CN103476969A - 用于在火法冶金工艺容器中使用的热交换元件 - Google Patents

Abstract

一种火法冶金容器，用于通过对溶解于熔融盐浴中的含金属的材料进行电解还原来生产金属，槽包括壳体11以及位于壳体内部上的衬里12、13，衬里包括底部阴极衬里13和侧壁衬里12，所述底部阴极衬里13和侧壁衬里12中的至少一者包括定位在衬里中用于引导流体从中穿过的多个流体管路16、22、31、41，穿过衬里中的管路的流体流具有由三维方向性流，所述三维方向性流由插入到管路中的三维形状提供或者由包括通过布置成三维形状的弯曲区段结合的多个直形段的管路提供，所述三维形状为管路的三维形状或插入到管路中的三维形状。管路中的3-D形状或管路的3-D形状形成为使得在流体中形成、中断或改造二次流，从而在流体中赋予更强的平流。

Description

用于在火法冶金工艺容器中使用的热交换元件

技术领域

本发明涉及在火法冶金工艺应用中使用的工艺容器，并且特别涉及一种热交换器布置，该热交换器布置可包含在这些容器的耐热衬里中，用于控制通过该容器的衬里的热流以及回收穿过该衬里的废热。

背景技术

金属及其矿石的火法冶金处理是在高温（通常超过100℃并且通常大大超过900℃）下进行的。由于高的工艺温度以及工艺材料的通常的侵蚀性，这样的火法冶金工艺容器通常加衬有相对厚的耐热材料层，该耐热材料层除了别的目的之外用于使该工艺与环境条件隔离。在这样的温度下的化学工艺意味着，仅仅为了实现并维持该工艺温度就需要消耗相当量的能量。加热该容器所消耗的能量仅用来提供工艺环境，并且最终作为废热流失至周围环境。

尽管在本申请中做出的概念和权利要求主要限于铝还原工艺方面，然而本发明同样适用于从各种火法冶金工艺中捕集废热。这些工艺在性质上可为连续性的或者成批次的；由于提供用于它们所包含的工艺的高温环境而导致废热通过容器衬里逸出是它们之间必然的共同要素。本发明涉及容器耐热衬里内工艺废热的捕集，并且不特别涉及热收集的时间范围。

使用所谓的霍尔-赫鲁特类型的典型电解槽的铝的现代化商业冶炼是极为能量密集型的工艺。这些槽的实际运行通常需要12-14兆瓦-时数量级的电力来生产一吨金属铝，其中仅有40％左右的电力用在将氧化铝还原成金属铝的工艺中。还原过程是在高温下连续运行的，并且进入槽中的其余电力转化为热并且最终从槽中废弃至环境。

铝还原工艺不仅仅依赖于连续的高温；它在化学上也是苛刻的，使还原容器承受高温化学反应-除了其他高度活性的化学物质之外包括氟化物-这对于可用于对还原容器进行加衬的大多数高温耐热材料来说是特别不利的。出于该目的，对于本领域技术人员来说众所周知的是，必须在还原容器的耐热衬里的内表面上保持并控制冻结衬里，以在冶炼操作过程中保护这些耐热衬里。Bayer在US2007/0187230中教导，可通过在还原容器的侧衬里中增设冷却通道而在构建上利于该冻结衬里的形成和控制，其中在这些通道中流通的空气选择性地去除来自衬里的热。

在还原槽的热衬里中循环的空气将自然地通过对流而被加热，并且包含在这样的空气中的热可用于各种目的，包括对氧化铝进料流进行预热以用于该工艺（如Eyvind和Holmberg在WO83/1631中所教导的），或用在发电中，如Holman在WO2006/031123和Aune等人在WO01/94667中所教导的。在本公开中，涉及最多的是用于发电的废热收集。

