專利名稱：用于鋁精煉系統(tǒng)的改進(jìn)的加熱器裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于容納和精煉熔融鋁的裝置，尤其是涉及在這類裝置中對(duì)所使用的加熱元件的保護(hù)。
人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在精煉鋁時(shí)使用外部加熱的、耐火材料襯里的鑄鐵桶作為精煉容器是不利的，因?yàn)檫@種桶的壽命有限并且在某種程度上是無(wú)法預(yù)料的。這種不希望有的情況是由于所述的鑄鐵桶因開裂、凸脹、氯化物腐蝕或沖刷造成破壞而引起的。此外，設(shè)計(jì)與這些鑄鐵桶相配的約束導(dǎo)致了所采用的結(jié)構(gòu)配置很難清理，這對(duì)于它們?cè)诠I(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用進(jìn)一步帶來(lái)不利的因素。
為了克服這些缺點(diǎn)，有人曾設(shè)計(jì)了一種由內(nèi)襯耐火材料的容器構(gòu)成的精煉系統(tǒng)，所述的容器帶有若干個(gè)自該精煉容器蓋上懸掛下來(lái)的垂直管狀浸入式加熱器，例如內(nèi)部帶有螺旋式電阻加熱元件的碳化硅管。在這種情況下，人們發(fā)現(xiàn)上述加熱器的使用壽命有限，而且實(shí)際上很難更換。在加熱器因碳化硅管破裂而失效時(shí)，管子的破裂碎片常常引起用于將氣體噴入容器內(nèi)熔融鋁中的旋轉(zhuǎn)噴嘴發(fā)生破裂。另外，這種系統(tǒng)很難清理，這是因?yàn)樵谙噜彽募訜崞鞴苤g以及在加熱器管與容器壁之間有許多凹槽，其中聚集了許多廢渣，很難用簡(jiǎn)便的方法將它們清除出去。
由于存在這些問(wèn)題，有人研制出一種用于精煉鋁或其它熔融金屬的改進(jìn)了的裝置。這種裝置由一個(gè)全耐火材料系統(tǒng)構(gòu)成，其中，兩個(gè)相對(duì)的側(cè)壁各自由一個(gè)石墨塊組成，在石墨塊內(nèi)的豎直孔中設(shè)有電加熱器，所述孔的頂部有開口，其底部是封閉的。在Szekely美國(guó)專利No.4040610中公布了這個(gè)系統(tǒng)的各種其它技術(shù)特征。因此，這個(gè)系統(tǒng)設(shè)有一個(gè)內(nèi)部加熱源，同時(shí)克服了使用浸入式加熱器所帶來(lái)的缺點(diǎn)。人們發(fā)現(xiàn)，加熱器壽命延長(zhǎng)了，腐蝕減少了，并且這一系統(tǒng)便于維修。為了容納處于熔融狀態(tài)的鋁，這一系統(tǒng)包含有一個(gè)適合于容納處于熔融態(tài)的鋁的容器，它包括一個(gè)不能透過(guò)熔融金屬的絕熱爐殼，該爐殼內(nèi)部處在熔體表面以下那部分的、由石墨塊構(gòu)成的爐襯，以及至少一個(gè)設(shè)置在一個(gè)或多個(gè)石墨塊中的加熱裝置。為了用于精煉鋁，這一系統(tǒng)至少還包括有一個(gè)設(shè)置在容器中的旋轉(zhuǎn)氣體分布裝置以及熔融金屬和氣體的進(jìn)口及出口裝置。
