CN101210282A

CN101210282A - 多功能还原罐强化器

Info

Publication number: CN101210282A
Application number: CNA2006101674971A
Authority: CN
Inventors: 刘伟杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-12-28
Filing date: 2006-12-28
Publication date: 2008-07-02

Abstract

一种用于皮江金属还原法的多功能还原罐强化器的制造、安装和工作原理，其功能包括：提高还原罐的传热效率、增加还原罐的蠕变抗力、为金属蒸气提供扩散通道、产生用于卸料和清除还原罐内壁料渣粘结物的水蒸汽高压气流、和为水蒸汽高压气流提供导向喷嘴。

Description

多功能还原罐强化器

所属技术领域

本发明涉及对皮江金属提炼工艺设备的改进，更确切地说，涉及一种多功能还原罐强化器的制造、安装和工作原理，其功能包括：提高还原罐的传热效率、增加还原罐的蠕变抗力、为金属蒸气提供扩散通道、产生用于卸料和清除还原罐内壁料渣粘结物的水蒸汽高压气流、和为水蒸汽高压气流提供导向喷嘴。

背景技术

在中国专利申请号：CN200410042640.5、CN200410070116.9和CN200510074923中，本文作者提供了一种可以显著提高还原罐传热效率和蠕变抗力的强化器装置。这是一根与还原罐罐壁紧密接触(或连成一体)的金属构件，具有双重作用：1)其良好的导热性能可以将罐壁所提供的热量迅速传递到温度较低的罐中心区使全体料球都能被更快和更均匀地加热到反应温度以上，从而缩短还原周期；2)其对罐壁的支撑可以抵消还原罐所承受的大气压力，从而提高还原罐的蠕变抗力和使用寿命。

该强化器装置已经被成功地应用在卧式和立式皮江炼镁还原罐中，并显著地缩短了金属镁还原周期、延长了还原罐的使用寿命。

然而，决定皮江法金属还原速率的不仅是还原罐的传热效率，还原金属蒸气的扩散阻力也是重要影响因素之一。在传统皮江法中，还原金属蒸气扩散通道是由料球之间的空隙来提供的。在立式还原罐中，料球间的空隙通道过长，且极易被料球碎块堵塞；从而增大还原金属蒸气的扩散阻力，造成还原反应(特别是在立式还原罐的下部)不充分。

清除还原罐内壁上的料渣粘结物是皮江工艺方法中一个尚未很好解决的问题。目前使用的机械清除法不仅劳动强度大，而且因为清除不彻底造成还原罐导热系数的下降和还原时间的拖长。

伴随还原罐强化器的使用而产生的一个新问题是卸料难度的加大。强化器令还原罐截面连续空间减小。这使卧式还原罐的卸料难度增加，使小直径立式还原罐内的残渣无法在重力作用下自动落下。

发明内容

本发明的目标是改进在中国专利申请号：CN200410042640.5、CN200410070116.9和CN200510074923中所提供的还原罐强化器使其在保持原有特性的基础上能够用来克服上述的皮江法现有缺陷。

为达成此目标，本发明的首要目的是为还原罐提供一种金属蒸气低阻力扩散通道，以此来降低还原反应区内金属蒸气的分压，加快还原反应速率。

本发明的另一目的是提供一种利用水蒸汽高压气流的降温作用和冲击力来清除还原罐内壁料渣粘结物的方法。

本发明的另一目的是提供一种利用水蒸汽定向高压气流产生的推力来帮助卸料的方法。

本发明的另一目的是提供一种在还原罐内即时产生可控制水蒸汽高压气流的方法和装置。

本发明的另一目的是提供一种在还原罐内对水蒸汽高压气流进行导向的方法和装置。

上述诸目的是通过提供一种多功能还原罐强化器来实现的，其功能包括：提高还原罐的传热效率、增加还原罐的蠕变抗力、为金属蒸气提供扩散通道、瞬间产生水蒸汽高压气流、为水蒸汽高压气流提供导向喷嘴。

