虹吸转注装置和系统的制作方法

本实用新型涉及金属及其合金制备领域，具体而言，本实用新型涉及虹吸转注装置和具有该虹吸转注装置的虹吸转注系统。

背景技术：

在制备铝及其合金方面，将铝液从电解槽或其他贮槽中转移至下一道工序是不可或缺的步骤。例如，在电解生产原铝行业，需要将铝液从电解槽转运至铸造车间的混合炉中，目前采用的方式是用真空抬包将铝液从电解槽内吸至抬包腔体，将抬包运至铸造车间，再由抬包采用“倾倒”的方式将铝液移至混合炉；用熔盐电解法生产铝钪中间合金，需要将电解得到的铝钪中间合金液从电解槽转移至精炼炉进行除杂均质化。

目前出铝液的主要方式有使用真空抬包和虹吸管两种方式。真空抬包是将抬包吸铝管插入电解槽后，通过真空发生装置使抬包腔体内产生一定的真空度，则铝液由进液口进入抬包腔体，装有铝液的抬包被运输到下一个工序后，采用“倾倒”的方式从抬包出液口将铝液倒出。这种“倾倒”出铝的方式容易生成大量的铝氧化物浮渣。影响熔融金属液中氧化物形成的主要因素是温度、湍流以及氧。铝液处于高温下，被氧氧化的速度大幅提升。另外，采用“倾倒”的方式出铝液，会引起湍流，湍流为氧化物的形成不断提供“新鲜”的熔融铝表面。铝液处于高温状态下，加之在这种出铝方式中，铝液不能平稳转注，湍流将不断提供“新鲜”的高温铝液表面，将在铝液中产生大量的铝氧化物夹渣。较高的铝液温度及“倾倒”引起的湍流是铝液氧化并产生大量浮渣的根本原因。例如，根据相关资料报道以及一些电解铝铸造车间的统计数据显示，使用真空抬包“倾倒”的方式向混合炉中转注铝液，铝液的烧损率高达0.8％～2.0％。以一个产能为30万吨的电解铝厂为例，每年由于铝液转注所造成的金属烧损量即高达2400～6000吨。若以目前铝锭的市场平均价格14000元/吨计算，即铝液烧损一项就造成经济损失高达3360万～8400万元。

另外一种转移铝液的方式为使用虹吸管。目前开发的虹吸管大致有两种形式，如图1中(a)和(b)所示。这两种形式的虹吸管根本上原理一致，进液口和出液口存在δh0的高度差，利用高度差产生虹吸效应以实现铝液转注。使用时，进液口a0插入装有铝液的炉子(称之“送液炉”)，出液口b0插入接收铝液的炉子(称之“收液炉”)，再由人工从送液炉中舀一定量的铝液至收液炉，液封住出液口，且人工舀至收液炉的铝液的量至少需要能够充满虹吸管出液段h0高度，在这种结构的原理下才能产生虹吸效应。此时，进液口和出液口均由铝液液封，开口c0连接真空发生装置，开启真空发生装置，逐渐抽出虹吸管内的空气，使之内部产生负压。在大气压作用下，铝液由进液口和出液口以相同的垂直速度进入虹吸管。由于进液口和出液口存在高度差δh0，当两端铝液上升高度均达到h0，出液口铝液高度达到如图l0点时，进液端铝液将达到虹吸管铝液通道的最高点t0，保持负压，铝液将沿着图中箭头所示方向流动，于是，虹吸效应形成，铝液将从进液口通过虹吸管转注至收液炉。在进液口的铝液受到的压力为p-ρgh0，在出液口金属液受到的压力为p-ρg(h0+δh0)，其中，p为大气压，ρ为铝液密度，g为重力加速度。则进液口的压力比出液口大ρgδh0，由于压力差的存在使铝液完成转注。