采用這種石墨加熱器塊的耐火材料系統(tǒng)被認(rèn)為是這一技術(shù)領(lǐng)域中的合乎需要的改進(jìn)，該系統(tǒng)在工業(yè)上鋁的精煉生產(chǎn)中一直得到應(yīng)用。盡管如此，仍然需要進(jìn)一步改進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)，克服在工業(yè)生產(chǎn)中遇到的實(shí)際操作問(wèn)題，以擴(kuò)大其適用范圍。工業(yè)生產(chǎn)中遇到的主要問(wèn)題是，在通常使用的操作條件下加熱器的壽命比較短。加熱器失效的一種方式是由于石墨加熱器塊氧化而引起的，通常氧化是從其頂部開始的。石墨塊的氧化從頂部開始，然后向下發(fā)展到精煉或盛放用的容器內(nèi)的金屬液面位置以下，在這過(guò)程中熔融的鋁能夠穿過(guò)氧化了的石墨塊流入加熱器空腔中，使設(shè)置在該空腔內(nèi)的電熱元件短路。此外，在工藝氣體中使用氯的情況下，熔融鋁中產(chǎn)生的液體氯化物有可能通過(guò)石墨塊，積聚在加熱器空腔的底部，引起該空腔內(nèi)電熱元件短路。另外還發(fā)現(xiàn)，在鋁的精煉過(guò)程中，由于液態(tài)或氣態(tài)氯化物從精煉室穿過(guò)石墨塊中相互連通的孔隙進(jìn)入該石墨塊內(nèi)的加熱器區(qū)域，結(jié)果使加熱器和加熱器接線發(fā)生腐蝕。因此，克服這些造成加熱器壽命較短的原因就構(gòu)成了研制開發(fā)容納和精煉鋁的容器的一個(gè)顯著的技術(shù)進(jìn)步。
在Pelton的美國(guó)專利4717126中公布了一種適用于克服加熱器壽命短這一缺點(diǎn)的方法，該專利中所示的耐火材料系統(tǒng)加熱器裝置是若干個(gè)部件的組合，這些部件用來(lái)(1)保護(hù)石墨加熱器塊不發(fā)生氧化;(2)保護(hù)設(shè)置在石墨塊中的加熱器不受氯化物侵蝕。在加熱器的區(qū)域中，這二個(gè)任務(wù)是使用金屬加熱器容器件12(下文中稱之為加熱器罐)來(lái)完成的。在Pelton專利的方法中，這個(gè)加熱器罐封接到支承板9上。設(shè)置在加熱器罐中的加熱器暴露于大氣中，空氣可以自由地進(jìn)入加熱器罐的內(nèi)部。在這種裝置中，加熱器罐起到雙重屏障作用，即(1)防止加熱器罐內(nèi)加熱區(qū)中的空氣與周圍的石墨塊反應(yīng)而使之氧化，(2)防止?jié)B透到石墨塊中的氯和氯化物接觸并腐蝕石墨塊中的加熱器。
盡管Pelton專利中公布的加熱器結(jié)構(gòu)可以成功地用來(lái)防止石墨塊氧化并防止氯化物侵蝕其中所設(shè)置的加熱器，但是仍然不斷地有人提出對(duì)鋁精煉技術(shù)進(jìn)一步改進(jìn)的要求。說(shuō)得更具體一些，有一種這類要求是，簡(jiǎn)化容納和精煉鋁的系統(tǒng)、降低成本以及提高其性能。就全耐火材料系統(tǒng)及其中的加熱器的保護(hù)而言，加熱器罐意味著這一系統(tǒng)增加了一個(gè)昂貴的部件。此外，這種加熱器罐的使用雖然適用于予期的目的，但它往往限制了在石墨塊中可以有效地建立的加熱功率。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是，提供一種用于容納和精煉鋁的改進(jìn)的電加熱的裝置。
本發(fā)明的另一目的是，提供一種簡(jiǎn)化了的裝置用于將加熱元件安置在容納和精煉鋁的容器的石墨加熱器塊中。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是，提供一種容納和精煉鋁的容器，在該容器中無(wú)須使用金屬加熱元件罐就可以保護(hù)內(nèi)部設(shè)有電加熱元件的石墨塊不發(fā)生氧化并保護(hù)上述加熱元件不受氯化物侵蝕。
考慮到這些目的以及其它的目的，下文中將對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)的描述，在所附的權(quán)利要求書中特別指出了本發(fā)明的一些新的技術(shù)特征。
加熱元件組件本身被封接到位于石墨塊上方的蓋板上，石墨塊內(nèi)設(shè)置有加熱元件。
