CN209416134U - 一种高温颗粒冷却系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于冷却技术领域，具体涉及了一种高温颗粒冷却系统，包括冷却单元和循环单元，冷却单元包括转动连接在冷却系统内的冷却辊筒，冷却辊筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，内筒和外筒之间形成供液态金属通过的冷却通道，内筒的外壁上设有螺旋叶片，内筒的内壁上呈螺旋形均布有若干用于输送高温颗粒的导流细片；内筒一端连通有进料斗，内筒另一端连通有出料斗；循环单元包括换热器以及用于驱动液态金属循环的驱动件；冷却通道、换热器以及驱动件通过管道依次首尾连通，并形成闭合的循环通路，冷却通道两端均设有用于和管道连通且可和管道相对转动的连通组件。采用本实用新型的方案，可以解决大量的高温颗粒难以继续冷却和运输的问题。

Description

一种高温颗粒冷却系统

技术领域

本实用新型属于冷却技术领域，具体涉及了一种高温颗粒冷却系统。

背景技术

高温熔岩指工业冶炼过程中产生的废弃炉渣，如炼铁后产生的铁炉渣等，其在高温状态下的呈熔融状，因此又称为高温熔岩，温度一般可达1000-1300℃。现有的冶炼工艺中，废炉渣通常是通过自然冷却后，再经过破碎后，进行二次利用，这样不仅使得冷却的时间长，且高温废炉渣的热量得不到充分的利用，造成能量的损失。

基于上述问题，我司研发了通过高温熔岩造粒系统对高温熔岩进行造粒冷却处理，通过在造粒系统内从上而下设置多组造粒筒，并从造粒系统的顶部将炉渣的熔融液浇下，炉渣熔融液依次通过各组造粒筒，形成不规则的颗粒物；同时，在造粒筒内通入热交换介质，我司研发出了采用熔点较低的液态金属作为热交换介质，该液态金属是由镓、铟、铋、铝、铁、镁和锡组成的合金，具有熔点低、沸点高的特性，并且可以根据调节其原料的配比来改变熔点，但是由于各原料的价格不同，因此不同配比的液态金属的成本不同。

但由于高温熔岩通过造粒筒的时间较快，无法完全完成冷却，其形成的颗粒物温度依然可以达到800℃，大量的高温颗粒难以继续冷却，其中所蕴含的大量热量难以回收利用，同时大量的颗粒也不方便运输。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种高温颗粒冷却系统，以解决大量的高温颗粒难以继续冷却的问题。

为达到上述目的，本实用新型的基础方案为：一种高温颗粒冷却系统，包括冷却单元和循环单元，冷却单元包括转动连接在冷却系统内的冷却辊筒，冷却辊筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，内筒和外筒之间形成供液态金属通过的冷却通道，内筒的外壁上设有螺旋叶片，内筒的内壁上呈螺旋形均布有若干用于输送高温颗粒的导流细片；内筒一端连通有进料斗，内筒另一端连通有出料斗；循环单元包括换热器以及用于驱动液态金属循环的驱动件；冷却通道、换热器以及驱动件通过管道依次首尾连通，并形成闭合的循环通路，冷却通道两端均设有用于和管道连通且可和管道相对转动的连通组件。

本基础方案的工作原理以及有益效果在于：

1、导流细片呈螺旋形分布，导流细片为不锈钢制成的片状凸块，多个导流细片形成类似于螺旋叶片的结构，在冷却辊筒转动过程中，螺旋形分布的导流细片可将高温颗粒从进料斗运送至出料斗，完成高温颗粒的运输。同时，螺旋叶片用于输送液态金属，便于液态金属的输送。

2、现有技术高温颗粒直接撞击在冷却辊筒的表面，由于高温颗粒的硬度较大，容易使得冷却辊筒发生形变甚至损坏，本装置中设置导流细片，一定程度上可以阻挡高温颗粒与冷却辊筒直接接触，从而减小冷却辊筒受到的作用力，以达到保护冷却辊筒的目的。同时，高温颗粒和导流细片撞击，可以进一步破裂，高温颗粒的体积变小，更加便于后续的冷却，冷却的效果也更好。

