專利名稱：劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置及方法，實現(xiàn)鋁液在熔鋁爐中連續(xù)循環(huán)流動。它屬于金屬熔煉技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
熔鋁爐中鋁液循環(huán)是實施低溫熔煉專利技術(shù)的核心環(huán)節(jié)，也是實現(xiàn)鋁合金高效、低能耗、低材料損耗熔煉的重要措施。目前國內(nèi)外推動鋁液流動實施鋁液循環(huán)的驅(qū)動裝置基本上有二大類以美國的Lotuss型循環(huán)泵為代表的機械離心式鋁液泵以及以電磁力為驅(qū)動力的電磁鋁液泵(包括電磁泵和永磁泵)。機械離心式鋁液泵實際上就是將離心水泵的原理用于鋁液的驅(qū)動。目前用得最成功的是美國的Tensor 型鋁液泵。但由于該泵運行需在嚴格而復(fù)雜的工藝操作要求下使用，而且葉輪與泵體以及其他易損件的更換費用達到驚人的高度(根據(jù)該公司的報價，每年的易損件的更換費用達30余萬元)。高昂的維護費用，使該鋁液泵只有用于大噸位的熔鋁爐(噸位在60噸以上)，才有可能。以電磁力為驅(qū)動力的電磁鋁液泵因其造價和維持鋁液的循環(huán)所耗費的電能(每小時耗電上百度)，以及永磁泵的使用溫度不宜過高，并有磁性逐漸衰退的現(xiàn)象。而使該以電磁力為驅(qū)動力的電磁鋁液泵(包括電磁泵和永磁泵)，也只能用于短時間的攪拌而不用于鋁液長期循環(huán)。專利‘往復(fù)式鋁液循環(huán)裝置’(申請?zhí)?00810107399. 8)是一種利用槳葉的往復(fù)運動實現(xiàn)熔鋁爐內(nèi)鋁液循環(huán)的方法。在槳葉的進程，葉面推動鋁液運動，將高溫的鋁液從加熱室吸出，同時把鋁液槽內(nèi)的鋁液推入加料室。在返程時，槳葉在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面順著鋁液流動方向，流線型的截面使槳葉返回時不對鋁液流動產(chǎn)生干擾。如此往復(fù)，達到將鋁液從加熱室輸送到加料室的目的。它解決了上述機械離心式鋁液泵以及電磁鋁液泵(包括電磁泵和永磁泵)二類鋁液輸送裝置運行中所存在的問題，大幅度降低了鋁液輸運裝置的制造成本和日常運行費用。但這發(fā)明專利‘往復(fù)式鋁液循環(huán)裝置’(申請?zhí)?00810107399. 8)實現(xiàn)的是對鋁液的間隙輸運，即是一種鋁液脈動性的流動，鋁液表面容易破壞，鋁液氧化吸氣比較厲害。本方法是模擬‘劃槳’動作，利用多個槳葉的劃槳式鋁液輸運裝置(圖I)的槳葉I擠送鋁液的原理而工作槳葉I在循環(huán)熔溝J區(qū)內(nèi)運動時，槳葉的葉面在鋁液中向單一方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)的熔溝口 G區(qū)吸入熔溝，同時把熔溝J區(qū)內(nèi)的鋁液由熔溝口(H區(qū))推出，進入熔鋁爐的熔池(I區(qū))。槳葉在回程溝K區(qū)內(nèi)運動時，槳葉I在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面順著回程溝K區(qū)軸線方向，流線型的截面使槳葉返回時不對鋁液產(chǎn)生推動，回程溝K區(qū)的變截面，使槳葉通過回程溝K區(qū)時，對鋁液流動的干擾達到最??；槳葉I回至原點后，槳葉I再次在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，回至原始葉面垂直于運動軸線狀態(tài)，進入第二次‘劃槳’的準備狀態(tài)。如此往復(fù)，達到鋁液的輸運，并因采用了多個槳葉，從而實現(xiàn)了連續(xù)輸運鋁液的目的。由于鋁液的連續(xù)輸運，流動平穩(wěn)，鋁液的表面波動小，表面的氧化膜不易破壞，鋁液的氧化吸氣得到了改善。
