CN220056978U - 集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置 - Google Patents
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Abstract
集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，包括具有金属炉壳的炉体，金属炉壳内壁面设置有炉内衬，金属炉壳顶部设置有带法兰的炉盖，炉盖内置有隔热材料，炉体通过炉盖和金属炉壳二者边部的法兰之间的密封耐热圈密封连接，炉体内设置有与炉内衬两个大侧面垂直的墙体，将炉体的内腔分成多个分炉室，所述炉体的分炉室内设置有垂直于炉底的第一筒体，第一筒体外侧同轴套设有第二筒体，第一筒体的筒壁与第二筒体相接处的壁面为两筒体的共用筒壁，所述第二筒体之间、第二筒体与墙体之间以及第二筒体与炉内衬之间设置有垂直于炉底的筒体组合体。本实用新型不仅提高了电阻炉的热效率，也增加了单体炉处理大修渣的能力。
Description
技术领域
本实用新型属于铝电解槽大修渣资源化回收技术领域，特别涉及集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置。
背景技术
铝电解槽大修渣是铝电解槽破损后进行大修时，从破损的电解槽的内衬中刨出来的槽内衬固体废料。这种固体废料因为含有氰化物和对水可溶的碱金属氰化物，从而被认定为对环境和人们的身体健康有害的危险固体废弃物，其量在22-25kg/t-Al之间，一个年产100万吨的电解铝厂，每年排放的大修渣固体废料在2.2-2.5万吨/年。10年积累量为22-25万吨/年。全国按照每年4000万吨/年电解铝量计算，每年的铝电解槽大修渣危废固体物料为88-100万吨/年。铝电解槽大修渣危废固体物料按其组份进行分类，可分为由电解槽废阴极炭块组成的碳质大修渣固体废料和以耐火材料组份组成的非碳质固体废料。多少年来铝冶金工作者和环保部门的科技工作者一直没有间断对铝电解槽大修渣危废固体物料的无害化处理和资源化利用的研究工作。但都没有取得工艺和技术上的成功。这些实验研究工作比较系统地列在了挪威特隆赫姆工业大学H.Oye教授所著的《铝电解槽阴极》一书中，就目前情况而言，对铝电解槽大修渣进行解毒，并使大修渣中的碱金属氟化物转变为不可溶的化学性质稳定的氟化钙，从而实现无毒排放并不存在技术问题，但不能使大修渣中有价的元素和物质得到资源化回收和利用。应该说大修渣的无害化、无废气、废液、废固零排放、全组份资源化回收是铝工业的一大技术难题。
专利CN2018216018051公布了一种铝电解槽废阴极炭块分离回收的装置，该装置为一种用铝电解槽大修渣中的碳质废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体的电阻炉。利用该装置在1100-1500℃温度条件下进行真空蒸馏，可将废阴极炭块碎块料电阻炉中的氟化物和碱金属蒸馏出来，然而这种真空电阻炉只是用于将大修渣中的碳质废阴极炭块中的金属钠和氟化物电解质蒸馏出来，而未涉及非碳质废耐火材料中氟化物以及其他组份的分离回收。即使在两个废阴极炭块的电阻发热体之间装入非碳质耐火材料。但其量是有限的，而不能在废阴极炭块与炉内壁之间添加非碳质的废耐火材料大修渣危废料，未对电阻发热体产生的热量全部利用，除此之外，该专利中所设计的真空蒸馏电阻炉真空抽气口只在上方，将大部分蒸馏产物集收在炉内的上部空间，不仅不利于蒸馏产物的收集，同时占用炉内的空间。
实用新型内容
针对上述问题，本实用新型提供了集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，可以充分利用的废阴极炭块电阻发热体在高温下产生的热量并利用此热量和较高的温度在电阻发热体周围设置可装入废耐火材料的球团料的井式空间结构，不仅提高了电阻炉的热效率，也增加了单体炉处理大修渣的能力。另外在炉两侧炉内衬上放置多个真空蒸馏产物导出气孔，改变了真空蒸馏产物在炉内的传质方式和形式，提高了大修渣中蒸馏产物的集收效率。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，包括具有金属炉壳的炉体，金属炉壳内壁面设置有炉内衬，金属炉壳顶部设置有带法兰的炉盖，炉盖内置有隔热材料，炉体通过炉盖和金属炉壳二者边部的法兰之间的密封耐热圈密封连接，炉体内设置有与炉内衬两个大侧面垂直的墙体，将炉体的内腔分成多个分炉室，所述炉体的分炉室内设置有垂直于炉底的第一筒体，第一筒体外侧同轴套设有第二筒体，第一筒体的筒壁与第二筒体相接处的壁面为两筒体的共用筒壁，所述第二筒体之间、第二筒体与墙体之间以及第二筒体与炉内衬之间设置有垂直于炉底的筒体组合体。