3、驱动件驱动液态金属依次通过冷却通道、换热器以及驱动件内部，最终回到冷却通道内，实现液态金属的循环，通过液态金属在冷却通道内的循环，液态金属和高温颗粒发生热交换，吸收高温颗粒的热量，对高温颗粒进行冷却。吸收了热量的液态金属进入换热器内降温，其热量被回收利用，降温之后可以继续参与循环，冷却高温颗粒。实现了热量的收集利用，且通过液态金属循环完成冷却，较为环保。

4、传统的送料辊筒，液态金属通过内层筒的内部流通，高温颗粒通过内层筒和外层筒之间的通达输送，通过高温颗粒和内层筒的外壁接触进行热交换。其冷却通道的体积较大，需要较多的液态金属参与循环，提高企业成本；另一方面，其需要将筒壁设置较厚，以增加筒壁的抗击能力，避免高温颗粒撞击筒壁并在筒壁上形成凹陷。同时，由于内层筒和外层筒之间的体积较小，大粒径的高温颗粒很容易卡在其中，难以输送。

相比传统的冷却辊筒，本装置中，液态金属从内筒与外筒之间形成的冷却通道流动，高温颗粒通过内筒的内部进行输送，和传统的方式完全相反，这样设置，一方面冷却通道的体积极大的缩小，从而降低了参与循环的液态金属量，进而降低了企业的成本；另一方面，在环形的冷却通道内流动的液态金属，液态金属受到外筒的支撑作用，相当于形成一层环形的保护膜对内筒进行保护，即使高温颗粒撞击到内筒的内侧壁上并在内筒上形成凹陷，也能通过液态金属的缓冲作用避免其形成较大且难以复原的损坏，同时由于液态金属持续不断的通入到冷却通道内，冷却通道内形成一个较为稳定的压强，经过一定时间，即可利用冷却通道内的压强作用实现内筒凹陷处的复位。因此将冷却辊筒设置为双层结构，可以将内筒的筒壁设置较薄，进一步降低企业的成本，同时可以实现高温颗粒的输送功能。

进一步，连通组件包括设置在冷却通道的两端并用于密封冷却通道的封闭板，封闭板上固定有与冷却通道连通的且中空的导通件，导通件上固定有中空的转轴，转轴与导通件连通，转轴和内筒同轴设置。

有益效果：设置封闭板，一方面实现内筒和外筒的连接；另一方面将冷却通道封闭并达到密封效果。冷却通道内的液态金属通过导通件流动至转轴内，液态金属通过转轴输送至冷却辊筒的外部。

进一步，封闭板中空，封闭板上设有与冷却通道连通的通孔或通槽，导通件和封闭板的内腔连通。

有益效果：在封闭板上设置通孔或通槽，便于封闭板和冷却通道连通，进一步便于导通件和冷却通道连通。

进一步，导通件为固定轴或固定板中的任意一种。

有益效果：固定轴或固定板与冷却通道连通，相比于其他的连通方式，比如软管而言，固定轴或固定板均能稳固的连接在封闭板上，固定轴或固定板还能对封闭板起到一定的支撑作用。

进一步，导流细片的横截面呈L形、三角形、楔形、梯形或锥形中的任意一种。

有益效果：一方面，方便高温颗粒沿着导流细片的表面被输送，另一方面增大导流细片和高温颗粒的接触面积，进一步避免高温颗粒直接撞击在外筒表面。

进一步，换热器设置在冷却通道的出液端和驱动件的进液端之间，所述驱动件为机械泵。

有益效果：相比电磁泵，机械泵的成本更低，但由于机械泵不耐高温，因此现有技术的冷却循环过程中多使用电磁泵驱动。本冷却系统中在循环通路中设置换热器，和高温颗粒经过热交换的液态金属进入换热器中，在换热器内降温，其热量被回收利用，降温之后经过机械泵，不会损坏机械泵。

