本实用新型涉及转底炉。
背景技术：
目前转底炉主要用来还原含铁物料，还没有用转底炉处理磷矿以制备磷酸的工艺出现。
目前工业化用磷矿生产磷酸的主要方法有热法磷酸、湿法磷酸和窑法磷酸。其中，热法磷酸的生产方法现在国内外普遍采用的均是电炉两步法，此法是将电炉还原磷矿所得的升华磷经过除尘后使磷冷却呈液态，然后将液态磷经燃烧、水化、除雾制成磷酸。该方法的主体设备是电炉，生产过程中，电炉以原料电阻和电机电弧的形式将电能转化成热能，使物料熔融，消耗了大量的电能，该方法属于高能耗、高成本的生产方法。湿法生产是用无机酸分解磷矿粉，分离出粗磷酸，再经净化后制得磷酸产品。湿法磷酸比热法磷酸成本低20％～30％，处于磷酸生产的主导地位。但湿法生产的磷酸纯度不高，且在环保方面存在问题。采用该法生产排出的磷石膏废渣对周边的大气环境和地下水、地表水造成污染。窑法磷酸处理主体设备是回转窑，具体步骤是：将磷矿石、硅石、碳质还原剂加皂土制成碳素球团,在回转窑中进行还原反应和氧化反应。排出窑体的气态P2O5经水合后生成磷酸,循环吸收后成浓磷酸。与电炉法磷酸相比,窑法磷酸能耗大大降低，但仍存在以下问题：一、存在窑体结圈问题；二、窑内氧化带和还原带难以截然分开，影响还原反应及氧化反应效果，最终影响磷的回收率及产品质量；三、对成球工艺要求高。因为氧化反应与还原反应均在同一设备进行，所以需将物料球团表面覆盖包裹层，该制球工艺在生产过程中控制难度很大，不易实现。
另外，随着高品位磷矿的减少，中、低品位磷矿的利用日益受到关注。如何探索一条资源适应范围广且能耗低、成本低、污染小的磷矿处理装备及工艺，成为亟待解决的问题。
技术实现要素：
本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种转底炉，通过设置传热板，将还原反应和氧化反应进行明确划分，在保障热能高效利用的前提下，使还原反应及氧化反应各自顺利进行，从而保障了产品质量。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种转底炉。根据本实用新型的实施例，该转底炉包括：
环形壳体；
可转动的环形炉底，所述环形炉底设置在所述环形壳体内，并与所述环形壳体共同限定出炉腔空间；
传热板，所述传热板设置在所述炉腔空间内，并将所述炉腔空间分隔为上层炉腔和下层炉腔，利用隔墙沿物料流动方向将所述下层炉腔依次分隔为底部连通的进料腔室，还原腔室和出料腔室，其中，所述进料腔室具有布料部件，所述布料部件由所述进料腔室向上延伸至所述环形壳体外部，所述还原腔室具有加热部件，所述出料腔室具有出料部件；
空气管道，所述空气管道设置在所述炉腔空间的外部，所述空气管道具有多个分支空气管路；
下层炉腔气体出口，所述下层炉腔气体出口位于还原腔室的侧壁上；
上层炉腔气体入口，所述上层炉腔气体入口位于上层炉腔的侧壁上或所述环形壳体的顶部，所述上层炉腔气体入口与所述下层炉腔气体出口相连；
上层炉腔空气入口，所述上层炉腔空气入口位于上层炉腔的侧壁上或所述环形壳体的顶部，并与所述分支空气管路相连；以及
上层炉腔气体出口，所述上层炉腔气体出口位于上层炉腔的侧壁上。
根据本实用新型实施例的转底炉，通过设置传热板，将还原反应和氧化反应进行明确划分，在保障热能高效利用和还原反应与氧化反应各自所需气氛的前提下，使还原反应及氧化反应各自顺利进行，从而保障了产品质量。并通过将上层炉腔氧化反应放出的热量由传热板传递至下层炉腔，供给磷矿的还原过程使用，使转底炉的能耗显著降低，能源利用率显著提高。
另外，根据本实用新型上述实施例的转底炉还可以具有如下附加的技术特征：
任选地，所述上层炉腔气体入口位于所述出料部件的正上方或邻近出料部件的正上方，且所述下层炉腔气体出口位于所述布料部件的正上方或邻近所述布料部件的正上方。
任选地，所述上层炉腔的高度不大于30厘米。
任选地，所述下层炉腔的高度不大于80厘米。