該發(fā)明利用多個槳葉I運動實現(xiàn)鋁液循環(huán)變頻電機5的動力驅(qū)動使鏈輪鏈條4帶動浸泡在鋁液中的槳葉I沿設(shè)定的軌道旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致熔溝中的鋁液沿運動方向流動，將熔鋁爐I區(qū)中的鋁液從熔鋁爐I區(qū)的一側(cè)熔溝口 G區(qū)進入熔溝J區(qū)，再由熔溝的另一端的熔溝口H區(qū)流回熔爐的熔池I區(qū)，并有多個槳葉1，在特定設(shè)計的運動軌跡上運動(見附圖2)，從而實現(xiàn)了鋁液在熔鋁爐內(nèi)的連續(xù)循環(huán)。槳葉旋轉(zhuǎn)裝置3完成槳葉在指定的位置(a、e點)90°的轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)槳葉I在回程時葉面與運動方向平行，達到槳葉返回時不對鋁液產(chǎn)生推動。槳葉夾持器3將槳葉I夾持在鏈條上，使槳葉I跟隨鏈條4沿運動軌跡運動。
該發(fā)明中的多個槳葉I是沿特定設(shè)計的槳葉運動軌跡和狀態(tài)運動，來實現(xiàn)對鋁液的連續(xù)輸運的。槳葉運動軌跡(a — b — c — d — e — f — a)由4段組成由附圖2中a_b直線、b-c-d弧線、d-e直線段和e-f-a直線段4段組成。a~b直線、b-c-d弧線、d-e直線段二段構(gòu)成鋁液循環(huán)段；e-f_a直線段構(gòu)成槳葉I的回程段。槳葉I在循環(huán)段(a-b-c-d-e)運動時，槳葉面垂直于運動軌跡(a-b-c-d-e段)方向。在槳葉運動軌跡的特定點(a、c點),槳葉分別轉(zhuǎn)90 。，使槳葉面在回程段(e-f-a段)平行于運動方向，并在進入循環(huán)段(a-b-c-d-e段)時，槳葉面重新恢復(fù)到與運動軌跡垂直狀態(tài)。槳葉I在循環(huán)熔溝(J區(qū))內(nèi)運動時，槳葉的葉面在鋁液中向單一方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)的熔溝口 G區(qū)吸入熔溝，同時把熔溝(J區(qū))內(nèi)的鋁液由熔溝口(H區(qū))推出。槳葉在回程溝(K區(qū))內(nèi)運動時，槳葉I在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面順著回程溝K區(qū)軸線方向，流線型的截面使槳葉I返回時不對鋁液產(chǎn)生推動。這樣，槳葉I沿該軌跡的運動和在特定的位置的轉(zhuǎn)向，獲得了最有效的鋁液輸運量。并因多個槳葉在運動軌跡上運動，從而實現(xiàn)了鋁液的連續(xù)輸運。本發(fā)明采用高強度、抗激冷激熱性能好、耐鋁液沖刷的特種復(fù)合材料制備的槳葉1，使用壽命長，售價遠低于美國的LotUSS型循環(huán)泵的葉輪與泵體基座環(huán)等易損件的價格。這種多個槳葉的劃槳式鋁液輸運裝置，使用維護簡單，維護成本低。并且，設(shè)備簡單，一次性設(shè)備投入少。有利于在中小型再生鋁生產(chǎn)企業(yè)推廣應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對已有技術(shù)存在的缺陷，提供一種改進了的劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置及方法，實現(xiàn)連續(xù)輸運鋁液，鋁液流動平穩(wěn)，鋁液表面波動小，表面的氧化膜不易破壞，鋁的氧化吸氣得到改善。為達到上述發(fā)明目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案
一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置，包括一個熔鋁爐和鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)熔鋁爐旁設(shè)有側(cè)井體，側(cè)井體內(nèi)有鋁液循環(huán)槽，呈“D”字形熔溝，由J區(qū)和K區(qū)構(gòu)成，其中“U”形段熔溝為J區(qū)，兩端分別通過熔溝進出口(G、H)接通熔鋁爐，J區(qū)兩端的直線連通段熔溝為K區(qū)；鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)包括6 — 12個槳葉、槳葉軸、槳葉旋轉(zhuǎn)裝置、帶動槳葉運動的鏈輪鏈條裝置、驅(qū)動鏈輪鏈條運動的變頻電機和減速箱、支架、隔熱板和槳葉夾持器，整套鋁液驅(qū)動機構(gòu)安裝在側(cè)井體上；在側(cè)井體中心的實心基體上方固定幾個支架，接著在支架上安裝隔熱板，鏈輪鏈條裝置安裝在隔熱板上，變頻電機和減速箱與鏈輪鏈條裝置通過皮帶輪連接及傳動，槳葉夾持器連接在鏈輪鏈條裝置上，槳葉則通過槳葉夾持器夾住槳葉軸固定，槳葉旋轉(zhuǎn)裝置安裝在隔熱板上方固定位置。