CN103435253A - 石英玻璃旋转冷却装置 - Google Patents

Abstract

石英玻璃旋转冷却装置，属于冷却装置技术领域。其特征在于包括石英玻璃物料配分器I、石英玻璃冷却器II、旋转传动装置III和石英玻璃物料收集器IV；石英玻璃冷却器II上方设置石英玻璃物料配分器I，石英玻璃冷却器II安装在旋转传动装置III上，石英玻璃冷却器II下方设置石英玻璃物料收集器IV。上述石英玻璃旋转冷却装置，采用石英玻璃制成，可以连续、高效、无污染地将高温、高纯无机粉体物料冷却到常温状态，冷却效果好。

Description

石英玻璃旋转冷却装置

技术领域

本发明属于冷却装置技术领域，具体为用于高温高纯粉体物料冷却的石英玻璃旋转冷却装置。

背景技术

高温热处理在无机非金属材料以及金属材料生产领域是一种常用的加工工艺，特别是在一些针对高纯度材料生产工艺中经常使用。如高纯石英砂生产过程中常使用1000°C以上的高温对石英砂进行处理，以去除石英砂中流体杂质；另外，在1000°C以上的高温下，利用高活性气体可以将石英颗粒表层的金属元素杂质活化转移到气相中，以降低石英砂中金属元素杂质的含量。经高温处理的物料，一般必须经过冷却才能进入下一道工序，高温物料的冷却是一个热传递的过程，在工业化生产中，考虑到生产的连续性、以及环保等方面的因素，一般不采用自然冷却方法，而是利用冷却装置对高温物料进行处理，特别是对于一些要求比较高的物料，还必须防止冷却装置对物料产生污染。目前针对无机粉体物料的不同温度和不同性质，科技人员已研发了不同的冷却设备。

宋志安申请的CN02257777.7高温固体物料冷却装置，是通过在滚筒内设置带冷却通道的螺旋叶片，当物料在滚筒中与螺旋叶片接触过程中得到冷却的装置。

邱富仁申请的CN201210347638.3粉体串级式冷却装置，是通过设置筒壁带冷却***的冷却筒、冷却筒上部水平设置一组冷却管、并在冷却筒下方设置带高速气流冷却***的骤冷盘，来对高温粉体物料进行冷却的装置。

浙江大学申请的CN91206995.3新颖高温物料冷却装置，是通过设置带冷却风管的流化床、移动床，利用空气流对流动的高温物料进行风冷的装置。

北京矿冶研究总院申请的CN98200466.4一种高温粉料的冷却装置，是利用多孔的喷淋管将水喷淋到冷却筒外表面，从而对筒内流动的粉体进行冷却的装置。

湖北德高镁业有限公司申请的CN201120122698.6一种粉体高温出料用冷却装置，是利用无轴螺旋***带动密封管道内高温粉体物料流动，并通过在密封管道外设置冷却水夹套来对物料进行冷却的装置。

仪征风日石英科技有限公司申请的CN201120010167.8、CN201120010179.0、CN201110007152.0和CN201110007155.4专利，是通过在冷却水管内设置多节物料箱，物料箱之间用石英玻璃管或带夹层锥形管连接，当高温物料通过冷却管内的物料箱、玻璃管或带夹层锥形管后，物料得到冷却的装置。

连云港晶族新材料科技有限公司申请的CN201020585390.0高温颗粒料用连续冷却装置，是通过在冷却水箱内设置冷却滚筒，物料在冷却滚筒内流动、冷却的装置。

上述发明专利或实用新型专利，虽然都是针对高温无机固态物料进行冷却的装置，但大部分专利中物料的温度没有超过1000°C，而且物料的性质和使用性能对冷却装置的材质没有太高的要求，冷却装置即使对物料形成一定的污染也不影响最终产品的性能和使用。有部分专利虽然关注了冷却装置的材质对高温物料可能产生的污染，但其冷却效果处于不可控状态，物料在冷却装置中冷却时间很短。对于高温、高纯的无机固态物料，为了确保冷却过程中物料的品质以及冷却效果，就必须考虑冷却装置的材质以及结构。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明的目的在于设计提供一种用于高温、高纯无机粉体物料冷却的石英玻璃旋转冷却装置的技术方案，其可以连续、高效、无污染地将物料冷却到常温状态。

