CN205011395U - 一种立式氧化锌冶炼炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及金属冶炼技术领域，具体涉及一种立式氧化锌冶炼炉。一种立式氧化锌冶炼炉，包括冶炼炉本体，冶炼炉本体包括一直立筒式结构的主炉体，其顶部设有进料口、底部设有排渣口；主炉体内通过水平横置的两块管板将内部腔室分隔成上中下三个独立腔室，两块管板通过竖直的落料管连接后使上下部腔室联通；中部和下部腔室的侧壁均设有排气口，且两个排气口均联通第一旁室，中部腔室的排气口上方侧壁上设有外部空气入口，其对向侧壁上设有用于氧化锌输出的出料口。由于采用上述技术方案，本实用新型具有连续运作能力，且具备余热回收机制，充分利用设备自身产生的热能来供给自身需求，既环保又经济，减少了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种立式氧化锌冶炼炉

技术领域

本实用新型涉及金属冶炼技术领域，具体涉及一种立式氧化锌冶炼炉。

背景技术

直接法冶炼氧化锌一般使用卧式或者立式冶炼炉，后者又称筒式冶炼炉。由于立式冶炼炉在许多技术问题上尚未得到解决，如对燃烧层和还原层的温度的调控、对燃料团矿中挥发物(主要为碳氢化合物)的事前清除、及对进料、排渣、出产品实现连续运行的技术处理等，因此目前我国直接法生产氧化锌所使用的冶炼炉以卧式层燃手烧炉为主。使用此炉生产氧化锌是1938年从美国新泽西锌业公司引进的维切利尔法并加以改进，其运行方法通常包括以下几个阶段：1)在炉床上加底煤，包括无烟煤或焦煤，利用炉膛内的余热引燃；2)投入氧化锌团矿，预热排放废气(碳氢化合物)；3)氧化锌的生产和收集；4)清除冶炼后的炉渣。氧化锌的生产和收集都是周期性、间断式的，不能连续稳定不间断地进行。从而阻碍了氧化锌生产效率的提高。

市场上需要一种能够连续运行，直接从氧化锌团矿中提炼出氧化锌的冶炼设备和方法。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种立式氧化锌冶炼炉，解决以上技术问题。

本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：

一种立式氧化锌冶炼炉，包括冶炼炉本体，其特征在于，所述冶炼炉本体包括一直立筒式结构的主炉体，所述主炉体在顶部设有用于输入氧化锌团矿的进料口、底部设有用于将冶炼过程中产生的废渣排出主炉体的排渣口；

所述主炉体内设有一第一管板组，所述第一管板组由上下两块间隔一定距离设置于主炉体内的管板组成，两块管板水平横置于主炉体内后将主炉体内部腔室分隔成上中下三个独立腔室，其中，上层管板的上方为上部腔室，下层管板的下方为下部腔室，两块管板之间为中部腔室，两块管板通过竖直设置的落料管连接，所述落料管联通上部腔室和下部腔室，氧化锌团矿从进料口被送入上部腔室内进行预热，以便除去团矿中所含的低熔点金属渣滓和挥发物，被预热后的氧化锌团矿再经由落料管落入下部腔室进行充分反应后被还原成锌蒸汽；

中部腔室的侧壁和下部腔室的侧壁均设有便于锌蒸汽出入的排气口，两个所述排气口均联通一第一旁室，下部腔室内由氧化锌团矿反应后被还原生成的锌蒸汽自下部腔室的排气口排出，经过第一旁室后从中部腔室的排气口排入中部腔室内，中部腔室的侧壁上还设有便于外部空气进入的外部空气入口，所述外部空气入口位于中部腔室排气口的正上方，便于锌蒸汽进入中部腔室时与外部空气入口处排入的空气接触后发生氧化反应，从而生成氧化锌，氧化反应中放出的热量用于加热穿插于中部腔室内的落料管，便于对落料管内下落的物料进行预热，即是说，氧化锌团矿在上部腔室中预热后，还会在落料管内进行再次加热；