一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)方法，應(yīng)用于上述裝置實現(xiàn)鋁液循環(huán)，其特征是模擬‘劃槳’動作，利用槳葉擠送鋁液的原理，使槳葉在循環(huán)熔溝(J)內(nèi)運動時，槳葉的葉面在鋁液中與鋁液流動方向垂直而向鋁液流動方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)經(jīng)熔溝進口(G)吸入J區(qū)熔溝，同時把J區(qū)熔溝內(nèi)的鋁液由熔溝出口(H)推出。槳葉在回程溝一K區(qū)內(nèi)運動時，槳葉在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面與鋁液流動方向一致，即順著回程溝一K區(qū)軸線方向，槳葉流線型的截面使槳葉返回時不對鋁液產(chǎn)生推動；回至原點后，槳葉再次在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，回至原始葉面垂直于運動軸線狀態(tài)，進入第二次‘劃槳’的準備狀態(tài)；如此往復(fù)， 達到鋁液的輸運；并因采用了多個槳葉，從而實現(xiàn)了連續(xù)輸運鋁液的目的。所述槳葉運動軌跡由4段組成第一直線段(a_b)、弧線段(b-c-d)、第二直線段(d-e)和第三直線段(e-f-a)組成；第一直線段(a_b)、弧線段(b-C_d)、第二直線段(d_e)三段構(gòu)成鋁液循環(huán)段；第三直線段(e-f-a)構(gòu)成槳葉的回程段；槳葉在循環(huán)段(a-b-c-d-e)運動時，槳葉面垂直于運動軌跡(a-b-c-d-e)方向；在槳葉運動軌跡的兩個特定點(a、c)處，槳葉分別轉(zhuǎn)90?！ㄟ^槳葉軸頂端的齒輪與a、c處固定的槳葉旋轉(zhuǎn)裝置來完成旋轉(zhuǎn)，使槳葉面在回程段(e-f-a)平行于運動方向，并在進入循環(huán)段(a-b-c-d-e)時，槳葉面重新恢復(fù)到與運動軌跡垂直狀態(tài)；槳葉在循環(huán)熔溝(J)(即a-b-c-d-e段)內(nèi)運動時，槳葉的葉面在鋁液中向單一方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)的熔溝進口(G)吸入熔溝，同時把J區(qū)熔溝內(nèi)的鋁液由熔溝出口(H)推出；槳葉在回程溝(K)(即e-f-a段)內(nèi)運動時，槳葉在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面順著回程溝一一K區(qū)軸線方向，流線型的截面使槳葉返回時不對鋁液產(chǎn)生推動；這樣，槳葉沿該軌跡的運動和在特定的位置的轉(zhuǎn)向，獲得了最有效的鋁液輸運量；并因多個槳葉在運動軌跡上運動，從而實現(xiàn)了鋁液的連續(xù)輸運。所述回程變截面熔溝一K區(qū)的熔溝為與側(cè)井中心軸對稱的變截面熔溝與中心軸相交位置處截面為足夠于槳葉能通過的最小截面；利用該由大變小，再由最小變大的截面積變化，使槳葉的回程所產(chǎn)生的對鋁液流動干擾，達到最小。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比較，具有如下顯而易見的突出實質(zhì)性特點和顯著進步
本發(fā)明采用多槳葉模擬“劃槳”動作，利用劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)，鋁液流動平穩(wěn)，鋁液表面波動小，表面的氧化膜不易破壞，鋁的氧化吸氣得到改善。


圖I是本發(fā)明劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖I中槳葉運動軌跡示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的優(yōu)選實施例結(jié)合附圖詳述如下
