本实用新型涉及金属冶炼技术领域，特别是涉及一种还原炉系统。
背景技术：
自然界中，大部分的金属是以金属氧化物的形式存在。因此，金属氧化物的还原是金属冶炼过程中一道重要的工序。但是，目前市面上广泛使用的还原炉内的待还原金属氧化物一般是在固定的反应位置上进行加热还原和冷却凝固，在这个过程中还原炉需要频繁地升温和降温，浪费了大量的能源，不符合节能减排的要求。
技术实现要素：
基于此，有必要针对如何提高还原炉系统的能源利用率的问题，提供一种还原炉系统。
其技术方案如下：
一种还原炉系统，包括炉管、加热结构、驱动机构和用于容置待还原的金属氧化物的容置舟，所述炉管包括相互连接加热管段和出舟管段，所述加热机构套设于所述加热管段上，所述容置舟为至少两个且均可在所述炉管内移动，位于所述炉管内的所述容置舟沿着所述炉管的轴向依次排布，所述驱动机构用于陆续将所述容置舟推向所述加热管段内，位于所述加热管段内的所述容置舟在相邻的另一个所述容置舟的推动下陆续移动至所述出舟管段内。
由于位于所述炉管内的容置舟沿着所述炉管的轴向依次排布，故可通过控制所述加热结构的加热温度和加热时间，使得所述容置舟内的金属氧化物利用经过所述加热管段的时间完成还原反应，并在其相邻的另一个所述容置舟的推动下陆续移动至所述出舟管段内进行冷却，也使得所述炉管内一直有待还原的金属氧化物，所述加热机构无需频繁地通断，使整个还原过程连续进行，提高了所述还原炉系统的整体能源利用率。同时当有一个容置舟运载着金属氧化物在加热管段内进行还原反应时，同时就有另一个容置舟运载着金属在出舟管段内进行冷却，加热还原与冷却凝固两个过程同时进行，提高了金属冶炼的效率。
在其中一个实施例中，所述驱动机构用于将所述容置舟推至所述加热管段内的预设位置，所述预设位置位于所述加热管段远离所述出舟管段的一端，当所述驱动机构将一个所述容置舟推入所述加热管段内时，另一个所述容置舟从所述加热管段移出并进入所述出舟管段内。当一个容置舟运送着待还原的金属氧化物进入所述加热管段的预设位置时，同时另一个容置舟运送着已还原完全的金属从加热管段进入出舟管段进行冷却，使得所述加热管段内一直充满容置舟，提高了所述加热管段的空间利用率，也提高了整个还原炉系统的能源利用率。
在其中一个实施例中，所述容置舟内设有至少两个容置槽，所述至少两个容置槽的排布方向垂直于所述容置舟的移动方向，从而提高了每个容置舟运送金属氧化物的能力，提高了所述还原炉系统的还原效率，同时也节省了能源。
在其中一个实施例中，所述还原炉系统还包括循环轨道，所述循环轨道的两端分别与所述炉管的两端对接，所述循环轨道上设有传送机构，位于所述出舟管段内的所述容置舟在相邻的另一个所述容置舟的推动下可进入所述循环轨道的一端，之后在所述传送机构的输送下移动至所述循环轨道的另一端。所述循环轨道能实现容置舟的自动循环使用，降低生产成本，无需人工操作即可完成容置舟的转移，提高所述金属还原冶炼过程的自动化程度。
在其中一个实施例中，所述循环轨道靠近所述出舟管段的一端还设有取料机构，所述取料机构用于抓取所述容置舟内的已还原金属，所述循环轨道靠近所述加热管段的一端设有装料机构，所述装料机构用于将待还原的金属氧化物放置于所述容置舟内。所述容置舟在取料机构进行取料，卸下金属产品后，可以在装料机构中继续装载待还原的金属氧化物，所述容置舟可以循环利用，整个系统的自动化
在其中一个实施例中，所述取料机构为机械爪或吸盘。所述机械爪抓取容置舟内的金属产品或者所述吸盘吸取容置舟内的金属产品，便于所述容置舟再次装料。
在其中一个实施例中，所述还原炉系统还包括进舟感应器和出舟感应器，所述进舟感应器设于所述装料机构和所述加热管段之间，所述进舟感应器感应到所述容置舟经过时，所述驱动机构开始动作，所述出舟感应器设于所述出舟管段与所述取料机构之间，所述出舟感应器感应到所述容置舟经过时，所述取料机构开始动作。该设置可提高所述还原炉系统的自动化程度，使所述取料机构能及时取料，所述驱动机构能及时将容置舟送入加热管段，提高整个生产流程的连续性和工作效率。