所述第一筒体由氮化硅结合碳化硅材料制成，且数量为2N个，N为≥2的整数，且相邻第一筒体之间、第一筒体与炉内衬之间以及第一筒体与垂直于炉纵向侧面的墙体之间均设置有间隙，所述第一筒体的断面为正方形或圆形，第一筒体内部装填有铝电解槽大修渣废阴极炭块碎块料，第一筒体的筒壁上开设有沿上下方向设置的第一条形孔。
所述第二筒体为氮化硅结合碳化硅材料制成，第二筒体内装有电解槽大修渣废耐火材料球团料或废耐火材料与原铝铸造产生的铝灰混合制成的球团料，称为废耐火材料球团料筒体，在第一筒体四个正方形边的正中间的两个第二筒体之间各开设一个通道，这些通道的作用是为了使第一筒体内废阴极炭块碎块料电阻发热体在高温真空蒸馏过程中产生的氟化物和碱金属蒸汽可以较为通畅地通过这些通道快速地蒸馏传质出去，第二筒体的筒壁上开设有沿上下方向设置的第二条形孔，其作用使为了使第二筒体内耐火材料制的球团料在高温真空蒸馏过程中产生的蒸馏产物可以从这些第二条形孔中传质出来。
所述墙体由耐火材料筑成，且数量为n个，n为≥1的整数，墙体将炉体的内腔分为n+1个分炉室，墙体靠近炉内衬侧均开设有使相邻的两个分炉室联通的墙体边部条形通道，每个分炉室内有两个第一筒体。
所述炉体两端的下部设置有伸到炉体外的石墨电极，伸入炉体内的石墨电极与炉体内靠近炉两端炉内衬的第一筒体内的废阴极炭块的碎块料相接触；在分炉室的两个第一筒体内盛装的废阴极炭块的碎块料的顶部之间用上石墨导电体连接，在墙体两侧的两个第一筒体内盛装的废阴极炭块的碎块的底部之间设置有下石墨导电体，从而可以实现炉底部的进电石墨电极与废阴极炭块的碎块料、石墨导电体和出电石墨电极之间的电连接。
所述筒体组合体由氮化硅结合碳化硅材料制成，筒体组合体与炉内衬、墙体、第一筒体及第二筒体紧密连接形成一个刚性很强的整体；筒体组合体由若干墙板相互交叉设置组成，每一块墙板上都开设有沿上下方向设置的第三条形孔。
在所述炉体的两个纵向侧面的炉内衬上设置多个偶数的排气孔，这些排气孔联通到炉外的电解槽大修渣蒸馏产物的集收装置和真空系统上，炉内废阴极炭块的碎块料和废耐火材料球团料在高温真空蒸馏过程中产生的蒸馏产物通过这些排气孔进入到炉外的蒸馏产物集收装置内，具有蒸馏产物传质距离短、传质速度快的优点。
本实用新型的技术效果为：
本实用新型可以充分利用的废阴极炭块电阻发热体在高温下产生的热量并利用此热量和较高的温度在电阻发热体周围设置可装入废耐火材料的球团料的井式空间结构，不仅提高了电阻炉的热效率，也增加了单体炉处理大修渣的能力。另外在炉两侧炉内衬上放置多个真空蒸馏产物导出气孔，改变了真空蒸馏产物在炉内的传质方式和形式，提高了大修渣中蒸馏产物的集收效率。
附图说明
图1为本实用新型实施例1为炉体内具有4个以废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时的真空蒸馏电阻炉装置水平剖面示意图；
图2为本实用新型实施例1图1的A-A剖面示意图；
图3为本实用新型实施例1图1的B-B剖面示意图；
图4为本实用新型实施例2为炉体内具有6个以废阴极炭块电阻发热体料井时的炉体垂直于真空蒸馏电阻炉装置的水平剖面示意图；
图5为本实用新型实施例2图4的C-C剖面示意图；
图6为本实用新型实施例3当炉内具有4个垂直截面为圆形的以废阴极炭块的碎块料作为电阻发热体时真空蒸馏电阻炉装置水平面示意图；
1-金属炉壳；2-炉内衬；3-炉盖；4-隔热材料；5-密封耐热圈；6-废阴极炭块的碎块料；7-第一筒体；801-第一条形孔；802-第二条形孔；803-第三条形孔；9-石墨电极；10-墙体；11-上石墨导电体；12-下石墨导电体；13-废耐火材料或废耐火材料与铝灰制成的球团料；14.第二筒体；15-通道；16-排气孔；17-筒体组合体；18-耐火保温材料；19.墙体边部条形通道。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
