CN117138726A - 提高反应效率的加还原剂装置、熔炼炉和制备氧化锆的工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及熔炼设备技术领域，具体涉及提高反应效率的加还原剂装置、熔炼炉和制备氧化锆的工艺，提高反应效率的加还原剂装置包括破碎机构、气体循环系统以及至少一个搅拌机构，搅拌机构的搅拌轴内设有加料腔，第一搅拌件设有散料腔和散料孔，加料腔、散料腔以及散料孔形成加料通道，加料通道与破碎机构的破碎腔连通，在气体循环系统的配合下，破碎机构处破碎的还原剂分散到各加料通道并通过各加料通道实现分散添加，同时搅拌机构进行搅拌操作，在熔炼过程中使还原剂与原料能充分混合，提高反应效率；本发明还提供了一种采用提高反应效率的加还原剂装置的熔炼炉，以及利用熔炼炉制备氧化锆的工艺。

Description

提高反应效率的加还原剂装置、熔炼炉和制备氧化锆的工艺

技术领域

本发明涉及熔炼设备技术领域，具体涉及提高反应效率的加还原剂装置、熔炼炉和制备氧化锆的工艺。

背景技术

氧化锆一般指二氧化锆，由于氧化锆一般是通过脱去锆英砂等原材料中的硅制成，故氧化锆也称脱硅锆。氧化锆的化学性质不活泼，且因具有高熔点、高电阻率、高折射率和低热膨胀系数的性质，使它成为重要的耐高温材料、陶瓷绝缘材料和陶瓷遮光剂，亦是人工钻的主要原料。

氧化锆制备时需要用到熔炼炉，原材料在熔炼炉内熔融后与还原剂进行反应，从而将原材料中的硅置换出去，为了提高熔炼反应的效率，需要提高熔融后的原材料与还原剂的接触程度。

现有技术中具有通过将搅拌和加料结合来提高熔炼反应效率的设备，例如授权公告号为CN217275549U的中国专利公开了一种熔炼炉加料装置，包括可对熔炼炉内的合金液进行搅拌的搅拌机构，搅拌机构的搅拌轴上设有加料斗，搅拌叶片上设有弧形加料孔，搅拌轴内还设有过料通道，过料通道的一端通过若干过料孔与加料斗连通，过料通道的另一端与弧形加料孔连通，加料斗内的熔炼剂穿过过料孔进入过料通道并沿弧形加料孔的开口端进入到熔炼炉内，实现边搅拌边加料。然而，当熔炼剂为易于流动的液体时，通过上述结构可实现边搅拌边加料的操作，当熔炼剂为粉末或者颗粒状时，熔炼剂会堵塞到加料斗、过料通道或者弧形加料孔，无法实现加料操作。

发明内容

本发明旨在提供一种提高反应效率的加还原剂装置，通过在熔炼反应过程中实现还原剂的分散添加和搅拌，使熔融原料与还原剂能充分接触反应，进而提高熔炼反应的效率。

本发明提供的技术方案为：提高反应效率的加还原剂装置，包括

破碎机构，所述破碎机构包括破碎容器和破碎结构，破碎容器的内部设有破碎腔，破碎腔内设置有破碎结构；

至少一个搅拌机构，所述搅拌机构包括搅拌驱动件、搅拌轴以及第一搅拌件，搅拌轴可旋转地安装并由搅拌驱动件带动旋转，搅拌轴上沿周向均匀设置有至少一个第一搅拌件，第一搅拌件设有散料腔和至少一个与散料腔连通的散料孔，所述搅拌轴的内部设有加料腔，加料腔与各第一搅拌件的散料腔相通，加料腔、散料腔以及散料孔形成加料通道，加料通道与破碎腔连通；

气体循环系统，所述气体循环系统包括增压机构、降温机构以及升温机构，所述升温机构与破碎腔连通，增压机构与升温机构连通并将升温机构处经过升温的气体送入破碎腔，所述降温机构与熔炼炉的熔炼腔连通，增压机构与降温机构连通并将降温机构处经过降温的气体送入升温机构。

搅拌机构的搅拌轴内设有加料腔，第一搅拌件设有散料腔和散料孔，加料腔、散料腔以及散料孔相通并形成加料通道，搅拌过程中散料腔和散料孔不断转动，使加料通道内的还原剂分散到原料中，同时搅拌机构对原料搅拌提高了原料与还原剂的搅拌效果；气体循环系统驱动气体依次从升温机构、破碎腔、加料通道、熔炼炉的熔炼腔、降温机构、增压机构以及升温机构经过并形成循环，不仅使破碎腔内经过破碎的还原剂进入到加料通道内，还能造成破碎腔到加料通道再到熔炼腔的压力差，实现加料操作的同时还避免熔炼炉内的熔融料回流进加料通道内。

进一步的，所述第一搅拌件包括导料主管、导料分管和搅拌杆，导料主管包括一体式的斜段管和竖段管，斜段管倾斜设置并且斜段管高的端部与搅拌轴连接，斜段管低的端部与竖段管的顶端连接，竖段管上沿轴向设置有若干个导料分管，斜段管、竖段管以及各导料分管的内腔相通并构成散料腔，各导料分管上均设置有至少一个散料孔，所述导料分管内对应各散料孔处、竖段管内部对应各导料分管的连接处均设有分料挡板；

所述搅拌杆为U形结构，搅拌杆的两个端部均与搅拌轴连接，斜段管、竖段管和各导料分管均与搅拌杆连接，搅拌杆上还设置有若干搅拌桨，搅拌桨沿竖段管的轴向排布并与各导料分管分别对应。

导料主管上连接有若干个导料分管，导料主管与搅拌轴连通并使各导料分管与搅拌轴连通，导料分管上设置有散料孔，加料通道内的还原剂可通过竖段管末端管口、各导料分管的末端管口以及各散料孔进行分散散料，还原剂通过第一搅拌件分散添加有利于提高与原料的混合效果；搅拌轴转动的同时还带动搅拌杆及搅拌杆上的各搅拌桨转动，通过搅拌进一步提高分散添加的还原剂与原料的混合效果，另外搅拌杆以及各搅拌桨还可对导料主管和导料分管进行加固，提高第一搅拌件的结构强度。

