外部热源首先加热坩埚,坩埚被热后,再传热给坩埚内部的金属炉料或熔液。根据这种传热特点,坩埚炉是外热式熔化炉,为提高热效率。坩埚均制成直径较高度的尺寸为小的形式,以增加金属与坩埚壁的接触面积。这样,熔化后的液体金属与外界气氛的接触面积相对较小,可减轻金属的氧化和吸气,对金属有利。 在熔炼铝合金时,多采用的坩埚有两种,一种是强度和耐火度均较高的石墨坩埚,另一种是铸铁坩埚。
(1)石墨坩埚:石墨坩埚由专业耐火材料厂生产供应,坩埚尺寸和容量的规格很多,坩埚的号数即熔化铜合金的公斤数,如50号坩埚能熔化50公斤铜,若熔化铝时,其容量应除以0.4的系数。石墨坩埚可以多次使用,但总体讲寿命较短,且随着使用时间的加长,坩埚的导热性能下降,影响了热效率和生产效率。
(2)铸铁坩埚炉: 因铝合金熔化温度较低,多在700--800℃,因此大量采用金属坩埚,常用的是铸铁坩埚炉。普通铸铁坩埚价格低、强度高和导热性好,为生产广泛采用,但寿命短,生产中会频繁更换坩埚。为提高铸铁坩埚的寿命,亦可采用含有镍、铬或铝的耐热铸铁或耐热钢的坩埚,以增长其使用寿命。熔化铝合金用的铸铁坩埚容量多是30--250公斤,一般不超过300公斤,大容量的可达500公斤以上。
为防止熔化过程中坩埚中的铁渗入铝液,也为保护坩埚,坩埚在使用之前必须在坩埚内壁上喷刷防护涂料后再使用,坩埚炉的涂料情况在相关材料中可以查到。大型坩埚炉多是固定式的,熔炼过程完成后,可用浇勺由坩埚中舀取熔液浇注,对大铸件也可以将坩埚吊出来浇注。许多中、小型电阻坩埚炉带有倾动机构,可以倾出坩埚中的溶液。
目前坩埚炉正在向大型化和控制系统机械化方向发展,可倾动式的大型坩埚炉,倾转炉身即可浇出熔液。
1.2.2反射炉
熔池式炉膛的熔炼设备称为反射炉。原始的反射炉是燃煤的,有燃烧室,火焰通过拱型的炉顶反射到熔炼室。随着再生铝技术的发展,大量现代化的反射炉已经不采用煤为燃料,更多的采用燃油和燃气,因此,反射炉的概念已经淡化,目前一般都称之为火焰式熔炼炉。燃料加热的反射炉主要由炉底、炉墙和炉顶构成熔炼室。形成深度浅而面积广的熔池,以盛放金属炉料及熔化的液体金属。炉墙正面有加料和操作用的炉门。正规的熔炼炉是配备烟囱的,这样可以有效的改变操作环境,节约能源和便于治理烟气的污染,但目前实际中许多企业的炉子没有烟囱,一些是敞开的,一些在炉门设有集烟罩。燃煤的炉子在熔炼过程中,从燃烧室来的高温炉气从侧面窗孔冲入熔炼室,而燃油、燃气的炉子的火焰直接喷入炉内,加热了炉顶和炉墙,同时也加热了炉料。金属炉料就是靠高温炉气和被热到高温的炉顶和炉墙的辐射来加热和熔化的,反射炉因用燃料不同,其构造有较大的差异。
由于反射炉炉堂容积大,其容量可达几十吨,目前熔炼铝合金的炉子大的可达50吨以上。故可以熔炼各种的炉料,很适用于生产量较大的再生铝企业。目前反射炉是熔炼铝合金的主要设备。
反射炉有矩形的和圆形的,而大多数采用矩形的,该种炉型筑造比较容易,造价较低。圆形反射炉成本高,维修不方便,但热能利用率较高,因为相同的周长圆的表面积最大,因此,相同周长的炉子,圆炉的表面积最大,受热的面积大,热效率高。
反射炉在生产中因金属被直接加热,故热效率高,炉料和熔液浅,故升温快和生产率高。同时,反射炉在清除炉内杂质时也比较容易。但由于金属与燃烧气相接触,故金属的氧化和吸收气体严重,故杂质较多,影响熔液质量。另外,由于火焰与炉料直接接触,铝的烧损较大,回收率相对于坩埚炉要低。
反射炉亦可采用电阻加热方式,即电阻反射炉,电阻丝(带)或碳化硅棒悬挂在炉顶土,靠高温的电热元件和炉顶辐射传热,加热炉底上的金属。它适用熔化熔点较低的铝合金,电阻反射炉的劳动条件较好,熔炼铝合金质量好,但是耗电量很大是严重缺点。反射炉在再生铝行业大量应用,并派生出许多炉型。
(1)双室反射炉:双室反射炉是一种熔炼再生铝合金的专用设备,因其有能耗低、烧损率低、金属回收率高的优点,故被欧美一些再生铝企业广泛采用。但由于各国之间的技术壁垒,双室反射炉在我国很少采用。
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