TWI421347B - 料斗及應用該料斗之還原裝置 - Google Patents

Description

料斗及應用該料斗之還原裝置

本發明涉及一種還原裝置及應用於還原裝置之料斗，尤其涉及一種便於裝卸料之還原裝置及應用於該還原裝置之料斗。

先前工業生產中，為提煉某種材料，常通過在一還原裝置中進行還原反應來實現，如目前工業上常採用之皮江法提煉金屬。

採用皮江法提煉金屬之方法具體包括：一，將含有給定金屬元素之礦料和還原劑粉末混合壓制成原料球，之後將該原料球置入真空還原罐中；二，於高溫真空狀態下，使原料球發生金屬還原反應生成金屬蒸汽；三，金屬蒸汽在設置於還原罐口之結晶筒內凝結為固態金屬。先前之還原罐均為圓筒狀結構，原料球裝入到還原罐中進行加熱升溫時，熱量之傳導通過還原罐罐壁向原料球傳遞。由於原料球具有較低之熱傳導率，顯然，與還原罐內壁接觸之原料球溫度提升快，而與之相隔之原料球則要通過與其相鄰之熱傳導率低之原料球進行熱量傳遞，故，溫度提升緩慢，要達到反應溫度所需要之時間較長。先前之還原罐中，從加料到還原反應基本完成，所需要之時間一般於8~12個小時之間，可見，利用先前之還原罐對原料球進行加熱，存在達到還原反應之溫度所需時間長，單位時間之生產效率低等缺陷。此外，先前還原罐不易 經常移動，從而導致原料球之裝入和還原反應結束後廢渣之排出較為困難。

於2006年7月17日申請，於2008年1月23日公開之一件公開號為CN101109044A之中國公開專利申請揭示一種具有導熱體之金屬還原罐，該導熱體與金屬還原罐之內壁相連接，該導熱體具有較高之導熱性能，可有效提升與還原罐內壁不相接觸之原料球之溫度提升速度，從而進一步加快還原反應之速度。然而，該具有導熱體之還原罐仍無法解決原料球之裝入和還原反應結束後廢渣排出較為困難之問題。

有鑒於此，提供一種可提升原料之導熱速度，且易於原料裝入及反應結束後廢渣排出之還原裝置及應用於該還原裝置之料斗實為必要。

一種還原裝置，其具有一腔體，其中，該還原裝置進一步包括一滑動裝設於所述腔體內之一料斗。

一種用於還原裝置之料斗，其中，該料斗具有一擋板及一與該擋板相連且自該擋板周緣延伸設置之側板，所述擋板與側板共同圍成一容置空間，複數個導熱元件設置於該容置空間內。

相較於先前技術，本發明提供之還原裝置具有以下優點：本發明之還原裝置所採用之料斗可用於裝載還原物料，於反應過程中無需將該料斗取出，從而使裝卸料更加方便，且人工勞動強度較小，耗時較短；由於本發明之還原裝置具有複數個導熱元件，故可 加快原料之導熱速度，進而加快原料之反應速度；由於本發明之還原物料與所述還原裝置之腔體通過所述料斗間隔設置，故不易於腔體形成結渣，延長了該還原裝置之使用壽命。

10‧‧‧還原裝置

12‧‧‧還原罐

121‧‧‧側壁

122‧‧‧防火裝置

123‧‧‧收集器

124‧‧‧冷卻裝置

125‧‧‧抽真空管

126‧‧‧蓋板

127‧‧‧腔體

128‧‧‧底壁

14，14a，14b，14c，14d‧‧‧料斗

142，142b，142d‧‧‧擋板

143，143b‧‧‧容置空間

144，144b，144d‧‧‧側板

145‧‧‧開孔

146，146a，146c‧‧‧導熱結構

1460，1460a，1460c‧‧‧導熱元件

147，147b‧‧‧端板

148‧‧‧拉環

149‧‧‧開口

圖1為本發明第一實施例提供之還原裝置結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供之還原裝置中之料斗結構示意圖。