进一步的，所述分料挡板倾斜设置，分料挡板的迎向气流来向的板面朝向对应的散料孔或者朝向对应导料分管的端部，分料挡板上设有分料孔。

导料主管内对应各导料分管处和导料分管内对应各散料孔处均设置分料挡板，分料挡板可将在导料主管或导料分管内流动的还原剂分流，利于提高还原剂的分散效果。

进一步的，各搅拌桨远离搅拌轴一端的端部形成搅拌刷，搅拌刷位于搅拌杆远离搅拌轴的一侧。

进一步的，所述搅拌机构还包括第二搅拌件，第二搅拌件包括至少一个搅拌斜板，搅拌斜板与搅拌轴连接并且搅拌斜板的上板面倾斜。

第二搅拌件设置在搅拌轴的底端处，第二搅拌件由搅拌轴带动可避免熔炼时原料粘结到熔炼炉的炉底。

进一步的，所述降温机构包括降温器和气体导管，降温器内设置有换热降温腔，气体导管设置在换热降温腔内，所述气体导管为连续S形管道，气体导管上位于各波谷处均连接有出料管，出料管的出料端伸出换热降温腔外部并且连接有出料阀，所述气体导管的两个端部分别与熔炼炉和增压机构连通。

气体导管设置为连续S形管道，可增加气体导管在换热降温腔内的长度，从而提高对气体导管内气体的降温效果，气体导管上设置出料管可将氧化锆制备过程中气体导管内收集的产物导出。

进一步的，所述破碎容器的内部设置有分隔件，分隔件固定设置并将破碎腔分隔为上方的存料腔和下方的出料腔，分隔件的内部竖直设有圆筒状的移动通道，移动通道的顶端为扩口状，

所述破碎结构包括往复驱动件、移动破碎件、固定破碎件和隔离筒，隔离筒为由中间向两端口径逐渐变大的中空筒，隔离筒设置在移动破碎件的顶端并与移动破碎件的顶端构成导气空间，移动破碎件穿过移动通道设置，移动破碎件的内部设置有若干个贯穿移动破碎件的底端且与导气空间连通的导气孔，所述往复驱动件设置在破碎容器的外部，往复驱动件的往复运动部与移动破碎件连接并带动移动破碎件沿移动通道在破碎位和补料位之间往复移动，固定破碎件设置在移动通道的下方并与移动破碎件配合，

所述破碎腔连通升温机构的接口位于隔离筒的上端口的上方，各加料通道与破碎腔的出料腔连通。

分隔件将破碎腔分隔为上方的存料腔和下方的出料腔，存料腔内用于存放未经破碎处理的还原剂，分隔件内设移动通道，移动破碎件穿过移动通道设置并由往复驱动件带动在破碎位和补料位之间移动，移动破碎件抬升至补料位时，存料腔内的部分还原剂可通过移动通道进入到出料腔，移动破碎件降低至破碎位时与固定破碎件配合将进入到出料腔内的还原剂破碎，气体循环系统利用气体将出料腔内的还原剂分散到各搅拌机构的加料通道内。

本发明还提供了一种技术方案：熔炼炉，包括加还原剂装置，加还原剂装置为上述的提高反应效率的加还原剂装置。

进一步的，包括炉体和炉盖，炉体的内部设置有熔炼腔，加还原剂装置包括至少两个搅拌机构，各搅拌机构均安装在炉盖上并绕熔炼腔的中轴线沿周向均匀分布。

熔炼炉采用加还原剂装置与常规的炉体和炉盖配合使用，其中加还原剂装置包括至少两个搅拌机构，各搅拌机构均安装到炉盖上，熔炼过程中利用加还原剂装置的各部件，大大方便了还原剂分散添加的工作，有利于提高熔炼生产的反应效率。

本发明利用上述的熔炼炉提供了一种制备氧化锆的工艺，包括以下步骤：

步骤一，选用锆英石或者锆刚玉耐火砖废料作为原料，选用炭作为还原剂，在熔炼腔内加入原料并将炉盖盖合到炉体上，将还原剂加入存料腔内位于隔离筒外部的空间内，控制还原剂的量使移动破碎件在移动过程中隔离筒的上端口始终高于最上层的还原剂；

步骤二，对熔炼腔内加热，熔炼腔内出现熔融料后：

各搅拌机构的搅拌驱动件带动对应的搅拌轴转动，利用搅拌轴上的第一搅拌件和第二搅拌件对熔炼腔内的原料进行搅拌；

破碎结构的往复驱动件带动移动破碎件在破碎位和补料位之间往复移动，移动破碎件在补料位时存料腔内的部分还原剂通过移动通道落到固定破碎件上，移动破碎件移动到破碎位并与固定破碎件配合将固定破碎件上的还原剂破碎；

增压机构工作将升温机构内升温的气体送入熔炼腔并将固定破碎件上被破碎的还原剂吹入加料通道，同时将熔炼腔内的气体压入降温机构进行降温，还将降温机构内经过降温的气体送入升温机构内从而形成气体循环；

步骤三，熔炼腔内的原料在完成加工反应后，停止对熔炼腔内的加热，同时降温机构、升温机构、破碎机构以及各搅拌机构均停止工作，将熔炼炉内的产品导出后，停止增压机构；

步骤四，待熔炼炉内降至常温后，对炉体、炉盖和加还原剂装置的各部件进行检查维护。

有益效果

1．各搅拌机构中，搅拌轴内的加料腔、各第一搅拌件的散料腔、各第一搅拌件的散料孔形成加料通道，搅拌轴转动带动第一搅拌件进行搅拌的过程中，各加料通道内的还原剂从各散料孔散入原料内，配合第一搅拌件的搅拌，大大提高了熔炼过程中原料与还原剂的混合效果，进而有效提高了熔炼加工的反应效率；