附图说明

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

图1是还原罐强化器截面剖视图，显示金属蒸气扩散通道。

图2是水蒸汽高压气流发生器(金属蒸汽扩散通道)与喷水枪的连接示意图。

图3是还原罐强化器中心部位截面剖视图，显示水蒸汽高压气流发生器(金属蒸汽扩散通道)及导向喷嘴。

图4是图3A-A剖视图，显示罐壁喷嘴。

图5是图3B-B剖视图，显示叶片喷嘴。

具体实施方式

如图1所示，还原罐强化器由数片呈辐射状均匀分布的、由热的良导体耐热材料制成的导热板(101)构成。辐射状导热板(101)始于一个称作金属蒸气扩散通道(102)的中心孔上，其另一端与还原罐内壁(未示出)紧密接触。金属蒸气扩散通道(102)的孔壁上开有多个通孔(103)使其与还原罐的反应区空间相联通。导热板(101)的数量以3或4片为宜。图1所示的是一四片式强化器。还原罐强化器以铸造工艺制成，并被通过合适的工艺，如热压配合、焊接等，安装到还原罐的反应区段。

金属蒸气扩散通道(102)可以显著降低沿还原罐，特别是立式还原罐，轴向的金属还原速率梯度。这是因为，在传统皮江法中，还原反应中所产生的金属蒸气是通过料球之间的空隙扩散到结晶区的。这样，在立式还原罐反应区下部所产生的金属蒸气必须通过长达数米的料球间空隙通道才能到达结晶区；而且这些料球空隙又极易被积聚的料球碎块所堵塞。这就增加了金属蒸气扩散的阻力，令还原罐下部的金属蒸气分压力随之提高，从而阻碍了还原反应的进行。在还原罐强化器中增设了金属蒸气扩散通道(102)后，还原反应中所产生的金属蒸气只需要在料球间扩散很短的距离即可通过其孔壁上的通孔(103)进入低扩散阻力的金属蒸气扩散通道(102)中。所以金属蒸气扩散通道(102)可以有效降低立式还原罐下部反应区内的金属蒸气分压力，保证了还原反应速率沿还原罐轴向的一致。

还原罐内壁上料渣粘结物的清除是皮江工艺方法中一个尚未很好解决的问题。目前使用的机械清除法不仅劳动强度大，而且因为清除不彻底造成还原罐导热系数的下降和还原时间的拖长。水蒸汽高压气流的降温和冲击作用可以有效地将料渣粘结物从罐壁上剥离下来。卸料困难是皮江工艺方法长期面临的另一难题。特别是还原罐强化器使操作空间进一步减小，令卸料更加困难。这一难题也可以利用水蒸汽高压气流的定向冲击作用得到解决。解决上述问题的关键是提供一种在还原罐内即时产生水蒸汽高压气流和对其喷射方向进行控制的方法。

本发明提供一种利用还原罐强化器中的金属蒸气扩散通道产生水蒸汽高压气流的方法。在这种情况下，金属蒸气扩散通道(102)与水蒸汽发生器(102)等同。如图2所示，当连接水蒸汽发生器的喷水枪(细节未示出)将一定量水柱(104)射入水蒸汽发生器(102)后，在超过1000℃的高温作用下，水柱(104)可以被瞬间气化并使水蒸汽发生器(102)内的压力急剧升高。通过控制水柱(104)射入量可以控制水蒸汽发生器(102)内的压力。通过控制射入间隔时间和次数可以控制水蒸汽高压气流的喷射频率和次数。

本发明提供一种利用还原罐强化器中的金属蒸气扩散通道孔壁通孔控制水蒸汽高压气流喷射方向的方法。在这种情况下，孔壁通孔原有的供金属蒸气通过的作用由水蒸汽高压气流罐壁喷嘴(105)和叶片喷嘴(106)来完成。如图3和图4所示，罐壁喷嘴(105)与还原罐的卸料口(注意：传统卧式还原罐的装料口和卸料口为同一个)方向呈锐角。这样，水蒸汽发生器中的高压气体经罐壁喷嘴(105)喷出后将在还原罐卸料口方向上对料渣产生一个推力分力，F。在推力F和重力的双重作用下，立式还原罐中的料渣可以被直接全部卸出。尽管因为没有重力的帮助，卧式还原罐中的料渣可能无法被全部卸出，但是也可以得到有效的松动，有助于后续的机械卸料。料渣被卸除后，经罐壁喷嘴(105)喷出的水蒸汽高压气流将直接作用到还原罐罐壁上。这样，还原罐罐壁上处于熔融状态的料渣粘结物将被急剧冷却到其熔点之下，并由于膨胀系数的不同而在其与罐壁基体的介面上生成一个应力。此应力加上水蒸汽高压气流的冲击作用可以有效地把料渣粘结物从罐壁上剥落下来。

