一种快速冷却工业炉的制作方法

1.本发明涉及工业炉技术领域，具体涉及一种快速冷却工业炉。


背景技术：

2.工业炉是应用在工业生产中的各种炉体的总称，其广泛的应用在工业生产的各个领域和各个环节，例如：金属熔炼炉、玻璃熔炼炉等等，可以说工业炉是现代生产中必不可少的一种生产设备。工业炉按照加热方式的不同可以简单的分为电炉和燃烧炉，燃烧炉通过煤炭、水煤气等作为燃烧能源，具有燃料来源广，可根据实际情况就近取材；电炉通过电作为直接能源发热，具有清洁环保、智能化可控程度高等优势，熔炼炉作为一种在金属冶炼工业、塑料加工工业、硅酸盐加工工业中广泛采用的炉体，其在实际使用过程中还存在一定的缺陷以待改进。
3.1、熔炉在使用过程中，为了使原材料快速的熔化，还可以在一定程度上对物料进行适当的搅拌，然传统的熔炉用搅拌机构结构单一，通常就是一根简单的搅拌轴，搅拌轴上设置螺旋齿、搅拌桨等，其能发挥的搅拌作用有效，无法有效的提高工业炉的生产加工效率。
4.2、传统熔炉在使用完成后，主要是打开炉门后，利用炉体自然散热，但是由于主要的高温部分炉膛位于炉体的内层，且在正常的加热过程中出于加热保温的需求，炉体壁通常设置较厚，简单的打开炉门并不能获得良好的散热效果，会对整体的生产效率造成一定的影响。当然，现有技术中也出现了部分通过在安装冷却水套，利用水循环带走热量的方式，但是若冷却水套安装在外层，冷却水套由于受到炉壁的隔绝，并不能将炉膛内的热量快速带走，若在炉膛和外壁之间设置冷却水套，冷却水套实质上又充当了导热介质的作用，不利于炉体正常运行时整体的保温，影响热能效。
5.3、熔炉在使用过程中，由于原料中杂质的存在，其会产生大量的高温烟尘，现有技术中通过排烟系统在不对高温烟尘作任何处理的情况下，简单的将这些高温烟尘抽排至尾气处理系统。众所周知，高温烟气由于温度较高，在长期使用过程中容易对排气管道造成高温腐蚀，引起变形、破损，造成泄露，严重的影响了排烟设备的使用寿命和生产车间的安全生产环境，若能够在高温烟气进入排烟系统前，对高温烟气进行一定的降温处理，将极大的改善该现象；同时，由于高温烟气中含有大量的烟尘，这些烟尘若全部进入后续的尾气处理系统进行处理，将会极大的增加尾气处理系统的负担，若能在输送的过程中对高温烟气中的固体尘埃进行一定的消除，将能够极大的缓解尾气处理系统负荷。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种能够将热量快速施放的快速冷却工业炉。
7.为实现上述发明目的，本发明所采用的技术方案是：一种快速冷却工业炉，包括炉体，所述炉体的顶部设置有排烟口，所述排烟口处设置有吸烟罩；
8.所述炉体包括位于内层的炉膛和位于炉膛外的外壳，所述炉膛的底部设置有加热
室，所述加热室内设置有加热机构；
9.所述炉膛和外壳之间设置有过渡空腔，所述外壳的底部设置有用于储存散热过渡液的储液室，外壳的表面还设置有散热板，所述散热板的内表面设置有内导热棱，所述内导热棱延伸至过渡空腔内；
10.所述储液室内设置有抽吸泵，所述抽吸泵的进口端与储液室连通，出口端与过渡空腔连通；所述过渡空腔的底部还设置有与储液室连通的回液管，所述回液管上设置有回液控制阀。
11.优选的，所述散热板的外表面设置有外导热棱。
12.优选的，所述过渡空腔的顶部设置有与外界连通的排空管，所述排空管上设置有排空控制阀。
13.优选的，所述储液室的一侧还设置有排气泵，所述排气泵的进口端与过渡空腔连通，并设置有排气控制阀，排气泵的出口端与外界连通。
14.优选的，所述外壳的内表面设置有热辐射反射涂层。