在其中一个实施例中，所述还原炉系统还包括第一气体供应机构，所述第一气体供应机构的出气端与所述炉管相连，用于向所述炉管内吹入还原气体，从而在炉管内形成还原气氛，使进入炉管内的金属氧化物被还原成金属，也可隔绝外部空气，使得还原完成的金属不会被进一步氧化。
在其中一个实施例中，所述还原炉系统还包括进舟炉门和出舟炉门，所述炉管设有位于所述加热管段上的进料口和位于所述出舟管段上的出料口，所述进舟炉门用于控制所述进料口处或所述炉管的进料侧，所述出舟炉门用于控制所述出料口处或所述炉管的出料侧，所述进舟炉门和所述出舟炉门均配备有第二气体供应机构，当所述进舟炉门或所述出舟炉门开启时，所述第二气体供应机构用于在所述进料口或所述出料口形成保护气帘。该设置可防止外界空气进入炉管内氧化炉管内的金属，保持炉管内的还原气氛。
在其中一个实施例中，所述加热管段包括至少两节单元管，相邻的两节所述单元管之间密封连接。当一节单元管损坏时，其他单元管仍可正常使用，无需整条炉管更换，从而便于加热管的检修和更换，减少设备维护成本。
在其中一个实施例中，所述炉管的材质为石英；所述容置舟的材质为石墨；所述加热结构为电磁感应线圈。所述炉管采用石英材质，导热性能好，硬度高，化学性质稳定，不易与金属发生反应。所述容置舟采用石墨材质，导热性能好，在还原气氛下不易与金属发生反应。而且，石英与石墨均是表面比较光滑的材质，便于容置舟在炉管内滑动。采用电磁感应线圈加热安全可靠，加热速度快，能源利用率高，且对环境无污染。
附图说明
图1为本实用新型实施例所述的还原炉系统的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为本实用新型的另一个实施例所述的还原炉系统的结构示意图；
图4为的加热炉管的结构示意图；
图5为图4的B-B剖视图。
附图标记说明：
100、炉基架，110、上支撑板，120、支撑柱，140、出舟管支撑架，150、下支撑板，200、炉管，210、加热管段，211、进舟段，212、加热段，220、出舟管段，221、冷却水套，240、挡火板，250、进料口，260、出料口，310、电磁感应线圈，400、容置舟，410、容置槽，500、推舟箱，511、第二推杆，512、第二推杆隔离罩，520、第一推杆，610、进舟炉门，620、出舟炉门，700、循环轨道，710、机械爪，720、装料机构，730、传送带，800、倾斜板，910、进舟感应器，920、出舟感应器。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施方式，对本实用新型进行进一步的详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本实用新型，并不限定本实用新型的保护范围。
需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本实用新型。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
如图1所示，本实用新型实施例提出一种还原炉系统，包括炉管200、加热结构、驱动机构和用于容置待还原的金属氧化物的容置舟400，所述炉管200包括相互连接的加热管段210和出舟管段220，所述加热机构套设于所述加热管段210上，所述容置舟400为至少两个且均可在所述炉管200内移动，位于所述炉管200内的所述容置舟400沿着所述炉管200的轴向依次排布，所述驱动机构用于陆续将所述容置舟400推向所述加热管段210内，位于所述加热管段210内的所述容置舟400在相邻的另一个所述容置舟400的推动下陆续移动至所述出舟管段220内。
由于位于所述炉管400内的容置舟200沿着所述炉管400的轴向依次排布，故可通过控制所述加热结构的加热温度和加热时间，使得所述容置舟400内的金属氧化物利用经过所述加热管段210的时间完成还原反应，并在其相邻的另一个所述容置舟400的推动下陆续移动至所述出舟管段220内进行冷却，使得所述炉管400内一直有待还原的金属氧化物，所述加热机构310无需频繁地通断，使整个还原过程连续进行，提高了所述还原炉系统的整体能源利用率。同时当有一个容置舟运载着金属氧化物在加热管段内进行还原反应时，同时就有另一个容置舟运载着金属在出舟管段内进行冷却，加热还原与冷却凝固两个过程同时进行，提高了金属冶炼的效率。