圖3為本發明第二實施例提供之還原裝置中之料斗結構示意圖。

圖4為本發明第三實施例提供之還原裝置中之料斗結構示意圖。

圖5為本發明第四實施例提供之還原裝置中之料斗結構示意圖。

圖6為本發明第五實施例提供之還原裝置中之料斗結構示意圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例所提供之還原裝置及應用於該還原裝置之料斗。

請參閱圖1及圖2，本發明第一實施例提供一種還原裝置10，該還原裝置10包括一還原罐12及裝設於所述還原罐12內之一料斗14。

所述還原罐12具有一上方開口之腔體127，該腔體127呈中空之圓柱狀。該還原罐12包括一設置於腔體127內且靠近所述開口之防火裝置122、一設置於防火裝置122上之收集器123、一圍設於還原罐12外部且對應於收集器123位置處之冷卻裝置124及一蓋置於所述腔體127開口之蓋板126。

所述還原罐12之腔體127由一圓形之底壁128及與底壁128相連且 向遠離該底壁128之方向延伸設置之側壁121共同圍成，可以理解地，本發明之還原罐12之腔體127可以為其他形狀例如立方體或圓臺狀等，不限於圓柱形。所述還原罐12之底壁128和側壁121之材料為具有較好導熱性且耐高溫之材料，如耐熱鋼、碳化矽或氮化矽等，本實施例中，該還原罐腔體127之材料為耐熱鋼。

所述防火裝置122設置於所述腔體127內，並與所述還原罐側壁121接觸設置，且該防火裝置122與所述料斗14間隔一定距離設置，該防火裝置122用於防止於還原反應過程或結束後物料於高溫環境下與空氣發生反應而引起燃燒之現象，該防火裝置122可以為先前之防火板等裝置，可以理解，該防火裝置122為本發明之可選裝置。本實施例中，該防火裝置122呈板狀設置。

所述收集器123呈中空圓柱狀，其設置於所述腔體127內且與所述防火裝置122遠離所述料斗14之表面相抵靠，該收集器123用於收集經過還原反應所形成之蒸汽。

所述冷卻裝置124呈圓環套筒狀，其設置於與該收集器123相鄰之部分還原罐側壁121外，該冷卻裝置124用於冷卻所述收集器123，使該收集器123收集之蒸汽凝固，從而形成最終被還原之產物。該冷卻裝置124可以為散熱鰭片，水冷散熱裝置或其他用以散熱之裝置。

所述蓋板126呈板狀結構設置，其蓋置於所述還原罐12之腔體127之開口上，用於將所述料斗14、收集器123及防火裝置122共同封裝於所述還原罐12內。

此外，該還原罐12還進一步包括一抽真空管125，該抽真空管125設置於與所述開口相鄰之還原罐側壁121處，用於對整個還原罐12進行抽真空處理。

所述料斗14滑動設置於所述還原罐12之腔體127內且置於所述防火裝置122之下方。該料斗14之形狀不限，優選地，該料斗14之形狀與該腔體127之形狀相似且該料斗14與該腔體127相互配合。

請參考圖2，所述料斗14具有一容置空間143，其包括一設置於該容置空間143內之導熱結構146。所述容置空間143由一擋板142及一與該擋板142相連且自該擋板142周緣延伸設置之側板144共同圍成。具體地，所述擋板142與所述還原罐12之底壁128相對且可相互抵靠。所述側板144與所述還原罐12之側壁121相互配合。本實施例中，所述導熱結構146設置於所述側板144且從該側板144向所述容置空間143內延伸。

所述料斗14之形狀及大小依據所述還原罐12之腔體127之形狀及大小設定。該還原罐12可容置一個或複數個料斗14，當其可容置複數個料斗14時，該複數個料斗14之總長度應略小於所述還原罐12之腔體127之有效長度，即去除所述防火裝置122、收集器123、冷卻裝置124及蓋板126所占腔體127之體積後剩餘腔體127部分之長度。本實施例中，所述還原罐12容置一個料斗14。