15.优选的，所述散热板在外壳的左、右、后三面上呈匚字形分布。
16.优选的，所述吸烟罩由下至上包括相互连通的水冷汇烟段和除尘段；
17.所述水冷汇烟段包括三层由下至上逐渐变小的喇叭状的罩体，位于中间的一层罩体下端通过底板封闭，位于内外两层罩体的上端之间通过环形的槽状顶板连接，以使水冷汇烟段内部形成迂回的烟气冷却通道，所述烟气冷却通道的末端与除尘段连通；三层所述罩体中至少有一层罩体由呈螺旋状紧密层叠布置的冷却水管围成。
18.优选的，所述槽状顶板的横截面呈弧形，所述底板的边缘也呈弧形。
19.优选的，所述除尘段与水冷汇烟段之间还设置有冷气引射段，所述冷气引射段包括与小尺寸的颈部和大尺寸的体部，所述颈部与水冷汇烟段的顶部连接、体部与除尘段连接；所述冷气引射段的体部由下至上逐渐变小，且体部的底面绕颈部均匀设置有若干进气短管；所述进气短管的侧壁上设置有外进气口；
20.所述冷气引射段内还设置有冷气控制机构，所述冷气控制机构包括升降环，所述升降环的周侧对应进气短管的数量设置有多个延伸片，每一个所述延伸片的底部均设置有一个与进气短管相配合的进气盲管，所述进气盲管的下端封闭、上端延伸至升降环的上表面；进气盲管的侧壁上设置有内进气口；所述延伸片与体部底面之间的进气盲管外套设有复位弹簧，所述复位弹簧处于自然状态时，所述进气盲管上的内进气口与进气短管上的外进气口相互交错，且内进气口位于外进气口的下方；
21.所述冷气控制机构还包括升降控制组件，所述升降控制组件能够在冷气引射段内温度超过阈值时，驱动升降环克服复位弹簧的弹力上升，以使进气盲管上的内进气口与进气短管上的外进气口重合。
22.优选的，所述冷气引射段颈部内设置有环形的安装槽，所述升降控制组件包括设置在安装槽内的、与安装槽构成升降滑动配合的驱动环，所述驱动环通过短杆与升降环连接；所述升降环下方的安装槽内设置有环形的弹性囊，所述弹性囊内充注有热膨胀介质。
23.本发明的有益效果集中体现在：能够提高炉膛的冷却速度，缩短冷却时间，同时能够有效的保证炉膛在正常使用下的保温效果，不影响炉体的热能效。具体来说，本发明在进行正常的熔炼时，由于炉膛与外壳之间存在过渡空腔，其本质上就是一个空气隔热层，与外
壳相配合，能够有效的隔绝热量朝外壳传导，保证的炉膛的升温和保温效果。当需要对炉膛进行降温冷却时，通过抽吸泵将储液室内的散热过渡液抽送至过渡空腔内，散热过渡液也就是具有高导热性能的液体，其能够将炉膛的热量经过内导热棱快速的传递至散热板，再利用散热板将温度快速施放。这种炉膛冷却结构不仅散热性能好，同时不以牺牲炉体的热能效为代价，另外结构和控制逻辑简单，若与现有冷却方式相结合，还能获得更好的散热效果。
附图说明
24.图1为炉体的内部结构示意图；
25.图2为上搅拌盘的仰视图；
26.图3为下搅拌盘的俯视图；
27.图4为吸烟罩的内部结构示意图；
28.图5为图4中a部放大图；
29.图6为升降环的结构示意图；
30.图7为升降环的俯视图；
31.图8为图4中b部放大图；
32.图9为除尘块的俯视图；
33.图10为除尘杆的安装示意图。
具体实施方式
34.如图1