进一步地，所述驱动机构将所述容置舟400推至所述加热管段210内的预设位置，所述预设位置位于所述加热管段210远离所述出舟管段220的一端，当所述驱动机构将一个所述容置舟400推入所述加热管段210内时，另一个所述容置舟400从所述加热管段210移出并进入所述出舟管段220内。当一个容置舟400运送着待还原的金属氧化物进入所述加热管段210的预设位置时，同时另一个容置舟400运送着已还原完全的金属从加热管段210进入出舟管段220进行冷却，使得所述加热管段210内一直充满容置舟400，提高了所述加热管段210的空间利用率，也提高了整个还原炉系统的能源利用率。
具体地，所述加热管段210包括进舟段211和加热段212，所述进舟段211设于所述加热管段210远离所述出舟管段220的一端。
本实施例中，所述驱动机构包括第一推杆520和第二推杆511。所述第一推杆520位于所述第一推杆520的侧面且其推动方向与所述第二推杆511相垂直。所述第一推杆520用于将位于所述炉管200一侧的容置舟400侧向推入与进料口250相对的地方，之后所述第二推杆511再推动容置舟400至加热管段210的预设位置，使其推动相邻的容置舟400移动，以此类推，最后将最靠近所述出舟管段220的容置舟400推至出舟管段220内，实现还原炉系统的进料和出料操作。使用第一推杆520和第二推杆511作为驱动机构，结构简单，能耗较小。本实施例中，所述第二推杆511外设有第二推杆保护罩512。本实施例中，所述第一推杆520和所述第二推杆511均可由电机或气缸驱动。
如图1所示，本实施例中，所述还原炉系统还包括推舟箱500，所述推舟箱500设于所述炉管200的进料口250处，所述推舟箱500内设有容置腔，所述容置腔与所述进料口250相连通。所述第二推杆511的一端可伸入所述容置腔内并与所述进料口250相对，第一推杆520的一端可伸入所述容置腔内并与所述第二推杆511相垂直。所述侧推装置520设于所述推舟箱500的侧面。
具体地，所述还原炉系统还包括第一气体供应机构，所述第一气体供应机构的出气端与所述炉管200相连，所述第一气体供应机构用于向所述炉管200中吹入还原性气体。本实施例中，所述还原性气体为氢气。所述第一气体供应结构还可以向所述炉管200内吹入氮气。所述还原炉系统启动前，先向所述炉管200内吹入氮气，将炉管200内的残留空气吹走，继而向所述炉管200内吹入氢气进行还原反应。所述还原炉系统关闭时，再次向炉管200内吹入氮气，将残留的氢气吹扫干净。该设置可以防止氢气与空气混合发生爆炸。所述第一气体供应结构通过分流的方式控制氢气和氮气的流量。
进一步地，如图1所示，所述还原炉系统还包括炉基架100，所述炉基架100设于所述炉管200的底部。本实施例中，所述炉机架包括上支撑板110、下支撑板150和支撑柱120，所述支撑柱120的两端分别与所述上支撑板110和所述下支撑板150连接，所述炉管200铺设于所述上支撑板110与所述支撑柱120相背的一面。本实施例中，所述上支撑板110和所述下支撑板150均采用S304不锈钢板，所述支撑柱120由140#槽钢和80#角钢焊接而成。所述上支撑板110上设有用于固定所述加热结构的限位槽，从而可以防止所述加热结构移位。
具体地，所述加热管段210铺设于所述炉基架100上。本实施例中，还包括出舟管支撑架140，所述出舟管段220架设于所述出舟管支撑架140上。所述加热管段210用于使金属氧化物还原成金属并熔融，所述出舟管段220用于使熔融的金属冷却形成金属锭。所述加热管段210和所述出舟管段220之间设有挡火板220，所述挡火板220用于防止加热管段210内的高温气体进入出舟管段220，影响金属的冷却。所述出舟管段200上可套设冷却水套221，用于加速金属的冷却。