2.导料主管的竖段管内对应各导料分管的接口处均设有分料挡板，通过分料挡板上的分料孔实现气流和还原剂的分流，沿竖段管的轴向相邻分料孔错位，通过扰乱气流和还原剂的流动方向提高了还原剂在导料主管内的分流效果；导料分管内对应个散料孔处也都设置有分料挡板，各分料挡板上设置分料孔，沿导料分管的轴向相邻分料孔错位，通过扰乱气流和还原剂的流动方向提高了还原剂在导料分管内的分流效果，最终使加料通道内的还原剂能分配到导料分管的末端、导料主管的末端以及各散料孔，使还原剂能分散添加；

3.气体循环系统带动气体依次从升温机构、破碎腔、加料通道、熔炼炉的熔炼腔、降温机构、增压机构经过并且再回到升温机构，气体循环流动，不仅能将破碎机构处被破碎的还原剂分散到各搅拌机构的加料通道内，还能维持从破碎机构到加料通道再到熔炼腔的正向气压，避免熔炼腔内的熔融原料流入加料通道内；

4．熔炼腔内的混合气体温度过高，从熔炼腔内导出的混合气体在降温机构降温后，再经过增压机构由增压机构进行加压；增压机构直接将降温后的混合气体通过破碎机构和搅拌机构送入熔炼腔的话，由于混合气体温度低，会降低熔炼腔内的整体温度进而影响熔炼反应的进程，混合气体在离开增压机构之后并在进入破碎机构之前先经过升温机构，由升温机构升温，从而降低混合气体进入熔炼腔时对熔炼反应的影响；

5.破碎机构的移动破碎件穿过移动通道并由往复驱动件驱动在破碎位和补料位之间移动，移动破碎件移动到补料位时，移动破碎件与移动通道之间具有间隙，存料腔内的部分还原剂可沿移动通道进入到出料腔，移动破碎件移动到破碎位时与固定破碎位配合将出料腔的还原剂破碎，移动破碎件再次向补料位移动时，气体循环系统带动的气体将出料腔内破碎后的还原剂分散到各加料通道内，移动破碎件在补料位和破碎位之间往复移动，配合气体循环系统即可实现对还原剂的自动破碎和自动补料操作。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为搅拌机构的安装示意图；

图2为第一搅拌件与搅拌轴的安装连接示意图；

图3为导料主管和导料分管的内部结构示意图；

图4为第一搅拌件的结构示意图；

图5为图4中A处的放大结构示意图；

图6为气体流向示意框图；

图7为降温机构的结构示意图；

图8为破碎机构的结构示意图；

图9为破碎容器的内部结构示意图；

图10为熔炼炉的外部结构示意图；

图中标示：100、破碎机构，101、破碎容器，102、分隔件，103、往复驱动件，104、移动破碎件，105、固定破碎件，106、隔离筒，107、导气孔，200、搅拌机构，201、搅拌驱动件，202、搅拌轴，203、导料主管，204、导料分管，205、搅拌杆，206、散料孔，207、分料挡板，208、搅拌桨，209、搅拌斜板，300、气体循环系统，301、增压机构，302、降温机构，303、升温机构，304、气体导管，305、出料管，400、熔炼炉，401、炉体，402、炉盖。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

提高反应效率的加还原剂装置，包括破碎机构100、气体循环系统300以及至少一个搅拌机构200。

请参阅图1-图4，所述搅拌机构200设置为一个或多个，每个搅拌机构200都包括搅拌驱动件201、搅拌轴202以及第一搅拌件，搅拌轴202可旋转地安装并由搅拌驱动件201带动旋转，搅拌轴202上沿周向均匀设置有至少一个第一搅拌件，第一搅拌件设有散料腔和至少一个与散料腔连通的散料孔206，所述搅拌轴202的内部设有加料腔，加料腔与各第一搅拌件的散料腔相通，加料腔、散料腔以及散料孔206形成加料通道。

搅拌轴202上设置有第一搅拌件，第一搅拌件为一个或者多个，第一搅拌件设置为多个时多个第一搅拌件绕搅拌轴202的周向均匀分布，驱动搅拌轴202旋转时搅拌轴202带动各第一搅拌件转动以实现搅拌操作。每个第一搅拌件均设置有散料腔，每个散料腔均对应有一个或多个散料孔206，各散料孔206均与对应的散料腔连通，所述散料腔还与搅拌轴202内部设置的加料腔连通，加料腔、散料腔以及散料孔206形成加料通道，由于散料腔的数量等于或大于加料腔的数量，而散料孔206的数量等于或大于散料腔的数量，所以加料通道整体为由加料腔向散料腔再向散料孔206逐层分散的形式，搅拌轴202带动各第一搅拌件转动搅拌的过程中，加入到加料腔内的还原剂通过加料通道分散加入到熔炼炉400的熔炼腔内，从而进一步提高熔炼反应过程中还原剂与原料的混合效果，进而提高了反应效率。

请参阅图3，为了便于加料腔内的还原剂进入到各散料腔，搅拌轴202内设置分料器，分料器的顶部为锥形，散料腔与加料腔的连通处对应处于分料器的锥面位置，分料器的锥面将加料腔内的还原剂导入到各散料腔内。

请参阅图2和图3，第一搅拌件的具体结构为：第一搅拌件包括导料主管203、导料分管204以及搅拌杆205，导料主管203包括一体式的斜段管和竖段管，斜段管倾斜设置并且斜段管高的端部与搅拌轴202连接，斜段管低的端部与竖段管的顶端连接，竖段管上沿轴向设置有若干个导料分管204，导料分管204的管体位于竖段管远离搅拌轴的一侧，斜段管、竖段管以及各导料分管204的内腔相通并构成散料腔，各导料分管204上均设置有至少一个散料孔206，所述导料分管204内对应各散料孔206处、竖段管内部对应各导料分管204的连接处均设有分料挡板207。