基于同样原理，示于图3和图5的叶片喷嘴(106)将水蒸汽发生管内的高压气体喷射到还原罐强化器的叶片表面将那里可能的料渣粘结物清除掉。

为防止水蒸汽的无效泄露，水蒸汽发生器末端是封闭的。为方便还原罐强化器的制造和按装，可以对其采用分段制造，再在还原罐中装配到规定长度。

需要强调指出的是，上面给出的具体实施例仅为方便阐述本发明之工作原理。实施者可以应用本发明之工作原理对上述具体实施例进行多种多样的修改和细节完善。但所有如此产生的实施例变种都属于本发明之工作原理的具体体现，因此亦被包含在本发明之权利要求书中所要求的权利范围内。

Claims

1.一种多功能还原罐强化器装置，其特征是：

a.包含一个起金属蒸气扩散通道作用的中心孔；

b.所述金属蒸气扩散通道的孔壁上开有多个用于连接所述金属蒸气通道和还原罐反应空间的通孔；

c.包含3或4片由热的良导体耐热材料制成的、以所述金属蒸气通道为几何中心呈辐射状分布的导热板，其外端与还原罐内壁紧密接触或结合为一体；导热板的功能是1)将还原罐罐壁所提供的热量迅速传递到还原罐的中心区，2)抵消施加在还原罐罐壁上的大气压力。

2.根据权利要求1所述的还原罐强化器装置，其特征是所述金属蒸气扩散通道也可以同时作为水蒸汽发生器使用，即利用其高温特性将喷水枪射入的水柱即时转化为高温高压水蒸汽。

3.根据权利要求1所述的还原罐强化器装置，其特征是所述金属蒸气扩散通道孔壁通孔也可以同时作为水蒸汽高压气流喷嘴使用，包括罐壁喷嘴和叶片喷嘴。

4.根据权利要求3所述的罐壁喷嘴，其特征是其与还原罐卸料方向呈锐角；经过该罐壁喷嘴的水蒸汽高压气流可以沿卸料方向对料渣施加一均匀的推力，利于料渣的卸除；料渣卸除后，水蒸汽高压气流直接冲击还原罐罐壁上的料渣粘结物并将其剥离。

5.根据权利要求3所述的叶片喷嘴，其特征是其将水蒸汽高压气流喷射到还原罐强化器叶片表面，用于剥离叶片表面上的料渣粘结物。

6.根据权利要求2所述的水蒸汽发生器，其特征是其顶端具有一合适的接口端面用以连接喷水枪的喷嘴，其末端是封闭的。

7.根据权利要求1所述的还原罐强化器装置，其特征是其可以被分段制造，然后在还原罐中装配到规定长度。

8.一种利用还原罐自身高温瞬间产生可控水蒸汽高压气流的方法，其特征是：

a.将一定量水柱射入一位于还原罐内的隔离空腔；

b.通过控制所述水柱的射入量来控制所述隔离空腔内的压力和气流量；

c.利用预设在所述隔离空腔壁上的喷嘴将其内的水蒸汽高压气流按规定角度引导到还原罐内的规定位置；

d.通过控制所述水柱的射入频率和次数来控制水蒸汽高压气流对还原罐内部空间的冲击频率和次数。

9.一种利用水蒸汽高压气流的降温作用和定向冲击力实现还原罐罐壁除渣和卸料的方法，其特征是：

a.定向水蒸汽高压气流在卸料方向对料渣产生推力；

b.在水蒸汽高压气流的冲击下，还原罐罐壁和强化器叶片上的熔融态粘结物首先被急速冷却到其熔点以下，随后因为膨胀系数的不同，与其基体间产生一应力，最后该应力与水蒸气高压气流的机械冲击力一起把粘结物剥离下来。