任选地，该转底炉进一步包括：耐热管道，所述耐热管道与所述下层炉腔气体出口和所述上层炉腔气体入口相连。
任选地，所述上层炉腔空气入口和所述上层炉腔气体入口均为至少一个，且所述上层炉腔空气入口和所述上层炉腔气体入口一一对应。
任选地，所述上层炉腔空气入口的开口贯穿所述环形壳体的顶部或上层炉腔的侧壁并与所述分支空气管路相连，且所述分支空气管路垂直于所述环形壳体的顶部或上层炉腔的侧壁。
任选地，该转底炉进一步包括：气压装置，所述气压装置与所述分支空气管路相连。
任选地，所述还原腔室的圆弧夹角不小于200度。
任选地，所述加热部件为电加热部件和/或燃气加热部件。
本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本实用新型一个实施例的转底炉的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
在本实用新型的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本实用新型的一个方面，本实用新型提供了一种转底炉。根据本实用新型的实施例，该转底炉包括：环形壳体100、可转动的环形炉底200、传热板300、空气管道400、下层炉腔气体出口110、上层炉腔气体入口120、上层炉腔空气入口130和上层炉腔气体出口140。
根据本实用新型实施例的转底炉主要用于处理磷矿以制备磷酸。该转底炉除了处理高品位磷矿，还可处理中、低品位磷矿，完全适应我国90％以上磷矿资源都属于中、低品位磷矿的资源特点，拥有强大的生命力和良好的发展前景。
根据本实用新型的实施例，与热法磷酸相比，本实用新型实施例的转底炉充分利用了氧化过程的反应热，将氧化反应放出的热量通过辐射管传递至转底炉炉底，供给磷矿的还原过程使用，大大降低了工艺能耗，提高了能源利用率。并且，磷的还原反应和氧化反应在同一台设备内完成，降低了设备投资，从而降低成本。该转底炉采用普通煤粉做还原剂，不需使用昂贵的焦炭，不仅避免了制焦过程的环境污染，而且降低了生产成本。
根据本实用新型的实施例，与窑法磷酸相比，本实用新型实施例的转底炉将还原反应与氧化反应通过辐射管截然分开，保障了还原反应与氧化反应各自所需气氛，使反应各自顺利进行，从而保障生产高质量进行，以确保良好的技术指标，并且，磷的还原率高，达到85％以上。此外，本实用新型实施例的转底炉不存在窑体结圈问题，使生产顺行。而且，该转底炉采用的球团制作过程简单易操作，不需进行球团的二次裹覆。同时，反应过程中煤的配入量大大降低。
根据本实用新型的实施例，与湿法磷酸相比，本实用新型实施例的转底炉不存在磷石膏废弃物再利用的环境问题，也不需对产品净化除杂。
为了便于理解，下面对转底炉的各部件进行解释说明：
环形壳体100：根据本实用新型的实施例，该环形壳体100与环形炉底200共同限定出炉腔空间500，在炉腔空间500中进行还原反应和氧化反应。
可转动的环形炉底200：根据本实用新型的实施例，该环形炉底200设置在环形壳体100内，并与环形壳体100共同限定出炉腔空间500，在炉腔空间500中进行还原反应和氧化反应，空气管道(图中未示出)设置在炉腔空间500的外部，该空气管道具有多个分支空气管路，用于为氧化反应提供空气。
传热板300：根据本实用新型的实施例，该传热板300设置在炉腔空间500内，并将炉腔空间500分隔为上层炉腔510和下层炉腔520。根据本实用新型的实施例，利用隔墙530沿物料流动方向将下层炉腔520依次分隔为底部连通的进料腔室521，还原腔室522和出料腔室523，其中，进料腔室521具有布料部件524，该布料部件524由进料腔室521向上延伸至环形壳体100外部，还原腔室522具有加热部件525，下层炉腔气体出口526位于还原腔室522的侧壁上，出料腔室523具有出料部件527。