專利名稱：一種分級(jí)冷凝真空爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
真空冶金設(shè)備。
背景技術(shù)：
經(jīng)典真空設(shè)備的冷凝器一般采用水冷的方式，所得產(chǎn)品從原料中蒸餾出來后直接被水冷凝器冷凝，這有利產(chǎn)品的完全冷凝，提高產(chǎn)率。但在冷凝過程中除了目的產(chǎn)品冷凝夕卜，還有相當(dāng)一部分的雜質(zhì)物質(zhì)也被冷凝，導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量降低，同時(shí)蒸餾出來的蒸氣所攜帶的熱量也未能充分利用。為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，提高能效，縮短工藝流程，同時(shí)也符合建設(shè)資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)的要求，對(duì)經(jīng)典的真空爐的冷凝器進(jìn)行改進(jìn)和改造，采用分級(jí)冷凝器，將從坩堝中蒸發(fā)出的氣體經(jīng)過一個(gè)漸冷的分級(jí)冷凝器，利用蒸氣中各物質(zhì)在不同溫度下飽和蒸氣壓的不同，不同物質(zhì)將在冷凝器的不同部位冷凝，從而實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離
發(fā)明內(nèi)容
本設(shè)計(jì)的目的是設(shè)計(jì)一種直接從礦物中提煉并精煉目的產(chǎn)品的真空爐，包括水冷系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、分級(jí)冷凝真空爐體、溫度控制和檢測(cè)系統(tǒng)以及真空獲得和檢測(cè)系統(tǒng)組成，分級(jí)冷凝真空爐體包括爐蓋I、冷卻水出口 2、冷凝器3、爐身4、熱電偶5、隔熱罩6、冷卻水入口 7、石墨坩堝8、石墨發(fā)熱體9、水冷電極10、爐底11、冷凝盤12、真空泵接口 13等部分組成。熱電偶分別檢測(cè)爐底、冷凝器底部和頂部的溫度，以控制反應(yīng)溫度，檢測(cè)冷凝器溫度。冷凝器由許多冷凝盤象蒸籠一樣疊加而成且具有一定的密封性。在實(shí)驗(yàn)過程中冷凝器中冷凝盤的溫度自下向上不斷降低。冷凝器中的每個(gè)冷凝盤上留有兩個(gè)彎月狀的小孔，以利于氣體通過，冷凝盤的冷凝面為倒立圓錐狀，這樣增大冷凝面的面積，有利于物質(zhì)充分冷凝，同時(shí)，如果物質(zhì)在冷凝盤上冷凝時(shí)為液態(tài)，物質(zhì)將會(huì)沿著倒立圓錐的面往下流而匯集成小液滴滴到下一個(gè)冷凝盤中，將有利于產(chǎn)物的收集；坩鍋與冷凝器緊密相連，使從坩堝中產(chǎn)物經(jīng)過蒸餾而產(chǎn)生的蒸氣將由坩鍋直接進(jìn)入冷凝器，并沿著冷凝器不斷向上經(jīng)不同冷凝盤擴(kuò)散。由于各蒸氣壓及在不同溫度下的飽和蒸氣壓不同，各物質(zhì)將在不同的冷凝盤上冷凝而分離。在冶煉過程中，原料盛放在坩堝中，通過水冷電極將外界的電流引到真空爐中石墨發(fā)熱體底座上，導(dǎo)致置于發(fā)熱體底座上的石墨發(fā)熱體發(fā)熱，發(fā)熱體中心的坩堝溫度迅速上升，由于發(fā)熱體外圍設(shè)置了多層隔熱罩，因此坩堝內(nèi)的溫度是整個(gè)真空爐內(nèi)溫度最高的部分，是反應(yīng)中心，坩堝內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的蒸氣，蒸氣進(jìn)入分級(jí)冷凝器中不同部位冷凝。當(dāng)反應(yīng)溫度在100(Tl25(rC時(shí)，冷凝器頂部溫度在45 50°C，底部冷凝盤溫度65(T850°C，冷凝器頂部溫度跟一般水冷冷凝器溫度差不多，保證了各熱揮發(fā)性物質(zhì)較完全冷凝；冷凝器底部的溫度較高，表明冷凝器自下向上溫度不斷降低，有利于各種不同性質(zhì)的物質(zhì)在冷凝器的不同部位冷凝，達(dá)到分離的目的。在整個(gè)過程中用真空泵抽真空，該真空爐的密封性好，真空度可達(dá)到5Pa。用本設(shè)計(jì)的真空爐從菱鋅礦和異極礦中直接提取并精煉金屬鋅，得到金屬鋅純度達(dá)99. 995%，同時(shí)還獲得較純的金屬鎘的副產(chǎn)品和雜質(zhì)鉛。