所述加热管段210包括至少两节单元管，相邻的两节所述单元管之间密封连接，当一节单元管损坏时，其他单元管仍可正常使用，无需整条炉管更换，从而便于加热管段210的检修和更换，减少设备维护成本。本实施例中，所述炉管200包括十节单元管。所述还原炉系统还包括供水设备，相邻两节所述单元管的连接处设有搭接口，所述搭接口处套设有密封水套，所述供水设备用于向所述密封水套与所述单元管之间的间隙供水，从而防止外界空气通过相邻两节所述单元管的连接处缝隙进入加热管段210，同时也可起到防止加热管段210过热的作用。
本实施例中，所述加热管段210分为五个温区，每个温区均设有测温点和控温点，每个测温点均设置有测温热电偶，用于检测所述温区的温度，每个所述控温点均设置有控温热电偶，所述控温热电偶通过控制所述电磁感应线圈的电流控制所述温区的温度处于一定范围内。如此设置，便于工艺需要的温度微调及检测处理。所述加热管段210的五个温区分别为：第一低温区(温度小于或等于1000℃)，第二低温区(温度小于或等于1000℃)，中温区(温度小于或等于1000℃)，第一高温区(温度小于或等于1150℃)，第二高温区(温度小于或等于1150℃)。
进一步地，如图1所示，所述还原炉系统均还包括进舟炉门610和出舟炉门620。所述炉管200设有位于进舟段211的进料口250和位于出舟管段220的出料口260。所述进舟炉门610位于所述进料口250处或所述炉管200的进料侧，所述出舟炉门620位于所述出料口260处或所述炉管200的出料侧。从而便于保持炉管200内的还原气氛。所述进舟炉门610和所述出舟炉门620均为自动上下开启式密封门。所述进舟炉门610和所述出舟炉门620均采用纳米防腐涂层处理，能有效防止所述炉门的氧化腐蚀，延长设备的使用寿命。所述进舟炉门610和所述出舟炉门620均采用硅胶密封，有利于提高所述进舟炉门610和所述出舟炉门620的气密性。具体地，所述进舟炉门610和所述出舟炉门620均配备有第二气体供应机构，当所述进舟炉门610或所述出舟炉门620开启时，所述第二气体供应机构能在所述进料口250或所述出料口260形成保护气帘，从而防止外界空气进入炉管200内氧化炉管200内的金属。本实施例中，所述保护气帘为氮气气帘。
如图1和图3所示，本实施例中，所述加热结构为电磁感应线圈310，所述电磁感应线圈310呈螺旋状缠绕于所述加热管段210的外壁上。采用电磁感应线圈310加热安全可靠，加热速度快，能源利用率高，且对环境无污染。所述电磁感应线圈310由高频电源供电，所述高频电磁感应线圈310的功率优选为50KW，频率范围为200kHz～600kHz，按连续工作制设计。采用高频电源为电磁感应线圈310提供电能，进一步提高加热速度和能源利用率。所述加热机构310还包括铜管，所述电磁感应线圈310缠绕于所述铜管外，用于提高电磁感应强度，从而提高加热速度。所述铜管内通冷却水，用于防止铜管过热。本实施例中，所述电磁感应线圈310共为10个。
如图4所示，所述容置舟400内设有至少两个容置槽410，所述至少两个容置槽410的排布方向垂直于所述容置舟400的移动方向，从而提高了每个容置舟400运送金属氧化物的能力，并提高了所述还原炉系统的还原效率，同时也节省了能源。本实施例中，每个容置舟400上设有十个容置槽410，所述炉管200的横截面为矩形且与所述容置舟400的横截面相匹配。
本实施例中，所述炉管200的材料为石英，所述容置舟400的材料为石墨。所述炉管200采用石英材质，导热性能好，硬度高，化学性质稳定，不易与金属发生反应，所述容置舟400采用石墨材质，导热性能好，在还原气氛下不易与金属发生反应。而且石英与石墨均是表面比较光滑的材质，便于容置舟400在炉管200内滑动。