實施例一
參見圖1，本劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置，包括一個熔鋁爐和鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)熔鋁爐旁設(shè)有側(cè)井體，側(cè)井體內(nèi)有鋁液循環(huán)槽，呈“D”字形熔溝，由J區(qū)和K區(qū)構(gòu)成，其中“U”形段熔溝為J區(qū)，兩端分別通過熔溝進出口(G、H)接通熔鋁爐，J區(qū)兩端的直線連通段熔溝為K區(qū)；鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)包括6 — 12個槳葉、槳葉軸、槳葉旋轉(zhuǎn)裝置、帶動槳葉運動的鏈輪鏈條裝置、驅(qū)動鏈輪鏈條運動的變頻電機和減速箱、支架、隔熱板和槳葉夾持器，整套鋁液驅(qū)動機構(gòu)安裝在側(cè)井體上；在側(cè)井體中心的實心基體上方固定幾個支架，接著在支架上安裝隔熱板，鏈輪鏈條裝置安裝在隔熱板上，變頻電機和減速箱與鏈輪鏈條裝置通過皮帶輪連接及傳動，槳葉夾持器連接在鏈輪鏈條裝置上，槳葉則通過槳葉夾持器夾住槳葉軸固定，槳葉旋轉(zhuǎn)裝置安裝在隔熱板上方固 定位置。實施例二
參見圖I和圖2，本劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)方法，應(yīng)用于實施例一的裝置實現(xiàn)鋁液循環(huán)。
權(quán)利要求
1.一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置，包括一個熔鋁爐和鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)，其特征在于: 1)所述熔鋁爐旁設(shè)有側(cè)井體(6)，側(cè)井體內(nèi)有鋁液循環(huán)槽，呈“D”字形熔溝，由J區(qū)和K區(qū)構(gòu)成，其中“U”形段熔溝為J區(qū)，兩端分別通過熔溝進出口(G、H)接通熔鋁爐，J區(qū)兩端的直線連通段熔溝為K區(qū)； 2)所述鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)包括6— 12個槳葉(I)、槳葉軸(2)、槳葉旋轉(zhuǎn)裝置(3)、帶動槳葉運動的鏈輪鏈條裝置(4 )、驅(qū)動鏈輪鏈條運動的變頻電機和減速箱(5 )、支架(7 )、隔熱板(8)和槳葉夾持器(9)，整套鋁液驅(qū)動機構(gòu)安裝在側(cè)井體(6)上；在側(cè)井體(6)中心的實心基體上方固定幾個支架(7 )，接著在支架(7 )上安裝隔熱板(8 )，鏈輪鏈條裝置(4 )安裝在隔熱板上，變頻電機(5)和減速箱與鏈輪鏈條裝置(4)通過皮帶輪連接及傳動，槳葉夾持器(9 )連接在鏈輪鏈條裝置(4)上，槳葉(I)則通過槳葉夾持器(9 )夾住槳葉軸(2)固定，槳葉旋轉(zhuǎn)裝置(3)安裝在隔熱板上方固定位置；變頻電機(5)的動力驅(qū)動使鏈輪鏈條(4)帶動浸泡在鋁液中的多個槳葉(I)沿設(shè)定的熔溝(J、K)劃動，導(dǎo)致熔溝中的鋁液沿運動方向連續(xù)流動，將熔鋁爐中的鋁液從熔鋁爐(I)的一側(cè)熔溝進口(G)吸入熔溝，流過J區(qū)熔溝，再由J區(qū)熔溝的另一端的熔溝出口(H)流回熔鋁爐(I)，從而實現(xiàn)了鋁液在熔鋁爐內(nèi)的連續(xù)循環(huán)。
