CN111057844A - 一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法，冷却机包括：支撑架、球团冷却平台、风扇、高温侧导热陶瓷、高温侧金属板、p型半导体、n型半导体、第一低温侧金属板、第二低温侧金属板、低温侧导热陶瓷和发电装置导线，通过上述部件连接形成温差发电装置，将焙烧完后焙烧炉内的热量转化为电能，为风扇供电。该实验室用焙烧球团冷却机不需外接电源，能够利用焙烧炉焙烧后的热量为风扇提供电能加速焙烧后的球团矿的冷却使实验室球团矿的冷却更接近于实际生产，使实验室球团矿制备更能反映现场生产情况，并可加快实验进度，节约时间。

Description

一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法

技术领域

本发明涉及铁矿球团设备技术领域，具体而言，涉及一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法。

背景技术

球团工艺是黑色冶金工业中主要的造块方法之一，对促进钢铁工业发展具有重要作用。球团法是将细粒物料在加水条件下在专门的造球设备上经滚动成球，然后再经焙烧固结的方法。所得到的产品为球团矿，成球形，粒度均匀，机械强度较高，还原性能好，可以长期储存和运输。焙烧固结是目前生产球团矿普遍采用的方法，通过焙烧可以使球团矿具有足够的机械强度和良好的冶金性能。

实验室通常采用焙烧炉进行生球焙烧试验。在球团焙烧前，首先将焙烧炉焙烧区温度调整到所需温度，当焙烧区温度达到所需温度并保持稳定后，将装有生球的坩埚通过炉口按一定速度缓慢推送到焙烧区，焙烧一定时间后将高温球团矿取出，置于试验台使其自然冷却，最后将冷却后的球团矿进行后续分析和检测。

此试验方法存在的问题是，当焙烧的球团量大、焙烧温度较高时(一般1200℃左右)，取出的球团矿自然冷却所需时间较长(一般需要1-2h)，当后续试验设计需依靠该实验结果时就会造成试验所需时间较长；并且，实际生产中球团通常采用环冷机鼓风冷却，其冷却时间较短，实验室冷却时间与实际生产冷却时间差别较大，实验室操作不能很好地模拟实际生产，导致试验结果不准确；另外，焙烧炉使用时所散发的热量、关闭后的炉温余热以及球团高温热量均未得到有效利用。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种实验室用焙烧球团冷却机及其应用方法，该焙烧球团冷却机无需外接电源，能够利用焙烧炉焙烧后的热量或焙烧后球团矿自身的热量加速球团矿的冷却，使实验室球团冷却能够更好地反映实际生产情况，还能够加快试验进度，提高试验效率和试验安全性。

为了实现上述目的，本发明提供了一种实验室用焙烧球团冷却机，包括：

支撑架，支撑架上开设有连通槽；

球团冷却平台，设置在支撑架上，用于放置焙烧后的球团矿；

风扇，安装在支撑架上，且朝向球团冷却平台，风扇用于对球团冷却平台上焙烧后的球团矿进行降温冷却；

高温侧导热陶瓷，设置在支撑架内，高温侧导热陶瓷上连接有第一高温热管，第一高温热管用于伸入焙烧炉内将焙烧炉焙烧后的热量传递至高温侧导热陶瓷；

高温侧金属板，紧靠设置在高温侧导热陶瓷的侧面；

p型半导体，紧靠设置在高温侧金属板远离高温侧导热陶瓷的一侧；

n型半导体，紧靠设置在高温侧金属板远离高温侧导热陶瓷的一侧，且n型半导体与p型半导体相间隔；

第一低温侧金属板，紧靠设置在p型半导体远离高温侧金属板的一端；

第二低温侧金属板，紧靠设置在n型半导体远离高温侧金属板的一端；

低温侧导热陶瓷，紧靠设置在第一低温侧金属板和第二低温侧金属板的另一端，低温侧导热陶瓷通过连通槽与外部连通；

发电装置导线，发电装置导线的一端与第一低温侧金属板连接，发电装置导线的另一端与第二低温侧金属板连接，发电装置导线还与一蓄电池连接，蓄电池与风扇连接，蓄电池与风扇连接的回路中设有第一开关。