在容器內(nèi)鋁熔體液面以上的石墨塊內(nèi)表面上，設(shè)置了一個(gè)耐火材料板。采用這種相互關(guān)聯(lián)的部件組合結(jié)構(gòu)，可以有效地防止石墨塊氧化及氯化物對(duì)加熱元件的侵蝕。
下面參照相應(yīng)的附圖詳細(xì)地說(shuō)明本發(fā)明。
在附圖中

圖1是本發(fā)明裝置的剖面示意圖;
圖2是本發(fā)明裝置的一種方案的剖面詳細(xì)示意圖;
圖3是本發(fā)明裝置的另一種方案的剖面詳細(xì)示意圖;
本發(fā)明的目的是通過(guò)將用于保護(hù)石墨加熱器塊不氧化、石墨塊內(nèi)的加熱元件不受氯化物侵蝕的各部件按上述相互關(guān)聯(lián)組合在一起而實(shí)現(xiàn)的，無(wú)須使用上述Pelton的美國(guó)專利4717126中提供的金屬加熱元件罐。本發(fā)明歸結(jié)于加熱器組件與支承板嚴(yán)密地封接，所述支承板連接到容納和精煉熔融鋁的容器的絕熱外殼上并向容器內(nèi)延伸到石墨塊的上方，石墨塊內(nèi)的開孔中設(shè)置有加熱器組件，從而防止空氣從這個(gè)位置進(jìn)入石墨塊內(nèi)的開孔中。
在加熱器組件中常用的加熱元件金屬絲是Nichrome VTM金屬，它是一種以重量百分?jǐn)?shù)計(jì)含80%Ni和20%Cr的合金。將這種導(dǎo)電的加熱元件金屬絲置于大氣氣氛中并與氯化物蒸汽接觸時(shí)，這些金屬絲往往產(chǎn)生嚴(yán)重腐蝕。業(yè)已發(fā)現(xiàn)，該合金之所以發(fā)生快速氧化是由于這些氯化物破壞了金屬絲表面上存在的、通常起保護(hù)作用的氧化物膜。當(dāng)然，如果沒有氧存在，加熱元件金屬絲也就不會(huì)發(fā)生氧化了。單純的氯能侵蝕金屬絲，形成易揮發(fā)的金屬氯化物。但是，在鋁精煉生產(chǎn)應(yīng)用中，人們發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明的裝置在操作過(guò)程中，單純的氯并未進(jìn)入石墨塊內(nèi)的加熱器開孔中，這是因?yàn)榫珶挄r(shí)使用的氯在精煉區(qū)中迅速反應(yīng)，生成金屬氯化物。這些氯化物在沒有氧的情況下一般不會(huì)侵蝕加熱元件材料。
可以理解，本發(fā)明是關(guān)于一種在鋁的精煉或精煉以外的其它工藝過(guò)程中用于容納熔融鋁的容器，該容器包括一個(gè)底部和側(cè)壁不能透過(guò)熔融鋁的絕熱外殼并且在該外殼內(nèi)至少一個(gè)側(cè)壁上安裝有石墨塊爐襯。所述的石墨塊伸展到容器內(nèi)予定的熔體液面上方并設(shè)置成與容器內(nèi)的熔融鋁接觸。石墨塊內(nèi)有一個(gè)開孔，這一開孔從石墨塊的頂端向著其底部延伸但未到達(dá)底部。在石墨塊內(nèi)的開孔中設(shè)置了一個(gè)電加熱器，即電阻加熱器，該加熱器被支撐在上述開孔中，與石墨塊沒有電接觸。本發(fā)明對(duì)該設(shè)備裝置的改進(jìn)還包括(a)連接到上述外殼上并向所述容器內(nèi)延伸到石墨塊上方位置的支承裝置;
(b)加熱元件組件安裝板，它緊固并封接到上述支承裝置上，板上帶有開孔用于將電線穿過(guò)其中使之定位;
(c)適用于連接到加熱元件組件的加熱部分上的電線，所述電線是從加熱器組件安裝板的上面延伸過(guò)來(lái)的;
(d)適合于在安放電線時(shí)防止空氣通過(guò)所述電線與所述開孔的壁之間的環(huán)形間隙的密封裝置;