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10所示的一种工业炉，包括炉体，所述炉体的顶部设置有排烟口1，所述排烟口1处设置有吸烟罩2。所述炉体用于对物料进行加热，所述排烟口1用于将加热过程中产生的高温烟气排出，吸烟罩2通过排烟管57与后续的排烟系统和尾气处理系统连接，用于对高温烟气进行收集和输送。本发明采用所述炉体采用双层构造，包括位于内层的炉膛3和位于炉膛3外的外壳4，所述炉膛3作为物料的加热的场所，外壳4为炉膛3提供保温和隔离，所述炉膛3和外壳4的具体材料根据炉体的用途不同，可在一定范围内进行调整。所述炉膛3的底部设置有用于对炉膛3进行加热的加热室5，所述加热室5内设置有加热机构，加热机构可直接对炉膛3进行加热，也可以直接对炉膛3内的物料进行加热，常用的加热机构可以是电阻加热器，电磁加热器，燃烧器等等。相应的，为了满足物料的排出和加入，本发明的炉体还设置有加料口、排料口等，这些设置均是根据实际需求在炉体上进行灵活调整的，由于与现有的结构未有显著的区别，在本发明中不再对其结构进行具体阐述。
35.与传统的工业炉相比，本发明一大不同之处在于对工业炉内部搅拌器的改良，改变了传统方式中单向搅拌的方式，而采用逆向搅拌的方式。具体而言，如图1中所示，所述炉膛3内设置有搅拌器，所述搅拌器包括搅拌机构和用于驱动搅拌机构的搅拌驱动机构。所述搅拌机构包括内轴6和套接在内轴6外的外轴7，内轴6和外轴7转动配合，能够形成相对的主动逆向转动。所述内轴6的两端均延伸超出外轴7，内轴6和外轴7的上端均与搅拌驱动机构传动连接，且内轴6和外轴7能够在搅拌驱动机构的驱动下逆向转动。内轴6和外轴7的驱动方式可以是，单独通过一个电机进行独立驱动，这种方式只需要分别将两根轴和两个电机传动连接即可；当然，为了简化布局，降低成本，本发明最好是通过同一个电机对两根轴进
行同步驱动。
36.在采用同一个电机驱动的情况下，所述搅拌驱动机构包括上下对向布置在内轴6和外轴7上端的第一锥齿轮10和第二锥齿轮11，所述第一锥齿轮10和第二锥齿轮11之间设置有横向的传动轴12，所述传动轴12的两端分别设置有第三锥齿轮13和第四锥齿轮14。所述第三锥齿轮13分别与第一锥齿轮10和第二锥齿轮11相啮合，所述第四锥齿轮14与第五锥齿轮15相啮合。所述搅拌驱动机构还包括固定设置在炉体顶部的搅拌电机16，所述第五锥齿轮15固定设置在搅拌电机16的动力输出端上。当然，为了提高各轴的安装稳定性，所述搅拌驱动机构还包括匚字形的固定架17，所述固定架17与炉体的顶部固接，所述内轴6和外轴7的上端分别穿设在固定架17上部和下部，并与固定架17构成转动配合。所述传动轴12穿设在固定架17的中部，并与固定架17构成转动配合。
37.所述搅拌机构还包括上搅拌盘8和下搅拌盘9，所述上搅拌盘8和下搅拌盘9分别固定设置在外轴7和内轴6的下端。搅拌器在使用过程中，通过内轴6和外轴7反向转动，带动上搅拌盘8和下搅拌盘9反向转动，从而使得炉膛3内的物料能够更加的分散，避免沉积。与传统的单向搅拌相比，一方面搅拌效果更好，另一方面还可以对物料产生一定的剪切作用，使物料颗粒化，进一步提高了熔炼速度。相比与传统的炉体而言，本发明能够有效的提升熔炼效率。
38.在此基础上，为了进一步提高搅拌效率，结合图1
‑
3中所示，所述上搅拌盘8下表面的中部和边沿分别设置有第一竖筒18和第二竖筒19，下搅拌盘9上表面的边沿设置有第三竖筒20，所述第三竖筒20位于第一竖筒18和第二竖筒19之间。在上下搅拌盘转动的过程中，第一竖筒18与第三竖筒20之间、第二竖筒19与第三竖筒20之间均对物料存在一定的剪切作用，使得物料更加容易颗粒化，提高搅拌效果。为了进一步加强剪切作用，所述第一竖筒18的外表面、第二竖筒19的内表面、第三竖筒20的内外表面均设置有竖向的搅拌齿21。另外，为了便于物料在上下搅拌盘的上下部运动，所述第一搅拌盘和第二搅拌盘上均匀设置有若干过流通孔22。所述过流通孔22一方面还促进纵向推流，另一方面也能够提供一定的剪切力，此外还能够防止物料在下搅拌盘9盘面上方淤积，影响排料、送料。