进一步地，高温侧导热陶瓷上还连接一第二高温热管，第二高温热管用于伸入焙烧后的球团矿中将球团矿的热量传递至高温侧导热陶瓷。

进一步地，第二高温热管伸入球团矿的一端设有伞状受热部，伞状受热部的表面设有直肋片，第一高温热管伸入焙烧炉内的一端的表面设有直肋片。

进一步地，第一高温热管和第二高温热管的中部外侧均设置有绝热套；第一高温热管和第二高温热管均与高温侧导热陶瓷螺纹连接。

进一步地，还包括一测温热管，测温热管的一端通过螺纹连接安装在高温侧导热陶瓷上，测温热管的另一端伸向焙烧炉内，测温热管内设有第一测温金属导线和第二测温金属导线，第一测温金属导线和第二测温金属导线贯穿设置在测温热管内且在测温热管的端部相交，第一测温金属导线和第二测温金属导线的另一端伸出测温热管且相交，第一测温金属导线和第二测温金属导线为塞贝克系数不同的金属导线，第一测温金属导线和第二测温金属导线形成的回路上安装有电流表。

进一步地，第一测温金属导线通过储能导线与蓄电池连接，储能导线上设有第二开关，储能导线的两端通过一连接导线相连接，连接导线上设有第三开关。

进一步地，支撑架的侧面设有一风扇连接杆，风扇安装在风扇连接杆的端部；支撑架上还设有操作显示屏。

根据本发明的另一方面，提供了一种上述的实验室用焙烧球团冷却机的应用方法，包括：

在球团焙烧实验开始之前，对焙烧炉内部球团焙烧区域的温度进行温度校准，首先从支撑架上取下第一高温热管和第二高温热管，然后将测温热管伸入到球团焙烧区中心偏下位置，靠近焙烧炉内焙烧区下壁面，断开第一开关和第二开关，闭合第三开关；

预先调整好需要焙烧的温度，焙烧炉通电加热，随着球团焙烧区温度的持续升高，测温热管内的第一测温金属导线和第二测温金属导线的连接处受热温度升高，而第一测温金属导线和第二测温金属导线的另外一端连接处仍然保持常温，由于连接处温度不同在回路内产生电势差，进而形成电流，通过电流表读取电流数据，再查阅标准热电偶的电势与温度对照表，确定焙烧炉内的温度是否达到预设温度。

进一步地，还包括：

安装好第二高温热管，待球团焙烧完成后将焙烧后的球团矿从焙烧炉中取出放置在球团冷却平台上；

将第二高温热管的端部埋入到焙烧后的球团矿里面，让其吸收球团矿的热量，第二高温热管将热量传递给高温侧导热陶瓷，高温侧导热陶瓷将热量传递给高温侧金属板，高温侧金属板将热量分别传递给p型半导体和n型半导体的热端，p型半导体和n型半导体的冷端与外界相通，其温度仍然为外界温度，由此在p型半导体和n型半导体的两侧形成温度差，在发电装置导线形成的闭合回路内形成温差电动势，形成电流给蓄电池充电，闭合第一开关，通过蓄电池为风扇提供电能对球团矿进行降温。

进一步地，还包括：

当需要对焙烧炉进行降温时，将第一高温热管伸入焙烧炉内，断开第一开关，通过第一高温热管将焙烧炉内的热量传递给高温侧导热陶瓷，高温侧导热陶瓷将热量传递给高温侧金属板，高温侧金属板将热量分别传递给p型半导体和n型半导体，再经p型半导体和n型半导体将热量分别传递给第一低温侧金属板和第二低温侧金属板，通过温差发电将热量转化为电能储存到蓄电池中。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明的实验室用焙烧球团冷却机不利用外接电源，节约能源。该球团冷却机是利用球团矿本身的废热和焙烧炉本身的废热来发电，进而驱动风扇工作，加速球团矿冷却，能源取自废弃热能，更节约能源。

(2)更能准确地反映球团冷却现场的情况。常规的实验过程中球团主要依赖自然冷却，而实际工程现场的球团主要通过鼓风来冷却。因而实验室成球性能会比实际工程现场的球团性能更好，这样实验过程中往往焙烧后的球团与现场的球团存在一定的差距，所得到的实验结果往往并不能很好地与实际球团焙烧现场相吻合。本发明的实验室用焙烧球团冷却机，通过塞贝克效应进行温差发电，使得实验条件更接近实际工程现场的球团焙烧后的冷却环境，所得到的球团矿也会更加贴近实际情况，最终得到的实验结果也可以更好的为实际工程中球团焙烧后冷却提供指导。

