CN102425938A - 有色金属多元合金真空精炼炉 - Google Patents

有色金属多元合金真空精炼炉 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种大功率的真空精炼炉，该炉可用于多元合金的提纯分离。该精炼炉的石墨保温罩套在蒸发盘层叠体外，在石墨保温罩上设有众多通孔；石墨冷凝罩分为两个以上大小不同的冷凝罩，最小的冷凝罩套在石墨保温罩外，较大的冷凝罩套在较小的冷凝罩外；除最大的冷凝罩外，其他冷凝罩上均设有众多通孔。本发明具有以下优点：1)能够以低成本的真空蒸馏方式处理多种多元合金；2)当石墨发热体功率在270kW水平时，对某些合金的处理能力可达到25公吨/天；3)热量损失小、蒸发效率和冷凝效率高；4)工作寿命长、能耗低、金属直收率高、生产环境好、稳定可靠。

Description

有色金属多元合金真空精炼炉
技术领域
本发明涉及一种真空精炼炉，更具体地说，涉及一种对液态有色金属合金进行分离提纯的精炼炉。
背景技术
真空精炼炉一般作为有色金属合金分离提纯之用，也可作其它热处理之用。液态合金物料被送进精炼炉后，依次进入各层蒸发盘中，并被石墨发热体加热至更高的温度。在此过程中，低沸点金属由液态变为气态而蒸发出去，在石墨冷凝罩上冷凝为液态，并经汇流盘收集，通过出料管流出。而没有被蒸发的液态金属剩料则通过剩料管流出。
名为“连续式真空电阻炉”的PCT国际申请(国际申请号：PCT/CN/2008/000299，国际申请日：2008年2月4日，国际公布号：WO2009/059489 A1，国际公布日：2009年5月14日)公开了一种精炼炉，该炉可实现对物料在蒸发盘内流动方向和滞留时间的严格控制，保证物料在炉内的蒸馏时间完全相等。但是当在这种精炼炉上配置功率更大的石墨发热体以提高合金处理量时，则会出现石墨冷凝罩温度过高、冷凝效率降低问题。一些如锑、砷等需要较低冷凝温度的金属蒸汽无法冷凝，会在炉内到处乱跑、冷凝，堵塞抽气管或造成电极短路，缩短精炼炉的寿命。为使在提升精炼炉功率的前提下同时提高冷凝效率，需要对现有精炼炉的结构进行改进。
发明内容
本发明提供一种大功率的真空精炼炉，该炉可用于多元合金的提纯分离。
采用以下的技术方案：
有色金属多元合金真空精炼炉，包括精炼炉体，所述精炼炉体包括蒸发盘层叠体、石墨冷凝罩和石墨保温罩；特别地，石墨保温罩套在蒸发盘层叠体外，在石墨保温罩上设有众多通孔；石墨冷凝罩分为两个以上直径大小不同的冷凝罩，最小的冷凝罩套在石墨保温罩外，较大的冷凝罩套在较小的冷凝罩外；除最大的冷凝罩外，其他冷凝罩上均设有众多通孔。
本发明的设计原理如下：高温的金属蒸汽从蒸发盘层叠体发出，透过石墨保温罩上的通孔以及冷凝罩的通孔逐层和冷凝罩交换热量，冷凝温度较高的金属，其蒸汽会在较接近蒸发盘层叠体的冷凝罩上冷凝，而冷凝温度较低的金属，其蒸汽会穿过较小的冷凝罩的通孔而在较大的冷凝罩上冷凝，甚至穿过若干冷凝罩上的通孔而在最大的冷凝罩上冷凝。在配备多层冷凝罩后，精炼炉体内的冷凝面积将得到大幅的提升，而且自小至大，各冷凝罩上的温度呈阶梯式递减、温差幅度也较大，这有利于从液态合金物料中分离出一种以上的金属并且扩大精炼炉的可冷凝范围，从而实现多元合金的精炼。在配备了大功率的石墨发热体后，为避免最接近蒸发盘层叠体的冷凝罩的温度过高而失去冷凝效果，本发明在最小的冷凝罩与蒸发盘层叠体之间设置有石墨保温罩，石墨保温罩上的众多通孔主要是让金属蒸汽排出的。石墨保温罩的主要作用是，一方面阻挡来自石墨发热体和蒸发盘层叠体的热量，令其外的冷凝罩的温度不至于过高，另一方面对其内的蒸发盘层叠体进行保温，促进液态合金物料的蒸发作用。通过以上改进，相比以前只能以最高100kw的石墨发热体配合物料慢速流动的生产方式，本精炼炉即使采用270kw的石墨发热体配合较快的物料流动进行加热生产，其冷凝效率也能维持在一个较高的水平，合金处理量大幅提升。一些过去较难冷凝的金属如锑、砷等都可以被本精炼炉冷凝下来。
本发明具有以下优点：1)能够以低成本的真空蒸馏方式处理含锡量为5～90％，含锑量＜25％，余量为铅的多元合金，以及含铅量为30～99.5％，余量为金、银、铂、铼、铱、铜、锑、铋的多元合金，以及含锡量为1～99％，余量为铅的二元合金，以及含锡量为1～95％，余量为铟的二元合金；2)当石墨发热体功率在270kw水平时，对某些合金的处理能力可达25公吨/天；3)热量损失小、蒸发效率和冷凝效率高；4)工作寿命长、能耗低、金属直收率高、生产环境好、稳定可靠。
附图说明
图1是实施例的结构剖视图；
图2是实施例中蒸发盘层叠体的结构剖视图；
图3是实施例中蒸发盘的主视图；
图4是图3的A-A向剖视图；
图5是图3的B-B向剖视图；
图6是实施例中石墨发热体与发热体连接座之间的连接结构图。