(e)為了保護(hù)上述石墨塊不與容器內(nèi)空載閑置的熔體液面上方氣相中的氧接觸而設(shè)置在石墨塊內(nèi)表面上的垂直延伸的耐火材料板，該耐火材料板在水平方向上基本上延伸到上述外殼的二個(gè)側(cè)壁，這一耐火材料板的上端被緊固到上述支承板上，從而有效地防止了由于空氣和氯化物蒸氣的復(fù)合作用而引起的石墨塊氧化和加熱元件的腐蝕。正是這樣一種容器和結(jié)構(gòu)在前面所述的現(xiàn)有技術(shù)中一般地說(shuō)是令人滿意的，但有一點(diǎn)除外，即在工業(yè)生產(chǎn)中所遇到的操作條件下及不存在上述Pelton專利中所述部件組合包括使用加熱器罐的情況下，加熱器的工作壽命比較短。
參看附圖，圖1描繪了所使用的部件組合結(jié)構(gòu)，它不需要加熱器罐就可以延長(zhǎng)加熱器的壽命，保護(hù)加熱元件在有空氣存在的情況下不受氯化物侵蝕并保護(hù)石墨塊不氧化。圖中，數(shù)字1代表爐殼，在其底部和側(cè)壁上固定有耐火材料絕熱層2，熔融的鋁不能透過(guò)這一絕熱層。在這樣絕熱的爐殼的至少一個(gè)側(cè)壁上，設(shè)置了石墨塊3，它延伸到容器內(nèi)予定的熔體液面位置以上。石墨塊3被設(shè)置成在容納或精煉過(guò)程中與容器內(nèi)的鋁熔體5相接觸。石墨塊3內(nèi)有一個(gè)開孔，這一開孔從石墨塊的頂端7向其底部8延伸，但未到達(dá)底部。
在本發(fā)明中，支承板裝置9被固定并封接到爐殼1上，并且向容器內(nèi)延伸到石墨塊3的頂端7上方位置上。在該圖所示的方案中，支承板9的最里端配接有一個(gè)法蘭10，以利于將該支承板9與本發(fā)明的其它部件連接到一起。
本發(fā)明還包括設(shè)置在石墨塊3內(nèi)表面上的耐火材料板11。這一耐火材料板垂直延伸，保護(hù)石墨塊3不與容器內(nèi)熔融鋁5液面上方氣相中的氧接觸。為此目的，耐火材料板11的下端不僅延伸到予定的熔融鋁液面位置4以下，而且還進(jìn)一步低于容器內(nèi)予定的停機(jī)閑置時(shí)的液面位置12。如圖所示，耐火材料板的下端十分方便地定位在石墨塊3內(nèi)的凹槽13中。可以理解，這一耐火材料板11沿水平方向延伸基本上到達(dá)爐殼1的兩端側(cè)壁，以便將石墨塊3整個(gè)地保護(hù)起來(lái)。
如圖所示，耐火材料板11的上端設(shè)置在支承板的法蘭10與板14之間并緊固在那里，板14構(gòu)成了容器外殼整體的一部分。使用螺栓可以很方便地將耐火材料板11緊固到支承板9和容器外殼上。
在本發(fā)明的一個(gè)十分便利的方案中，容器的蓋包括電氣部分的封蓋6和容器內(nèi)鋁熔體5上方的獨(dú)立的蓋17。如圖所示，電氣部分的蓋16十分方便地連接到支承板9的法蘭10和爐殼1上，爐蓋17連接到爐殼板14上并與之密封。本專業(yè)的普通技術(shù)人員都能理解，爐蓋17也可以作為常規(guī)氣體分布裝置(圖中未示)的支座，所述氣體分布裝置用來(lái)在精煉工藝過(guò)程中將氣體導(dǎo)入熔融的鋁中。
數(shù)字18表示加熱元件組件的加熱部分，如圖所示，這一部分設(shè)置在石墨塊3內(nèi)的開孔6中，供容納和精煉鋁的使用。在所述加熱部分18的上面設(shè)置有加熱元件組件的絕緣部分19，該絕緣部分19以絕緣材料園環(huán)的形式，一個(gè)摞在另一個(gè)上面，一直延伸到該加熱元件組件的頂部。在絕緣部分19中設(shè)有開孔20，用于使電線穿過(guò)其中與加熱部分18連接。不言而喻，支承板9上開有一個(gè)孔，以便于加熱元件組件即加熱部分18和絕緣部分19向下穿過(guò)其中進(jìn)入容器內(nèi)的工作位置。最好是在支承板9下面和石墨塊3上面附加一個(gè)絕熱層21并且在其它地方例如在蓋17下面也有這樣的絕熱層。