(3)加快球团焙烧实验进程，在一定程度上节约实验时间。常规的实验室焙烧球团，球团焙烧后，周围空气是以自然对流形式与球团矿换热，换热系数较低，因而球团矿冷却时间较长。本发明的球团矿冷却机，球团矿的热量一方面被热管抽走，另一方面周围空气在风扇驱动下与球团矿进行强制对流换热，换热系数明显大于自然对流换热系数，且带走球团矿的热量有两条途径，会明显加快球团矿的冷却进程，节约实验时间。

(4)焙烧炉内温度容易控制和及时捕捉。本发明的球团冷却机，通过金属的塞贝克效应可以随时知晓焙烧炉内球团焙烧区的温度变化情况，当焙烧炉需要调节温度时，可以通过热管快速抽走，迅速降温，且不会损害焙烧炉自身的升温系统。

(5)实验安全系数更高，实验时间大幅缩短。快速带走高温物体产生的热量，同时无需人员随时观察炉内情况，减少了实验人员直接接触高温物体的机会，从而提高安全系数，实验时间也会相应缩短。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机使用时的结构示意简图。

图2为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中温差发电装置和测温装置的结构示意简图。

图3为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中第一高温热管的结构示意简图。

图4为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中第二高温热管的结构示意简图。

图5为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中支撑架的主视结构示意简图。

图6为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中支撑架的左视结构示意简图。

图7为本发明实施例的验室用焙烧球团冷却机中支撑架的俯视结构示意简图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、支撑架；11、连通槽；20、球团冷却平台；30、风扇；40、高温侧导热陶瓷；50、高温侧金属板；60、p型半导体；70、n型半导体；80、第一低温侧金属板；90、第二低温侧金属板；100、低温侧导热陶瓷；110、发电装置导线；120、第一高温热管；130、蓄电池；140、第二高温热管；141、伞状受热部；150、绝热套；160、测温热管；170、第一测温金属导线；180、第二测温金属导线；190、电流表；200、储能导线；210、第二开关；220、连接导线；230、第三开关；240、风扇连接杆；250、操作显示屏；260、第一开关；270、稳压装置；280、氧化铝坩埚；300、焙烧炉。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明作更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体的实施例。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

除非另有定义，下文中所使用的所有专业术语与本领域技术人员通常理解的含义相同。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而仅仅是为了便于对相应零部件进行区别。同样，“一个”或者“一”等类似词语不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

参见图1至图7，一种本发明实施例的实验室用焙烧球团冷却机，该实验室用焙烧球团冷却机主要包括：支撑架10、球团冷却平台20、风扇30、高温侧导热陶瓷40、高温侧金属板50、p型半导体60、n型半导体70、第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90、低温侧导热陶瓷100、发电装置导线110和蓄电池130。其中，在支撑架10上开设有连通槽11；球团冷却平台20设置在支撑架10上，在该球团冷却平台20上放置有氧化铝坩埚280，该氧化铝坩埚280用于放置焙烧后的球团矿；风扇30安装在支撑架10上，且朝向球团冷却平台20，该风扇30用于对球团冷却平台20上焙烧后的球团矿进行降温冷却；高温侧导热陶瓷40设置在支撑架10内，在该高温侧导热陶瓷40上连接有第一高温热管120，该第一高温热管120用于伸入焙烧炉300内将焙烧炉300焙烧后的热量传递至高温侧导热陶瓷40；高温侧金属板50紧靠设置在高温侧导热陶瓷40的侧面；p型半导体60紧靠设置在高温侧金属板50远离高温侧导热陶瓷40的一侧；n型半导体70紧靠设置在高温侧金属板50远离高温侧导热陶瓷40的一侧，且n型半导体70与p型半导体60相间隔(中间留有空隙不相接触)；第一低温侧金属板80紧靠设置在p型半导体60远离高温侧金属板50的一端；第二低温侧金属板90紧靠设置在n型半导体70远离高温侧金属板50的一端；低温侧导热陶瓷100紧靠设置在第一低温侧金属板80和第二低温侧金属板90的另一端，并且该低温侧导热陶瓷100通过连通槽11与外部连通；发电装置导线110的一端与第一低温侧金属板80连接，发电装置导线110的另一端与第二低温侧金属板90连接，发电装置导线110上设有一个稳压装置270，该发电装置导线110还与一个蓄电池130连接，该蓄电池130通过导线与风扇30连接，并且在蓄电池130与风扇30连接的导线回路中设置有一个第一开关260。