进一步，冷却通道的出液端连通有旋转密封结构，冷却通道的进液端连通有旋转接头，旋转密封结构为耐高温材质的高温旋转接头。

有益效果：液态金属在冷却通道内和高温颗粒发生热交换，在流出冷却通道时，温度较高，需要使用耐高温材质的高温旋转接头，以延长旋转接头的使用寿命。

进一步，旋转密封结构设置在靠近进料斗的一端，旋转接头设置在靠近出料斗的一端。

有益效果：即冷却通道的出液端靠近进料斗，则液态金属的循环方向和高温颗粒的输送方向相反，高温颗粒输送过程中，可以持续和通过换热器冷却的液态金属发生热交换，冷却效果更好。

进一步，循环单元还包括连通在循环通路中的储液箱。

有益效果：液态金属循环过程中，储液箱相当于液态金属的中转处，大量的液态金属在储液箱内停留，使得参与循环的液态金属量增多。且液态金属在循环过程中出现差错时，方便通过储液箱检修，而不需要拆卸管道进行检修。

进一步，储液箱设置在冷却通道的出液端和换热器的进液端之间，旋转密封结构和储液箱转动密封连接。

有益效果：由于旋转密封结构需要和外筒一起转动，因此旋转密封结构若是直接和相应管道连通，需要在相应管道上设置转动密封机构，相比直接在管道上设置转动密封结构，在储液箱上设置转动密封结构更加方便安装旋转密封结构，而不需要额外设置用于安装旋转接头的连接结构。

附图说明

图1为本实用新型实施例的示意图；

图2为图1中A部分的放大图；

图3为图1中冷却辊筒的横截面剖视图；

图4为图1中封闭板、导通件的横截面剖视图；

图5为图1中旋转密封结构的结构示意图；

图6为图1中机械泵的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细说明：

说明书附图中的附图标记包括：外筒1、内筒2、冷却通道3、进料斗4、弯管5、出料斗6、出料管7、封闭板8、转轴9、螺旋叶片10、旋转密封结构11、旋转接头12、储液箱13、换热器14、机械泵15、导流细片16、导通件17、环形槽18、套筒19、转动梳齿20、泵体21、进液腔22、加热棒23。

本实施例中，参与冷却循环的液态金属，是由质量分数为镓20％、铟30％、铋19％、铝5％、铁3％、镁5％和锡18％组成的合金，该液态金属的熔点为40℃，相比现有技术如专利号201410268984.1的专利中公开的由质量分数为镓37％、铟22％、铋18.6％、铝3％、铁2％、镁2.4％和锡15％组成的熔点为3℃的合金，熔点为40℃的液态金属生产成本为熔点为3℃的合金的0.5倍。

本实施例中的液态金属的制备方法为：

(1)按照本实施例中的配比称量用于制备的低熔点液态金属的原材料镓、铟、铋、铝、铁、镁和锡；

(2)在隔绝空气条件下，将金属镓加热至熔化；往熔化的镓中慢慢加入金属铟，同时边加热边缓慢搅拌；待铟全部溶解于镓中，再添加金属铋，边加热边搅拌，直至铋全部溶解；再加入铝、铁、镁和锡，加热并缓慢搅拌，直至合金成熔融状态；再在300～330℃温度条件下缓慢搅拌熔融状态的合金1h，确保金属充分熔合；

(3)在隔绝空气的条件下，使熔融的合金自然冷却，得到熔点为40℃的液态金属。

实施例基本如附图1所示：一种高温颗粒冷却系统，包括机架，机架上设有冷却单元和循环单元，冷却单元包括转动连接在机架上的冷却辊筒，机架上位于冷却辊筒的左端固定有呈倒锥形的进料斗4，进料斗4下端固定有弯管5，弯管5包括竖直段、固定在竖直段下端的倾斜段以及固定在倾斜段右端的水平段，倾斜段右端向下倾斜，水平段右端插入内筒2的左端并和内筒2转动连接。机架上位于冷却辊筒的右端固定有出料斗6，出料斗6的左端插入内筒2的右端并和内筒2转动连接，出料斗6的左端内径和内筒2的内径一致，出料斗6的右端密封。出料斗6下端设有出料孔，出料孔处固定有出料管7，出料管7下端向右倾斜。