在出于发电的目的进行废热回收的考虑中，重要的是应当认识到，在收集及发电工艺的开展方面，整个系统的效率和安全性是极为重要。在WO01/94667中，Aune等人提议使用基于金属（诸如钠）的液相至气相相变的蒸发冷却。尽管钠提供良好的传热性能，然而它是昂贵的并且在与液态铝直接接触的情况下会发生剧烈液-气相变的风险。在液态钠与空气接触（正如在包含液态钠的管道系统在使用中损坏的情况下会发生的）的情况下，它还带来了火灾的风险。此外，WO01/94667教导，蒸发冷却装置有益地利用多个闭环热交换器，每一个闭环热交换器均存在传热流体的温度下降，由此对热回收系统的整体效率产生不利影响。

Holman在WO2006/031123中教导，空气呈现为用于电解槽的更切实的冷却介质，因为它的工作不需要维护密集型的闭环系统。然而，在WO2006/031123中，该公开主要旨在电解槽的冷却，使去除的热经过涡轮增压器布置以回收所包含的能量中的一部分。并没有在考虑工艺的热回收部分的效率方面做出尝试。

Siljan在WO2004/083489中教导，可将简单的模制技术应用于还原槽衬里部件的制造中以提供传热流体可流经的耐热板。尽管提及将空气作为合适的传热流体，然而也提及可将特殊用途的气体和液体作为适当的介质。WO2004/083489中披露的模制装置限于平面的主几何形状，例如笔直管段或蛇管，其中管的几何形状形成在烧结耐热材料的双部件夹层结构。还披露的是，这些管的横截面可形成为包含在管路系统的轴线方向上延伸的突起，用以增加热可传递经过的表面积。WO2004/083489中并没有提及使传热流体（诸如空气）流经这些通道所需的能量。尽管通道的基本几何形状和形成这些几何形状的手段对于本领域技术人员是熟知的，然而它们在可用在电解槽的衬里中的耐热板方面的应用体现了WO2004/083489的主要相关内容。

热交换器的系统效率可根据增加到流经热交换器的传热流体或从该传热流体中去除的热来描述，并且必须包括由于流体与热交换器部件之间的摩擦而导致的能量消散的测量。最佳的效率涉及使传热流体的热含量（通常由其温度表示）和流速最大，而同时使能量消散（如通过例如流经热交换器的流体的压力降来测量的）最小。

在热交换器构造（例如用在电解容器的衬里中的主热交换器）中，热通过与流体通道的热边界的直接接触而增加到所包含的流体中，并且通过扩散与对流过程和/或平流（advection）过程的组合而分布在流体中。在靠近流体通道表面的热边界层中以扩散传热过程为主，该扩散传热过程实际上显著依赖于流动的流体与通道边界之间的大的温差。这样的扩散传热在静止的或运动的流体中发生。平流和对流的传热过程涉及由含热介质的运动导致的热输送，并且积极地用于使热后的流体与流体的较冷部分混合，由此有助于热整体传入或传出传热介质。通常，在其所包含的流体中的较大程度的混合（或平流）有益于热交换器的热效率。

尽管在由明确限定的通道或管组成的热交换器中占主导地位的流体运动显然是沿着这些通道的轴线方向，然而会导致横向于主通道轴线的平面中的附加运动的持续二次流可由于将大尺度的三维形状引入这些通道中而产生。这些三维形状在形式上（单独地或者彼此组合地）可为插入到通道中的螺旋形（从通道边界突起的螺旋形状），或者在更大尺度上可涉及螺旋形或者用于这些通道自身的螺旋形或其他三维的弯曲或截面几何形状。由如在本发明中披露的三维形状所导致的混合显著增加到通道中的热传递，从而与使用由Siljan在WO2004/083489中披露的二维几何形状的热交换器相比提高了这些通道安装于其中的热交换器的热效率。

可通过在焙烧或烧结时保持模制形状的简单模制的部件将三维弯曲通道制造成对电解容器加衬的耐热材料。然而，如在本发明中所描述的三维几何形状排除了如由Siljan在WO2004/083489中教导的双部件组件的使用。然而，可使用三部件组件来形成所关注的最规则几何形状，其中，每个部件均使用陶瓷水泥或其他结合材料而模制并结合成完整的组件。