导料主管203为一体式管，包括斜段管和竖段管两部分，斜段管倾斜设置，斜段管高的端部与搅拌轴202连接并且斜段管与搅拌轴202的加料腔连通，竖段管的顶端与斜段管低的一端连接，竖段管与搅拌轴202平行，加料腔内的还原剂可进入到斜段管并沿斜段管进入到竖段管。所述竖段管上设置有导料分管204，导料分管204与竖段管连通，导料分管204为一个或者多个，导料分管204设置为多个时，多个导料分管204沿竖段管的轴向均匀分布并且多个导料分管204互相平行；每个导料分管204上均设置有至少一个散料孔206，所述散料孔206处于导料分管204的下沿位置，导料分管204上设置的散料孔206大于一个时各散料孔206沿导料分管204的轴向均匀分布。

为了使竖段管内的还原剂可分散到各导料分管204内，竖段管内部对应各导料分管204的连接处均设有分料挡板207，为了使导料分管204内的还原剂可通过散料孔206散出，导料分管204内对应各散料孔206处也均设置有分料挡板207。为便于区分，以下将竖段管内的分料挡板207称为第一分料挡板，将导料分管204内的分料挡板207称为第二分料挡板。

请参阅图3-图5，在竖段管内对应各导料分管204的连接处均设置有第一分料挡板，第一分料挡板的板面不与竖段管的轴向垂直，导料分管204与竖段管的连接口位于对应第一分料挡板的上方，第一分料挡板的迎向气流来向的板面为其上板面，第一分料挡板的上板面朝向对应的连接口，第一分料挡板上设置有分料孔，在第一分料挡板的作用下，沿竖段管移动的还原剂一部分进入到导料分管204，另一部分穿过分料孔沿竖段管继续移动；在导料分管204内对应各散料孔206处都设置有第二分料挡板，第二分料挡板的板面不与导料分管204的轴向垂直，散料孔206位于对应第二分料挡板靠近搅拌轴202的一侧，第二分料挡板的迎向气流来向的板面为其靠近搅拌轴202一侧的板面，第二分料挡板靠近搅拌轴202一侧的板面朝向对应的散料孔206，第二分料挡板上设置有分料孔，在第二分料挡板的作用下，沿导料分管204移动的还原剂一部分通过散料孔206散出，另一部分穿过分料孔沿导料分管204继续移动。

在进一步的实施例中，竖段管内沿竖段管的轴向相邻两分料孔分别位于竖段管中轴线的两侧，竖段管内依次错位排布的分料挡板207可对竖段管内移动的还原剂进行扰流，从而使更多的还原剂可分散进入到导料分管204内。导料分管204内沿导料分管204的轴向相邻两分料孔分别位于导料分管204的两侧，导料分管204内依次错位排布的分料挡板207可对导料分管204内移动的还原剂进行扰流，使分散剂可分散到各散料孔206内。

作为一个具体示例，请参阅图5，需要注意的，为了方便描述，图5中定义导料分管204的轴向为前后方向，定义竖段管的轴向为上下方向，定义与导向分管的轴向和竖段管的轴向均垂直的方向为左右向。第一分料挡板上的分料孔为第一分料挡板的一半大小，沿上下方向相邻的两个第一分料挡板分别位于前后两侧，第一分料挡板的板沿与竖段管的内壁形成分料孔；第二分料挡板上的分料孔为第二分料挡板的一半大小，沿前后方向相邻的两个第二分料挡板分别位于前后两侧，第二分料挡板的板沿与导料分管204的内壁形成分料孔。

优选的，所述竖段管的底端敞口，竖段管内经过各个分料孔的还原剂最终从竖段管的底端排出，所述导料分管204远离搅拌轴202的一端也敞口，各导料分管204内经过各个分料孔的还原剂从导料分管204的端部排出，竖段管的底端和导料分管204远离搅拌轴202的一端均敞口时，加料腔、各散料腔、各散料孔206、竖段管的底端口以及各导料分管204远离搅拌轴202一端的端口组合形成加料通道。

所述搅拌杆205为U形结构，搅拌杆205的两个端部均与搅拌轴202连接，请参阅图4，斜段管的外壁与搅拌杆205固接，搅拌杆205上还开设有若干个供导料分管204以及竖段管穿过的开孔，竖段管和各导料分管204分别穿过搅拌杆205上的开孔并与搅拌杆205固定连接，搅拌杆205除作为搅拌桨208的安装基体外，还可对导料主管203和导料分管204的结构进行加强。

请参阅图1-图3，搅拌杆205上还设置有若干搅拌桨208，搅拌桨208沿竖段管的轴向设置并与各导料分管204分别对应。搅拌轴202转动时带动各搅拌桨208绕搅拌轴202转动，从而实现搅拌操作；在搅拌过程中，由于搅拌桨208与各导料分管204分别对应，搅拌桨208直接承受搅拌过程中的冲击，降低导料分管204的负荷。进一步的，各搅拌桨208远离搅拌轴202的一端突出于搅拌杆205外侧，多个搅拌桨208的端部在搅拌杆205的外侧形成搅拌刷，搅拌刷位于搅拌杆205远离搅拌轴202的一侧并且在搅拌过程中更能接近熔炼炉400的内壁，搅拌刷的结构用于防止熔炼过程中有大块的原料粘附到熔炼炉400的内壁。

请参阅图1和图2，在一些实施例中，为了防止熔炼过程中熔炼炉400的底板上有大块原料粘附，搅拌机构200还包括第二搅拌件，第二搅拌件包括至少一个搅拌斜板209，搅拌斜板209与搅拌轴202连接并且搅拌斜板209的上板面倾斜。搅拌斜板209优选为两个，搅拌斜板209的一个端部与搅拌轴202的底端处连接，两个搅拌斜板209沿搅拌轴202的周向分布设置。

由于本实施例的加还原剂装置主要应用于高温环境，在实际使用时第一搅拌件和第二搅拌件又长时间浸入熔融料内，若采用普通材料制成后容易被融化，不仅无法发挥作用，还会影响熔炼反应的进行，因此第一搅拌件的搅拌轴202、导料主管203、导料分管204、搅拌杆205、分料挡板207、搅拌桨208以及第二搅拌件的搅拌斜板209的材质均与所要进行的熔炼反应所用的炉体的材质相同，同时为了确保各部件在高温环境下的强度，各部件的内部还设置有加强内芯。