但这两种结构的虹吸管在使用中存在三点不足之处：1)当使用虹吸管时，打开真空发生装置，由于虹吸管直接连接真空发生装置，无缓冲装置，若负压稍微过大或控制不稳，则铝液很容易被负压从与真空发生装置接口处吸入真空发生装置软管甚至真空发生装置内，以致发生事故，影响生产；2)根据这类虹吸管的使用原理，出液口和进液口均需要有铝液进行液封。开始使用时，需要人工事先从盛装铝液的炉子里转移部分铝液至收液炉，以使铝液能液封住虹吸管的出液口，且人工舀出的铝液量应至少保证能够充满虹吸管出液端的h0高度。开启真空发生装置后，便能使管内产生负压。所以，这种虹吸管使生产需要有一道人工舀液工序。对于需要转注的铝液量较大的产线，虹吸管也相对较粗且长，而人工舀至收铝炉的铝液量需至少保证能够充满虹吸管出液端的h0高度，则需要事先转移的铝液的量将会较大，这将阻碍其应用在产能较大的产线上；3)无法中途停止转运铝液。在铝钪中间合金电解时，电解槽内下部分为铝液，铝液上部为熔盐，在转注时，只希望将铝液转移，而不希望吸走熔盐，所以在将要完全转注完电解槽内的铝液时，需要让虹吸管中止工作，防止虹吸管继续工作吸走熔盐。

综上所述，现有的铝液虹吸转注装置仍有待改进。

技术实现要素：

本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题。为此，本实用新型的一个目的在于提出虹吸转注装置和具有该虹吸转注装置的虹吸转注系统。利用该虹吸转注装置对铝液进行转移，可以在大幅降低铝金属的烧损量的同时，减少生产工序和劳动强度，并显著提高生产的安全性，且能够在生产过程中根据需要中止转注。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种虹吸转注装置。根据本实用新型的实施例，该虹吸转注装置包括：虹吸管，所述虹吸管包括依次相连的进液段、弯折段、延伸段、三通段和出液段，所述进液段的一端具有进液口，所述出液段的一端具有出液口，所述进液口的水平高度高于所述出液口，且所述进液口的水平高度高于所述三通段主管与支管交汇处的水平高度；虹吸控制管，所述虹吸控制管设在所述延伸段上并与所述延伸段连通，且邻近所述弯折段，所述虹吸控制管上设有电磁阀；缓冲罐，所述缓冲罐设在所述延伸段与所述三通段，并通过所述三通段与所述延伸段和所述出液段连通，所述缓冲罐的上端具有开口。

采用根据本实用新型实施例的虹吸转注装置对铝液进行转移，首先将进液段浸入送液炉铝液、出液段放入收液炉，关闭虹吸控制管上的电磁阀并使虹吸控制管与延伸段的连接位置高于送液炉中铝液液面高度，缓冲罐上端的开口连接抽真空装置，抽真空使虹吸条件具备后，送液炉中的铝液经由虹吸管进液段、弯折段、延伸段、三通段和出液段转注至收液炉。转注过程中，缓冲罐能够使真空发生装置产生的负压大小获得较宽的安全范围，有效防止铝液由于负压不稳、过大等原因吸入真空发生装置，损坏真空发生装置，确保生产的顺行、避免安全事故发生。另一方面，转注过程中虹吸控制管上的电磁阀处于关闭状态，当需要中止转注时，电磁阀打开，使虹吸管与大气连通，从而破坏虹吸效应、使铝液转注停止。此外，基于本实用新型虹吸转注装置中进液口的水平高度高于三通段主管与支管交汇处的水平高度这一结构特点，且所采取的引起虹吸效应的方式不同，故采用本实用新型的虹吸转注装置对铝液进行转移时，不需要人工舀液对出液口进行液封。由此，利用该虹吸转注装置对铝液进行转移，可以在大幅降低铝金属的烧损量的同时，减少生产工序和劳动强度，并显著提高生产的安全性，且能够在生产过程中根据需要中止转注。

任选的，所述进液口与所述三通段主管与支管交汇处之间的高度差为150～350毫米。

任选的，所述虹吸管的管壁厚度为5～15毫米。

任选的，所述虹吸管的内径为80～150毫米。

任选的，所述虹吸管和所述缓冲罐的内壁设有耐火泥内衬。

任选的，所述耐火泥内衬的厚度为30～50毫米。

任选的，所述缓冲罐的内径为320～400毫米，高度为520～600毫米。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了虹吸转注系统。根据本实用新型的实施例，该虹吸转注系统包括：上述实施例的虹吸转注装置；以及真空泵，所述真空泵与压缩空气源和所述虹吸转注装置中缓冲罐上端的开口相连，所述真空泵与所述开口之间设有压力表。由此，真空泵可利用压缩空气使虹吸转注装置中形成负压，并利用压力表监测压力状态。另外，需要说明的是，该“虹吸转注系统”具有前文针对“虹吸转注装置”所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