本发明首先考虑了冷却装置的材质。本发明所涉及的冷却物料为高温（超过1000°C）、高纯（杂质含量为ppm级，即10-6量级的杂质）的无机粉体，因此，所选冷却装置的材料必须耐高温、具备很强的热稳定性，同时具有很高的强度和硬度，并且具有很好的化学稳定性、不与高温物料发生化学反应和物质交换。作为优选方案，本发明选择石英玻璃作为冷却装置的材质，石英玻璃具有在1200°C的温度下不变形、以及在此温度下直接放到冷水中进行淬冷而不会爆裂的优异热稳定性，具有莫氏硬度达到7的高硬度和高强度，同时具有即时在高达1200°C温度下也不与任何无机固态物料反应的化学稳定性。

本发明其次考虑了冷却装置的结构。

作为优选方案，本发明采用间接冷却方式。对高温无机粉体物料进行冷却的过程，实际上就是热交换、热转移的过程。高温粉体物料在冷却过程中，一部分热量传递给接触介质，一部分热量传递给承接器皿；自然冷却是利用空气介质慢慢地将高温粉体物料以及承接器皿冷却；直接冷却是利用高速流体（气体或液体）作为高温粉体物料的接触介质，通过流体的高速运移直接将转移到流体中的热量快速被带走，实现对高温粉体物料的快速冷却；间接冷却是利用运动流体（气体或液体）与高温粉体物料的承接器皿接触作为冷却介质，高温粉体物料的热量首先传递到承接器皿上，再由承接器皿传递给冷却介质，而传递到物料接触的空气介质中的热量也是先传递给承接器皿，再通过承接器皿转移到冷却介质，最后通过冷却介质的运移将热量带走，达到对高温粉体物料的冷却；可见自然冷却最慢，直接冷却最快，间接冷却速度介于二者之间。自然冷却因为速度慢、热量直接散发到环境中对环境造成影响而不被工业化生产采用；直接冷却虽然速度很快，但冷却介质（气态或液态的流体）直接与高温粉体物料接触，会对物料产生污染，因而在高纯物料冷却时一般不选择直接冷却方式；间接冷却虽然速度没有直接冷却快，但由于该方式是通过对物料承接器皿进行冷却，冷却介质不与物料直接接触，而保证了物料的品质。

作为另一个优选方案，本发明采用数个冷却管依次承接高温粉体物料的方式，来达到对冷却时间的掌控。影响高温物料冷却效果的因素，除冷却方式外，另一个关键因素就是冷却时间。即使采用直接冷却，如果冷却时间很短，冷却效果也不一定很好；相反，即使是自然冷却，只要冷却时间长到一定程度，不管多高温的物料都会获得很好的冷却效果；对于间接冷却方式来说，冷却时间更是直接影响冷却效果。对于连续的工业化生产，为了延长冷却时间，一般采用三种方式：加长承接器皿的长度、降低高温物料运移速度、增加承接器皿的容积减小承接器皿的出料口径，在这三种方式中第一和第三种方式不但受空间限制，而且受到承接器皿材质、性能等制约，在延长物料冷却时间方面效果不很明显，这主要是物料在自由落体时的重力加速度达到9.8m/s²，要延长1秒的冷却时间，需要增加承接器皿的长度近10米，即使在CN201120010179.0和CN201110007152.0申请专利中物料采用滑动的方式来降低流速，但只要物料流动，冷却时间想延长1秒，滑动面就需增加数米，这在实际生产中很难实现。如何在工业化连续生产的同时，对冷却时间进行有效掌控？发明人考虑采用几个冷却管按次序承接高温粉体物料，当最后一个冷却管承接高温粉体物料时，将第一个承接物料的冷却管中的、经冷却后的物料排出，此时除最后一个冷却管在承接物料、第一个冷却管在排放物料外，其余冷却管中的物料均一直处于静止冷却状态中，因此可以根据高温粉体物料的性质、通过选择冷却管的数量，来实现对高温粉体物料冷却时间的掌控，以达到最佳冷却效果。

所述冷却管包括石英玻璃冷却水管和石英玻璃物料管，物料管置于冷却水管内；冷却水管下部设置进水管，上部设置出水管；物料管顶部设置延伸到冷却水管外的进料管，底部呈圆锥形，并设置延伸到冷却水管外的出料管，以将冷却后的物料完全排出冷却管；为了增强冷却效果，在物料管内设置4-8根细水管，所有细水管均与物料管外的冷却水管连通；冷却水的流向与高温物料流向逆向。在选定采用数个冷却管依次承接高温粉体物料的方式来掌控冷却时间的前提下，影响高温物料冷却效果的另一个因素就是冷却管内物料管的容量，物料管容量越大，对单个冷却管加料和排料的时间就越长，非加料、排料的冷却管获得的冷却时间也就延长；但物料管的容量是受到整套冷却装置的尺寸以及使用空间制约的，一般情况下物料管的直径在100-300mm、长度在500-1500mm。