支撑架10的作用是一方面给第一高温热管120、风扇30、球团冷却平台20、高温侧导热陶瓷40、高温侧金属板50、p型半导体60、n型半导体70、第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90和低温侧导热陶瓷100等提供支撑力，让其保持相对位置的恒定。同时其内部又是一个利用半导体塞贝克效应进行温差发电和金属塞贝克效应测温的场所。如图1、图5至图7所示，支撑架10的偏上部区域有一块被挖掉，形成一个连通槽11，其主要目的是为了半导体塞贝克效应发电装置的低温端能够与周围空气接触，保持其低温端温度的恒定，让半导体塞贝克效应发电装置顺利而稳定地进行温差发电。同时，连通槽11应该满足方便连接导电线的布置和各种设备的安装以及维修更换方便的要求。并且整个支撑架10外观不一定为方形柱状，也可以为圆柱形等等，但是需要自身有一定的重力，可以给热管和测温装置提供足够的支撑力，自身也不能轻易倾斜和翻倒。对其材质的要求是不能易燃易爆，能耐高温，具有一定的致密度和抗腐蚀性，以及一定的重力。

球团冷却平台20固接在支撑架10上面，图中相对大小并不代表实际平台的相对大小，应当根据实际情况而定，主要是为了搁置焙烧后的球团矿，方便其在风扇30作用下快速冷却，因此对其结构强度有一定的要求，结构强度要高，防止断裂后高温的焙烧球团滑落下来，伤到周边实验人员。氧化铝坩埚280是实验室球团焙烧的盛放器具，耐高温性能好，球团焙烧和焙烧后球团的冷却都在这个氧化铝坩埚280中进行。风扇30是强化球团矿快速冷却的工具，其电力来源是半导体塞贝克效应的温差发电，固接在竖立的支撑架10上面，依靠外接风扇连接杆240，在恰当的位置对位于氧化铝坩埚280内的焙烧后球团矿进行降温。第一高温热管120的主要作用是将焙烧球团矿之后的待自然冷却的焙烧炉300内部多余的热量传递出来，将热量传给半导体塞贝克效应温差发电装置的高温段，从而获得更大的温差发电量。

p型半导体60和n型半导体70是温差发电的主要元器件。二者的高温侧用高温侧金属板50连接在一起，高温侧金属板50的热量来源是高温侧导热陶瓷40，高温侧导热陶瓷40被第一高温热管120加热，其本身不具备导电性，主要是利用其导热性，将热量传导给高温侧金属板50，进而将热量传给p型半导体60和n型半导体70的热端。p型半导体60和n型半导体70的冷端分别与第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90相连，p型半导体60和n型半导体70之间，以及第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90并不能直接连接，保证二者在低温侧不能相互导电，形成单一的电流通路，同时保证发电功能的实现。第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90与低温侧导热陶瓷100相连，低温侧导热陶瓷100与外部的空气直接接触，保证冷端的温度较低，金属板与导热陶瓷之间连接紧密，无空隙，保证传热的高效和快速，减小热损失。高温侧导热陶瓷40内部有空隙，保证金属导线穿过。稳压装置270的主要作用是让半导体塞贝克效应发电装置供应的电流更加平稳，从而让蓄电池130充电更平稳或者让风扇30的电动机工作运行更平稳安全。

上述的实验室用焙烧球团冷却机，通过设置第一高温热管120、高温侧导热陶瓷40、高温侧金属板50、p型半导体60、n型半导体70、第一低温侧金属板80、第二低温侧金属板90、低温侧导热陶瓷100、发电装置导线110和蓄电池130，形成基于塞贝克效应的温差发电装置，将球团矿焙烧后焙烧炉300内的热量转化为电能存储到蓄电池130内，通过该蓄电池130为风扇30提供电能向球团冷却平台20上放置的球团矿吹风进行冷却。该实验室用焙烧球团冷却机不需外接电源，能够利用焙烧炉300焙烧后的热量为风扇30提供电能加速焙烧后的球团矿的冷却使实验室球团矿的冷却更接近于实际生产，使实验室球团矿制备更能反映现场生产情况，并可加快实验进度，节约时间。