结合图2所示，冷却辊筒包括内筒2和固定在内筒2外的外筒1，内筒2和外筒1同轴设置，内筒2和外筒1之间形成供液态金属通过的冷却通道3。外筒1位于冷却通道3的两端均设有连通组件，连通组件包括用于密封冷却通道3的封闭板8，封闭板8呈环形，且封闭板8的横截面和冷却通道3的横截面形状、尺寸均一致，封闭板8和内筒2、外筒1均固定。

结合图4所示，封闭板8中空，且封闭板8上设有与冷却通道3连通的通孔或通槽，本实施例中，封闭板8上设有与冷却通道3连通的通槽，且通槽为环形槽18。封闭板8的内侧端固定有与封闭板8的内腔连通的且中空的导通件17，导通件17为固定轴或固定板中的任意一种，本实施例选用固定板。固定板为十字型，本实施例中十字型固定板的交叉位置位于内筒2的圆心。在导通件17的交叉位置固定有中空且与导通件17连通且中空的转轴9，转轴9和内筒2同轴设置。内筒2左侧的转轴9左端贯穿弯管5并延伸至弯管5外，且转轴9转动连接在弯管5上。内筒2右侧的转轴9右端贯穿出料斗6并延伸至出料斗6外，且转轴9转动连接在出料斗6上。

外筒1中部固定有齿轮，齿轮用于和驱动外筒1转动的驱动件连接，本实施例中，驱动件选用电机，即电机的输出轴上固定有与外筒1上的齿轮啮合的齿轮。结合图3所示，内筒2外壁上固定有螺旋叶片10，内筒2的内壁上呈螺旋形均布有若干导流细片16，导流细片16为不锈钢制成的凸块，导流细片16的横截面呈L形、三角形、楔形、梯形或锥形中的任意一种，本实施例中，导流细片16的横截面呈L形。

冷却通道3左端的转轴9连通有旋转密封结构11，旋转密封结构11为耐高温材质制作的高温旋转接头12，本实施例中，耐高温材质选择2520耐高温不锈钢。冷却通道3右端的转轴9连通有旋转接头12，旋转接头12的型号为W.H.P.T供应RSB28M16L04N3高速旋转接头12。

循环单元包括换热器14、储液箱13以及用于驱动液态金属循环的驱动件，本实施例中，驱动件选取机械泵15，冷却通道3、旋转密封结构11、储液箱13、换热器14、机械泵15以及旋转接头12通过管道依次首尾连通，并形成循环通路，循环通路中的液态金属沿逆时针方向循环流动。

结合图5所示，旋转密封结构11包括套筒19，套筒19右端和左侧的转轴9一体成型，套筒19左端转动密封连接在储液箱13上，套筒19左端外周沿径向设有若干呈环状的转动梳齿20，储液箱13上设有若干与转动梳齿20相配合的固定梳齿，转动梳齿20和固定梳齿共同组成梳齿密封结构。转动梳齿20与固定梳齿之间的间隙为间隙a，转动梳齿20(或固定梳齿)上的相邻梳齿之间的间隙为间隙b，间隙a要远小于间隙b。旋转密封结构11转动时，由于梳齿密封结构处有高温的液态金属，压强较大，储液箱13内的液态金属向梳齿密封结构处流动，即液态金属从高压处向低压处流动，液态金属首先经第一个间隙a进入到第一个间隙b中，由于间隙a要远小于间隙b,即液态金属从很小的间隙a内进入到一相对很大的间隙b中，液态金属在第一个间隙b内形成一个很强烈的漩涡，从而使得液态金属在间隙b内的速度迅速增大，基于公式PV＝C，第一个间隙b中的压强会减小。紧接着液态金属从第一个间隙b经第二个间隙a进入到第二个间隙b中，基于上述原理第二个间隙b中的压强进一步减小，这个过程使得梳齿两侧的压力差逐渐下降，对每个梳齿而言，两侧压差减小，液态金属流动的动力减小，从而降低液态金属的泄漏量，达到密封的效果。