作为优选方案，发明人采用旋转的方法使多个冷却管依次承接来自物料配分器出料口的高温粉体物料。如果不采用旋转的方式，将高温物料依次配分到不同冷却管的物料配分器势必要直接与每个冷却管相连，利用石英玻璃管制作的物料配分器的直径就必须相当大，否则就会影响与其配套的冷却管的容积以及数量；但石英玻璃管的直径受生产工艺以及石英玻璃性质的制约，目前只能为300-400mm，以此玻璃管制作的物料配分器最多只能连接4只直径150mm的冷却管；而如果采用冷却管旋转的方式，该物料配分器从理论上说就可以对无数直径100-400mm的冷却管进行物料配分。作为另一个优选方案，本发明选择2-8套冷却管。发明人将冷却管设置于一同心圆环上，利用旋转传动装置带动所有冷却管同时沿同一轴心旋转；为了使物料配分器内的物料顺利进入冷却管的物料管中，发明人设置了物料承接圆环，其横切面为没有上盖板的长方形，物料承接圆环与旋转传动装置同轴，所有冷却管中物料管顶部的进料口均与物料承接圆环底板连接、相通，物料承接圆环与其下连接的2-8套冷却管组成冷却器的主体；另外设置一个中继进水箱连接所有冷却水管的进水管，中继进水箱底部的进水管位于旋转传动装置的中轴线上；同时设置一个中继出水箱连接所有冷却水管的出水管，中继出水箱顶部的出水管也位于旋转传动装置的中轴线上；由于冷却水管的进出水管均设置于靠近轴线的内侧，发明人将下部的进水管延长到冷却水管的内部、靠近物料管圆锥形的底板，以使冷却水能到达冷却水管的外侧；物料承接圆环、2-8套冷却管、中继进水箱以及中继出水箱构成了整套冷却器；当旋转传动装置带同冷却器旋转时，中继进水箱的进水管以及中继出水箱的出水管因位于旋转中轴线上，利用简单装置就可以使冷却器旋转时连接进水管和出水管的外接冷却水管不跟随旋转，从而保证进出冷却器的冷却水正常流动。

    所述物料配分器包括冷却水箱和物料中继箱，物料中继箱置于冷却水箱内，冷却水箱下部设置进水管，上部设置出水管，物料中继箱为一切去一角的不完整圆柱体，作为优选方案，切除面与水平面的夹角在30°-60°，进料口设置于靠近切除面上端的一侧，出料口设置于靠近切除面下端的一侧，以使来自顶部进料口的粉体物料能通过该斜切面完全流入到底部设置的出料口，物料中继箱中不产生物料死角。另外，物料中继箱必须有一定的容量，在冷却器从一个冷却管旋转到另一个冷却管过程中，因物料中继箱出料口被冷却器上物料承接圆环内的粉体封堵，不能对冷却管加料，此时来自物料中继箱进料口的物料就临时存储于物料中继箱中。

所述物料收集器为圆环形，大小、形态与物料承接圆环相同，在物料收集器的底板上设置一出料口。

作为优选方案，将物料配分器的出料口设置于冷却器的物料承接圆环内，并且距物料承接圆环底板2-10mm，这样当物料配分器给一个冷却管加料结束后，冷却器随同旋转传动装置旋转以对下一个冷却管加料，在旋转过程中物料配分器中的物料开始还会通过出料口流入到旋转的物料承接圆环内，但当物料充填满出料口与物料承接圆环底板之间的空间后，物料承接圆环内的粉体物料就阻止了物料配分器中物料的进一步流出，来自物料配分器进料口的物料就暂时存储于物料中继箱内，直到物料中继箱出料口下方的物料承接圆环底板出现下一个冷却管的进料口。

作为另一个优选方案，将冷却器的所有冷却管出料口设置于物料收集器内，冷却管出料口与物料收集器底板间预留2-10mm距离，物料收集器的出料口与物料配分器的出料口相差一个冷却管位置，即以旋转方向为参照，如果物料配分器的出料口位于所有冷却管中的最后一个，则物料收集器的出料口就设置于冷却管的第一个，最后一个冷却管加高温物料结束，第一个冷却管也将冷却好的物料排放完，冷却器的旋转又使第一个冷却管进入加料位置；加好高温物料的冷却管因出料口与物料收集器底板间的空间被早先流出的粉体物料充填，而阻止了冷却管中高温物料的继续流出，从而使高温物料存储于冷却管内的物料管中得到充足的冷却时间，直到随冷却器旋转一周到达物料收集器的出料口才可以排放。通过选择冷却管的数量以及冷却管内物料管的容量，就可以掌控高温粉体物料的冷却时间。