进一步地，参见图1和图2，在本实施例中，在高温侧导热陶瓷40上还连接有一根第二高温热管140，该第二高温热管140倾斜向下设置，用于伸入焙烧后的球团矿中将球团矿的热量传递至高温侧导热陶瓷40。如此设置，该实验室用焙烧球团冷却机同时还能够将焙烧后的球团矿的热量传递给温差发电装置进行发电，一方面通过第二高温热管140进行传热能够加快球团矿冷却，另一方面可将球团矿的热量转化为电能为风扇30供电，对球团矿进行吹风冷却。

为了更好地提高第二高温热管140的传热效果，参见图3和图4，在本实施例中，该第二高温热管140伸入球团矿的一端设有伞状受热部141，并且在该伞状受热部141的表面设置有多块直肋片(图中未示出)。这样设置，可以有效地增大第二高温热管140与球团矿的接触面积，提高传热效率。同样的，在第一高温热管120伸入焙烧炉内的一端的表面上也设置有多块直肋片(图中未示出)，用以提高第一高温热管120与焙烧炉300内空气的接触面，提高传热效率。

为了使热量能够更好地传递至高温侧导热陶瓷40，减小热量在传递过程中的耗散，参见图3和图4，在本实施例中，在第一高温热管120和第二高温热管140的中部外侧均设置有绝热套150，通过设置该绝热套150可减小第一高温热管120、第二高温热管140的中部与外界的热交换，有效降低热量损耗。进一步地，在本实施例中，第一高温热管120和第二高温热管140均与高温侧导热陶瓷40通过螺纹连接，便于第一高温热管120和第二高温热管140的拆装。

参见图1和图2，在本实施例中，该实验室用焙烧球团冷却机还包括一根测温热管160，该测温热管160的一端通过螺纹连接安装在高温侧导热陶瓷40上，该测温热管160的另一端伸向焙烧炉300内，测温热管160内还设置有一根第一测温金属导线170和一根第二测温金属导线180，该第一测温金属导线170和第二测温金属导线180贯穿设置在测温热管160内且在测温热管160的端部相交(这一端为热端)，该第一测温金属导线170和第二测温金属导线180的另一端伸出测温热管160且相交(这一端为冷端)，第一测温金属导线170和第二测温金属导线180为塞贝克系数不同的金属导线，第一测温金属导线170和第二测温金属导线180的外侧均设有绝缘包覆层(图中未示出)，在第一测温金属导线170和第二测温金属导线180形成的回路上安装有电流表190。

现有的焙烧炉，在焙烧完成后当需要测量炉内温度时，通常是外接标准热电偶，这种方式不利于操作，来回搬动麻烦，同时外接热电偶消耗大，被加热后温度高，存在安全隐患。为此，本发明采用测温热管160、第一测温金属导线170和一根第二测温金属导线180等组成的塞贝克效应测温装置反馈测量焙烧炉300内部的温度。金属的塞贝克效应很小，一般塞贝克系数为0-10mV/K，但在一定条件下还是可观的，利用金属塞贝克效应来检测高温场合的温度是完全行得通的。如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而增大，热端的电子将由于具有较大的能量，又具有较大的平均自由程，则热端电子向冷端的输运则是主要的过程，从而将产生塞贝克系数为负的塞贝克效应，如金属Al、Mg、Pd、Pt等。相反，如果热端电子的平均自由程是随着电子能量的增加而减小，热端的电子虽然具有较大的能量，但它们的平均自由程却很小，因此电子的输运将主要是从冷端向热端的输运，从而将产生塞贝克系数为正的塞贝克效应，如金属Cu、Au、Li等。只要选用适当的金属作测温材料，就可测量到从－180℃到+2000℃的温度。本实施例中，第一测温金属导线170可采用金属Al、Mg、Pd、Pt，而第二测温金属导线180可采用金属Cu、Au、Li。