所述中部腔室内位于排气口对向侧的侧壁上设有出料口，用于将其内由氧化反应生成的氧化锌输出。

所述落料管设有至少两根，至少两根所述落料管相互间隔一定距离竖直地设置于中部腔室内，任一落料管的上端开口联通上部腔室、下端开口联通下部腔室。

所述第一旁室的顶部向上开口后联通所述中部腔室侧壁的排气口，第一旁室的顶部还设有一用于将进入其内的锌蒸汽急速冷却后变成液态锌的急冷装置，所述急冷装置采用一喷淋液态铅后在第一旁室内制造铅雨的喷淋式急冷装置，其位于第一旁室顶部开口的一侧，第一旁室底部设有一用于收集急速冷却后生成的液态锌的锌锭池，所述锌锭池内预先盛有液态铅，锌锭池的一侧设有通往外部的溢流口，用于收集液态锌，所述液态铅配合所述锌锭池形成一液封结构，即冷却后的液态锌落入锌锭池内，由于锌的密度小于铅的密度，因此液态锌最终浮于锌锭池内的液态铅的上层后其液位面高于溢流口，使得构成一液封结构，避免第一旁室内未冷却的锌蒸汽从溢流口逃逸出第一旁室，液态锌在溢流口溢出后冷却后形成锌锭。

所述出料口对外联通一第二旁室，所述第二旁室用于收集排出的氧化锌后对其进行冷却，以便制得氧化锌粉；

所述第二旁室内设有第二管板组，所述第二管板组由上下两块间隔一定距离设置于第二旁室内部腔室中的管板组成，第二旁室的内部腔室被第二管板组分隔成上中下三部分腔室，所述第二管板组的两块管板由一空气输入管道连接，所述空气输入管道联通所述第二旁室的上部腔室和下部腔室，所述第二旁室的下部腔室的底部设有进气口，用于输入新鲜空气或者纯氧；

所述第二旁室的上部腔室内设有一热空气输出管道，用于将加热后的热空气输出到第二旁室的外部，所述热空气输出管道的上端连接第二旁室的上层管板后联通上部腔室、下端穿过下层管板和下部腔室的底部后与外界联通；

所述第二旁室的中部腔室通过所述主炉体中部腔室的出料口联通主炉体的中部腔室，所述第二旁室的中部腔室的侧壁上设有另一出料口，所述另一出料口位于第二旁室与主炉体联通处的对向的第二旁室的侧壁上，便于对外输出冷却后的氧化锌产品。

本实用新型工作过程中，主炉体生成的氧化锌被送入第二旁室的中部腔室，在流向第二旁室内的另一出料口的过程中与空气输入管道的外壁进行热交换，将其内流通的新鲜空气加热，从而带走自身的热量，氧化锌逐渐冷却后从另一出料口输出，进入余热锅炉进行进一步冷却后被收集。

第二旁室内的所述空气输入管道至少设有两根。

所述主炉体的下部腔室内设有一温度调控装置，用于调节主炉体下部腔室的反应温度，使氧化锌团矿反应更充分，防止因反应温度过高或者过低而导致影响工况，当燃烧温度超过灰熔点时会破坏炉内工况而影响氧化锌的直收率；

所述温度调控装置包括一热空气输入管道，所述热空气输入管道的一端伸入所述主炉体的下部腔室内、另一端设有用于连接外部热空气源的外联接头。

所述热空气输入管道上的外联接头连接第二旁室的所述热空气输出管道，以便将氧化锌冷却过程中被加热的热空气的热能再利用到氧化锌的还原过程中，加速氧化锌团矿的反应。

所述外联接头为三通结构的接头，其上设有两个输入端和一个输出端，输出端连接所述热空气输入管道，一个输入端连接第二旁室的所述热空气输出管道，另一个输入端连接外部热蒸汽源，以便通过输送热蒸汽来控制输入到主炉体下部腔室内的热空气温度，防止其超过灰熔点而破坏主炉体下部腔室的工况，影响产品的直收率。