在实际使用时，熔炼炉400的炉盖402上设置有供搅拌轴202穿过的安装孔，炉盖402上位于各安装孔的上方设置有搅拌安装架，搅拌安装架上设置有至少两个轴承件，搅拌轴202穿过安装孔并且通过多个轴承件与搅拌安装件连接，第一搅拌件和第二搅拌件均位于炉盖402下方，搅拌驱动件201安装在搅拌安装架上或者炉盖402上，搅拌驱动件201采用电机或者其它旋转动力部件，搅拌驱动件201的动力输出端与搅拌轴202传动配合并驱动搅拌轴202转动。

由于制备氧化锆的熔炼炉400利用电极进行加热，炉盖402的中心处一般会留出供电极安装的位置，所以搅拌机构200安装在偏离熔炼炉400中轴线的位置，搅拌机构200在搅拌时也需要避免第一搅拌件和第二搅拌件过度靠近电极，而第一搅拌件和第二搅拌件规格小又影响搅拌效果，因此一般熔炼炉400都设置多个搅拌机构200，多个搅拌机构200绕熔炼炉400的中轴线沿周向等间隔分布。设置多个搅拌机构200时，每个搅拌机构200均可配备一个搅拌驱动件201，也可共用一个搅拌驱动件201。

所述破碎机构100用于对还原剂进行破碎处理，破碎机构100包括破碎容器101和破碎结构，破碎容器101的内部设有破碎腔，破碎腔内设置有破碎结构，破碎结构对破碎腔内的还原剂破碎处理，破碎腔与各搅拌机构200的加料通道连通，破碎腔内经过破碎的还原剂分散进入到各加料通道，并通过多个搅拌机构200进入到熔炼腔内参加反应。

请参阅图8和图9，所述破碎容器101的内部设置有分隔件102，分隔件102固定设置并将破碎腔分隔为上方的存料腔和下方的出料腔，分隔件102的内部竖直设有圆筒状的移动通道。未经过破碎处理的还原剂堆积在存料腔内，还原剂进入到出料腔内并被破碎处理后再被分散到各个搅拌机构200的加料通道内。

所述破碎结构包括往复驱动件103、移动破碎件104、固定破碎件105和隔离筒106，隔离筒106为由中间向两端口径逐渐变大的中空筒，隔离筒106设置在移动破碎件104的顶端并与移动破碎件104的顶端构成导气空间，移动破碎件104穿过移动通道设置，移动破碎件104的内部设置有若干个贯穿移动破碎件104的底端且与导气空间连通的导气孔107，所述往复驱动件103设置在破碎容器101的外部，往复驱动件103的往复运动部与移动破碎件104连接并带动移动破碎件104沿移动通道在破碎位和补料位之间往复移动，固定破碎件105设置在移动通道的下方并与移动破碎件104配合。

具体的，请参阅图9，移动破碎件104直径与移动通道内径适配的圆柱体形，移动破碎件104沿移动通道升降移动，移动破碎件104向下移动并进入到移动通道内时，移动破碎件104将移动通道阻挡，此时存料腔内的还原剂无法经过移动通道进入到出料腔，移动破碎件104移动至其底端高于存料腔的最低处时，存料腔内的还原剂可从移动破碎件104与移动通道的间隙处进入到移动通道，为了方便存料腔内的还原剂进入到出料腔，移动通道的顶端为扩口状。

所述往复驱动件103设置在破碎容器101的外部，往复驱动件103的往复运动部与移动破碎件104连接并带动移动破碎件104升降移动，移动破碎件104被往复驱动件103带动在破碎位和补料位之间往复移动，移动破碎件104移动至补料位时，其底端高于存料腔内的最低处，存料腔内的还原剂可通过移动通道进入到出料腔，移动破碎件104移动到破碎位时，移动破碎件104位于移动通道内并且移动破碎件104的底端与固定破碎件105配合将还原剂破碎。所述固定破碎件105设置在出料腔内，固定破碎件105位于移动通道的下方。

所述固定破碎件105的上表面设置有内凹，从存料腔掉落到出料腔的还原剂落在固定破碎件105上表面的内凹处，移动破碎件104移动到破碎位时与固定破碎件105上表面的内凹处配合，还原剂被移动破碎件104和固定破碎件105撞击从而破碎成更小的颗粒。

所述破碎容器101的外壁上设有出料孔，出料孔与出料腔连通，出料孔的数量与搅拌机构200的数量对应，各搅拌机构200的加料通道分别多个出料孔连接，以便于破碎腔内破碎后的还原剂可分散到各个搅拌机构200的加料通道。

所述隔离筒106设置在移动破碎件104的上方，隔离筒106的外径与移动破碎件104的外径相同，隔离筒106的内部中空，隔离筒106的内径由中间向上下两端逐渐变大，隔离筒106与移动破碎件104的顶端构成导气空间，移动破碎件104的内部设置有若干个导气孔107，导气孔107贯穿移动破碎件104的底端且与导气空间连通的，导气空间或者存料腔内充气加压后，气体从导气孔107进入到出料腔并携带出料腔内破碎后的还原剂分散到各搅拌机构200的加料通道。

所述往复驱动件103可采用伸缩缸等部件，往复驱动件103带动移动破碎件104移动到补料位后，再带动移动破碎件104快速地移动到破碎位。在一些实施例中，往复驱动件103包括传动齿条、不完全齿轮和往复驱动电机，移动破碎件104的顶部竖直设置有连杆，连杆活动穿过破碎容器101的盖板，连杆的顶端与传动齿条的底端连接，传动齿条竖直设置，破碎容器101的盖板上通过带座轴承可旋转地安装有两个不完全齿轮，两个不完全齿轮对称设置在传动齿条的两侧并且均与传动齿条传动配合，两个不完全齿轮均对应有往复驱动电机，两个往复驱动电机规格相同且同步运转，两个往复驱动电机驱动两个不完全齿轮转动，当两个不完全齿轮的齿牙部分均与传动齿条配合时，两个不完全齿轮转动带动传动齿条上升，从而带动移动破碎件104向上移动，当移动破碎件104移动至补料位后，两个不完全齿轮的齿牙部分均转动至不与传动齿条配合的位置，在移动破碎件104自身重力以及存料腔内的气压作用下，移动破碎件104迅速下移至破碎位。