原料由布料部件524进入下层炉腔520，在还原腔室522进行还原反应，还原剂将含磷原料还原生成磷蒸汽和CO，并释放大量热能，磷蒸汽和CO由下层炉腔气体出口526排出，并经上层炉腔气体入口511进入上层腔室510，反应的杂质残渣由出料部件527排出。根据本实用新型的实施例，上层炉腔510具有上层炉腔气体入口511、上层炉腔空气入口(图中未示出)和上层炉腔气体出口512，其中，上层炉腔气体入口511位于上层炉腔510的侧壁上或环形壳体100的顶部，上层炉腔气体入口511与下层炉腔气体出口526相连，用于将磷蒸汽和CO输送至上层炉腔进行氧化反应；上层炉腔空气入口位于上层炉腔510的侧壁上或环形壳体100的顶部，并与分支空气管路相连，用于为氧化反应输送空气；上层炉腔气体出口512位于上层炉腔510的侧壁上，用于排出氧化生产的五氧化二磷和二氧化碳。在上层炉腔内，磷蒸汽和CO与氧气发生氧化反应，释放大量的热量，热量经具有良好传热性能的传热板300传送至下层炉腔，用于还原反应，实现热量的充分利用。
其中，需要说明的是，在转底炉下层炉腔520还原反应的初始阶段，先启动加热部件525供给还原反应所需热量，待氧化反应放出的大量热传递至还原腔室523后，关闭一部分加热部件525，在正常运行期间，转底炉的加热部件525作为补充热源使用。
根据本实用新型的实施例，上层炉腔气体入口511位于出料部件527的正上方或邻近出料部件的正上方，且下层炉腔气体出口526位于布料部件524的正上方或邻近所述进料部件的正上方。由此，上层炉腔内气体的流向与环形炉底的旋转方向相反，热能利用率高。
根据本实用新型的实施例，上层炉腔510的高度不大于30厘米。由此，上层炉腔的氧化反应放热能够被下层炉腔的还原反应充分利用，热利用率高。
根据本实用新型的实施例，下层炉腔520的高度不大于80厘米。由此，下层炉腔的氧化反应放热能更好的传递至铺于炉底的球团上，使热量充分利用。
根据本实用新型的实施例，该转底炉进一步包括：耐热管道700，该耐热管道700与下层炉腔气体出口526和上层炉腔气体入口511相连。由此，避免高温气体腐蚀管道，管道的使用寿命长。
根据本实用新型的实施例，上层炉腔空气入口和上层炉腔气体入口511均为至少一个，且上层炉腔空气入口和上层炉腔气体入口511一一对应。根据本实用新型的一些实施例，每个上层炉腔空气入口邻近一个上层炉腔气体入口511。由此，使磷蒸汽和CO与氧气充分接触，发生氧化反应，使五氧化二磷的产率更高。
根据本实用新型的实施例，上层炉腔空气入口的开口贯穿环形壳体100的顶部或上层炉腔510的侧壁并与分支空气管路相连，且分支空气管路垂直于环形壳体100的顶部或上层炉腔510的侧壁。由此，便于将分支空气管路内的气体垂直于炉顶壳体的顶部横截面被送入上层炉腔内。
根据本实用新型的实施例，该转底炉进一步包括：气压装置(图中未示出)，该气压装置与分支空气管路相连，为分支空气管路内的气体输送提供动力。
根据本实用新型的实施例，还原腔室522的圆弧夹角不小于200度。由此，转底炉的还原效率高。
根据本实用新型的实施例，加热部件525为电加热部件和/或燃气加热部件。由此，加热方式灵活，避免对加热对电的依赖。
根据本实用新型的实施例，隔墙530可以使还原腔室522保持更好的还原性气氛。
根据本实用新型的实施例，该转底炉进一步包括：传动装置600，该传动装置600设置在环形炉底200下方且与该环形炉底200相连，用于驱动环形炉底旋转。
本实用新型实施例的转底炉主要用于处理磷矿以制备磷酸。为了便于理解，将本实用新型实施例的转底炉处理磷矿的工艺原理做出如下阐述：本实用新型实施例的转底炉的处理原料是含有磷矿和还原碳的球团，通过转底炉直接还原磷矿生产磷酸的新工艺。工艺的热源由反应生产的P4、CO氧化放热、转底炉加热装置加热和含碳球团中少部分碳燃烧三者提供。其中，工艺热源主要来自于氧化反应放热，转底炉加热部件作为启动热源及正常运行时的补充热源使用。
当含碳球团加热到还原温度后，在转底炉下层炉膛内发生下述还原反应：