第二旁室的所述热空气输出管道上设有一加热装置，优选电加热的加热装置，用于将未达到预计温度的热空气再加热，防止其温度过低而影响氧化锌的冶炼速度，降低氧化锌的生产效率。

所述热空气输入管道的伸入主炉体下部腔室内的部分位于主炉体下部腔室的底部，且位于所述排渣口的上方，所述热空气输入管道的伸入主炉体下部腔室内的部分通过一竖直朝上的旁路管道连接一喷射口朝上的喷射装置，用于将热空气均匀地喷射入主炉体下部腔室内。

所述喷射装置的喷射面为圆锥面，所述喷射面上以辐射状分布有至少两个所述喷射口，且任一所述喷射口的喷射方向均为与圆锥面垂直。

所述上部腔室的侧壁设有一废气排出口，用于将预热过程中产生一定的以碳氢化合物为主的废气排出炉外，所产生的废气为焦炉煤气，用于收集后再利用。

所述废气排出口联通一废气排出管道，所述废气排出管道上设有一通过调节开度来控制排气流量的排气阀门，通过设置排气阀门不仅可以对外输出焦炉煤气，也可以通过在主炉体内设置压力检测装置后与其配合，继而对主炉体的内部压力进行调节，实现锅炉运行的自动化控制效果。

所述排气阀门优选采用电磁阀。

所述排渣口的底部连接一废渣收集池。

所述废渣收集池与所述排渣口之间设有一排渣装置，在确保主炉体密封性的同时，更加有效的排除渣料。

所述排渣装置采用螺旋出渣结构的排渣装置、抽板出渣结构的排渣装置、刮板出渣结构的排渣装置、人工灰室出渣结构的排渣装置中的任一种，具体结构与选型根据现场场地和炉体尺寸来决定。

所述进料口处设有一双层料钟密封加料装置，便于对加料进程进行互锁，双层料钟对进料口和上部腔室进行互锁，防止上部腔室中产生的废气从进料口逃逸而污染外界环境。

主炉体内的所述落料管和第二旁室内的所述空气输入管道均采用碳化硅或者耐热钢制成，优选耐热钢。

有益效果：由于采用上述技术方案，本实用新型具有连续运作能力，可以持续不断地冶炼氧化锌；并且具备余热回收机制，充分利用设备自身工作时产生的热能来供给自身需求，既环保，又经济，减少了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。

参照图1，一种立式氧化锌冶炼炉，包括冶炼炉本体，冶炼炉本体包括一直立筒式结构的主炉体，主炉体一侧设有第一旁室，主炉体在顶部设有用于输入氧化锌团矿的进料口、底部设有用于将冶炼过程中产生的废渣排出主炉体的排渣口71，排渣口71的底部连接一废渣收集池72。废渣收集池72与排渣口71之间设有液封结构的螺旋排渣装置，在确保主炉体密封性的同时，更加有效的排除渣料。进料口处设有一双层料钟密封加料装置61。主炉体内设有第一管板组，第一管板组由上下两块间隔一定距离设置于主炉体内的管板组成，两块管板水平横置于主炉体内后将主炉体内部腔室分隔成上中下三个独立腔室，上层管板的上方为上部腔室11，下层管板的下方为下部腔室21，两块管板之间为中部腔室，两块管板通过竖直设置的落料管31连接，落料管31联通上部腔室11和下部腔室21，氧化锌团矿从进料口被送入上部腔室11内进行预热，以便除去团矿中所含的低熔点金属渣滓和挥发物，被预热后的氧化锌团矿再经由落料管31落入下部腔室21进行充分反应后被还原成锌蒸汽；中部腔室的侧壁设有排气口41，下部腔室的侧壁设有排气口42，两个排气口均联通第一旁室，下部腔室21内由氧化锌团矿燃烧后被还原生成的锌蒸汽自排气口41排出，经过第一旁室后从排气口42排入中部腔室内，中部腔室的侧壁上还设有便于外部空气进入的外部空气入口43，外部空气入口43位于排气口41的正上方，便于锌蒸汽进入中部腔室时与外部空气入口43处排入的空气接触后发生氧化反应，从而生成氧化锌，氧化反应中放出的热量用于加热落料管31，便于对落料管31内下落的物料进行预热，即是说，氧化锌团矿在上部腔室11中预热后，还会在落料管31内进行再次加热；落料管31设有至少两根，至少两根落料管31相互间隔一定距离竖直地设置于中部腔室内，任一落料管31的上端开口联通上部腔室11、下端开口联通下部腔室21。