为了使向存料腔内充气加压后产生的压力能直接作用给移动破碎件104，存料腔用于连接气路系统的接口位于隔离筒106的上端口的上方。

为了使破碎机构100破碎的还原剂能均匀分配给多个搅拌机构200，破碎机构100设置在熔炼炉400上方并处于熔炼炉400的中轴线位置，破碎机构100配备有破碎安装架，破碎安装架吊设在炉盖402上方，破碎安装架上通过升降驱动结构设置有升降架，破碎容器101的盖板与升降架连接，升降驱动结构带动升降架抬升时可带动盖板抬升，使破碎腔打开，以便于向破碎腔内填装还原剂。

所述气体循环系统300包括增压机构301、降温机构302以及升温机构303，所述升温机构303与破碎腔连通，增压机构301与升温机构303连通并将升温机构303处经过升温的气体送入破碎腔，所述降温机构302与熔炼炉400的熔炼腔连通，增压机构301与降温机构302连通并将降温机构302处经过降温的气体送入升温机构303。

升温机构303为循环式气体加热器，升温机构303用于对经过其内部的气体进行升温，升温机构303与破碎腔连通，具体的，升温机构303与存料腔连通并且存料腔上与升温机构303连通的接口位于隔离筒106的上端口的上方。降温机构302与熔炼炉400的熔炼腔连通，熔炼炉400内熔炼产生的高温气体进入到降温机构302并由降温机构302进行降温，降温机构302将高温气体降低至满足增压机构301对其泵送加压的温度，所述增压机构301为适于高温环境使用的气体增压泵，增压机构301的进气口与降温机构302连通，增压机构301的出气口与升温机构303连通。

请参阅图6，熔炼过程中熔炼炉400内的原料熔融，产生气体后熔炼腔内气压升高，增压机构301工作将熔炼腔内产生的气体抽入降温机构302，降温机构302对气体降温，增压机构301将降温机构302内的气体抽送到升温机构303，并将升温机构303内升温后的气体送入破碎容器101的存料腔，存料腔内的气体从导气空间和若干导气孔107进入到出料腔，出料腔内的气体在分散进入到各个搅拌机构200的加料通道，同时将出料腔内被破碎后的还原剂带入各加料通道内，加料通道内的气体再携带加料通道内的还原剂分别从各竖段管、各导料分管204以及各散料孔206进入到熔炼腔内熔融的原料中，最终还原剂分散到熔融腔内并与原料混合，气体进入到熔融的原料中并逸散到熔炼腔内，不仅补充了熔炼腔内的气体量，而且气体逸出的同时还带动熔融的原料翻滚从而进一步提高原料与还原剂的融合效果。为了维持熔炼腔、加料通道以及气体循环系统300的气压稳定，增压机构301的进气口还连接有气体补充设备。

在一些实施例中，所述降温机构302包括降温器和气体导管304，降温器内设置有换热降温腔，气体导管304设置在换热降温腔内，所述气体导管304为连续S形管道，气体导管304上位于各波谷处均连接有出料管305，出料管305的出料端伸出换热降温腔外部并且连接有出料阀，所述气体导管304的两个端部分别与熔炼炉400和增压机构301连通。

请参阅图7，降温器为工业用气体降温器，降温器具有换热降温腔，气体导管304用于需要降温的气体流通，气体导管304穿过换热降温腔并且其两端分别与熔炼炉400和增压机构301连通，换热降温腔内的换热介质将气体导管304内气体的热量带走，实现对气体导管304内部气体的降温。所述气体导管304为连续S形管道，通过增长气体导管304在换热降温腔内的长度，提高气体经过换热降温腔时的形成，从而提高了对气体的降温效果。

作为进一步的实施例，气体导管304上位于各波谷处均连接有出料管305，出料管305的出料端伸出换热降温腔外部并且连接有出料阀。在制备氧化锆时，原料熔融后产生的混合气体中含有二氧化硅气体和一氧化硅气体，混合气体进入到降温机构302降温后，部分二氧化硅气体和一氧化硅气体因温度降低变为固态，形成固态的二氧化硅或一氧化硅可积累在气体导管304各波谷处的出料管305内，生产结束后打开出料阀可将收集到的一氧化硅和二氧化硅收集。

作为更进一步的实施例，所述气体导管304设置为多个，各气体导管304并联设置，各气体导管304的一个端部均与降温器上设置的进气管连接，各气体导管304的另一端部均与降温器上设置的出气管连接。或者所述气体导管304设置为多个并且为偶数个，每两个气体导管304并联并形成一个基础组管，每个基础组管的两个进气导管共用一个进气端且共用一个出气端，多个基础组管并联设置，降温器上设置的进气管与各基础组管的一端连接，降温器上设置的出气管与各基础组管的另一端连接。

实施例

熔炼炉400，包括炉体401、炉盖402以及加还原剂装置，加还原剂装置为实施例1所描述的提高反应效率的加还原剂装置。

请参阅图10，炉体401的内部设置有熔炼腔，加还原剂装置的搅拌机构200至少为两个，各搅拌机构200均安装在炉盖402上并绕熔炼腔的中轴线沿周向均匀分布。

炉体401设置在炉体401安装架上，炉体401安装架上安装有翻转驱动装置，翻转驱动装置的动作输出端与炉体401连接，翻转驱动装置用于驱动炉体401翻转。所述炉盖402安装在炉盖402升降驱动装置的升降端，炉盖402升降驱动装置用于炉盖402抬升或下降，炉盖402升降驱动装置带动炉盖402抬升后，炉体401可进行翻转出料，也可对炉体401内添加原料，炉体401摆正后炉盖402升降驱动装置可带动炉盖402下降并将熔炼腔的顶端口封闭，所述炉盖402上安装有电极。