39.传统的炉体在对炉膛3进行冷却时，主要采用的方式是打开炉门依靠炉膛3进行自然冷却，但这种方式冷却速度极慢，浪费了大量的工时，为此，本发明却别与传统工业炉的第二大不同之处，主要就着眼于对炉体散热性能的改良，加快炉膛3的散热，降低等待冷却的时间。
40.如图1中所示，所述炉膛3和外壳4之间设置有过渡空腔23，所述外壳4的底部设置有用于储存散热过渡液的储液室24，外壳4的表面还设置有散热板25，通常所述散热板25在外壳4的左、右、后三面上呈匚字形分布，在外壳4证明预留炉门、进料口、排料口等的设置空间。所述散热板25的内表面设置有内导热棱26，所述内导热棱26延伸至过渡空腔23内。本发明采用的主体思路为，在正常使用状态下，也就是加热状态下，由于炉膛3与外壳4之间存在过渡空腔23，其本质上就是一个空气隔热层，与外壳4相配合，能够有效的隔绝热量朝外壳4传导，保证的炉膛3的升温和保温效果。当需要对炉膛3进行降温冷却时，通过将储液室24内的散热过渡液抽送至过渡空腔23内，散热过渡液也就是具有高导热性能的液体，如导热油，其能够将炉膛3的热量经过内导热棱26快速的传递至散热板25，再利用散热板25将温度快速施放，为了提高散热板25对外的热量施放速度，所述散热板25的外表面设置有外导热棱
29。这种炉膛3冷却结构不仅散热性能好，同时不以牺牲炉体的热能效为代价，另外结构和控制逻辑简单，若与现有冷却方式相结合，还能获得更好的散热效果。
41.为了实现对散热过渡液的抽排，所述储液室24内设置有抽吸泵27，所述抽吸泵27的进口端与储液室24连通，出口端与过渡空腔23连通。所述过渡空腔23的底部还设置有与储液室24连通的回液管28，所述回液管28上设置有回液控制阀。通过抽吸泵27进行抽吸，能够快速的实现对散热过渡液的转移，为了在抽排散热过渡液的过程中实现压力平衡，所述过渡空腔23的顶部设置有与外界连通的排空管30，所述排空管30上设置有排空控制阀，同样的储液室24内也可以设置排空管和排空控制阀。
42.同时，为了进一步提高炉体的保温性能，更好的做法还可以是，本发明所述储液室24的一侧还设置有排气泵31，所述排气泵31的进口端与过渡空腔23连通，并设置有排气控制阀，排气泵31的出口端与外界连通。通过设置排气泵31，当散热完成后，先打开排空控制阀和回液控制阀，利用抽吸泵27将散热过渡液抽送会储液室24内。然后关系排空控制阀和回液控制阀，通过抽气泵31将过渡空腔23内的空气抽出，使其内部形成类真空环境，可进一步阻隔热量的传递。另外，所述外壳4的内表面还可以设置有热辐射反射涂层，降低炉体由内至外的热辐射。保证在正常加热状态下，炉体具有较好的热能效。
43.本发明吸烟罩2用于汇集从排烟口1排出的高温烟气，并实现对高温烟气的输送。但由于直接从炉体中排出的高温烟气具有较高的温度，容易对后续的设备造成不良的高温腐蚀，为了改善这种情况。本发明相较于传统工业炉第三大不同之处在于对吸烟罩2的结构改良上，尤其是使得吸烟罩2具备了对高温烟气的水冷特性和对高温烟气的除尘作用。
44.具体而言，如图4中所示，所述吸烟罩2由下至上包括相互连通的水冷汇烟段32和除尘段33。顾明思意，所述水冷汇烟段32用于对高温烟气进行水冷降温，除尘段33用于对高温烟气中的颗粒尘埃进行去除，以降低后续设备负荷。