在支承板9上面設(shè)有加熱器組件安裝板22并與之密封連接。電線23和24從加熱元件安裝板22上面穿過(guò)該板中的開孔伸入加熱元件組件的絕緣部分19，以便與該組件的加熱部分18連接。采用適當(dāng)?shù)拿芊獯胧?5將電線23和24密封住，使大氣中的空氣不能穿過(guò)安裝板上的開孔與其中所設(shè)置用來(lái)通過(guò)絕緣部分19內(nèi)的空間連到加熱元件組件加熱部分18上的電線之間的間隙。
為了本發(fā)明的密封目的，例如加熱組件安裝板22與支承板9的密封以及支承板9與外殼1的密封，可以使用適宜的高溫硅密封膠例如道康寧(Dow-Corning)公司生產(chǎn)的RTV密封膠或其它這類商品密封膠組合物。
圖2示出了無(wú)須使用加熱器罐即可將加熱元件組件密封連接到加熱器蓋部分上的另一種方案。如圖所示，耐火材料絕熱層21的最上部表面上設(shè)置有支承板9。加熱元件組件安裝板22由螺栓26緊固、封接到支承板9上。
加熱器組件中包括園柱形導(dǎo)線23和24，它們適合于穿過(guò)安裝板22上的孔27和28與設(shè)在石墨加熱器塊(圖中未示)中的加熱元件組件的加熱部分連接。此外還可以看出，園柱形導(dǎo)線23和24適宜于分別穿過(guò)加熱元件組件的絕緣部分19中與上述孔共軸的孔道29和30。加熱器導(dǎo)線23和24最好帶有下部金屬套環(huán)31和32，這二個(gè)套環(huán)通過(guò)焊縫33和34焊接到所述的導(dǎo)線上。
為了本發(fā)明的密封目的，分別將高溫高彈體例如硅橡膠制成的橡膠密封圈35和36插入安裝板22中的孔27和28內(nèi)。向焊有套環(huán)31和32的園柱導(dǎo)線23和24施壓使之穿過(guò)上述橡膠密封圈35和36中的孔，直至下部套環(huán)31和32通過(guò)所述的孔，壓靠在橡膠密封圈的下表面上。然后分別將上部套環(huán)37和38安放到園柱形導(dǎo)線23和24上位于橡膠密封圈的上面，最好是將這二個(gè)套環(huán)向下壓一點(diǎn)，使橡膠密封圈略微有些壓縮。然后通過(guò)焊縫41和42分別將電氣接插件桿或片39和40焊接到園柱導(dǎo)線23和24上，所述的桿靠接在上部套環(huán)37和38的上表面上定位。
以這種方式密封住加熱器組件時(shí)，可以有效地阻止空氣進(jìn)入位于加熱器組件的石墨加熱器塊區(qū)域上方的蓋板9下面。因此，即使所述加熱部分接觸到穿過(guò)石墨加熱器塊進(jìn)來(lái)的氯化物蒸氣從而引起加熱元件上通常起保護(hù)作用的氧化物膜破壞，在相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間里加熱器組件的加熱部分仍然不會(huì)發(fā)生氧化。
可以理解，本發(fā)明的有效密封目的依賴于能夠得到在容納和精煉鋁的操作條件下可以將所述部件密封起來(lái)的材料。在一臺(tái)使用上文所述加熱器金屬絲材料并且加熱系統(tǒng)以滿負(fù)荷工作的常規(guī)容器中，測(cè)定了在導(dǎo)線穿過(guò)安裝板的區(qū)域中的溫度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，上述區(qū)域的工作溫度是140℃，這一溫度完全處于適用于制造橡膠密封圈的高溫高彈體的現(xiàn)有低壓縮變定商品硅橡膠的最高使用溫度260℃的范圍以內(nèi)。