实施例

制备氧化锆的工艺，制备工艺中选用实施例2所描述的熔炼炉400，包括以下步骤：

步骤一，选用锆英石或者锆刚玉耐火砖废料作为原料，选用炭作为还原剂，在熔炼腔内加入原料并将炉盖402盖合到炉体401上，将还原剂加入存料腔内位于隔离筒106外部的空间内，控制还原剂的量使移动破碎件104在移动过程中隔离筒106的上端口始终高于最上层的还原剂。

具体的，首先炉盖402升降驱动装置带动炉盖402抬升，将原料初步破碎后加入到炉体401的熔炼腔内，然后炉盖402升降驱动装置带动炉盖402下降并将炉盖402盖合到炉体401顶部，将还原剂初步破碎后加入到存料腔内位于隔离筒106外部的空间，控制还原剂的量使移动破碎件104移动过程中还原剂始终无法进入到隔离筒106内部。

步骤二，对熔炼腔内加热，熔炼腔内出现熔融料后：

各搅拌机构200的搅拌驱动件201带动对应的搅拌轴202转动，利用搅拌轴202上的第一搅拌件和第二搅拌件对熔炼腔内的原料进行搅拌；

破碎结构的往复驱动件103带动移动破碎件104在破碎位和补料位之间往复移动，移动破碎件104在补料位时存料腔内的部分还原剂通过移动通道落到固定破碎件105上，移动破碎件104移动到破碎位并与固定破碎件105配合将固定破碎件105上的还原剂破碎；

增压机构301工作将升温机构303内升温的气体送入熔炼腔并将固定破碎件105上被破碎的还原剂吹入加料通道，同时将熔炼腔内的气体压入降温机构302进行降温，还将降温机构302内经过降温的气体送入升温机构303内从而形成气体循环。

具体的，对电极供电后，电极开始放电并对熔炼腔内的原料进行加热，加热至熔炼腔内熔融料后以下操作同时开始进行：

1、搅拌机构200工作：各搅拌驱动件201工作带动各搅拌轴202转动，各搅拌轴202上的第一搅拌件和第二搅拌件开始绕对应的搅拌轴202转动，对熔炼腔内的原料进行搅拌；

2、破碎机构100工作：往复驱动件103带动移动破碎件104在破碎位和补料位之间往复移动，移动破碎件104移动到补料位时，存料腔内的部分还原剂通过移动通道落到出料腔内，并且堆积在固定破碎件105上，移动破碎件104在快速移动到破碎位，移动破碎位和固定破碎位配合将固定破碎位上的还原剂破碎成更小的颗粒；

3、气体循环系统300工作：增压机构301工作将降温机构302内的气体抽送到升温机构303内，同时将熔炼腔内的气体抽入降温机构302内，升温机构303内升温后的气体进入到破碎容器101的存料腔，气体进入存料腔后带动存料腔内气压升高，存料腔内的气体通过导气空间和导气孔107进入到出料腔，出料腔内的气体从各出料孔分散到各个搅拌机构200的加料通道内，同时将出料腔内被破碎后的还原剂分散到各个加料通道内，加料通道内的气体沿竖段管和各导料分管204最终从竖段管底端管口、导料分管204末端管口以及若干个散料孔206进入到熔炼腔内，同时带动加料通道内的还原剂从竖段管底端管口、导料分管204末端管口以及若干个散料孔206散入到熔炼腔内，第一搅拌件不断转动不仅能通过搅拌原料使原料和还原剂能更好的接触，竖段管底端管口、导料分管204末端管口以及若干个散料孔206不断旋转还使得还原剂能分散加入到熔炼腔内的原料中，使还原剂能分散加入，另外加料通道内的气体回流到熔炼腔内，还能对熔炼腔内进行气体补充。在增压机构301的作用下，熔炼腔内的气体依次沿降温机构302、增压机构301、升温机构303、存料腔、导气空间、导气孔107、加料腔、散料腔、散料孔206以及熔炼腔流动并形成循环。

步骤三，熔炼腔内的原料在完成加工反应后，停止对熔炼腔内的加热，同时降温机构302、升温机构303、破碎机构100以及各搅拌机构200均停止工作，将熔炼炉400内的产品导出后，停止增压机构301。

具体的，熔炼结束后，炉体401内的熔融料即为所要生产的氧化锆熔融料，对电极断电，降温机构302、升温机构303、破碎机构100以及各搅拌机构200均逐步停止工作，然后通过炉盖402升降驱动装置带动炉盖402抬升，通过翻转驱动装置带动炉体401翻转，将炉体401内的产品导出，炉体401内的产品导出后最后停止增压机构301，最后停止增压机构301的目的是维持破碎腔到加料通道再到熔炼腔的压力差，避免产品流入到加料通道。

步骤四，待熔炼炉400内降至常温后，对炉体401、炉盖402和加还原剂装置的各部件进行检查维护。

具体的，熔炼炉400内降至常温后，要对炉体401、炉盖402和加还原剂装置的各部件进行检查，尤其是炉体401和加还原剂装置中接触熔融料较多的部位，发现有变形或受损的部件需要及时更换。

本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：包括

破碎机构（100），所述破碎机构（100）包括破碎容器（101）和破碎结构，破碎容器（101）的内部设有破碎腔，破碎腔内设置有破碎结构；

至少一个搅拌机构（200），所述搅拌机构（200）包括搅拌驱动件（201）、搅拌轴（202）以及第一搅拌件，搅拌轴（202）可旋转地安装并由搅拌驱动件（201）带动旋转，搅拌轴（202）上沿周向均匀设置有至少一个第一搅拌件，第一搅拌件设有散料腔和至少一个与散料腔连通的散料孔（206），所述搅拌轴（202）的内部设有加料腔，加料腔与各第一搅拌件的散料腔相通，加料腔、散料腔以及散料孔（206）形成加料通道，加料通道与破碎腔连通；