上述石英玻璃旋转冷却装置，采用石英玻璃制成，可以连续、高效、无污染地将高温、高纯无机粉体物料冷却到常温状态，冷却效果好。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是冷却管的剖面图；

图3是石英玻璃冷却器的俯视图；

图4是石英玻璃物料收集器的俯视图；

图中：I-石英玻璃物料配分器、II-石英玻璃冷却器、III-旋转传动装置、IV-石英玻璃物料收集器；1-物料中继箱、2-进料口、3-出料口、4-冷却水箱、5-进水管、6-出水管、7-物料承接圆环、8-物料管、9-细水管、10-物料管的进料管、11-物料管的出料管、12-冷却水管、13-冷却水管的进水管、14-中继进水箱、15-中继进水箱的进水管、16-冷却水管的出水管、17-中继出水箱、18-中继出水箱的出水管、19-支架、20-旋转传动设备、21-物料收集器圆环、22-物料收集器出料口。

具体实施方式

本发明将借助于下面实施例来进一步表述本发明的冷却装置及其冷却效果，但并不由此而限定本发明。

如图所示，包括石英玻璃物料配分器I、石英玻璃冷却器II、旋转传动装置III和石英玻璃物料收集器IV；石英玻璃冷却器II上方设置石英玻璃物料配分器I，石英玻璃冷却器II安装在旋转传动装置III上，石英玻璃冷却器II下方设置石英玻璃物料收集器IV。

所述石英玻璃物料配分器I为物料中继箱1外设置冷却水箱4，物料中继箱1顶部设进料口2、底部设出料口3，进料口2和出料口3均延伸出冷却水箱4，冷却水箱4下部设进水管5、上部设出水管6。

所述石英玻璃冷却器II上部为物料承接圆环7，其纵剖面为一没有上盖板的长方形，下部为2-8套冷却管，冷却管呈圆环状分布，圆环轴心与物料承接圆环7的轴心一致；冷却管为物料管8外设置冷却水管12，物料管8底部呈圆锥形，以将冷却后的物料完全排出冷却管；为了增强冷却效果，物料管8内再设1-8根细水管9，优选设置4-8根细水管，细水管9与物料管8外的冷却水管12连通，冷却水的流向与高温物料流向逆向。物料管8的顶部设进料管10，与冷却器上部的物料承接圆环7连接、相通，物料管8底部设出料管11；物料管8外的冷却水管12下部设进水管13，所有冷却水管12（2-8套）的进水管13均连接到圆环中心的中继进水箱14上，中继进水箱14底部的进水管15处于圆环的中轴线上；冷却水管12上部设出水管16，所有冷却水管12（2-8套）的出水管16均连接到圆环中心的中继出水箱17上，中继出水箱17顶部的出水管18处于圆环的中轴线上。

石英玻璃物料配分器I的出料口3设置于石英玻璃冷却器II上部的物料承接圆环7内，且距离物料承接圆环7的底板2-10mm，通过石英玻璃冷却器II的旋转，不断将与物料承接圆环7连接的、冷却管内物料管8的进料管10转到物料配分器I的出料口3下方，将物料输送到冷却管的物料管8内。

所述旋转传动装置III由支架19和旋转传动设备20构成，支架19用于支撑、固定石英玻璃冷却器II，旋转传动设备20带动支架19及其冷却器II旋转。旋转传动装置III采用不锈钢制成。

所述石英玻璃物料收集器IV为没有上盖板的物料收集器圆环21，物料收集器圆环21的大小、形态与物料承接圆环7相同，物料收集器圆环21底板上设一个物料收集器出料口22。冷却器II所有冷却管（2-8套）物料管8的出料口11均分布于物料收集器IV的物料收集器圆环21内，且距离物料收集器圆环21底板2-10mm，通过冷却器II的旋转，不断使物料管8的出料口11旋转到物料收集器IV物料收集器出料口22上方，使冷却管内冷却后的物料得以排放。物料配分器I的出料口3与物料收集器IV的物料收集器出料口22处于二个相邻冷却管的位置，此时物料配分器I的出料口3处于一个物料管的进料管10上方，开始对冷却管加料，而物料收集器IV的物料收集器出料口22位于相邻冷却管出料管11的下方，开始将冷却后的物料从冷却管中排出；如假设加料冷却管为最后加料的冷却管，则排料的冷却管就应该为第一个加料的冷却管，其它冷却管中物料均处于静止冷却状态，当最后一个冷却管加料结束，第一个冷却管也已排料结束，通过冷却器II的旋转，就可以使排空的第一个冷却管重新进入加料位置，从而获得连续生产的效果。