任选的，所述虹吸转注系统进一步包括：调节阀，所述调节阀设在所述压缩空气源与所述真空泵之间；压力传感器，所述压力传感器设在所述真空泵与所述开口之间；可编程逻辑控制器，所述可编程逻辑控制器与所述调节阀和所述压力传感器相连。由此，可编程逻辑控制器可根据压力传感器获取的压力信号自动控制调节阀的开度，进而控制系统中的压力大小。

任选的，所述可编程逻辑控制器与所述电磁阀和外部磅秤相连。外部磅秤可用于称量收液炉及其中铝液的重量，当铝液转注达到预定量后，可编程逻辑控制器可控制虹吸控制管电磁阀打开，停止铝液转注。

本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是现有技术中用于转移铝液的虹吸转注装置的结构示意图；

图2是根据本实用新型一个实施例的虹吸转注装置的结构示意图；

图3是根据本实用新型一个实施例的虹吸转注系统的结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种虹吸转注装置。根据本实用新型的实施例，参考图2，该虹吸转注装置包括：虹吸管100、虹吸控制管200和缓冲罐300。其中，虹吸管100包括依次相连的进液段110、弯折段120、延伸段130和三通段140出液段150，进液段110的一端具有进液口111，出液段150的一端具有出液口151，进液口111的水平高度高于出液口151，且进液口111的水平高度高于三通段140主管与支管交汇处j的水平高度；虹吸控制管200设在延伸段130上并与延伸段130连通，且邻近弯折段120，虹吸控制管200上设有电磁阀210；缓冲罐300设在三通段140，并通过三通段140与延伸段130和出液段150连通，缓冲罐300的上端具有开口301。需要说明的是，三通段140主管是指三通段140与延伸段130连接的部分管道，三通段140支管是指三通段140与出液段150和缓冲罐300连接的部分管道。

根据本实用新型的实施例，参考图2，虹吸控制管200通过焊接方式与虹吸管的延伸段130连接，其他构件可通过法兰1000连接。虹吸控制管200的焊接位置w需要比送液炉的金属液面位置高。如果w位置更低，电磁阀210打开时，根据虹吸效应，送液炉内依然会有部分金属液流出，直到炉内液面高度与w水平高度齐平。

另外，根据伯努利“边界层表面效应”：流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加。所以，当真空发生装置开启时，虹吸管出液段150至缓冲罐300内的气体以一定移动速度沿图2中箭头方向移动，在三通段140内靠近延伸段130的端点s处将会产生一定的负压，当负压大小为p-ρgh(其中p为大气压，ρ为金属液密度，g为重力加速度，h为如图2所示进液端的高度)，金属液达到最高点时，进液口与三通段140主管与支管交汇处(即图2中所示j)存在一定的高度差δh，则虹吸的条件具备，金属液将沿着虹吸管延伸段流动。一定时间后，停止真空发生装置抽负压，金属液将沿着虹吸管进液段、弯折段、延伸段、三通段和出液段实现转注。所以，根据本实用新型虹吸管引发虹吸效应的方式，该虹吸管装置无需人工倒运部分金属液对出液口进行液封。

下面参考图2进一步对根据本实用新型实施例的虹吸转注装置进行详细描述。

根据本实用新型的实施例，进液口111与三通段140主管与支管交汇处j之间的高度差(图2中δh)可以为150～350毫米，例如150毫米、200毫米、250毫米、300毫米或350毫米。由此，可以进一步有利于铝液的转注，确保铝液流动顺畅平稳，不会造成送液炉和收液炉内铝液翻腾，大幅降低铝金属的烧损量。

根据本实用新型的实施例，虹吸管100的管壁厚度可以为5～15毫米，例如5毫米、8毫米、10毫米、12毫米或15毫米。由此，可以进一步提高虹吸管的耐用性。根据本实用新型的具体示例，虹吸管采用上述厚度的钛管。