為了便于插入和取出加熱元件并防止插入加熱元件時(shí)穿過(guò)的絕熱層發(fā)生損壞，最好是設(shè)置一個(gè)如圖3中所示的嵌入套管。帶有絕熱層21和位于其上面的支承板9的石墨加熱器塊3以及加熱器組件安裝板22和加熱器組件的其余部分與圖2所示的方案相同。嵌入的套管43和通過(guò)焊縫45焊到它上面的法蘭44被緊固、封接到支承板9上。在法蘭44上安裝并密封連接安裝板22，加熱器就固定、封接在該安裝板上。嵌入的套管43向下延伸，為絕熱層21-最好是在其整個(gè)厚度上-提供了一個(gè)內(nèi)部防護(hù)罩。如圖3中所示，嵌入的套管43向下延伸到低于石墨塊3最上端的位置，定位在石墨塊上的壁龕47中。將加熱器組件插入容器中或是將其從容器中取出時(shí)，嵌入的套管43有助于使加熱器組件移動(dòng)通過(guò)所述的絕熱區(qū)而不使加熱器與絕熱層21的內(nèi)壁接觸，從而在操作期間或更換時(shí)插入或取出加熱器的過(guò)程中保護(hù)所述的絕熱層不被損壞。
在本發(fā)明中排除了加熱器罐，其優(yōu)點(diǎn)有二個(gè)。最明顯的優(yōu)點(diǎn)如上文所述的那樣，即省去了加熱器罐的相當(dāng)高的制造成本。更重要的優(yōu)點(diǎn)是，在實(shí)施本發(fā)明的過(guò)程中可以使用較高功率的加熱器。在確定的最高加熱器金屬絲溫度的情況下，可以提供更多的熱能，這是因?yàn)槿サ袅松鲜黾訜崞鞴抟蚨懦思訜崞髋c石墨塊之間的輻射屏障的緣故。這樣，只有一次輻射傳熱即由加熱器到石墨塊，而不是二次這樣的輻射傳熱，即從加熱器到加熱器罐，再?gòu)募訜崞鞴薜绞珘K。
可以理解，假如在長(zhǎng)時(shí)間的操作過(guò)程中，在石墨塊內(nèi)的加熱器孔道底部聚集了許多液體氯化物，那么這些氯化物將會(huì)接觸到加熱器并使之短路，因?yàn)樯鲜雎然锸菍?dǎo)電的。本專業(yè)的普通技術(shù)人員都可以理解，本發(fā)明是不能在這種情況下應(yīng)用的。這種不希望有的情況在大多數(shù)鋁精煉工藝過(guò)程中是不可能發(fā)生的，不過(guò)，如果為了除去堿金屬而使用大量的氯，特別是在長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)鑄造工藝過(guò)程中，這種情況還是很有可能發(fā)生的。
本專業(yè)的普通技術(shù)人員都知道，在不脫離所附權(quán)利要求中規(guī)定的本發(fā)明范圍的情況下，可以對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)作各種變更和改變。雖然上文中指出了一種特定的鎳-鉻合金特別適合用作加熱元件材料，但其它鎳基合金或其它特定的高溫合金包括鐵基合金也是可以使用的。前已述及，在加熱器的表面上這些材料形成了一層氧化物保護(hù)層，當(dāng)氯化物蒸氣破壞了這層通常起保護(hù)作用的氧化物膜從而使得17快速氧化有可能發(fā)生時(shí)，由于本發(fā)明的密封措施使氧不能到達(dá)加熱元件，防止這種氧化的發(fā)生，因而避免了嚴(yán)重的腐蝕，否則的話，在有空氣存在的情況下與氯化物蒸氣接觸時(shí)，在加熱器金屬絲上將會(huì)發(fā)生這種嚴(yán)重腐蝕。
可以理解，對(duì)于精煉作業(yè)來(lái)說(shuō)，所使用的氣體分布裝置可以包括在這一技術(shù)領(lǐng)域中任何已知的、便于在確定用途中使用的這類裝置。為此目的，通常使用旋轉(zhuǎn)氣體分布裝置，例如使用軸驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)輪。