实施例1
本实施例为当炉内有4个以废阴极炭块碎块料料井时的一种集废阴极炭块和废耐火材料真空蒸馏电阻炉装置，说明如下：
如图1至图3所示，集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，包括具有钢制金属炉壳1的且形状为长方形的炉体，金属炉壳1内壁面设置有耐火材料制成的炉内衬2，金属炉壳1顶部设置有带法兰的钢制炉盖3，炉盖3内置有隔热材料4，炉体通过炉盖3和金属炉壳1二者边部的法兰之间的密封耐热圈5密封连接，炉体内设置有与炉内衬2两个大侧面垂直的墙体10，将炉体的内腔分成多个分炉室，所述炉体的分炉室内设置有垂直于炉底的第一筒体7，第一筒体7外侧同轴套设有第二筒体14，第一筒体7的筒壁与第二筒体14相接处的壁面为两筒体的共用筒壁，所述第二筒体14之间、第二筒体14与墙体10之间以及第二筒体14与炉内衬2之间设置有垂直于炉底的筒体组合体17，筒体组合体17和第二筒体14顶部设置有位于炉盖3下方的耐火保温材料18。
所述炉体内设置有四个垂直于炉底且由氮化硅结合的碳化硅材料制成的第一筒体7，第一筒体7之间、第一筒体7与炉内衬2之间都设置有间隔距离，本实施例中，第一筒体7的断面为正方形，第一筒体7内部装填有铝电解槽大修渣废阴极炭块的碎块料，第一筒体7的壁上设置有上下方向的第一条形孔801。
所述第二筒体14由氮化硅结合的碳化硅材料制成且内部盛装废耐火材料球团料13，第二筒体14之间、第二筒体14与墙体10之间、第二筒体14与炉内衬之间设置有由氮化硅结合碳化硅材料制成的筒体组合体17，组成筒体组合体17的若干墙板垂直于炉体且彼此之间相互垂直，墙板上有第三条形孔803，铝电解槽大修渣的废阴极炭块碎块料和废耐火材料球团料在高温蒸馏过程中产生的气态蒸馏产物可在这些第三条形孔803中流通和穿过。
每个分炉室内有两个第一筒体7，在两个第一筒体7内盛装的废阴极炭块的碎块料6的顶部之间用上石墨导电体11连接，在靠近墙体10两侧的两个第一筒体7内盛装的废阴极炭块的碎块6的底部之间设置有下石墨导电体12；长方形炉体两端的下部设置有伸到炉体外的石墨电极9，其中一个为进电石墨电极，另一个为出电石墨电极，进电石墨电极和出电石墨电极的另一端分别与炉体内靠近炉内衬2两端的第一筒体7内底部的废阴极炭块的碎块料6相接；从而可以实现进电石墨电极与废阴极炭块的碎块料6、上石墨导电体11、下石墨导电体12和出电石墨电极之间电的连接。
所述墙体10由耐火材料筑成，墙体10将炉体的内腔一分为二，分成左右两个分炉室，墙体10靠近炉内衬一侧都设置有可使两个炉室连通的墙体边部条形通道19。
第二筒体的4水平向开设朝向第一筒体正中间设置的通道15，通道15的作用时为了使废阴极炭块碎块料电阻发热体6在高温真空蒸馏过程中产生的氟化物和碱金属蒸汽可以较为顺利地通过这4个通道15快速地蒸馏传质出去。第二筒体14的壁面上也设置有上下方向的与第一条形孔801形状相同的第二条形孔802，其作用是为了使第二筒体14内的耐火材料制的球团料13在高温真空蒸馏过程中产生蒸馏产物从这些第二条形孔802中传质出来。
在炉体的两个大的纵向侧面的耐火材料炉内衬设置多个偶数的排气孔16，排气孔16贯穿金属炉壳1，排气孔16与炉外的电解槽大修渣蒸馏产物的集收装置和真空系统相连接，炉内废阴极炭块的碎块料内电阻发热体和废耐火材料球团料在高温真空蒸馏过程中产生的蒸馏产物通过这些排气孔16被炉外的蒸馏产物集收装置所集收。在本实施例中，每个纵向侧面炉内衬中设置有4个排气孔16，两个纵向侧面炉内衬中共计8个排气孔，具有蒸馏产物到蒸馏产物集收装置传质距离短、传质速度快的优点。
集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置的使用：