根据本实用新型的实施例，虹吸管100的内径可以为80～150毫米，例如80毫米、90毫米、100毫米、110毫米、120毫米、130毫米、140毫米或150毫米。由此，可以进一步有利于铝液的转注，确保铝液流动顺畅平稳。如果虹吸管的内径过小，可能会导致转注速度过慢，还可能造成管内堵塞；如果虹吸管的内径过大，则转注所需的负压更大，可能影响转注过程的稳定性。

根据本实用新型的实施例，虹吸管100和缓冲罐300的内壁设有耐火泥内衬131。需要说明的是，该耐火泥内衬的具体种类并不受特别限制，可以采用本领域常见的防火泥内衬产品。通过设置防火泥内衬，可以有效减缓高温金属液对虹吸管内壁的烧损。根据本实用新型的实施例，虹吸控制管200和位于缓冲罐300的开口301处无需内衬耐火泥。

根据本实用新型的实施例，耐火泥内衬131的厚度可以为30～50毫米，例如30毫米、35毫米、40毫米、45毫米或50毫米。

根据本实用新型的实施例，缓冲罐300的内径可以为320～400毫米，例如320毫米、340毫米、360毫米、380毫米或400毫米；高度可以为520毫米～600毫米，例如520毫米、540毫米、560毫米、580毫米或600毫米。

根据本实用新型的一个具体示例，虹吸管为管壁厚度为10毫米的钛管，内径为100毫米，缓冲罐的内径为360毫米，高度为560毫米，虹吸管和缓冲罐的内壁设有厚度为40毫米的耐火泥内衬。由此，可以进一步提高虹吸转注装置转注金属液的平稳性和安全性。

如上所述，根据本实用新型实施例的虹吸转注装置可以具有下列优点：

(1)比起真空抬包，该装置使铝液在虹吸管内转运，且铝液流动顺畅平稳，不会造成两个炉子内铝液翻腾，减少了被空气氧化的可能，铝液流动在“次表面”，即铝液氧化膜下方，对表面几乎没有干扰，能够大幅降低铝金属的烧损量，提高经济效益。

(2)通过设置缓冲罐，可以有效防止由于负压过大等原因，使铝液吸入真空发生装置，造成生产事故。

(3)通过在虹吸控制管上设置电磁阀，可以中止铝液的转注。

(4)该装置不需对出液口进行液封就能实现金属液的虹吸转注，减少了生产工序和劳动强度，增加了生产效率。该装置能够运用在大产能的产线上。

在本实用新型的另一方面，本实用新型提出了虹吸转注系统。根据本实用新型的实施例，参考图3，该虹吸转注系统包括：上述实施例的虹吸转注装置以及真空泵400。真空泵400与压缩空气源500和虹吸转注装置中缓冲罐300上端的开口301相连，真空泵400与开口301之间设有压力表410。由此，真空泵可利用压缩空气使虹吸转注装置中形成负压，并利用压力表监测压力状态。另外，需要说明的是，该“虹吸转注系统”具有前文针对“虹吸转注装置”所描述的全部特征和优点，在此不再一一赘述。

根据本实用新型的实施例，参考图3，上述虹吸转注系统还进一步包括：调节阀600、压力传感器700和可编程逻辑控制器800。调节阀600设在压缩空气源500与真空泵400之间；压力传感器700设在真空泵400与开口301之间；可编程逻辑控制器800与调节阀600和压力传感器700相连。由此，可编程逻辑控制器可根据压力传感器获取的压力信号自动控制调节阀的开度，通过控制调节阀的开闭来控制真空泵产生的负压大小。

根据本实用新型的实施例，参考图3，可编程逻辑控制器800与电磁阀210和磅秤910相连。外部磅秤可用于称量收液炉920及其中铝液的重量，当铝液转注达到预定量后，可编程逻辑控制器可控制虹吸控制管电磁阀打开，停止从送液炉930中转注铝液。

另外，需要说明的是，上述可编程逻辑控制器可以为本领域常见的plc控制箱，可通过对该plc控制箱进行编程使其能够根据压力信号控制调节阀600的开度，以及根据重量信号控制电磁阀210的开闭。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。