中部腔室内位于排气口41对向侧的侧壁上设有出料口，用于将其内由氧化反应生成的氧化锌输出。出料口对外联通第二旁室，第二旁室用于收集排出的氧化锌后对其进行冷却，以便制得氧化锌粉。第二旁室内设有第二管板组，第二管板组由上下两块间隔一定距离设置于第二旁室内部腔室中的管板组成，第二旁室的内部腔室被第二管板组分隔成上中下三部分腔室，第二管板组的两块管板由一空气输入管道32连接，空气输入管道32联通第二旁室的上部腔室12和下部腔室22，下部腔室22的底部设有进气口45，用于输入新鲜空气或纯氧；上部腔室12内设有一热空气输出管道33，用于将加热后的热空气输出到第二旁室的外部，热空气输出管道32的上端连接第二旁室的上层管板后联通上部腔室12、下端穿过下层管板和下部腔室22的底部后与外界联通；第二旁室的中部腔室通过主炉体中部腔室的出料口联通主炉体的中部腔室，第二旁室的中部腔室的侧壁上设有另一出料口46，另一出料口46位于第二旁室与主炉体联通处的对向的第二旁室的侧壁上，便于对外输出冷却后的氧化锌产品。空气输入管道32至少设有两根。

下部腔室21内设有一温度调控装置，用于调节主炉体下部腔室的反应温度，使氧化锌团矿反应更充分，防止因反应温度过高或者过低而导致影响工况，当燃烧温度超过灰熔点时会破坏炉内工况而影响氧化锌的直收率。温度调控装置包括热空气输入管道34，热空气输入管道34的一端伸入下部腔室21内、另一端设有用于连接外部热空气源的外联接头8。外联接头8为三通结构的接头，其上设有两个输入端和一个输出端，输出端连接热空气输入管道34，一个输入端连接热空气输出管道33，另一个输入端连接外部热蒸汽源，以便通过输送热蒸汽来控制输入到下部腔室21内的热空气的温度，防止其超过灰熔点而破坏下部腔室21的工况。热空气输出管道33上设有一加热装置9，优选电加热的加热装置，用于将未达到预计温度的热空气再加热，防止其温度过低而影响氧化锌的冶炼速度。热空气输入管道34的伸入下部腔室21内的部分位于下部腔室21的底部，且位于排渣口71的上方，热空气输入管道34的伸入下部腔室21内的部分通过竖直朝上的旁路管道连接喷射口朝上的喷射装置62，用于将热空气朝上方喷射入下部腔室21内。喷射装置62的喷射面为圆锥面，喷射面上以辐射状分布有至少两个喷射口，且任一喷射口的喷射方向均为竖直朝上。

上部腔室11的侧壁设有废气排出口，废气排出口联通一废气排出管道，废气排出管道上设有通过调节开度来控制排气流量的排气阀门5，通过设置排气阀门5不仅可以对外输出焦炉煤气，也可以通过在主炉体内设置压力检测装置后与其配合，继而对主炉体的内部压力进行调节，实现炉子运行的自动化控制效果。预热过程中产生的以碳氢化合物为主的废气均通过该处排出炉外。当所产生的废气为焦炉煤气时，可以通过外接收集设备进行收集后再利用。排气阀门5优选采用电磁阀，便于自动化控制。落料管31和空气输入管道32均采用碳化硅制成。