实施例1

将粒径为0.1-0.25mm经1000°C热处理的高纯石英砂经物料配分器I的进料口2进入物料中继箱1，物料中继箱1直径290mm、高180mm，切除了约1/3的容积，高温物料由物料中继箱1的出料口3经物料承接圆环7和物料管的进料管10进入物料管8，本实施例设置2套冷却管，冷却管的冷却水箱12直径200mm、长800mm，物料管8直径180mm、长780mm，物料管8内部设置4根20mm直径的细水管9，物料管8的出料管11直径20mm，由于只有2套冷却管，当1套冷却管经物料管的进料管10接受来自物料配分器I出料口3的高温物料时，另一套冷却管就开始通过物料管的出料管11排料，冷却器不需要进行旋转，高温物料在冷却管中冷却时间约5min左右，冷却后的物料由物料管的出料管11经物料收集器IV的物料收集器出料口22排出冷却装置。经测试，排出冷却装置外的高纯石英砂温度在140°C左右。

实施例2

选择与实施例1相同的高温物料，除将冷却管设置为4套、冷却器旋转之外，采用与实施例1完全相同的方法和装置，冷却器II从1套冷却管旋转到另1套冷却管所需时间大约为10s，物料配分器I的物料中继箱1完全可以临时存储这段时间内来自进料口2的高温物料；高温物料在冷却器中的冷却时间在15-16min。经测试，排出冷却装置外的高纯石英砂温度在30°C左右。

实施例3

除将粒径为0.1-0.25mm的高纯石英砂用1200°C高温处理外，采用与实施例2完全相同的方法和装置，对高温物料进行冷却，高温物料在冷却器中的冷却时间在15-16min。经测试，排出冷却装置外的高纯石英砂温度在50°C左右。

Claims (7)

1. 石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于包括石英玻璃物料配分器I、石英玻璃冷却器II、旋转传动装置III和石英玻璃物料收集器IV；石英玻璃冷却器II上方设置石英玻璃物料配分器I，石英玻璃冷却器II安装在旋转传动装置III上，石英玻璃冷却器II下方设置石英玻璃物料收集器IV；

所述的石英玻璃冷却器II由物料承接圆环（7）及与其连接的2-8套呈圆环状分布的冷却管构成，所述冷却管为在冷却水管（12）内设置物料管（8），物料管（8）内部再设置1-8根细水管（9），细水管（9）与冷却水管（12）连通，物料管（8）顶部设置进料管（10）、底部设置出料管（11），物料进出管均延伸出外部的冷却水管（12），物料管的进料管（10）与物料承接圆环（7）连接；设置于冷却水管（12）下部的进水管（13）连接到所处圆环中心的中继进水箱（14），设置于冷却水管（12）上部的出水管（16）连接到所处圆环中心的中继出水箱（17）上，中继进水箱（14）的进水管（15）和中继出水箱（17）的出水管（18）均处于圆环的中轴上。

2. 如权利要求1所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于所述的石英玻璃物料配分器I包括冷却水箱（4）和物料中继箱（1），物料中继箱（1）外设置冷却水箱（4），物料中继箱（1）顶部设进料口（2）、底部设出料口（3），进料口（2）和出料口（3）均延伸出冷却水箱（4），冷却水箱（4）下部设进水管（5）、上部设出水管（6）。

3. 如权利要求1所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于所述旋转传动装置III由支架（19）和旋转传动设备（20）构成，石英玻璃冷却器II安装在支架（19）。

4. 如权利要求1所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于所述石英玻璃物料收集器IV为没有上盖板的物料收集器圆环（21），物料收集器圆环（21）底板上设一个物料收集器出料口（22），石英玻璃冷却器II所有物料管（8）的出料管（11）均分布于物料收集器圆环（21）内，且距离物料收集器圆环（21）底板2-10mm；

石英玻璃物料配分器I的出料口（3）与物料收集器IV的物料收集器出料口（22）相差一个冷却管的位置。

5. 如权利要求1所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于物料管（8）底部呈圆锥形结构。

6. 如权利要求2所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于物料中继箱（1）为切去一角的不完整圆柱体，切除面与水平面的夹角在30°-60°，进料口（2）设置于靠近切除面上端的一侧，出料口（3）设置于靠近切除面下端的一侧。

7. 如权利要求2所述的石英玻璃旋转冷却装置，其特征在于物料承接圆环（7）的纵剖面为一没有上盖板的长方形结构，石英玻璃物料配分器I的出料口（3）设置在物料承接圆环（7）内，且距离物料承接圆环（7）的底板2-10mm，物料承接圆环（7）与物料管（8）的进料管（10）连接。

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