附图标记说明：1-精炼炉体；2-石墨发热体；3-发热体连接座；4-电极；5-密封炉壳；6-进料管；7-抽气管；8-出料管；9-剩料管；10-第一石墨冷凝罩盖；11-第二石墨冷凝罩盖；12-石墨进料斗；13-蒸发盘层叠体；14-石墨保温罩；15-第一冷凝罩；16-第二冷凝罩；17-第三冷凝罩；18-汇流盘；19-顶层盘；20-底层盘；21-蒸发盘；22-发热体穿入孔；23-蒸发槽；24-蒸发槽首；25-蒸发槽尾；26-蒸发槽隔栏；27-物料流出孔；28-保温箍支撑环；29-保温箍；30-钢制外壳；31-石墨衬管；32-耐火填充料；33-发热引脚部；34-石墨螺栓；35-定位部；351-接触面；36-冷液腔；37-进液口；38-出液口；39-止动片；40-炉壳上盖；41-炉壳底盘。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，本实施例的多元合金真空精炼炉由精炼炉体1、石墨发热体2、发热体连接座3、电极4、密封炉壳5、进料管6、抽气管7、出料管8和剩料管9构成。其中：
1)精炼炉体1由第一石墨冷凝罩盖10、第二石墨冷凝罩盖11、石墨进料斗12、蒸发盘层叠体13、石墨保温罩14、第一冷凝罩15、第二冷凝罩16、第三冷凝罩17和汇流盘18构成。蒸发盘层叠体13设置于汇流盘18的中央，石墨保温罩14套在蒸发盘层叠体13外。第一冷凝罩15最小，第二冷凝罩16较大，第三冷凝罩17最大。第一冷凝罩15套在石墨保温罩14外，第二冷凝罩16套在第一冷凝罩15外，第三冷凝罩17套在第二冷凝罩16外。在石墨保温罩14、第一冷凝罩15和第二冷凝罩16上均钻有众多通孔。第一冷凝罩盖10安装在第三冷凝罩17上，第二冷凝罩盖11安装在第一冷凝罩15上。石墨进料斗12穿过第一冷凝罩盖10和第二冷凝罩盖11，与蒸发盘层叠体13的上部正对。
如图2所示，本实施例的蒸发盘层叠体13由顶层盘19、底层盘20以及若干蒸发盘21构成。蒸发盘21处在顶层盘19与底层盘20之间，底层盘20与蒸发盘21的中央均设有发热体穿入孔22，用于石墨发热体2的穿入。如图3、图4、图5所示，本实施例的单个蒸发盘21为圆盘状，其上设有周向的蒸发槽23，蒸发槽23的一头为蒸发槽首24，另一头为蒸发槽尾25，蒸发槽首24与蒸发槽尾25之间以蒸发槽隔栏26分隔。在蒸发槽尾25设有物料流出孔27。工作时，液态合金物料从顶层盘19落入最上层的蒸发盘的蒸发槽首位置，并沿蒸发槽向蒸发槽尾方向流动，最后从物料流出孔流出，落入到下层的蒸发盘的蒸发槽首，如此循环，最后落到底层盘20上。如图4所示，在蒸发盘21的侧壁上通过保温箍支撑环28安装有保温箍29，保温箍29的主要作用是对蒸发盘21进行保温，保证液态合金物料受热均匀以及对蒸发盘21的周向侧壁进行加固。本实施例的蒸发盘，其蒸发槽没有复杂的流道设计，盘体强度有所增加，目的是为了与大流量、大功率的炉体设计相适应。
底层盘20从底部接通剩料管9，经高温蒸发后的液态合金物料从剩料管9排出；汇流盘18从底部接通出料管8，蒸发后被冷凝下来的液态金属从出料管8排出。由于经高温蒸发后的液态合金物料或蒸发后被冷凝下来的液态金属均会与金属制成的出料管和剩料管发生反应，在产生新合金而污染产品的同时，会使出料管或剩料管逐渐变薄直至蚀穿漏气，因此本实施例的出料管8和剩料管9采用以下结构：如图1所示，在钢制外壳30内部衬入石墨衬管31，并在钢制外壳30与石墨衬管31之间填入耐火填充料32粘接。采用该结构制成的出料管8和剩料管9，高温的液态金属不能与钢制外壳30相接触，其使用寿命大大延长。
2)如图6所示，石墨发热体2上设有发热引脚部33。发热引脚部33与发热体连接座3之间通过石墨螺栓34连接在一起。为对石墨发热体2进行定位，在发热体连接座3上对应发热引脚部33设置定位部35。为提高发热引脚部33与发热体连接座3之间的电流通过能力，在定位部35上设有垂直的与发热引脚部33的侧面贴紧的接触面351，并且将该侧面和该接触面用高温导电填充料粘接，以此增加两者的接触面积使之能通过更大电流，减少接触电阻。
3)如图1所示，石墨发热体2是通过发热体连接座3而与电极4导通的。电极4兼有支撑发热体连接座3和石墨发热体2的作用。在采用大功率石墨发热体的情况下，电极的温度将非常高，因此本实施例采用水冷方式对电极进行散热，在电极4的内部设有冷液腔36，在电极4的外部设有与冷液腔36相通的进液口37和出液口38。为确保发热体连接座3与电极4之间连接稳固，发热体连接座3与电极4之间设有止动部件，该部件是止动片39。
4)如图1所示，密封炉壳5由炉壳上盖40和炉壳底盘41连接构成。在炉壳上盖40设有进料管6和抽气管7，进料管6与石墨进料斗12正对，抽气管7连通抽真空设备。电极4、出料管8、剩料管9均穿出于炉壳底盘41，并与炉壳底盘41进行固定。