45.从水冷方面来看，所述水冷汇烟段32包括三层由下至上逐渐变小的喇叭状的罩体34，三层罩体34内小外大依次套设，位于中间的一层罩体34下端通过底板35封闭，位于内外两层罩体34的上端之间通过环形的槽状顶板36连接，以使水冷汇烟段32内部形成迂回的烟气冷却通道，所述烟气冷却通道的末端与除尘段33连通。本发明三层所述罩体34中至少有一层罩体34由呈螺旋状紧密层叠布置的冷却水管围成。如图4中所示，位于最外层的两层罩体34由冷却水管围成，当然，也可以是任意的两层、甚至三层，但至少应当确保一层由冷却水管围成，通过冷却水管中的水循环对高温烟气进行降温。为了实现冷却水管内的水循环，所述冷却水管还应当与水冷循环系统连通，至于如何进行连通，是本领域技术人员根据实际需要能够作出的常规设计，在此不再对此进行赘述。
46.本发明的吸烟罩2在使用过程中，高温烟气经过烟气通道进入罩体34之间，由于罩体34是由冷却水管围成，冷却水管内的冷却液在水冷循环系统的作用下在其内部循环；从而与高温烟气进行热交换，使高温烟气快速降温，一方面降低了烟气温度，缓解了高温腐蚀的现象；另一方面随着温度降低，烟气中的尘埃颗粒的运动活性降低，也更加便于进行分离处理。为了提高高温烟气在运动过程中的顺畅性，所述槽状顶板36的横截面呈弧形，所述底板35的边缘也呈弧形。在此基础上，为了进一步提高集烟性能，位于最外层的所述罩体34底部固定设置有筒状的围板37。最内层的所述罩体34的底部与底板35之间通过第一连杆38固接，所述底板35的边沿与围板37之间通过第二连杆39固接，以提高吸烟罩2的整体结构强
度。在吸烟罩2整体体积更大时，还可以设计更多的连杆、加强杆等，以进一步提高结构强度。
47.为了实现对烟气中大颗粒尘埃的分离，本发明位于最内层的所述罩体34内设置有相适配的横向的粗滤网40，通过粗滤网40的拦截，实现大颗粒尘埃的截获，但应当定期对粗滤网40和底板35上沉积的尘埃进行清理，为此所述底板35的中心设置有可启闭的清灰门41。
48.经过罩体34与高温烟气的热交换，高温烟气基本上能够降低至较低的温度，已经能够满足后续处理的需求。但当高温烟气温度过高，且在罩体34内无法一次性水冷达标时，本发明还可以通过引射外界冷空气与高温烟气进行混合，从而进一步降低高温烟气的温度。
49.结合图4和5所示，为了实现对外界冷空气的引射，本发明所述除尘段33与水冷汇烟段32之间还设置有冷气引射段42，所述冷气引射段42包括与小尺寸的颈部43和大尺寸的体部44，所述颈部43与水冷汇烟段32的顶部连接、体部44与除尘段33连接。所述冷气引射段42的体部44由下至上逐渐变小，且体部44的底面绕颈部43均匀设置有若干进气短管45。所述进气短管45的侧壁上设置有外进气口46。
50.所述冷气引射段42内还设置有冷气控制机构，所述冷气控制机构包括升降环47，所述升降环47的周侧对应进气短管45的数量设置有多个延伸片48，如图6和7中所示，所述升降环47上设置有4个沿延伸片48，延伸片48的数量与进气短管45的数量配合。每一个所述延伸片48的底部均设置有一个与进气短管45相配合的进气盲管49，所述进气盲管49的下端封闭、上端延伸至升降环47的上表面。进气盲管49的侧壁上设置有内进气口50。在进行引射控制时，通过内进气口50和外进气口46导通，因此外界气体能够进入，对应的，当内进气口50和外进气口46交错时，这外界气体不能进入。而其导通和交错通过复位弹簧51和冷气控制机构实现。