旋转接头12和机械泵15的出液端通过管道固定密封连接，即管道和旋转接头12固定连接，旋转接头12左端和右侧的转轴9转动连接。循环单元中所使用的管道均为钢制管道。

结合图6所示，机械泵15包括泵体21，泵体21内设有用于驱动液态金属流动的驱动轴，泵体21内位于驱动轴的一侧设有进液腔22，泵体21内位于驱动轴的另一侧设有出液腔。泵体21上通过螺钉连接有泵盖，泵体21上位于进液腔22的上下两侧、出液腔的上下两侧均设有插孔，即插孔设有四个，泵盖上位于插孔处设有与插孔连通的通孔。泵体21上还设有四个加热棒23以及供加热棒23通电的电源，四个加热棒23分别通过四个通孔插入到插孔内。

具体实施过程如下：

操作人员启动机械泵15，并启动加热棒23，液态金属经加热棒23加热后，呈液态，避免液态金属在低温条件下凝固所导致的难以流动。机械泵15驱动液态金属开始循环后，关闭加热棒23。液态金属依次经过冷却通道3、旋转密封结构11、储液箱13、换热器14、机械泵15以及旋转接头12后，重新流回冷却通道3，完成一次循环。本实施例中，机械泵15驱动液态金属循环流动的过程与现有技术中齿轮泵的工作流程一致。

启动电机，电机驱动外筒1转动，外筒1和内筒2一起转动。高温颗粒通过进料斗4进入内筒2内，高温颗粒掉落在导流细片16上，和导流细片16撞击，进一步破裂，高温颗粒的体积变小，高温颗粒和冷却通道3内的液态金属进行热交换，高温颗粒的热量被液态金属吸收，完成对高温颗粒的冷却。同时，呈螺旋形分布的导流细片16随内筒2转动的过程中，将高温颗粒向右运输，使得完成冷却的高温颗粒通过出料口排出。

吸收了热量的液态金属进入换热器14内降温，其热量被回收利用，回收的热量可以用来进行锅炉加热等需要消耗较多热量的活动，以达到高温颗粒的余热回收且节约能源的目的。液态金属降温之后可以继续参与循环，冷却高温颗粒。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。

Claims (10)

1.一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：包括冷却单元和循环单元，冷却单元包括转动连接在冷却系统内的冷却辊筒，冷却辊筒包括内筒和固定在内筒外的外筒，内筒和外筒之间形成供液态金属通过的冷却通道，内筒的外壁上设有螺旋叶片，内筒的内壁上呈螺旋形均布有若干用于输送高温颗粒的导流细片；内筒一端连通有进料斗，内筒另一端连通有出料斗；循环单元包括换热器以及用于驱动液态金属循环的驱动件；冷却通道、换热器以及驱动件通过管道依次首尾连通，并形成闭合的循环通路，冷却通道两端均设有用于和管道连通且可和管道相对转动的连通组件。

2.根据权利要求1所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述连通组件包括设置在冷却通道的两端并用于密封冷却通道的封闭板，封闭板上固定有与冷却通道连通的且中空的导通件，导通件上固定有中空的转轴，转轴与导通件连通，转轴和内筒同轴设置。

3.根据权利要求2所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述封闭板中空，封闭板上设有与冷却通道连通的通孔或通槽，导通件和封闭板的内腔连通。

4.根据权利要求3所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述导通件为固定轴或固定板中的任意一种。

5.根据权利要求4所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述导流细片的横截面呈L形、三角形、楔形、梯形或锥形中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述换热器设置在冷却通道的出液端和驱动件的进液端之间，所述驱动件为机械泵。

7.根据权利要求1所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述冷却通道的出液端一侧的转轴连通有旋转密封结构，冷却通道的进液端一侧的转轴连通有旋转接头，旋转密封结构为耐高温材质的高温旋转接头。

8.根据权利要求7所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述旋转密封结构设置在靠近进料斗的一端，旋转接头设置在靠近出料斗的一端。

9.根据权利要求7所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述循环单元还包括连通在循环通路中的储液箱。

10.根据权利要求9所述的一种高温颗粒冷却系统，其特征在于：所述储液箱设置在冷却通道的出液端和换热器的进液端之间，旋转密封结构和储液箱转动密封连接。