一种高温熔岩造粒系统的制作方法

本实用新型属于冷却设备技术领域，具体涉及了一种高温熔岩造粒系统。

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，再进行二次利用，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，我司研发了一种高温熔岩造粒系统，同时研发了一种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，通过液态金属可以对高温熔岩进行冷却处理。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种高温熔岩造粒系统，以满足在高温熔岩冷却过程中完成造粒的要求，提高高温熔岩的处理效率。

为达到上述目的，本实用新型的基础方案为：一种高温熔岩造粒系统，包括造粒箱、用于回收液态金属余热的换热器以及用于驱动液态金属循环的驱动件；造粒箱内竖向设有至少一层用于造粒的辊筒组，辊筒组包括两个或两个以上转动连接在造粒箱内的辊筒，辊筒内设有供液态金属通过的冷却通道，辊筒外壁上设有若干造粒槽；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。

本基础方案的工作原理以及有益效果在于：

1、熔融状的高温熔岩掉落至造粒箱内，并依次通过辊筒组，和辊筒内的液态金属发生热交换进行冷却，辊筒组对液态金属流经的方向进行导流，辊筒上设置造粒槽，增大辊筒和高温熔岩的接触面积，加快冷却效率。同时造粒槽对冷却过程中的高温熔岩进行定型，设置多层辊筒组，是由于高温熔岩温度较高，其达到相变的临界点所需要的冷却过程较长，仅经过一层辊筒组的作用无法使其达到相变的临界点，因此设置至少一层辊筒组，对向下掉落的高温熔岩层层冷却，而由于高温熔岩会掉落在造粒槽内，当高温熔岩达到相变的临界点时，造粒槽对高温熔岩进行定型，使之形成较为规则的颗粒状。

2、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，液态金属和高温熔岩发生热交换，吸收高温熔岩的热量，对高温熔岩进行冷却。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。

进一步，辊筒包括外筒和固定在外筒内的内筒，内筒和外筒同轴设置，所述冷却通道为内筒和外筒之间的夹层；造粒槽设置在外筒的外壁上。

有益效果：相比单层筒的设置，一方面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，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。

本装置中的辊筒设置为双层，使得液态金属从内筒与外筒之间形成的冷却通道流动，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，液态金属受到内筒的支撑作用，相当于形成一层环形的保护膜对外筒进行保护，即使高温颗粒撞击到外筒上并在外筒上形成凹陷，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外筒凹陷处的复位。因此将辊筒设置为双层结构，可以将外筒的筒壁设置较薄，进一步降低企业的成本。

进一步，内筒中空且内筒两端均封闭。

有益效果：降低辊筒整体的重量，同时也减少了内筒制造所需的材料，从而节约制造成本。内筒两端均封闭，避免液态金属进入到内筒中。

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，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。同时，高温颗粒完成冷却后，液态金属停止循环，液态金属的温度逐渐降低，在冬季北方的低温的环境中，液态金属最终会形成固态。相比液态金属直接储存在管道中，固态的液态金属容易使得管道僵硬，长此以往，管道需要经常更换。本装置中设置储液箱，大量液态金属可以储存在储液箱内，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，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料制作的高温旋转接头。

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，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。

进一步，旋转密封结构和储液箱通过梳齿密封结构连接。

有益效果：梳齿密封结构中不包括弹簧、密封垫圈等在高温下会失效的零件，在高温环境下使用时仍可以保持较好的密封效果，有效避免液体泄露。

进一步，储液箱上设有检修孔，储液箱上可拆卸连接有用于密封检修孔的挡板。

有益效果：液态金属在循环过程中出现差错时，可以拆开挡板，方便进行检修。

进一步，检修孔和挡板均设置在储液箱上部，且均设置在储液箱远离造粒箱的一侧侧壁上。

有益效果：一方面，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，由于进入储液箱内的液态金属温度较高，储液箱的下部所受压强较大，若是将检修孔和挡板设置在下部，则挡板受压强作用容易损坏，且难以保证较好的密封性，一旦高温的液态金属外溢，容易造成安全事故，因此本装置中将检修孔和挡板均设置在储液箱上部；另一方面，受实际生产的工况环境限定，将挡板设置在上部，容易打开挡板，避免和本装置中其他部位发生干涉。