参见图2，在本实施例中，第一测温金属导线170通过储能导线200与蓄电池130连接，该储能导线200上设置有一个第二开关210，储能导线200的两端通过一根连接导线220相连接，该连接导线220上设置有一个第三开关230。通过闭合第二开关210、断开第三开关230，可将测温热管160、第一测温金属导线170和第二测温金属导线180中的电能输入蓄电池130中进行存储，通过断开第二开关210、闭合第三开关230，可通过电流表190读取测温回路中的电流，查阅相应的换算表即可得到此时焙烧炉300内的温度。

参见图1、图5至图7，在本实施例中，在支撑架10的侧面固接有一根风扇连接杆240，风扇30安装在该风扇连接杆240的端部。可选地，在支撑架10上还可以设置一个操作显示屏250。操作显示屏250位于支撑架10的一侧，其主要目的是把支撑架10内部的金属导体塞贝克效应测温电流信号，以及内部半导体温差发电的电流、电压信号，还有各种开关的控制等，都通过相关的控制电路集成在操作显示屏250上。

该实验室用焙烧球团冷却机，利用焙烧后球团的高温热量以及焙烧炉使用完毕后的本身内部具备的高温热量，通过基于塞贝克效应的温差发电装置，带动与之连接的风扇30，给焙烧后的球团进行冷却，加速球团矿的冷却进程，使实验室球团矿制备更能反映现场生产情况，节省实验时间，增强实验安全性，同时更加便捷的获取管式炉内温度信息，其主要的工作流程如下：

(1)测温环节

球团焙烧实验开始前，需要对焙烧炉300内部球团焙烧区域的温度进行温度校准，这个时候就需要用到本装置的测温功能，其具体操作流程为：

首先从支撑架10上取下第一高温热管120和第二高温热管140，然后将测温热管160伸入到球团焙烧区中心偏下位置，靠近下侧焙烧炉内焙烧区下壁面，断开第一开关260和第二开关210，闭合第三开关230；

预先调整好需要焙烧的温度，焙烧炉通电加热，随着球团焙烧区温度的持续升高，测温热管160内的第一测温金属导线170和第二测温金属导线180的连接处受热温度升高，而第一测温金属导线170和第二测温金属导线180的另外一端连接处仍然保持常温，由于连接处温度不同在回路内产生电势差，进而形成电流，通过电流表190读取电流数据，再查阅标准热电偶的电势与温度对照表，确定焙烧炉内的温度是否达到预设温度。

相比较目前所使用的标准热电偶外加外用表而言，此方法可以更快捷地确定炉内温度，同时操作起来更加方便，也更安全，测温完成之后，便可以将整个装置取出来，同时因为此时第一测温金属导线170和第二测温金属导线180连接处的温度仍然保持很高的温度，与另一侧连接部位的低温相比，仍然可以利用金属的塞贝克效应来发电。这时需要断开第三开关230，打开第二开关210，让蓄电池130连入此环路。这个时候蓄电池130便可以充电，储存这部分因为金属导体塞贝克效应的温差产生的电能，随着金属导体热端温度逐步降低，产生的电能也会变少，但是蓄电池130在此环节中还是可以存储很大的电能，供后续环节使用。

(2)冷却环节

球团焙烧完成后，需要逐步调低焙烧炉300的温度，让焙烧炉300内缓慢冷却。安装好第一高温热管120和第二高温热管140，待球团焙烧完成后将焙烧后的球团矿从焙烧炉中取出放置在球团冷却平台20上；

将第一高温热管120伸入到焙烧炉300内，将第二高温热管140的端部埋入到焙烧后的球团矿里面，让其吸收球团矿的热量，第一高温热管120和第二高温热管140将热量传递给高温侧导热陶瓷40，高温侧导热陶瓷40将热量传递给高温侧金属板50，高温侧金属板50将热量分别传递给p型半导体60和n型半导体70的热端，p型半导体60和n型半导体70的冷端与外界相通，其温度仍然为外界温度，由此在p型半导体60和n型半导体70的两侧形成温度差，在发电装置导线110形成的闭合回路内形成温差电动势，形成电流给蓄电池130充电，闭合第一开关260，通过蓄电池130为风扇30提供电能对球团矿进行降温。