本實施例中，該料斗14之擋板142為一圓缺形之平板結構，所述側板144從所述擋板142之圓弧形邊緣向垂直於該擋板142之方向延伸，從而形成所述容置空間143。所述料斗14之材料具有較好 之導熱性，其熔點高於於該還原裝置10中進行還原反應之反應物所需達到之溫度，且其具有較好之強度及剛度。具體地，所述料斗14之材料可選用耐熱鋼、碳化矽或氮化矽等，其材料可以與所述還原罐12之腔體127之材料相同或不同，本實施例中，所述料斗14與所述還原罐12之材料相同，即所述料斗14之材料選用耐熱鋼。

所述料斗14中之擋板142和側板144之厚度可以任意設定，為節省成本，於滿足一定剛度和強度之前提下，即當進行還原反應之物料被裝入該料斗14後，該料斗14不致被壓變形或者破裂，該擋板142和側板144之厚度可儘量小。本實施例中，該擋板142和側板144之厚度為2毫米~10毫米。

所述擋板142之圓弧所對之圓心角之範圍不限，優選為270度~300度。該圓心角之大小會影響裝料之多少，當該圓心角較大時，所述擋板142和側板144共同構成之容置空間143較大，從而可以裝更多物料。所述擋板142及側板144共同形成一開口，於裝料之過程中，物料可從該開口裝入該容置空間143中。

所述擋板142或側板144可進一步設有複數個開孔145，該複數個開孔145均勻分佈於所述擋板142或側板144上，該開孔145之大小依據進行還原反應之物料之粒徑大小設定，即該開孔145之直徑要小於物料之粒徑大小，從而避免物料從料斗14中漏出，同時，該開孔145之形狀不限。該側板144或擋板142上之開孔率為30%~70%，即每平方米之側板144或擋板142上之開孔145所占面積為0.3平方米~0.7平方米。本實施例中，該開孔145為圓形開孔， 其直徑為15mm~25mm，該側板144上之開孔率為50%，即每平方米之側板144上開孔145所占面積為0.5平方米。該開孔145之設置可進一步節省材料、降低成本並減小整個料斗14之重量，同時，該還原反應過程中產生之蒸汽可從該開孔145通過，從而加快蒸汽之擴散速度。

所述導熱結構146包括複數個均勻分佈於所述側板144並朝所述容置空間143延伸之導熱元件1460，所述導熱元件1460可以為任意形狀，如平板狀導熱元件、柱狀導熱元件。所述平板狀導熱元件之截面積可以為任意形狀，如矩形、三角形或五邊形等，所述柱狀導熱元件之截面積可以為任意形狀，如圓形、三角形或五邊形等。所述導熱元件1460可與所述側板144一體成形，也可通過焊接等方式設置於所述側板144之內壁上。所述導熱結構146之總體積占還原罐12之腔體127體積之0.5%~20%，優選為1%~10%。本實施例中，所述導熱元件1460呈柱狀設置，其圓形截面之直徑為10mm~35mm，該每個導熱元件1460沿其設置於側板144之位置之法線方向延伸，並均勻分佈於該側板144上。具體地，由於該側板144從所述擋板142之圓弧形邊緣向垂直於該擋板142之方向延伸，故該側板144所形成之表面為一圓柱面之部分表面，該導熱元件1460可垂直該側板144所於圓柱面上之一螺線均勻分佈於該側板144之表面。可以理解，所述導熱元件1460也可設置於所述料斗14之擋板142上，即該導熱元件1460可設置於所述料斗14之任意內壁上。

當物料於所述還原裝置10中進行還原反應時，還原罐12之熱量可 通過該還原罐12之側壁121和底壁128迅速傳遞至與該側壁121和底壁128直接接觸之物料，而該還原裝置10中沒有與側壁121和底壁128直接接觸之物料則可通過所述具有較好導熱性能之導熱結構146迅速加熱，故該導熱結構146之設置可增加整個還原裝置10之導熱面積，降低導熱體與還原物料之導熱距離，從而使所述物料更快更均勻地被加熱到反應溫度。

