一種金屬冶煉爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種高效節(jié)能的金屬冶煉爐。
[0002]
【背景技術(shù)】
[0003]金屬冶煉工業(yè)屬于高能耗高污染行業(yè)，隨著能源價(jià)格不斷上漲，燃料的消耗成本在加工成本中所占比例越來越高，并伴隨自然資源的大量消耗、大量的碳排放以及嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了減少冶金爐生產(chǎn)過程中的燃料消耗，相關(guān)研究機(jī)構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)不斷探索新的技術(shù)以降低成本，同時(shí)減少對(duì)環(huán)境的污染。
[0004]目前，整個(gè)冶金行業(yè)的金屬冶煉爐節(jié)能以及燃料的高效利用方面的新發(fā)明新技術(shù)主要集中在兩個(gè)方面:一是通過新技術(shù)實(shí)現(xiàn)燃料的充分燃燒;二是盡可能地回收余熱。
[0005]然而，在上述燃料的充分燃燒以及回收余熱方面，目前技術(shù)已經(jīng)非常成熟，并且已經(jīng)達(dá)到極限程度，難以在該等方面進(jìn)行研究以提高冶煉爐的節(jié)能性能。
[0006]所以有必要進(jìn)行開發(fā)研究，以提供一種新的有異于燃料的充分燃燒技術(shù)或回收余熱技術(shù)的技術(shù)方案，從而提高熱能利用率，以達(dá)到更加節(jié)能的目的。
[0007]

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種金屬冶煉爐，提高熱能利用率，以達(dá)到更加節(jié)能的目的。
[0009]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種金屬冶煉爐，包括有爐底、爐墻、爐頂墻體、爐門、爐膛;其中，爐膛的上半部分為熱煙氣室，下半部分放置要被加熱的金屬；爐膛的上半部分和下半部分之間設(shè)置有用于提高金屬的吸熱速度的強(qiáng)化傳熱層。
[0010]進(jìn)一步地，還包括有燃燒系統(tǒng)，所訴的燃燒系統(tǒng)包括有風(fēng)口和火口。
[0011]進(jìn)一步地，將導(dǎo)熱材料粉末噴入熱煙氣室，粉末逐漸積累形成強(qiáng)化傳熱層。
[0012]進(jìn)一步地，所述強(qiáng)化傳熱層外表到內(nèi)部密布相互連通的小孔。
[0013]進(jìn)一步地，所述粉末由燃燒系統(tǒng)的風(fēng)口、火口噴入熱煙氣室或另接管道直接噴入熱煙氣室。
[0014]進(jìn)一步地，所述強(qiáng)化傳熱層緊貼金屬表面。
[0015]進(jìn)一步地，所述強(qiáng)化傳熱層熱輻射吸收比大于0.3。
[0016]進(jìn)一步地，所述強(qiáng)化傳熱層的厚度為0.5cm-20cmo
[0017]本發(fā)明另一技術(shù)方案為，一種金屬冶煉爐的制造方法，包括如下步驟:
提供一金屬冶煉爐本體，其中，所述金屬冶煉爐本體包括:爐底、爐墻、爐頂墻體、爐膛、爐門、以及燃燒系統(tǒng);爐膛的上半部分為熱煙氣室，下半部分放置被冶煉的金屬；
在爐膛的上半部分和下半部分之間設(shè)置一層用于提高金屬的吸熱速度的強(qiáng)化傳熱層。
[0018]進(jìn)一步地，將以碳化硅為基礎(chǔ)的粉末噴入熱煙氣室，粉末逐漸積累形成強(qiáng)化傳熱層。
[0019]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明金屬冶煉爐將爐膛內(nèi)上半部分內(nèi)的熱煙氣的熱量傳遞給下半部分被加熱金屬的熱傳遞強(qiáng)度提高到兩倍以上至數(shù)十倍，直接導(dǎo)致排煙溫度降低減少熱量損失、金屬升溫速度加快縮短了燃料燃燒時(shí)間，可產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。
[0020]
【附圖說明】
[0021]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0022]圖1是本發(fā)明金屬冶煉爐的原理示意圖。
[0023]圖2是未設(shè)置強(qiáng)化傳熱層時(shí)的金屬冶煉爐圖示。
[0024]圖3是沿圖1的A-A剖面示意圖。
[0025]
【具體實(shí)施方式】
[0026]本發(fā)明實(shí)施例提供了一種高效節(jié)能的金屬冶煉爐，其通過在冶金過程中加強(qiáng)傳熱，以提高金屬吸熱。
在傳熱方面，金屬冶煉爐內(nèi)金屬的吸熱是通過金屬表面(即爐膛上下部分分界面)的對(duì)流傳熱和金屬表面吸收輻射的傳熱兩部分完成。在有色冶金冶煉過程中，由于有色金屬黑度普遍較低(如鋁和鋁合金的黑度小于0.25)，對(duì)熱輻射的吸收比α也很低，被加熱的金屬其表面在輻射傳熱方式下接收熱量的效率很低(如鋁和鋁合金只接收到不足30%的來自于爐頂和爐墻輻射過來的熱能)；另外，對(duì)流傳熱方式受限于金屬表面有限的面積和熱煙氣有限的流動(dòng)速度，所以目前金屬冶煉爐的對(duì)流傳熱的強(qiáng)度也十分有限。
[0027]本發(fā)明通過一種傳熱新技術(shù)方案，極大地提高了對(duì)流和輻射傳熱的效率和速度，能夠?qū)φ麄€(gè)金屬冶煉爐節(jié)能降耗產(chǎn)生重大影響。