附图说明

图1为本实用新型实施例的示意图；

图2为图1中旋转密封结构的结构示意图；

图3为图1中辊筒的结构示意图；

图4为图3中A处的放大图。

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：造粒箱1、储液箱2、旋转密封结构3、旋转接头4、机械泵5、换热器6、外筒7、挡板8、导流槽9、出粒口10、连接杆11、转动梳齿12、内筒13、造粒槽14、冷却通道15。

实施例基本如附图1和图3所示：一种高温熔岩造粒系统，包括用于对高温熔岩造粒的造粒箱1、用于储存液态金属的储液箱2、用于回收液态金属余热的换热器6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5。本实施例中，参与冷却循环的液态金属是专利号为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，其制备方法可参考该专利公开的方法。

造粒箱1包括从上至下依次连接的呈倒锥形的导流槽9、箱体以及呈正锥形的出粒口10，箱体内竖向设有至少一层辊筒组，本实施例中，设置三层辊筒组。辊筒组包括两个或两个以上转动连接在造粒箱1内的辊筒，本实施例中每层辊筒组均包括有两个辊筒，辊筒包括内筒13和固定在内筒13外部的外筒7，内筒13中空且内筒13两端均封闭，内筒13的长度小于外筒7的长度。内筒13的外壁和外筒7的内壁之间固定有多根连接杆11，内筒13和外筒7同轴设置，内筒13和外筒7之间形成冷却通道15。

结合图3所示，内筒13的两端均焊接有空心轴，空心轴贯穿外筒7的两端且贯穿造粒箱1的两端并伸出造粒箱1，同一辊筒组内且位于同侧的两个空心轴上固定有相互啮合的齿轮，本实施例中，齿轮安装在左侧的空心轴上。本造粒系统还包括用于驱动辊筒组转动的电机，电机的输出轴和辊筒组内的一个空心轴通过齿轮组传动，即电机的输出轴上也固定有与该空心轴上的齿轮啮合的齿轮。外筒7的外壁上设有若干造粒槽14，造粒槽14的横截面呈半圆形。

结合图4所示，空心轴位于冷却通道15内的部分设有与冷却通道15连通的液孔，位于右侧的空心轴上均连通有旋转密封结构3，旋转密封结构3采用耐高温材料制成，本实施例中，耐高温材质选择2520耐高温不锈钢。结合图2所示，旋转密封结构3包括套筒，套筒左端和空心轴一体成型，套筒右端转动密封连接在储液箱2上，套筒右端外周沿径向设有若干呈环状的转动梳齿12，储液箱2上设有若干与转动梳齿12相配合的固定梳齿，转动梳齿12和固定梳齿共同组成梳齿密封结构。转动梳齿12与固定梳齿之间的间隙为间隙a，转动梳齿12(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3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2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。

位于左侧的空心轴均转动连接有旋转接头4，旋转接头4的型号为W.H.P.T供应RSB28M16L04N3高速旋转接头4。旋转接头4和机械泵5的出液端通过管道固定连接。

储液箱2右侧上部设有检修孔，储液箱2上可拆卸连接有用于挡住检修孔的挡板8，本实施例中，挡板8通过螺栓连接在储液箱2上，挡板8和储液箱2之间设有石墨层，石墨层用于提高挡板8和储液箱2之间的密封性。

冷却通道15、储液箱2、换热器6以及机械泵5通过管道依次首尾连通，并形成闭合的循环通路，该循环通路中的液态金属呈顺时针方向循环流动，该循环通路中所使用的管道均为钢制管道。

具体实施过程如下：

操作人员启动机械泵5，机械泵5驱动液态金属循环，液态金属依次经过冷却通道15、储液箱2、换热器6以及机械泵5后，重新流回冷却通道15，完成一次循环。

启动电机，电机驱动辊筒组的两个辊筒相向转动，熔融状的高温熔岩掉落至造粒箱1内，并依次通过多组辊筒，高温熔岩和冷却通道15内的液态金属发生热交换，热量被液态金属吸收，完成对高温熔岩的冷却。吸收了热量的液态金属进入换热器6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，以达到高温熔岩余热再利用的目的。液态金属降温之后可以继续参与循环，冷却高温熔岩。

辊筒组对液态金属进行导流，辊筒上设置造粒槽14，增大辊筒和高温熔岩的接触面积，加快冷却效率。同时造粒槽14对冷却过程中的高温熔岩进行定型。设置多层辊筒组，对向下掉落的高温熔岩层层定型，使之形成较为规则的颗粒状，即完成造粒。

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。