本設(shè)計(jì)具備以下的特點(diǎn)1)隨著反應(yīng)溫度的升高，冷凝盤頂部的溫度在45飛(TC之間，與一般的水冷冷凝器的冷凝溫度相差不大，可以保證從坩堝中蒸發(fā)出的熱揮發(fā)物質(zhì)在冷凝器內(nèi)較完全冷凝；產(chǎn)品的回收率增加；其它雜質(zhì)物質(zhì)也得以冷凝，有利于進(jìn)行進(jìn)一步的處理或直接得到較純的副產(chǎn)物；防止熱揮發(fā)性物質(zhì)的飄散；經(jīng)冷凝器后的氣體中熱揮發(fā)性物質(zhì)含量很低，有利于對(duì)尾氣的進(jìn)一步回收利用。2)隨著反應(yīng)溫度的升高，底部冷盤的溫度不斷升高。3)實(shí)驗(yàn)過程中底部冷凝盤的溫度大大高于頂部冷凝盤的溫度，即冷凝器中各冷凝盤的溫度自下向上不斷降低。這使蒸氣在沿著冷凝器自下向上的擴(kuò)散過程中溫度不斷降低，當(dāng)降到一定溫度時(shí)，其中某些物質(zhì)處于過飽和狀態(tài)，開始在冷凝盤上冷凝，同時(shí)被冷凝的物質(zhì)也會(huì)蒸發(fā)，這樣在冷凝盤上同時(shí)存在物質(zhì)的冷凝和蒸發(fā)，且二者處于動(dòng)態(tài)過程中，冷凝盤在此過程中既是冷凝介質(zhì)又是蒸發(fā)器，隨著物質(zhì)的不斷冷凝和蒸發(fā)，有利于產(chǎn)物中雜質(zhì)的去除及產(chǎn)品質(zhì)量的提高。從坩堝中蒸發(fā)出物質(zhì)的蒸氣在適宜的冷凝盤上經(jīng)過冷凝、蒸發(fā)不斷除雜的過程，使得產(chǎn)品質(zhì)量大大提高，同時(shí)在此過程中沒有增加能耗只是充分利用余熱，使得能效提高，產(chǎn)品附加值增加。4)設(shè)備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，加工精度要求不高，造價(jià)低。5)操作方便，每次實(shí)驗(yàn)完畢，只要依次打開爐蓋，取下各級(jí)冷凝盤，可從不冷凝盤上得到不同物質(zhì)，接著取出坩堝，可將坩堝中的反應(yīng)殘?jiān)〕?，如果開始新的實(shí)驗(yàn)，可按相反的次序安裝好設(shè)備。


圖I是分級(jí)冷凝真空爐爐體結(jié)構(gòu)示意圖，圖中I是爐蓋、2是冷卻水出口、3是冷凝器、4是爐身、5是熱電偶、6是隔熱罩、7是冷卻水入口、8是石墨相■禍、9是石墨發(fā)熱體、水10是冷電極、11是爐底、12是冷凝盤、13是真空泵接口。
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖對(duì)本設(shè)備作進(jìn)一步詳細(xì)描述
本實(shí)驗(yàn)設(shè)備適于礦物中提煉并精煉較易揮發(fā)的物質(zhì)，獲得高質(zhì)量產(chǎn)品，如氧化鋅礦。本實(shí)施例包括水冷系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、分級(jí)冷凝真空爐體、溫度控制和檢測(cè)系統(tǒng)以及真空獲得和檢測(cè)系統(tǒng)組成，分級(jí)冷凝真空爐體(見圖I)包括爐蓋I、冷卻水出口 2、冷凝器3、爐身4、熱電偶5、隔熱罩6、冷卻水入口 7、石墨坩堝8、石墨發(fā)熱體9、水冷電極10、爐底11、冷凝盤12、真空泵接口 13等部分組成。分級(jí)冷凝真空爐提取分級(jí)純化產(chǎn)品步驟如下