本实用新型工作过程如下：以氧化锌团矿为主的物料通过主炉体顶部进入主炉体内部腔室，在上部腔室11内进行预热，分离出部分沸点较低的金属废渣和易燃杂质，产生的废气通过废气排出口排出炉外；物料经过第一次预热后通过落料管31掉入下部腔室21进行充分燃烧后产生还原反应，物料中的氧化锌被还原成锌蒸汽，先后经过排气口42、第一旁室、排气口41后进入中部腔室，与来自外部空气入口43的新鲜空气接触后发生氧化反应后生成氧化锌，氧化锌流入第二旁室的中部腔室内，经过与其中的热空气输出管道33和空气输入管道32进行热交换后，逐渐冷却氧化锌粉后从另一出料口46排出后进入余热锅炉进行再冷却；第二旁室对氧化锌的温度进行收集后加热了空气，生成的热空气被送入下部腔室21内参与还原反应和其中的工况调节。

第一旁室的顶部向上开口后联通中部腔室侧壁的排气口41，第一旁室的顶部还设有一用于将进入其内的锌蒸汽急速冷却后变成液态锌的急冷装置47，急冷装置47采用一喷淋液态铅后在第一旁室内制造铅雨的喷淋式急冷装置，其位于第一旁室顶部开口的一侧，第一旁室底部设有一用于收集急速冷却后生成的液态锌的锌锭池48，锌锭池48内预先盛有液态铅，锌锭池48的一侧设有通往外部的溢流口49，用于收集液态锌，液态铅配合锌锭池48形成一液封结构。本实用新型通过启闭急冷装置47、溢流口48和外部空气入口43，实现制取锌锭或者锌粉的功能。在制取锌粉时，急冷装置47、关闭溢流口49、关闭外部空气入口43均需要先关闭，使中部腔室无法得到氧气供应，避免锌蒸汽与氧发生反应后生成氧化锌，下部腔室生成的锌蒸汽一路流经第一旁室、中部腔室、第二旁室，在流通过程中逐渐冷却为锌粉；在制取锌锭时，急冷装置47、开启溢流口49均需要打开，外部空气入口43需要关闭，使锌蒸汽在无氧的环境下，在第一旁室内被急冷装置47急速冷却后形成液态锌落入锌锭池48，在经溢流口49流出后冷却为锌锭。

本实用新型还具有辅助制取氢气的功能，具体操作步骤如下：关闭急冷装置、关闭溢流口、关闭外部空气入口，将第二旁室的另一出料口连接一余热锅炉，再将余热锅炉连接一台利用混合气体中各种气体之间密度差异的性质来分离气体并将之对外输出的混合气体分离装置；将团矿更换为普通煤团后输入主炉体内进行燃烧，外联接头上用于连接外部热蒸汽源的接口连接一利用电解或高温分解水后制取氢气的外部制氢装置，用于在保持高温的环境下向主炉体的下部腔室内输送氢气和氧气的混合气体，由于外部制氢装置制得的氢气和氧气的混合气体在一定温度时容易重新结合成为水，因此必须保持高温输送至下部腔室，并且通过下部腔室内的燃烧将混合气体中的氧气消耗完，从而在下部腔室内获得氢气、一氧化碳和甲烷，三种气体混合在一起经由第一旁室、中部腔室、第二旁室后输出到余热锅炉用于降温，降温后的三种气体在混合气体分离装置内利用气体密度不同进行逐一分离，从而分别获得氢气、一氧化碳和甲烷，这三种被分离的气体均可以作为燃料，其中氢气由于较为纯净，因此可以直接利用氢燃料电池进行发电。其能量转换率达到75％。

上述内容显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种立式氧化锌冶炼炉，包括冶炼炉本体，其特征在于，所述冶炼炉本体包括一直立筒式结构的主炉体，所述主炉体在顶部设有用于输入氧化锌团矿的进料口、底部设有用于将冶炼过程中产生的废渣排出主炉体的排渣口；