[0028]為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點(diǎn)能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而非全部實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0029]本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一”、“第二”等是用于區(qū)別類似的對(duì)象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下可以互換，這僅僅是描述本發(fā)明的實(shí)施例中對(duì)相同屬性的對(duì)象在描述時(shí)所采用的區(qū)分方式。此外，術(shù)語“包括”和“具有”以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，以便包含一系列單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于那些單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它單元。
[0030]以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明金屬冶煉爐通過輸入導(dǎo)熱材料粉末到金屬冶煉爐內(nèi)熱煙氣和被加熱的金屬(固態(tài)或液態(tài))之間形成一層強(qiáng)化傳熱層。
[0032]作為本發(fā)明一實(shí)施例，傳熱層從外表到內(nèi)部密布相互連通的小孔，傳熱層不要求一定要同等厚度、也不要求是同等密度。熱煙氣通過這些小孔時(shí)對(duì)流傳熱面積比原來的對(duì)流傳熱面積(即金屬表面積、也是爐膛上下部分分界面的面積，約等于爐膛面積)增加數(shù)倍至數(shù)百倍，由于對(duì)流傳熱量與對(duì)流面積成正比，因而強(qiáng)化了對(duì)流傳熱速度。其次，小孔還提高了對(duì)流傳熱系數(shù)和傳熱層的吸收比。
[0033]作為本發(fā)明另一實(shí)施例，傳熱層的輻射吸收比高于被加熱金屬(固體或液體)的2-5倍，由于物體對(duì)輻射熱能的吸收量與物體本身的吸收比成正比，傳熱層對(duì)于爐膛上半部分爐壁耐火材料輻射過來的熱量吸收率增加了2-5倍。也可以采用人工黑體。實(shí)驗(yàn)證明，只要傳熱層的吸收比高于金屬表面的吸收比就可以產(chǎn)生節(jié)能效果。
[0034]作為本發(fā)明另一實(shí)施例，傳熱層材料為高導(dǎo)熱率材料，在成本許可的情況下導(dǎo)熱率越高越好，可以迅速將吸收的熱能傳遞給被加熱金屬。本發(fā)明實(shí)施例中，所述傳熱層的材料以碳化硅為基礎(chǔ)。當(dāng)然，使用更好的導(dǎo)熱材料如石墨烯為基礎(chǔ)材料，會(huì)取得更好的效果。實(shí)踐證明，本發(fā)明的傳熱層材料導(dǎo)熱率只要大于lw/mk就可以產(chǎn)生節(jié)能效果，如果材料導(dǎo)熱率大于5w/mk可產(chǎn)生相當(dāng)好的效果，本發(fā)明實(shí)施例中，所述傳熱層材料的導(dǎo)熱率為2w/mk-8w/mk。
[0035]具體地，如圖1所示，本發(fā)明金屬冶煉爐包括有爐底10、爐墻7、爐頂墻體2、爐膛、爐門1、以及燃燒系統(tǒng);其中，爐膛的上半部分為熱煙氣室4，下半部分放置被冶煉的金屬(包括固態(tài)金屬11或液態(tài)金屬12，本例以鋁熔煉爐為例)；爐膛的上半部分和下半部分之間設(shè)置有用于提高金屬的吸熱速度的強(qiáng)化傳熱層8，所述強(qiáng)化傳熱層的厚度為0.5cm-20cm，本發(fā)明實(shí)施例中為大約2cm;燃燒系統(tǒng)包括有風(fēng)口 5和火口 3。投料時(shí)，打開爐門I，投料完畢后，關(guān)閉爐門防止熱量損失。作為本發(fā)明已實(shí)施例，所述燃燒系統(tǒng)為彌散式蓄熱燃燒系統(tǒng)，火焰從火口3進(jìn)入到爐膛上半部分熱煙氣室4內(nèi)。
[0036]如圖2所示，燃燒系統(tǒng)將燃料與預(yù)熱的空氣分別通過火口3與風(fēng)口 5噴入熱煙氣室4，這時(shí)燃?xì)夂涂諝饣旌先紵a(chǎn)生的熱煙氣以一定的速度在熱煙氣室4內(nèi)流動(dòng)，如圖2所示，火焰沿火口 3中的箭頭IA所指進(jìn)入爐膛。
[0037]沒有強(qiáng)化傳熱層時(shí)，火焰產(chǎn)生的熱煙氣向下與被加熱金屬(固態(tài)金屬11或液態(tài)金屬12)表面產(chǎn)生對(duì)流傳熱直接加熱金屬(固態(tài)金屬11或液態(tài)金屬12)，如圖2所示，高溫?zé)煔庋丶^2A所指方向接近金屬，換熱后低溫?zé)煔庋?A所指方向離開金屬?；鹧娈a(chǎn)生的另一部分高溫?zé)煔庋丶^2A向上與熱煙氣室側(cè)面爐墻7和上部的爐頂2產(chǎn)生對(duì)流傳熱加熱側(cè)面爐墻7和上部的爐頂2，爐墻7側(cè)面和上部的爐頂2墻體受熱后產(chǎn)生紅外線6以輻射方式將熱量投向下半部分的金屬(固態(tài)金屬11或液態(tài)金屬12)。
[0038]有強(qiáng)化傳熱層8后，如圖3所示，高溫?zé)煔庋丶^2A所指方向接近并進(jìn)入強(qiáng)化傳熱層8，換熱后低溫?zé)煔庋?A所指方向流出并離開強(qiáng)化傳熱層8?；鹧娈a(chǎn)生的另一部分高溫?zé)煔庋丶^2A向上與熱煙氣室側(cè)面爐墻7和上部的爐