如圖I所示，打開爐蓋1，依次取出冷凝盤12，將原料放入石墨坩堝8內(nèi)，依次裝好冷凝盤12，蓋好爐蓋1，開冷卻水抽真空至系統(tǒng)壓強(qiáng)5Pa左右，爐子開始加熱升溫，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要，選擇在適當(dāng)?shù)臏囟认拢ㄟ^充氣系統(tǒng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓強(qiáng)，升溫至所需溫度，反應(yīng)中心石墨坩堝中產(chǎn)物產(chǎn)生并蒸發(fā)，蒸氣進(jìn)入分級(jí)冷凝器3冷凝，蒸氣在冷凝器中自下向上不斷擴(kuò)散，由于各蒸氣壓及在不同溫度下的飽和蒸氣壓不同，各物質(zhì)將在不同的冷凝盤上冷凝。保溫一定時(shí)間，斷電，快速降溫，停真空泵，關(guān)冷卻水，開爐。依次取出冷凝盤，從不同冷凝盤中取下不同產(chǎn)物，取出坩堝中渣。采用分級(jí)冷凝真空爐，充分利用余熱，獲得高純產(chǎn)品，提高能效，提升產(chǎn)品質(zhì)量，縮短工藝流程，降低生產(chǎn)成本。
權(quán)利要求
1.分級(jí)冷凝真空爐，其特征在于它由水冷系統(tǒng)、充氣系統(tǒng)、分級(jí)冷凝真空爐體、溫度控制和檢測(cè)系統(tǒng)以及真空獲得和檢測(cè)系統(tǒng)組成，分級(jí)冷凝真空爐體包括爐蓋I、冷卻水出口.2、冷凝器3、爐身4、熱電偶5、隔熱罩6、冷卻水入口 7、石墨坩堝8、石墨發(fā)熱體9、水冷電極.10、爐底11、冷凝盤12、真空泵接口 13等部分組成；熱電偶分別檢測(cè)爐底、冷凝器底部和頂部的溫度，以控制反應(yīng)溫度，檢測(cè)冷凝器溫度；冷凝器由許多冷凝盤象蒸籠一樣疊加而成且具有一定的密封性；在實(shí)驗(yàn)過程中冷凝器中冷凝盤的溫度自下向上不斷降低；冷凝器中的每個(gè)冷凝盤上留有兩個(gè)彎月狀的小孔，以利于氣體通過，冷凝盤的冷凝面為倒立圓錐狀，這樣增大冷凝面的面積，有利于物質(zhì)充分冷凝，同時(shí)，如果物質(zhì)在冷凝盤上冷凝時(shí)為液態(tài)，物質(zhì)將會(huì)沿著倒立圓錐的面往下流而匯集成小液滴滴到下一個(gè)冷凝盤中，將有利于產(chǎn)物的收集；坩鍋與冷凝器緊密相連，使從坩堝中產(chǎn)物經(jīng)蒸餾而產(chǎn)生的蒸氣將由坩鍋直接進(jìn)入冷凝 器，并沿著冷凝器不斷向上經(jīng)不同冷凝盤擴(kuò)散；由于各蒸氣壓及在不同溫度下的飽和蒸氣壓不同，各物質(zhì)將在不同的冷凝盤上冷凝而分離。
全文摘要
分級(jí)冷凝真空爐是一種直接從礦中提取并獲得高質(zhì)量金屬的冶金真空設(shè)備，其包括爐蓋1、冷卻水出口2、冷凝器3、爐身4、熱電偶5、隔熱罩6、冷卻水入口7、坩堝8、發(fā)熱體9、水冷電極10、爐底11、冷凝盤12、真空泵接口13等部分組成。冷凝器3直接與坩堝8相連，它是由許多冷凝盤12疊加而成具有一定的密封性，在反應(yīng)過程中，冷凝器的溫度自下向上不斷降低。物質(zhì)在坩堝中反應(yīng)并蒸發(fā)，進(jìn)入冷凝器，沿著冷凝器自下向上不斷擴(kuò)散，由于不同溫度下各物質(zhì)的飽和蒸氣壓不同，致使其在不同的冷凝盤上冷凝而分離，所得產(chǎn)品質(zhì)量大大提高。本真空爐具有利用余熱提高能效，提升產(chǎn)品質(zhì)量的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)F27B14/04GK102706144SQ20121016481
公開日2012年10月3日 申請(qǐng)日期2012年5月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月25日
發(fā)明者何則強(qiáng), 熊利芝 申請(qǐng)人:吉首大學(xué)