2Ca5(PO4)3F+15C+9SiO2→3/2P4+15CO+9(CaO·SiO2)+CaF2，
ΔH＝28 006kJ/kg(以P4计)。(1)
上述反应所逸出的P4和CO，随即被送入上层炉膛与空气接触发生如下氧化反应：
P4+5O2→2P2O5，ΔH＝－25 498kJ/kg(以P4计)；(2)
CO+1/2O2→CO2，ΔH＝－22 154kJ/kg(以P4计)。(3)
通过反应式(1)(2)(3)可知，对于1kg磷来说，还原反应(1)的产物P4和CO，氧化时放出的热量远远超出磷矿还原反应(1)的吸热需要，且尚有富裕热量用来加热炉料，使炉料升温至反应温度。该工艺过程是磷矿、硅石、煤三者按比例混合、制球，经干燥后置于转底炉，把磷的还原和氧化在同一设备内完成，即：在高温状态下，磷矿中的磷在转底炉下层炉膛内被碳素还原，P4以蒸气状态逸出。所产生的P4和CO送入上层炉膛完成氧化反应，所放出的热量通过传热性能良好的传热板传至下层炉膛，供磷矿中磷还原反应所需。
另外，通过上述反应原理可知，磷矿中的磷是被还原成磷呈气态逸出，磷矿中的各种杂质均留在残渣中，故可以使用杂质含量较多的磷矿。又因为用于本实用新型的磷矿要加较多的硅石(SiO2)以提高其熔点，所以对硅质磷矿(含SiO2较多)而言，其含P2O5低至10％～25％的磷矿都可以使用。也就是说，本实用新型除了处理高品位磷矿，也可处理中、低品位磷矿。
需要说明的是，中、低品位磷矿指的是P2O5含量小于25％的磷矿。
下面参考具体实施例，对本实用新型进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本实用新型的限制。
实施例1
利用本实用新型实施例的转底炉，以磷矿和兰炭为原料制备磷酸，具体方法如下：
将磨细至200目占50％以上的磷矿与兰炭、硅石和粘结剂按照一定比例混合均匀并用圆盘造球机造球，其中P2O5品位为21.5％，兰炭的添加量为理论需要量的1倍，硅石添加量磷矿重量的12％，粘结剂选取钠基原料与膨润土，之后用链篦机在100-200℃条件下将制得的含碳球团烘干至水分小于2％，干燥后的含碳球团布入转底炉下层炉腔进行预热、还原，还原温度1300℃，转底炉转速控制在55min/r，还原腔室的圆环夹角为320℃。还原后得到的含P4和CO的气态物通过管道送入上层炉腔进行氧化反应，并伴随反应释放出大量热，热量通过传热板传至下层炉腔得以回收利用。其中，下层炉腔气体出口的位置设置在还原腔室内且邻近出料装置的位置，上层炉腔气体入口的位置设置在上层炉腔内，且邻近出料装置的正上方，上层炉腔内气体流动方向与环形炉底的旋转方向相反。在还原过程中，磷的还原率达到86％。排出的转底炉炉气直接进入水化塔，由循环酸吸收P2O5制成工业磷酸，尾气经电除尘器后排空。转底炉排出的炉料收集后送入水泥厂二次利用。
实施例2
利用本实用新型实施例的转底炉，以磷矿和兰炭为原料制备磷酸，具体方法如下：
将破碎至-2mm占75％以上的磷矿与褐煤、硅石和粘结剂按照一定比例混合均匀并用压球机压球，其中P2O5品位为28％，褐煤的添加量为理论需要量的1.3倍，硅石添加量磷矿重量的2％，粘结剂采用液体粘结剂，压制的球团烘干至水分～4％后布入转底炉下层炉腔进行预热、还原，还原温度1380℃，转底炉转速控制在65min/r，还原腔室的圆环夹角为270℃。还原后得到的含P4和CO的气态物通过管道送入上层炉腔进行氧化反应，伴随反应释放出大量热，热量通过传热板传至下层炉腔得以利用。其中，下层炉腔气体出口的位置设置在还原腔室内且邻近出料装置的位置，上层炉腔气体入口的位置设置在上层炉腔内，且位于出料装置的正上方，上层炉腔内气体流动方向与环形炉底的旋转方向相反。在还原过程中，磷的还原率达到90％。排出的转底炉炉气水化后制成磷酸，尾气经除尘后排空。转底炉排出的炉料收集后送入水泥厂二次利用。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。