本实施例中，所述炉基架100的外形尺寸为9500mm×650mm×720mm(长×宽×高)，所述单元管的外形尺寸为630mm×250mm×80mm(长×宽×高)、壁厚4mm，所述电磁感应线圈310为单匝的矩形线圈且外形尺寸为280mm×100mm(宽×高)，所述容置舟400的外形尺寸为610mm×260mm×45mm(长×宽×高)，容置舟400在炉管200内的移动速度范围为0mm/min～20mm/min，可以根据实际需要进行调节，所述冷却水套221和铜管内的冷却水为透明，不浑浊，无沉淀物的水，其物理化学参数如下：PH6～8，导电率≤600us/cm，进水温度不低于5℃，不高于30℃，进水压力为0.25-0.35Mpa，流量为15m3/h。以上数值仅是提出一个可供参考的实施例，在其他实施例中，以上外形尺寸及相关物理化学参数也可根据实际需要进行调整。
如图2所示，在另一个实施例中，与上述实施例不同的是，所述还原炉系统还包括循环轨道700，所述循环轨道700的两端分别与所述炉管200的两端连接。本实施例中，所述循环轨道700位于所述炉管200的下方，所述出舟炉门620与所述循环轨道700之间连接有倾斜板800，从出舟炉门620出来的容置舟400经倾斜板800滑动到循环轨道700上。所述循环轨道700上设有传送机构和取料机构，位于所述出舟管段220内的所述容置舟400在相邻的另一个所述容置舟400的推动下可进入所述循环轨道700的一端，之后在所述传送机构的输送下移动至所述循环轨道700的另一端。所述取料机构用于使已还原的金属与所述容置舟400脱离。所述循环轨道700能提高所述金属还原冶炼过程的自动化程度，无需依靠人工操作即可完成容置舟400的转移，所述容置舟400被取料后可以循环利用，降低生产成本。本实施例中，所述驱动机构为铺设于所述循环轨道700上的传送带730。本实施例中，所述取料机构为机械爪710，用于抓取所述容置舟400内的金属，从而提高了取料操作的自动化程度和准确性。
在如图2所示的实施例中，所述还原炉系统还包括进舟感应器910和出舟感应器920，所述进舟感应器910设于所述装料机构720和所述进料口250之间，所述进舟感应器910感应到容置舟400经过，所述驱动机构开始动作，所述出舟感应器920设于所述出舟管段220与所述取料机构之间，所述出舟感应器920感应到容置舟400经过，所述取料机构开始动作。
进一步地，所述还原炉系统还包括系统集成控制器(图中未示出)。本实施例中，所述系统集成控制器为室内自立式电控柜，采用工控智能，并采用PLC可编程控制器和触摸屏实现数据操作。本实施例中，所述系统集成控制器包括高频电源控制模块、流体控制模块和进料取料模块。所述高频电源控制模块与所述高频电源电性连接且用于控制所述高频电源的通断和输出功率；所述第二气体供应机构、所述第一气体供应机构和所述供水设备均与所述流体控制模块连接，所述流体控制模块用于控制保护气体、还原性气体和冷却水的流量；所述装料机构720和所述取料机构均与所述进料取料控制模块电性连接，所述进料取料控制模块通过自动进料程序控制装料机构720和取料机构的运行。
下面以二氧化锗的还原过程为例具体介绍所述还原炉系统的工作原理：脱料后的容置舟400在传送机构的带动下移动至装料机构720处装载二氧化锗粉末，继而在传送机构的带动下移动至进舟炉门610，进舟炉门610打开，同时第二气体供应机构往进舟炉门610或进料口250吹气形成保护气帘。所述容置舟400在驱动机构的带动下穿过进舟炉门610进入所述推舟箱500，并经所述进舟段211进入加热管段210，同时位于加热管段210内最靠近出舟管段220的容置舟400移出加热管段210进入出舟管段220内。进入加热管段210的容置舟400内的二氧化锗粉末在加热管段210内的还原性气体和高温作用下，发生还原反应生成锗金属粉末并转化成熔融状态，在出舟管段220冷却形成锗锭，继而经出舟炉门620移出炉管200，同时第二气体供应机构往出舟炉门620或出料口260吹气形成保护气帘。容置舟400运载着锗锭移动至循环轨道700上，所述锗锭被机械爪710抓取移出，脱料后的容置舟400则在传送机构的带动下再次移动至装料机构720进行装料。如此循环反复，直至完成二氧化锗的还原冶炼工作。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。