真空蒸馏电阻炉装置在使用时，通过通道15使第一筒体7内废阴极炭块碎块料电阻发热体在高温真空蒸馏过程中产生的氟化物和碱金属蒸汽通过通道15快速地蒸馏传质出去，通过第二条形孔802使第二筒体14内的耐火材料制的球团料13在高温真空蒸馏过程中产生蒸馏产物从这些第二条形孔802中传质出来，通过墙板上的第三条形孔803，使得铝电解槽大修渣的废阴极炭块碎块料和废耐火材料球团料在高温蒸馏过程中产生的气态蒸馏产物在第三条形孔803中流通和穿过，最终在高温真空蒸馏过程中产生的蒸馏产物通过这些排气孔16被炉外的蒸馏产物集收装置所集收，具有蒸馏产物到蒸馏产物集收装置传质距离短、传质速度快的优点。
实施例2
如图4至图5所示，实施例2与实施例1基本相同，不同点在于本实施例中炉体内设置有6个内装有废阴极炭块碎块料6的第一筒体7，炉内有两个墙体10，将6个第一筒体7分隔在3个分炉室的空间内。
实施例3
如图6所示，实施例3与实施例1基本相同，其不同点在于本实施例3的炉内设置的内装有废阴极炭块碎块料的由碳化硅结合碳化硅材料制成的第一筒体7以及其外围的盛装废耐火材料球团料的第二筒体14结构垂直于炉底的圆筒形结构。图6中未示出筒体组合体。
Claims (7)
1.一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于，包括具有金属炉壳的炉体，金属炉壳内壁面设置有炉内衬，金属炉壳顶部设置有带法兰的炉盖，炉盖内置有隔热材料，炉体通过炉盖和金属炉壳二者边部的法兰之间的密封耐热圈密封连接，炉体内设置有与炉内衬两个大侧面垂直的墙体，将炉体的内腔分成多个分炉室，所述炉体的分炉室内设置有垂直于炉底的第一筒体，第一筒体外侧同轴套设有第二筒体，所述第二筒体之间、第二筒体与墙体之间以及第二筒体与炉内衬之间设置有垂直于炉底的筒体组合体。
2.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：所述第一筒体由氮化硅结合碳化硅材料制成，且数量为2N个，N为≥2的整数，且相邻第一筒体之间、第一筒体与炉内衬之间以及第一筒体与垂直于炉纵向侧面的墙体之间均设置有间隙，所述第一筒体的断面为正方形或圆形，第一筒体内部装填有铝电解槽大修渣废阴极炭块碎块料，第一筒体的筒壁上开设有沿上下方向设置的第一条形孔。
3.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：所述第二筒体为氮化硅结合碳化硅材料制成，第二筒体内装有电解槽大修渣废耐火材料球团料或废耐火材料与原铝铸造产生的铝灰混合制成的球团料，称为废耐火材料球团料筒体，在第一筒体四个正方形边的正中间的两个第二筒体之间各开设一个通道，第二筒体的筒壁上开设有沿上下方向设置的第二条形孔。
4.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：所述墙体由耐火材料筑成，且数量为n个，n为≥1的整数，墙体将炉体的内腔分为n+1个分炉室，墙体靠近炉内衬侧均开设有使相邻的两个分炉室联通的墙体边部条形通道，每个分炉室内有两个第一筒体。
5.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：所述炉体两端的下部设置有伸到炉体外的石墨电极，伸入炉体内的石墨电极与炉体内靠近炉两端炉内衬的第一筒体内的废阴极炭块的碎块料相接触；在分炉室的两个第一筒体内盛装的废阴极炭块的碎块料的顶部之间用上石墨导电体连接，在墙体两侧的两个第一筒体内盛装的废阴极炭块的碎块的底部之间设置有下石墨导电体，从而可以实现炉底部的进电石墨电极与废阴极炭块的碎块料、石墨导电体和出电石墨电极之间的电连接。
6.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：所述筒体组合体由氮化硅结合碳化硅材料制成，筒体组合体与炉内衬、墙体、第一筒体及第二筒体紧密连接形成一个刚性的整体；筒体组合体由若干墙板相互交叉设置组成，每一块墙板上都开设有沿上下方向设置的第三条形孔。
7.根据权利要求1所述的一种集废阴极炭块与废耐火材料为一体的真空蒸馏电阻炉装置，其特征在于：在所述炉体的两个纵向侧面的炉内衬上设置多组偶数的排气孔，这些排气孔联通到炉外的电解槽大修渣蒸馏产物的集收装置和真空系统上，炉内废阴极炭块的碎块料和废耐火材料球团料在高温真空蒸馏过程中产生的蒸馏产物通过这些排气孔进入到炉外的蒸馏产物集收装置内。
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