在本發(fā)明的裝置中可以使用任何方便的結(jié)構(gòu)材料，但是應(yīng)當(dāng)指出，所述的耐火材料板最好是可以以便于在本發(fā)明中使用的板材形式購(gòu)得的、陶瓷纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)氧化鋁。市場(chǎng)上可以買到的這種板材是由Zircar Products，Inc.公司銷售的100型號(hào)的ZIRCARTM耐火材料板，這種板在高達(dá)2400°F的溫度下仍具有有用的性能，它含有約75%的氧化鋁(Al2O3)、16%的二氧化硅和9%的其它金屬氧化物，在高溫塑料的工作溫度范圍內(nèi)它具有非常合乎需要的抗彎強(qiáng)度和耐壓強(qiáng)度并可以保持其強(qiáng)度和有用性達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)普通塑料最高使用溫度的溫度水平。
應(yīng)當(dāng)指出，在更換加熱元件時(shí)，可以允許空氣短時(shí)間接觸加熱器塊和加熱元件。由于在給定的功率水平的情況下所使用的加熱器溫度比較低，預(yù)計(jì)加熱器的壽命會(huì)比較長(zhǎng)，從而減少了需要更換加熱器的次數(shù)。在實(shí)施本發(fā)明時(shí)，預(yù)計(jì)在用于容納和精煉鋁的耐火材料系統(tǒng)的一般使用壽命期限內(nèi)可以不必更換加熱元件，這種預(yù)測(cè)并沒有什么不合理的。
本發(fā)明有助于推動(dòng)鋁精煉技術(shù)向前發(fā)展。在使用非常合乎需要的石墨加熱器塊的情況下，本發(fā)明以方便、有效的方式為設(shè)置在石墨塊中的加熱器提供了保護(hù)，從而將這種非常合乎需要的石墨加熱器塊方法提高到實(shí)用的工業(yè)化鋁精煉作業(yè)的水平上。
權(quán)利要求
1.一種適用于在精煉或精煉以外的其它工藝過(guò)程中容納熔融鋁的容器，它包括(1)一個(gè)具有不能滲透過(guò)熔融鋁的底部和側(cè)壁的絕熱外殼；(2)在該外殼內(nèi)至少一個(gè)側(cè)壁上的石墨塊爐襯，所述的石墨塊延伸到該容器內(nèi)予定的熔體液面位置以上，該石墨塊設(shè)置成與所述容器內(nèi)的熔融鋁接觸，石墨塊內(nèi)有一個(gè)開孔從其頂端向底部延伸，但未到達(dá)底部；以及(3)設(shè)置在上述石墨塊內(nèi)開孔中的加熱元件組件，該加熱元件組件被支撐在所述的開孔內(nèi)，與石墨塊沒有電接觸，其特征在于對(duì)該設(shè)備的改進(jìn)包括(a)連接到上述外殼上并向所述容器內(nèi)延伸到石墨塊上方位置的支承裝置；(b)加熱元件組件安裝板，它緊固并封接到上述支承裝置上，板上帶有開孔用于將電線穿過(guò)其中使之定位；(c)適用于連接到加熱元件組件的加熱部分上的電線，所述電線是從加熱器組件安裝板的上面延伸過(guò)來(lái)的；(d)適合于在安放電線時(shí)防止空氣通過(guò)所述電線與所述開孔的壁之間的環(huán)形間隙的密封裝置；(e)為了保護(hù)上述石墨塊不與容器內(nèi)空載閑置的熔體液面上方氣相中的氧接觸而設(shè)置在石墨塊內(nèi)表面上的垂直延伸的耐火材料板，該耐火材料板在水平方向上基本上延伸到上述外殼的二個(gè)側(cè)壁，這一耐火材料板的上端被緊固到上述支承板上，從而有效地防止了由于空氣和氯化物蒸氣的復(fù)合作用而引起的石墨塊氧化和加熱元件的腐蝕。