Claims (9)

1.有色金属多元合金真空精炼炉，包括精炼炉体、石墨发热体、电极和密封炉壳，所述精炼炉体包括蒸发盘层叠体、石墨冷凝罩和石墨保温罩，所述蒸发盘层叠体包括蒸发盘；其特征是：石墨保温罩套在蒸发盘层叠体外，在石墨保温罩上设有众多通孔；石墨冷凝罩分为两个以上直径大小不同的冷凝罩，最小的冷凝罩套在石墨保温罩外，较大的冷凝罩套在较小的冷凝罩外；除最大的冷凝罩外，其他冷凝罩上均设有众多通孔。
2.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：精炼炉体(1)由第一石墨冷凝罩盖(10)、第二石墨冷凝罩盖(11)、石墨进料斗(12)、蒸发盘层叠体(13)、石墨保温罩(14)、第一冷凝罩(15)、第二冷凝罩(16)、第三冷凝罩(17)和汇流盘(18)构成；蒸发盘层叠体(13)设置于汇流盘(18)的中央；石墨保温罩(14)套在蒸发盘层叠体(13)外；第一冷凝罩(15)最小，第二冷凝罩(16)较大，第三冷凝罩(17)最大；第一冷凝罩(15)套在石墨保温罩(14)外，第二冷凝罩(16)套在第一冷凝罩(15)外，第三冷凝罩(17)套在第二冷凝罩(16)外；在石墨保温罩(14)、第一冷凝罩(15)和第二冷凝罩(16)上均钻有众多通孔；第一冷凝罩盖(10)安装在第三冷凝罩(17)上，第二冷凝罩盖(11)安装在第一冷凝罩(15)上；石墨进料斗(12)穿过第一冷凝罩盖(10)和第二冷凝罩盖(11)，与蒸发盘层叠体(13)的上部正对。
3.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：蒸发盘(21)为圆盘状，其上设有周向的蒸发槽(23)，蒸发槽(23)的一头为蒸发槽首(24)，另一头为蒸发槽尾(25)，蒸发槽首(24)与蒸发槽尾(25)之间以蒸发槽隔栏(26)分隔，在蒸发槽尾(25)设有物料流出孔(27)。
4.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：在蒸发盘(21)的侧壁上通过保温箍支撑环(28)安装有保温箍(29)。
5.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：包括有出料管(8)和剩料管(9)；所述出料管(8)和剩料管(9)采用以下结构：在钢制外壳(30)内部衬入石墨衬管(31)，并在钢制外壳(30)与石墨衬管(31)之间填入耐火填充料(32)粘接。
6.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：石墨发热体(2)是通过发热体连接座(3)而与电极(4)导通；石墨发热体(2)上设有发热引脚部(33)；发热引脚部(33)与发热体连接座(3)之间通过石墨螺栓(34)连接在一起；在发热体连接座(3)上对应发热引脚部(33)设置定位部(35)；在定位部(35)上设有垂直的与发热引脚部(33)的侧面贴紧的接触面(351)，并且将该侧面和该接触面用高温导电填充料粘接。
7.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：包括有电极(4)，在电极(4)的内部设有冷液腔(36)，在电极(4)的外部设有与冷液腔(36)相通的进液口(37)和出液口(38)。
8.如权利要求1所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：石墨发热体(2)是通过发热体连接座(3)而与电极(4)导通；发热体连接座(3)与电极(4)之间设有止动部件。
9.如权利要求8所述的有色金属多元合金真空精炼炉，其特征是：所述止动部件是止动片(39)。
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