷出的火炎位于石墨坩埚的下方，将石墨坩埚的下部加热，石墨坩埚上部的位于熔液之上的部分的温度，能比下部降低，能防止石墨坩埚在高温下的氧化及由此而引起的裂纹。
从权利要求5、6的有色金属熔液保持炉来看，从喷烧器喷出的火灾位于铁坩埚的下方，将铁坩埚的下部加热，因此石墨坩埚也是在下部进行加热，石墨坩埚的位于熔液之上的部分的温度，能比下部降低，能防止石墨坩埚在高温下的氧化及由此而引起的裂纹。
本发明并不仅限于以上所说明的实施例，也包括本发明的权利要求书中所记载的范畴所含有的改进例(modifications)和变形例(alterations)。
权利要求
1.一种有色金属熔化保持炉，具备石墨坩埚；在该石墨坩埚下部支承石墨坩埚的支承台；包围上述石墨坩埚和上述支承台的炉体；安装在炉体上并向炉体内喷射火炎的喷烧器，其特征在于上述喷烧器的安装位置和火炎喷射方向是设置在上述石墨坩埚的下方，同时排气口的位置也是设置在上述石墨坩埚的下方。
2.按权利要求1所述的有色金属熔化保持炉，其特征在于在上述炉体的沿着炉体直径方向与上述喷烧器相对的部位上，设置具有朝向上述喷烧器突出的中间突出部的气流分配台座。
3.按权利要求1所述的有色金属熔化保持炉，其特征在于上述喷烧器对于上述炉体内部的圆筒状空间来说是朝向切线方向。
4.按权利要求1所述的有色金属熔化保持炉，其特征在于上述喷烧器是蓄热燃烧式喷烧器。
5.一种有色金属熔液保持炉，具备石墨坩埚；包围并悬吊上述石墨坩埚的铁坩埚；包围上述铁坩埚并在该铁坩埚上部支持铁坩埚的炉体；安装在该炉体上并向炉体内喷射火炎的喷烧器，其特征在于上述喷烧器的安装位置和火炎喷射方向是设定在上述铁坩埚的下方，同时排气口位置也是设定在上述石墨坩埚的下方。
6.按权利要求5所述的有色金属熔液保持炉，其特征在于在上述炉体的沿炉体直径方向与上述喷烧器相对的部位上，设置具有朝向上述喷烧器突出的中间突出部的气流分配台座。
7.按权利要求5所述的有色金属熔液保持炉，其特征在于上述喷烧器是蓄热燃烧式喷烧器。
全文摘要
有色金属熔化保持炉10是将喷烧器5和排气口6设置在石墨坩埚1的下方。有色金属熔液保护炉20是将喷烧器5和排气口6设置在包围石墨坩埚1的铁坩埚3的下方。喷烧器5例如是连续燃烧式的蓄热燃烧式喷烧器。
文档编号F27B14/14GK1162102SQ9610282
公开日1997年10月15日 申请日期1996年4月10日 优先权日1996年4月10日
发明者西山智彦, 三谷和久, 田中良一 申请人:丰田自动车株式会社, 日本锅炉工业株式会社