51.如图5中所示，所述延伸片48与体部44底面之间的进气盲管49外套设有复位弹簧51，所述复位弹簧51处于自然状态时，所述进气盲管49上的内进气口50与进气短管45上的外进气口46相互交错，且内进气口50位于外进气口46的下方。所述冷气控制机构还包括升降控制组件，所述升降控制组件能够在冷气引射段42内温度超过阈值时，驱动升降环47克服复位弹簧51的弹力上升，以使进气盲管49上的内进气口50与进气短管45上的外进气口46重合。
52.可以想见的最直接的升降控制组件就是一个线性电机、电动推杆等，通过其推动升降环47上下运动即可，但由于高温烟气温度较高，在内部设置电机、推杆等自身容易受到高温影响，公开恶劣，其稳定性难以保证。为此，如图5中所示，本发明所述冷气引射段42颈部43内设置有环形的安装槽52，所述升降控制组件包括设置在安装槽52内的、与安装槽52构成升降滑动配合的驱动环53，所述驱动环53通过短杆54与升降环47连接。所述升降环47下方的安装槽52内设置有环形的弹性囊55，所述弹性囊55内充注有热膨胀介质。当冷气引射段42内温度较高时，弹性囊55的膨胀较多，其推动驱动环53的上升量大，进而能够克服螺旋弹簧51的弹力，使得内外进气口重合，实现引射进气。根据温度的不同，弹性囊55具有不同的膨胀性，其还能够自动调整进气量，进而实现自适应引射，亦即是温度高时引射的外界气流多，随着温度降低，由外界引射的气流越来越少，只至不引射。
53.从吸烟罩2的除尘性方面来看，结合图4、8
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10中所示，所述除尘段33包括除尘筒56和设置在除尘筒56内的除尘机构，所述除尘筒56上部的一侧与排烟管57连通，除尘筒56的内部设置有与除尘筒56内腔相配合的除尘块58，所述除尘块58上均匀设置有若干沿竖向贯穿除尘块58的除尘孔59，为了烟气更好的进入除尘孔59，所述除尘孔59的两端呈喇叭状。
54.所述除尘孔59的内侧壁上均匀设置有若干具有弹性的除尘纤毛60，除尘纤毛60可采用橡胶、尼龙等材料制成。经过前序的降温处理后，烟气中的尘埃等物质能够快速的在除尘纤毛60上冷凝。本发明烟气能够分散的进入除尘块58中的各除尘孔59内，并附着在除尘孔59内的除尘纤毛60上，从而使烟气中的尘埃颗粒分离出来。通过对除尘纤毛60的定期清理，本发明能够保证对尘埃颗粒稳定的分离、清理能力，降低后续尾气处理系统的负担和处理难度。
55.除了在除尘孔59内设置除尘纤毛60外，为了进一步增大附着面积，提高除尘效果，所述除尘筒56的顶部设置有顶盖61，所述顶盖61与除尘筒56可拆卸连接，所述顶盖61上对应除尘孔59的数量设置有若干除尘杆62，所述除尘杆62的表面也设置有若干除尘纤毛60，除尘杆62可伸入除尘孔59内。使用一段时间后，将顶盖61打开，将除尘块58和除尘杆62等取出，进行清理即可。
56.当然，为了提高对除尘纤毛60的清理便捷性，如图10中所示，所述除尘杆62包括穿设在顶盖61上并与顶盖61构成螺纹配合的连接头63、设置在连接头63下部的橡胶外套64，以及沿竖向穿设在连接头63和橡胶外套64内的中心杆65。所述除尘纤毛60设置在橡胶外套64的外表面，所述橡胶外套64的上端通过铆钉与连接头63的下端固接。使用后，将除尘杆62取出，然后将其内部的中心杆65抽出，反复拍打、揉搓橡胶外套64即可通过其形变将其上附着的灰尘快速清理。当然，本发明中采用的橡胶件，均应当具备较好的耐高温性，以防止在烟气侵蚀。同样的，为了便于对除尘块58除尘孔59内的除尘纤毛60进行清理，所述除尘块58上的除尘孔59内壁设置有橡胶内套，所述橡胶内套与除尘块58可拆卸连接，所述橡胶内套的内表面设置除尘纤毛60。