气体循环系统（300），所述气体循环系统（300）包括增压机构（301）、降温机构（302）以及升温机构（303），所述升温机构（303）与破碎腔连通，增压机构（301）与升温机构（303）连通并将升温机构（303）处经过升温的气体送入破碎腔，所述降温机构（302）与熔炼炉的熔炼腔连通，增压机构（301）与降温机构（302）连通并将降温机构（302）处经过降温的气体送入升温机构（303）。

2.如权利要求1所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：所述第一搅拌件包括导料主管（203）、导料分管（204）和搅拌杆（205），导料主管（203）包括一体式的斜段管和竖段管，斜段管倾斜设置并且斜段管高的端部与搅拌轴（202）连接，斜段管低的端部与竖段管的顶端连接，竖段管上沿轴向设置有若干个导料分管（204），斜段管、竖段管以及各导料分管（204）的内腔相通并构成散料腔，各导料分管（204）上均设置有至少一个散料孔（206），所述导料分管（204）内对应各散料孔（206）处、竖段管内部对应各导料分管（204）的连接处均设有分料挡板（207）；

所述搅拌杆（205）为U形结构，搅拌杆（205）的两个端部均与搅拌轴（202）连接，斜段管、竖段管和各导料分管（204）均与搅拌杆（205）连接，搅拌杆（205）上还设置有若干搅拌桨（208），搅拌桨（208）沿竖段管的轴向排布并与各导料分管（204）分别对应。

3.如权利要求2所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：所述分料挡板（207）倾斜设置，分料挡板（207）的迎向气流来向的板面朝向对应的散料孔（206）或者朝向对应导料分管（204）的端部，分料挡板（207）上设有分料孔。

4.如权利要求3所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：各搅拌桨（208）远离搅拌轴（202）一端的端部形成搅拌刷，搅拌刷位于搅拌杆（205）远离搅拌轴（202）的一侧。

5.如权利要求2-4任一所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：所述搅拌机构（200）还包括第二搅拌件，第二搅拌件包括至少一个搅拌斜板（209），搅拌斜板（209）与搅拌轴（202）连接并且搅拌斜板（209）的上板面倾斜。

6.如权利要求2-4任一所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：所述降温机构（302）包括降温器和气体导管（304），降温器内设置有换热降温腔，气体导管（304）设置在换热降温腔内，所述气体导管（304）为连续S形管道，气体导管（304）上位于各波谷处均连接有出料管（305），出料管（305）的出料端伸出换热降温腔外部并且连接有出料阀，所述气体导管（304）的两个端部分别与熔炼炉和增压机构（301）连通。

7.如权利要求2-4任一所述的提高反应效率的加还原剂装置，其特征在于：所述破碎容器（101）的内部设置有分隔件（102），分隔件（102）固定设置并将破碎腔分隔为上方的存料腔和下方的出料腔，分隔件（102）的内部竖直设有圆筒状的移动通道，移动通道的顶端为扩口状，

所述破碎结构包括往复驱动件（103）、移动破碎件（104）、固定破碎件（105）和隔离筒（106），隔离筒（106）为由中间向两端口径逐渐变大的中空筒，隔离筒（106）设置在移动破碎件（104）的顶端并与移动破碎件（104）的顶端构成导气空间，移动破碎件（104）穿过移动通道设置，移动破碎件（104）的内部设置有若干个贯穿移动破碎件（104）的底端且与导气空间连通的导气孔（107），所述往复驱动件（103）设置在破碎容器（101）的外部，往复驱动件（103）的往复运动部与移动破碎件（104）连接并带动移动破碎件（104）沿移动通道在破碎位和补料位之间往复移动，固定破碎件（105）设置在移动通道的下方并与移动破碎件（104）配合，

所述破碎腔连通升温机构（303）的接口位于隔离筒（106）的上端口的上方，各加料通道与破碎腔的出料腔连通。

8.熔炼炉，其特征在于：包括加还原剂装置，加还原剂装置为权利要求1-7任一所述的提高反应效率的加还原剂装置。

9.如权利要求8所述的熔炼炉，其特征在于：包括炉体（401）和炉盖（402），炉体（401）的内部设置有熔炼腔，加还原剂装置包括至少两个搅拌机构（200），各搅拌机构（200）均安装在炉盖（402）上并绕熔炼腔的中轴线沿周向均匀分布。

10.制备氧化锆的工艺，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一，选用锆英石或者锆刚玉耐火砖废料作为原料，选用炭作为还原剂，在熔炼腔内加入原料并将炉盖（402）盖合到炉体（401）上，将还原剂加入存料腔内位于隔离筒（106）外部的空间内，控制还原剂的量使移动破碎件（104）在移动过程中隔离筒（106）的上端口始终高于最上层的还原剂；

步骤二，对熔炼腔内加热，熔炼腔内出现熔融料后：

各搅拌机构（200）的搅拌驱动件（201）带动对应的搅拌轴（202）转动，利用搅拌轴（202）上的第一搅拌件和第二搅拌件对熔炼腔内的原料进行搅拌；

破碎结构的往复驱动件（103）带动移动破碎件（104）在破碎位和补料位之间往复移动，移动破碎件（104）在补料位时存料腔内的部分还原剂通过移动通道落到固定破碎件（105）上，移动破碎件（104）移动到破碎位并与固定破碎件（105）配合将固定破碎件（105）上的还原剂破碎；

增压机构（301）工作将升温机构（303）内升温的气体送入熔炼腔并将固定破碎件（105）上被破碎的还原剂吹入加料通道，同时将熔炼腔内的气体压入降温机构（302）进行降温，还将降温机构（302）内经过降温的气体送入升温机构（303）内从而形成气体循环；

步骤三，熔炼腔内的原料在完成加工反应后，停止对熔炼腔内的加热，同时降温机构（302）、升温机构（303）、破碎机构（100）以及各搅拌机构（200）均停止工作，将熔炼炉内的产品导出后，停止增压机构（301）；

步骤四，待熔炼炉内降至常温后，对炉体（401）、炉盖（402）和加还原剂装置的各部件进行检查维护。