2.一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)方法，應(yīng)用于根據(jù)權(quán)利要求I所述的劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置實現(xiàn)鋁液循環(huán)，其特征是模擬‘劃槳’動作，利用槳葉(I)擠送鋁液的原理，使槳葉(I)在循環(huán)熔溝(J)內(nèi)運動時，槳葉的葉面在鋁液中與鋁液流動方向垂直而向鋁液流動方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)經(jīng)熔溝進口(G)吸入J區(qū)熔溝，同時把J區(qū)熔溝內(nèi)的鋁液由熔溝出口(H)推出； 槳葉(I)在回程溝——K區(qū)內(nèi)運動時，槳葉(I)在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面與鋁液流動方向一致，即順著回程溝一K區(qū)軸線方向，槳葉(I)流線型的截面使槳葉(I)返回時不對鋁液產(chǎn)生推動；回至原點后，槳葉(I)再次在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，回至原始葉面垂直于運動軸線狀態(tài)，進入第二次‘劃槳’的準備狀態(tài)；如此往復(fù)，達到鋁液的輸運；并因采用了多個槳葉，從而實現(xiàn)了連續(xù)輸運鋁液的目的。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)方法；其特征在于所述槳葉(I)運動軌跡(a — b — c — d — e — f — a)由4段組成第一直線段(a_b)、弧線段(b-C_d)、第二直線段(d-e)和第三直線段(e-f-a)組成；第一直線段(a_b)、弧線段(b-C_d)、第二直線段(d-e)三段構(gòu)成鋁液循環(huán)段；第三直線段(e-f-a)構(gòu)成槳葉(I)的回程段；槳葉(I)在循環(huán)段(a-b-c-d-e)運動時,槳葉面垂直于運動軌跡(a-b-c-d-e)方向；在槳葉運動軌跡的兩個特定點(a、c)處，槳葉分別轉(zhuǎn)90 。——通過槳葉軸頂端的齒輪與a、c處固定的槳葉旋轉(zhuǎn)裝置(3)來完成旋轉(zhuǎn)，使槳葉面在回程段(e-f-a)平行于運動方向，并在進入循環(huán)段(a-b-c-d-e)時，槳葉面重新恢復(fù)到與運動軌跡垂直狀態(tài)；槳葉(I)在循環(huán)熔溝(J)(即a-b-c-d-e段)內(nèi)運動時，槳葉(I)的葉面在鋁液中向單一方向移動，推動鋁液運動，將鋁液從熔鋁爐(I)的熔溝進口(G)吸入熔溝，同時把J區(qū)熔溝內(nèi)的鋁液由熔溝出口(H)推出；槳葉在回程溝(K)(即e-f-a段)內(nèi)運動時，槳葉I在鋁液中旋轉(zhuǎn)90°，使其葉面順著回程溝——K區(qū)軸線方向，流線型的截面使槳葉(I)返回時不對鋁液產(chǎn)生推動；這樣，槳葉(I)沿該軌跡的運動和在特定的位置的轉(zhuǎn)向，獲得了最有效的鋁液輸運量；并因多個槳葉在運動軌跡上運動，從而實現(xiàn)了鋁液的連續(xù)輸運。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)方法，其特征在于所述回程變截面熔溝一K區(qū)的熔溝為與側(cè)井中心軸對稱的變截面熔溝與中心軸相交位置處截面為足夠于槳葉(I)能通過的最小截面；利用該由大變小，再由最小變大的截面積變化，使槳葉(I)的回程所產(chǎn)生的對鋁液流動干擾，達到最小
全文摘要
本發(fā)明涉及一種劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置及方法。本裝置包括熔鋁爐和鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)，熔鋁爐旁設(shè)有側(cè)井體，側(cè)井體內(nèi)有循環(huán)鋁液槽與熔鋁爐接通，鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)安裝在側(cè)井體上。鋁液循環(huán)驅(qū)動機構(gòu)由槳葉、槳葉旋轉(zhuǎn)裝置、鏈條鏈輪裝置和電機等組成。本方法是模擬‘劃槳’動作，利用劃槳式鋁液連續(xù)循環(huán)裝置的多個槳葉擠送鋁液的原理而工作，從而實現(xiàn)了連續(xù)輸運鋁液的目的。
文檔編號F04D13/06GK102619764SQ20121012060
公開日2012年8月1日 申請日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者劉濟華, 樊榮, 毛協(xié)農(nóng), 毛協(xié)民 申請人:上海大學(xué)