这样，蓄电池130的电能来源便有金属塞贝克效应测温装置的发电和半导体塞贝克效应的温差发电量两个来源，再加上之前测温环节自身储存了一部分电能。在此环节中，球团矿一方面被风扇30吹出的风冷却，这是强迫对流换热，另外一方面，其内部热量也在逐步被第二高温热管140给抽走并作用于温差发电装置，这样球团的冷却进程就会加快，实验安全系数也会更高。同时对于焙烧炉300也是一样，内部的余热同样被第一高温热管120抽走，作用于半导体温差发电装置发电，也有一部分热能作用于金属塞贝克效应测温装置，同样以发电的形式输出电能，这样焙烧炉300的降温进程也会加快。

(3)调节温度

当一组球团焙烧完成后，需要焙烧第二组球团矿，同时如果第二组球团矿需要焙烧的温度低于第一组球团矿的时候，这个时候焙烧炉300就需要降温，一般情况下是逐步降低焙烧炉300的设定温度，让其自然冷却下来，减少其内部的热量投入。但是使用本发明的装置后，可以更快速的使焙烧炉300降低温度。

当需要对焙烧炉进行降温时，将第一高温热管120伸入焙烧炉内，断开第一开关260，通过第一高温热管120将焙烧炉内的热量传递给高温侧导热陶瓷40，高温侧导热陶瓷40将热量传递给高温侧金属板50，高温侧金属板50将热量分别传递给p型半导体60和n型半导体70，再经p型半导体60和n型半导体70将热量分别传递给第一低温侧金属板80和第二低温侧金属板90，通过温差发电将热量转化为电能储存到蓄电池130中。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，包括：

支撑架(10)，所述支撑架(10)上开设有连通槽(11)；

球团冷却平台(20)，设置在所述支撑架(10)上，用于放置焙烧后的球团矿；

风扇(30)，安装在所述支撑架(10)上，且朝向所述球团冷却平台(20)，所述风扇(30)用于对所述球团冷却平台(20)上焙烧后的球团矿进行降温冷却；

高温侧导热陶瓷(40)，设置在所述支撑架(10)内，所述高温侧导热陶瓷(40)上连接有第一高温热管(120)，所述第一高温热管(120)用于伸入焙烧炉(300)内将所述焙烧炉(300)焙烧后的热量传递至所述高温侧导热陶瓷(40)；

高温侧金属板(50)，紧靠设置在所述高温侧导热陶瓷(40)的侧面；

p型半导体(60)，紧靠设置在所述高温侧金属板(50)远离所述高温侧导热陶瓷(40)的一侧；

n型半导体(70)，紧靠设置在所述高温侧金属板(50)远离所述高温侧导热陶瓷(40)的一侧，且所述n型半导体(70)与所述p型半导体(60)相间隔；

第一低温侧金属板(80)，紧靠设置在所述p型半导体(60)远离所述高温侧金属板(50)的一端；

第二低温侧金属板(90)，紧靠设置在所述n型半导体(70)远离所述高温侧金属板(50)的一端；

低温侧导热陶瓷(100)，紧靠设置在所述第一低温侧金属板(80)和所述第二低温侧金属板(90)的另一端，所述低温侧导热陶瓷(100)通过所述连通槽(11)与外部连通；

发电装置导线(110)，所述发电装置导线(110)的一端与所述第一低温侧金属板(80)连接，所述发电装置导线(110)的另一端与所述第二低温侧金属板(90)连接，所述发电装置导线(110)还与一蓄电池(130)连接，所述蓄电池(130)与所述风扇(30)连接，所述蓄电池(130)与所述风扇(30)连接的回路中设有第一开关(260)。

2.根据权利要求1所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，所述高温侧导热陶瓷(40)上还连接一第二高温热管(140)，所述第二高温热管(140)用于伸入焙烧后的球团矿中将所述球团矿的热量传递至所述高温侧导热陶瓷(40)。

3.根据权利要求2所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，所述第二高温热管(140)伸入所述球团矿的一端设有伞状受热部(141)，所述伞状受热部(141)的表面设有直肋片，所述第一高温热管(120)伸入所述焙烧炉(300)内的一端的表面设有直肋片。

4.根据权利要求2所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，所述第一高温热管(120)和所述第二高温热管(140)的中部外侧均设置有绝热套(150)；所述第一高温热管(120)和所述第二高温热管(140)均与所述高温侧导热陶瓷(40)螺纹连接。