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述的電線包括二根單獨(dú)的導(dǎo)線，以及所述加熱組件安裝板上的開孔包括為上述每一根電線設(shè)立的彼此獨(dú)立的開孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，包括施加到所述導(dǎo)線上的下部套環(huán)，該套環(huán)位于加熱組件安裝板下面，被設(shè)置成與所述密封裝置的下表面和加熱元件組件的最上面和絕緣部分相接觸，這個(gè)下部套環(huán)中帶有開孔，用于穿過(guò)其中安放所述的導(dǎo)線。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，包括設(shè)置在加熱元件組件安裝板上面以便與所述密封裝置上表面接觸的上部套環(huán)，該上部套環(huán)內(nèi)有開孔用于穿過(guò)其中安放所述的導(dǎo)線。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的設(shè)備，包括在上部套環(huán)的上面、連接到所述導(dǎo)線上的電氣接插件片。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其中所述的電氣接插件片被連接在一個(gè)略微壓縮所述密封裝置的位置上。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其中所述密封裝置由高溫高彈體的橡膠密封圈構(gòu)成。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其中，所述耐火材料板的頂部被緊固在上述支承裝置和構(gòu)成上述外殼一部分的金屬板之間，該耐火材料板的底部延伸到容器內(nèi)設(shè)計(jì)予定的較低的熔體停機(jī)閑置時(shí)液面位置以下。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述耐火材料板的下端設(shè)置在所述石墨塊內(nèi)的凹槽中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括設(shè)置在所述支承裝置和所述石墨的頂端之間并且其中帶有開孔的絕熱裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的設(shè)備，其中所述的支承裝置的最里端帶有一個(gè)向上伸出的法蘭部分，所述的法蘭和構(gòu)成所述外殼一部分的金屬板與位于它們之間的所述耐火材料板的上端緊固在一起。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，包括用于將氣體噴入容器內(nèi)熔融鋁中的氣體分布裝置。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，包括設(shè)置在所述開孔內(nèi)表面處的套管，以便在將加熱器組件放入石墨塊內(nèi)的開孔中或從中取出時(shí)保護(hù)所述的絕熱裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的設(shè)備，包括用于將所述套管固定到所述支承裝置上的法蘭裝置。
全文摘要
使用一個(gè)支承板，和容納和／或精煉鋁的容器連在一起，與設(shè)置在內(nèi)裝加熱元件組件的石墨塊內(nèi)壁上的耐火材料板組合在一起，用來(lái)容納和密封加熱元件組件使之不與空氣接觸，不需要將加熱器封閉在金屬加熱元件容器中。
文檔編號(hào)F27D99/00GK1066088SQ9210293
公開日1992年11月11日 申請(qǐng)日期1992年4月24日 優(yōu)先權(quán)日1991年4月26日
發(fā)明者J·F·佩爾頓 申請(qǐng)人:聯(lián)合碳化工業(yè)氣體技術(shù)公司