進一步地，所述料斗14可進一步包括一端板147，所述端板147設置於所述側板144遠離所述擋板142一端之邊緣，其分別與所述收集器123和所述擋板142相對且間隔設置。其可以為任意形狀，本實施例中，該端板147與所述擋板142之形狀相同，即為圓缺形，且與該擋板142平行。該端板147之厚度不限，本實施例中，其厚度為3mm~6mm。該端板147之設置可固定物料，從而避免物料撒漏於料斗14之外側。此外，該端板147可進一步包括複數個開孔(圖未示)，該開孔之直徑應小於物料之直徑，以避免物料從該開孔漏出。該單位面積之端板147中，開孔面積所占比例為30%~70%。由於該端板147與所述收集器123相對設置，故，該開孔之存於可以使於反應過程中產生之蒸汽迅速從該開孔通過，從而加快整個還原反應之速度。進一步地，該料斗14還可包括一設置於所述端板147表面之拉環148，該拉環148可與該端板147一體成形，也可通過焊接等方式焊接於所述端板147面向所述收集器123之表面。通過該拉環148可以將所述料斗14從所述還原罐12中拉出。該拉環148可以為任意形狀，其形狀之設計僅需滿足便於將所述還原罐12拉出即可。

在組裝及使用過程中，將待反應之物料裝入所述料斗14並推入所述還原罐12之腔體127中；依次將所述防火裝置122、收集器123置入腔體127中再將冷卻裝置124安裝於腔體127外壁與收集器123對應之位置處；用所述蓋板126將所述還原罐12封住；通過所述抽真空管125將所述還原裝置10抽真空；採用一加熱裝置對該還原裝置10進行加熱以達到進行還原反應所需溫度；待反應結束之後，打開還原罐12之蓋板126，並依次將收集器123、防火裝置122及料斗14從還原罐12中取出。

上述裝料過程為，於還原罐12外將所需物料裝入所述料斗14中，並將該料斗14直接推入所述還原罐12中即可，該料斗14於物料進行還原反應之整個過程中無需取出。當反應結束之後，反應物之殘渣依然容置於該料斗14中，故，卸除殘渣時，僅需將上述收集器123、防火裝置及蓋板126等依次取出，將料斗14拉出，並將殘渣直接從料斗14倒出即可，從而避免了因還原罐12體積較大，裝料過程需用一裝載工具反復多次將物料向還原罐12中裝入，或卸料過程用一卸載工具反復將殘渣取出而導致勞動強度較大、耗費時間較長之缺點。可見，採用該料斗14使裝卸料更方便，勞動強度較小，耗時較短。另，向料斗14中裝料，將料斗14推入還原罐12，反應後將料斗14拖出之過程可通過機械自動化實現，從而擺脫了人力裝卸料之低效率勞動。此外，該料斗14也可避免物料與還原罐側壁121直接接觸，從而進一步避免了高溫還原結束後，因還原罐側壁121形成結渣而清洗困難之缺點，即本發明之物料不會直接與還原罐側壁121之內壁接觸，而係與料斗14接觸，故 於反應過程中不易於還原罐側壁121之內壁直接形成結渣，而若於料斗14上形成結渣，由於料斗14重量較輕，方便移動，故其清洗結渣之過程也較為方便。