所述主炉体内设有一第一管板组，所述第一管板组由上下两块间隔一定距离设置于主炉体内的管板组成，两块管板水平横置于主炉体内后将主炉体内部腔室分隔成上中下三个独立腔室，其中，上层管板的上方为上部腔室，下层管板的下方为下部腔室，两块管板之间为中部腔室，两块管板通过竖直设置的落料管连接，所述落料管联通上部腔室和下部腔室；

中部腔室的侧壁和下部腔室的侧壁均设有便于锌蒸汽出入的排气口，两个所述排气口均联通一第一旁室，中部腔室的侧壁上还设有便于外部空气进入的外部空气入口，所述外部空气入口位于中部腔室排气口的正上方；

所述中部腔室内位于排气口对向侧的侧壁上设有用于将其内由氧化反应生成的氧化锌输出的出料口。

2.根据权利要求1所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述落料管设有至少两根，至少两根所述落料管相互间隔一定距离竖直地设置于中部腔室内，任一落料管的上端开口联通上部腔室、下端开口联通下部腔室。

3.根据权利要求2所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述出料口对外联通一用于收集排出的氧化锌后对其进行冷却后制得氧化锌粉的第二旁室；

所述第二旁室内设有第二管板组，所述第二管板组由上下两块间隔一定距离设置于第二旁室内部腔室中的管板组成，第二旁室的内部腔室被第二管板组分隔成上中下三部分腔室，所述第二管板组的两块管板由一空气输入管道连接，所述空气输入管道联通所述第二旁室的上部腔室和下部腔室，所述第二旁室的下部腔室的底部设有用于输入新鲜空气的进气口；

所述第二旁室的上部腔室内设有一用于将加热后的热空气输出到第二旁室外部的热空气输出管道，所述热空气输出管道的上端连接第二旁室的上层管板后联通上部腔室、下端穿过下层管板和下部腔室的底部后与外界联通；

所述第二旁室的中部腔室通过所述主炉体中部腔室的出料口联通主炉体的中部腔室，所述第二旁室的中部腔室的侧壁上设有另一出料口，所述另一出料口位于第二旁室与主炉体联通处的对向的第二旁室的侧壁上；

第二旁室内的所述空气输入管道至少设有两根。

4.根据权利要求3所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述主炉体的下部腔室内设有一用于调节主炉体下部腔室的反应温度后使氧化锌团矿反应更充分的温度调控装置，所述温度调控装置包括一热空气输入管道，所述热空气输入管道的一端伸入所述主炉体的下部腔室内、另一端设有用于连接外部热空气源的外联接头。

5.根据权利要求4所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述热空气输入管道上的外联接头连接第二旁室的所述热空气输出管道；

所述外联接头为三通结构的接头，其上设有两个输入端和一个输出端，输出端连接所述热空气输入管道，一个输入端连接第二旁室的所述热空气输出管道，另一个输入端连接外部热蒸汽源；

第二旁室的所述热空气输出管道上设有一加热装置。

6.根据权利要求5所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述上部腔室的侧壁设有一用于将预热过程中产生一定的以碳氢化合物为主的废气排出炉外的废气排出口；

所述废气排出口联通一废气排出管道，所述废气排出管道上设有一通过调节开度来控制排气流量的排气阀门。

7.根据权利要求1至6任一项所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述第一旁室的顶部向上开口后联通所述中部腔室侧壁的排气口，第一旁室的顶部还设有一用于将进入其内的锌蒸汽急速冷却后变成液态锌的急冷装置，所述急冷装置采用一喷淋液态铅后在第一旁室内制造铅雨的喷淋式急冷装置，其位于第一旁室顶部开口的一侧，第一旁室底部设有一用于收集急速冷却后生成的液态锌的锌锭池，所述锌锭池内预先盛有液态铅，锌锭池的一侧设有通往外部的溢流口，用于收集液态锌，所述液态铅配合所述锌锭池形成一液封结构。

8.根据权利要求7所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，主炉体内的所述落料管和第二旁室内的所述空气输入管道均采用碳化硅或者不锈钢钢材料制成。

9.根据权利要求8所述的一种立式氧化锌冶炼炉，其特征在于，所述进料口处设有一双层料钟密封加料装置。