外部熱源首先加熱坩堝,坩堝被熱后,再傳熱給坩堝內(nèi)部的金屬爐料或熔液。根據(jù)這種傳熱特點(diǎn),坩堝爐是外熱式熔化爐,為提高熱效率。坩堝均制成直徑較高度的尺寸為小的形式,以增加金屬與坩堝壁的接觸面積。這樣,熔化后的液體金屬與外界氣氛的接觸面積相對(duì)較小,可減輕金屬的氧化和吸氣,對(duì)金屬有利。 在熔煉鋁合金時(shí),多采用的坩堝有兩種,一種是強(qiáng)度和耐火度均較高的石墨坩堝,另一種是鑄鐵坩堝。
(1)石墨坩堝:石墨坩堝由專業(yè)耐火材料廠生產(chǎn)供應(yīng),坩堝尺寸和容量的規(guī)格很多,坩堝的號(hào)數(shù)即熔化銅合金的公斤數(shù),如50號(hào)坩堝能熔化50公斤銅,若熔化鋁時(shí),其容量應(yīng)除以0.4的系數(shù)。石墨坩堝可以多次使用,但總體講壽命較短,且隨著使用時(shí)間的加長(zhǎng),坩堝的導(dǎo)熱性能下降,影響了熱效率和生產(chǎn)效率。
(2)鑄鐵坩堝爐: 因鋁合金熔化溫度較低,多在700--800℃,因此大量采用金屬坩堝,常用的是鑄鐵坩堝爐。普通鑄鐵坩堝價(jià)格低、強(qiáng)度高和導(dǎo)熱性好,為生產(chǎn)廣泛采用,但壽命短,生產(chǎn)中會(huì)頻繁更換坩堝。為提高鑄鐵坩堝的壽命,亦可采用含有鎳、鉻或鋁的耐熱鑄鐵或耐熱鋼的坩堝,以增長(zhǎng)其使用壽命。熔化鋁合金用的鑄鐵坩堝容量多是30--250公斤,一般不超過(guò)300公斤,大容量的可達(dá)500公斤以上。
為防止熔化過(guò)程中坩堝中的鐵滲入鋁液,也為保護(hù)坩堝,坩堝在使用之前必須在坩堝內(nèi)壁上噴刷防護(hù)涂料后再使用,坩堝爐的涂料情況在相關(guān)材料中可以查到。大型坩堝爐多是固定式的,熔煉過(guò)程完成后,可用澆勺由坩堝中舀取熔液澆注,對(duì)大鑄件也可以將坩堝吊出來(lái)澆注。許多中、小型電阻坩堝爐帶有傾動(dòng)機(jī)構(gòu),可以傾出坩堝中的溶液。
目前坩堝爐正在向大型化和控制系統(tǒng)機(jī)械化方向發(fā)展,可傾動(dòng)式的大型坩堝爐,傾轉(zhuǎn)爐身即可澆出熔液。
1.2.2反射爐
熔池式爐膛的熔煉設(shè)備稱為反射爐。原始的反射爐是燃煤的,有燃燒室,火焰通過(guò)拱型的爐頂反射到熔煉室。隨著再生鋁技術(shù)的發(fā)展,大量現(xiàn)代化的反射爐已經(jīng)不采用煤為燃料,更多的采用燃油和燃?xì)猓虼耍瓷錉t的概念已經(jīng)淡化,目前一般都稱之為火焰式熔煉爐。燃料加熱的反射爐主要由爐底、爐墻和爐頂構(gòu)成熔煉室。形成深度淺而面積廣的熔池,以盛放金屬爐料及熔化的液體金屬。爐墻正面有加料和操作用的爐門(mén)。正規(guī)的熔煉爐是配備煙囪的,這樣可以有效的改變操作環(huán)境,節(jié)約能源和便于治理煙氣的污染,但目前實(shí)際中許多企業(yè)的爐子沒(méi)有煙囪,一些是敞開(kāi)的,一些在爐門(mén)設(shè)有集煙罩。燃煤的爐子在熔煉過(guò)程中,從燃燒室來(lái)的高溫爐氣從側(cè)面窗孔沖入熔煉室,而燃油、燃?xì)獾臓t子的火焰直接噴入爐內(nèi),加熱了爐頂和爐墻,同時(shí)也加熱了爐料。金屬爐料就是靠高溫爐氣和被熱到高溫的爐頂和爐墻的輻射來(lái)加熱和熔化的,反射爐因用燃料不同,其構(gòu)造有較大的差異。
由于反射爐爐堂容積大,其容量可達(dá)幾十噸,目前熔煉鋁合金的爐子大的可達(dá)50噸以上。故可以熔煉各種的爐料,很適用于生產(chǎn)量較大的再生鋁企業(yè)。目前反射爐是熔煉鋁合金的主要設(shè)備。
反射爐有矩形的和圓形的,而大多數(shù)采用矩形的,該種爐型筑造比較容易,造價(jià)較低。圓形反射爐成本高,維修不方便,但熱能利用率較高,因?yàn)橄嗤闹荛L(zhǎng)圓的表面積最大,因此,相同周長(zhǎng)的爐子,圓爐的表面積最大,受熱的面積大,熱效率高。
反射爐在生產(chǎn)中因金屬被直接加熱,故熱效率高,爐料和熔液淺,故升溫快和生產(chǎn)率高。同時(shí),反射爐在清除爐內(nèi)雜質(zhì)時(shí)也比較容易。但由于金屬與燃燒氣相接觸,故金屬的氧化和吸收氣體嚴(yán)重,故雜質(zhì)較多,影響熔液質(zhì)量。另外,由于火焰與爐料直接接觸,鋁的燒損較大,回收率相對(duì)于坩堝爐要低。
反射爐亦可采用電阻加熱方式,即電阻反射爐,電阻絲(帶)或碳化硅棒懸掛在爐頂土,靠高溫的電熱元件和爐頂輻射傳熱,加熱爐底上的金屬。它適用熔化熔點(diǎn)較低的鋁合金,電阻反射爐的勞動(dòng)條件較好,熔煉鋁合金質(zhì)量好,但是耗電量很大是嚴(yán)重缺點(diǎn)。反射爐在再生鋁行業(yè)大量應(yīng)用,并派生出許多爐型。
(1)雙室反射爐:雙室反射爐是一種熔煉再生鋁合金的專用設(shè)備,因其有能耗低、燒損率低、金屬回收率高的優(yōu)點(diǎn),故被歐美一些再生鋁企業(yè)廣泛采用。但由于各國(guó)之間的技術(shù)壁壘,雙室反射爐在我國(guó)很少采用。
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