本發明還提供一第二實施例之還原裝置，該還原裝置包括與第一實施例具有相同結構之還原罐及裝設於該還原罐中之料斗14a。還原罐具體結構參前描述及圖1，這裏不再贅述。請參閱圖3，該料斗14a之結構除導熱結構146a不同於第一實施例之導熱結構146之外，其他結構均與第一實施例相同。其具體區別在於，本實施例之料斗14a之導熱結構146a包括複數個截面積為圓缺形之平板狀導熱元件1460a，該複數個導熱元件1460a之形狀及面積與所述擋板142之形狀及面積相同，且與該擋板142相互平行間隔設置。本實施例中，該複數個導熱元件1460a等間隔設置，從而將容置空間143分隔成複數個大小相等之區間。可以理解，該複數個導熱元件1460a也可不等間隔設置。該導熱元件1460a之厚度為2mm~15mm。該複數個導熱元件1460a可通過焊接等方式設置於所述側板144，也可於所述側板144上設置卡槽，將所述導熱元件1460a嵌於該卡槽中，從而達到固定之目的。本實施例中，該複數個導熱元件1460a也可進一步支撐所述料斗14a，使該具有較薄厚度之料斗14a之強度有所提高，從而延長了該料斗14a之使用壽命。

本發明還提供一第三實施例之還原裝置，該還原裝置包括與第一實施例具有相同結構之還原罐及裝設於該還原罐中之料斗14b，還原罐具體結構參前描述及圖1這裏不再贅述。請參閱圖4，該料 斗14b之擋板142b，側板144b及端板147b之形狀構造不同於第一實施例中之擋板142，側板144及端板147，本實施例中導熱結構146之形狀同第一實施例相同。具體地，本實施例料斗14b之擋板142b為圓形之平板結構，所述側板144b從所述擋板142b之圓弧形邊緣向垂直於該擋板142b之方向延伸，從而形成一圓筒形之容置空間143b。且所述端板147b之形狀與所述擋板142b之形狀相同，即為圓形平板結構，該端板147b活動設置於所述側板144b，如通過一卡鉤與所述側板144b相連接。當於裝卸料之過程中，該端板147b可打開，以將所需物料裝入或者卸出。本實施例中，所述料斗14b由於具有一圓筒形之容置空間143b而可以容置較多之反應物料。

此外，本實施例可進一步包括一與所述容置空間143b相連通之開口149，該開口149設置於所述側板144b上，該開口149之面積大小和形狀不限，本實施例中該開口149之面積為整個側板144b面積之四分之一，該開口149可以方便裝卸料，即所需物料既可以通過打開上述端板147裝入或卸出，也可以直接從該開口149裝入或卸出。

本發明還提供一第四實施例之還原裝置，該還原裝置包括與第一實施例具有相同結構之還原罐及裝設於該還原罐中之料斗14c，還原罐具體結構參前描述及圖1，這裏不再贅述。請參閱圖5，該料斗14c之結構除導熱結構146c不同於第三實施例之外，其他結構均與第三實施例相同。其具體區別於於，本實施例之導熱結構146c包括複數個矩形平板狀導熱元件1460c，該導熱元件1460c均 勻且垂直分佈於所述側板144b上。該導熱元件1460c所於之平面垂直於所述擋板142b所於之平面，且該導熱元件1460c之長度方向從所述擋板142b延伸至所述端板147b，同時，該導熱元件1460c之寬度方向從所述側板144b向所述容置空間143b內延伸，該延伸方向即為其於所述側板144b位置處之法線方向。

本發明還提供一第五實施例之還原裝置，該還原裝置包括一還原罐及一料斗14d。請參閱圖6，本實施例之還原罐除腔體與第一實施例不同外，其他結構與第一實施例均相同，具體為，該還原罐具有一立方體形筒狀結構之腔體。該還原罐之其他結構於此不再贅述。此外，本實施例之料斗14d之外形與本實施例之還原罐之腔體形狀對應，即均為立方體形，導熱結構146之形狀與第一實施例相同，其他結構之具體區別於於，所述料斗14d之擋板142d為一矩形平板狀結構，所述側板144d從該擋板142d之其中三條直邊邊緣向垂直於該擋板142d之方向延伸。

此外，本發明還原裝置之腔體、料斗及導熱元件等之結構及形狀不限於上述實施例中所描述之具體結構及形狀，本領域技術人員於本發明精神範圍之內作相應之變化均屬本發明之保護範圍。