5.根据权利要求2-4中任意一项所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，还包括一测温热管(160)，所述测温热管(160)的一端通过螺纹连接安装在所述高温侧导热陶瓷(40)上，所述测温热管(160)的另一端伸向所述焙烧炉(300)内，所述测温热管(160)内设有第一测温金属导线(170)和第二测温金属导线(180)，所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)贯穿设置在所述测温热管(160)内且在所述测温热管(160)的端部相交，所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)的另一端伸出所述测温热管(160)且相交，所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)为塞贝克系数不同的金属导线，所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)形成的回路上安装有电流表(190)。

6.根据权利要求5所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，所述第一测温金属导线(170)通过储能导线(200)与所述蓄电池(130)连接，所述储能导线(200)上设有第二开关(210)，所述储能导线(200)的两端通过一连接导线(220)相连接，所述连接导线(220)上设有第三开关(230)。

7.根据权利要求1-4中任意一项所述的实验室用焙烧球团冷却机，其特征在于，所述支撑架(10)的侧面设有一风扇连接杆(240)，所述风扇(30)安装在所述风扇连接杆(240)的端部；所述支撑架(10)上还设有操作显示屏(250)。

8.一种如权利要求5或6所述的实验室用焙烧球团冷却机的应用方法，其特征在于，包括：

在球团焙烧实验开始之前，对所述焙烧炉(300)内部球团焙烧区域的温度进行温度校准，首先从所述支撑架(10)上取下所述第一高温热管(120)和所述第二高温热管(140)，然后将所述测温热管(160)伸入到球团焙烧区中心偏下位置，靠近所述焙烧炉(300)内焙烧区下壁面，断开所述第一开关(260)和所述第二开关(210)，闭合所述第三开关(230)；

预先调整好需要焙烧的温度，焙烧炉通电加热，随着球团焙烧区温度的持续升高，所述测温热管(160)内的所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)的连接处受热温度升高，而所述第一测温金属导线(170)和所述第二测温金属导线(180)的另外一端连接处仍然保持常温，由于连接处温度不同在回路内产生电势差，进而形成电流，通过所述电流表(190)读取电流数据，再查阅标准热电偶的电势与温度对照表，确定所述焙烧炉(300)内的温度是否达到预设温度。

9.根据权利要求8所述的实验室用焙烧球团冷却机的应用方法，其特征在于，还包括：

安装好所述第二高温热管(140)，待球团焙烧完成后将焙烧后的球团矿从所述焙烧炉(300)中取出放置在所述球团冷却平台(20)上；

将所述第二高温热管(140)的端部埋入到焙烧后的球团矿里面，让其吸收球团矿的热量，所述第二高温热管(140)将热量传递给所述高温侧导热陶瓷(40)，所述高温侧导热陶瓷(40)将热量传递给所述高温侧金属板(50)，所述高温侧金属板(50)将热量分别传递给所述p型半导体(60)和所述n型半导体(70)的热端，所述p型半导体(60)和所述n型半导体(70)的冷端与外界相通，其温度仍然为外界温度，由此在所述p型半导体(60)和所述n型半导体(70)的两侧形成温度差，在所述发电装置导线(110)形成的闭合回路内形成温差电动势，形成电流给所述蓄电池(130)充电，闭合所述第一开关(260)，通过所述蓄电池(130)为所述风扇(30)提供电能对球团矿进行降温。

10.根据权利要求8所述的实验室用焙烧球团冷却机的应用方法，其特征在于，还包括：

当需要对所述焙烧炉(300)进行降温时，将所述第一高温热管(120)伸入所述焙烧炉(300)内，断开所述第一开关(260)，通过所述第一高温热管(120)将所述焙烧炉(300)内的热量传递给所述高温侧导热陶瓷(40)，所述高温侧导热陶瓷(40)将热量传递给所述高温侧金属板(50)，所述高温侧金属板(50)将热量分别传递给所述p型半导体(60)和所述n型半导体(70)，再经所述p型半导体(60)和所述n型半导体(70)将热量分别传递给所述第一低温侧金属板(80)和所述第二低温侧金属板(90)，通过温差发电将热量转化为电能储存到所述蓄电池(130)中。

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