本發明提供之還原裝置具有以下優點：本發明之還原裝置所採用之料斗可用於裝載還原物料，其厚度較薄，重量較輕，便於移動，在反應過程中無需將該料斗取出，從而使裝卸料更加方便，且人工勞動強度較小，耗時較短；由於本發明之還原物料與所述還原罐通過所述料斗間隔設置，故不易於還原罐形成結渣，延長了該還原罐之使用壽命；所述料斗還包括一導熱結構，該導熱結構 增加了整個還原裝置之導熱面積，可使處於中間位置之物料迅速被加熱，從而加快反應速度，減少能耗；所述料斗具有複數個開孔，該開孔可節省材料，降低整個料斗之重量，同時為反應過程中所產生之蒸汽提供複數個擴散通道，從而加快了反應速度。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

14‧‧‧料斗

142‧‧‧擋板

143‧‧‧容置空間

144‧‧‧側板

145‧‧‧開孔

146‧‧‧導熱結構

1460‧‧‧導熱元件

147‧‧‧端板

148‧‧‧拉環

Claims (18)

1. 一種還原裝置，其具有一腔體，其改良在於，該還原裝置進一步包括一滑動裝設於所述腔體內之一料斗，所述料斗包括一擋板及一與該擋板相連且自該擋板周緣延伸設置之側板，所述擋板與側板共同圍成一容置空間，所述料斗之側板進一步開設有複數個開孔。
2. 如請求項第1項所述之還原裝置，其中，所述還原裝置進一步包括複數個設置於所述料斗內壁之導熱元件。
3. 如請求項第2項所述之還原裝置，其中，所述導熱元件垂直於所述料斗之內壁設置。
4. 如請求項第2項所述之還原裝置，其中，所述複數個導熱元件相互平行設置。
5. 如請求項第2項所述之還原裝置，其中，所述導熱元件呈板狀或柱狀設置。
6. 如請求項第2項所述之還原裝置，其中，所述複數個導熱元件之總體積占所述還原裝置腔體總體積之0.5%~20%。
7. 如請求項第1項所述之還原裝置，其中，所述料斗進一步包括一與擋板相對設置之端板，所述側板與所述擋板及端板連接設置，一供物料進入之開口設置於所述側板上。
8. 如請求項第1項所述之還原裝置，其中，所述開孔之直徑小於料斗內所裝物料之直徑。
9. 如請求項第8項所述之還原裝置，其中，所述料斗單位面積之開 孔率為30%~70%。
10. 如請求項第1項所述之還原裝置，其中，所述腔體內設置有一防火裝置，所述防火裝置與所述料斗間隔一定距離設置。
11. 如請求項第10項所述之還原裝置，其中，該還原裝置進一步包括一收集器，該收集器設置於所述防火裝置上，用以收集經過還原反應所形成之蒸汽。
12. 如請求項第11項所述之還原裝置，其中，所述腔體設有一供所述料斗進入之開口，一抽真空管設置於所述腔體靠近開口之位置處。
13. 如請求項第12項所述之還原裝置，其中，一用於封裝所述腔體之蓋板蓋設於所述腔體之開口處。
14. 一種用於還原裝置之料斗，其改良在於，該料斗具有一擋板及一與該擋板相連且自該擋板周緣延伸設置之側板，所述擋板與側板共同圍成一容置空間，複數個導熱元件設置於該容置空間內，所述料斗之側板進一步開設有複數個開孔。
15. 如請求項第14項所述之料斗，其中，所述導熱元件垂直於所述料斗之內壁設置。
16. 如請求項第14項所述之料斗，其中，所述複數個導熱元件相互平行設置。
17. 如請求項第14項所述之料斗，其中，所述開孔之直徑小於物料之直徑。
18. 如請求項第14項所述之料斗，其中，所述料斗進一步包括一與擋板相對設置之端板，所述側板與所述擋板及端板連接設置；一供物料進入之開口設置於所述側板上。