因此，本发明的目的是提供一种装置，通过该装置可将穿过用于生产铝的电解容器的衬里的热从衬里中最有效地抽取出来，用以控制容器内冻结衬里的形成，并且用以回收穿过容器耐热材料的废热中的显著的一部分，以用于转换为电能或对铝还原工艺可用的其他形式。

本说明书中对任何现有技术的提及并非且不应当被理解为承认或以任何形式暗指该现有技术形成任意领域的公知常识的一部分，或者可合理预见该现有技术对于本领域技术人员而言是确定的、被理解的并且被视为是相关的。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于通过对含金属的材料进行电解还原来生产金属的火法冶金容器，所述容器包括

壳体，以及

位于该壳体内部上的衬里，该衬里包括

底部阴极衬里和侧壁衬里，所述底部阴极衬里和侧壁衬里中的至少一者包括定位在该衬里中用于引导流体在其中穿过的多个流体管路，穿过衬里内的管道的流体流具有三维方向性流，所述三维方向性流由插入到管路中的三维形状或者包括由布置成三维形状的弯曲区段结合的多个直形区段的管路来提供。

几何形状变化的目的在于连续形成、中断或改造管路中的二次流，使得在流体中产生更强的平流。

在另一个方面，本发明提供一种用于通过对含金属的材料进行热还原或其他方式的还原来生产金属的火法冶金容器，所述槽包括

壳体，以及

位于所述壳体内部上的衬里，该衬里包括

耐热衬里，包括定位在该衬里内用于引导流体在其中穿过的多个流体管路，穿过所述衬里内管路的流体流具有三维方向性流，所述三维方向性流由插入到管路中的三维形状或者包括由布置成三维形状的弯曲区段结合的多个直形区段的管路来提供。

如上所述，3-D形状的几何形状变化的目的在于连续形成、中断或改造二次流，使得在流中产生更强的平流。

在上述任一个方面的一个优选形式中，为了提供3-d方向性流，衬里中的管路具有三维方向变化。优选地，该方向变化由为三维弯曲形状的管路提供，该管路包括由多个弯曲区段结合的直形区段。

在另一个优选形式中，管路在二维平面中对准，三维形状插入到这些二维管路中。提供3-D方向性流的一种优选的插入物的3-d形状具有的高度和长度沿着管路长度而变化。优选地，插入物为插入到通道中的螺旋插入物或从通道边界突起的螺旋形状。

该火法冶金容器可为用于通过对溶解于熔融盐浴中的含金属的材料（例如铝的氧化物，称为氧化铝）进行电解还原来生产金属的电解槽（electrolytic cell）。流体管路在容器的侧壁衬里和/或底部阴极衬里内延伸，该容器的侧壁衬里和/或底部阴极衬里具有诸如泵或风扇的装置，这样的装置会使流体流经管路。这些管路以及流经这些管路的流体可被认为是热交换器。

在本发明的上下文中，容器的侧壁为槽的长侧壁和端壁。

在本发明的另一个方面，提供一种操作用于通过对含金属的材料进行热还原或其他方式的还原来生产金属的火法冶金容器的方法，所述槽包括壳体以及位于壳体内部上的衬里，所述方法包括以下步骤：

在槽中的由含金属的材料和耐热材料形成的浴槽中对含金属的材料进行还原；

通过使冷却剂的流穿过定位在衬里中用于引导流体通过的多个流体管路而在槽的衬里上形成耐热材料的冻结衬里或凸缘，穿过衬里内管道的流体流具有由三维方向性流，所述三维方向性流由插入到管路中的三维形状或者包括由布置成三维形状的弯曲区段结合的多个直形区段来提供，该3-D形状具有形状上的变化以连续形成、中断或改造二次流，使得在管路内的流体中产生更强的平流。

如在本文中使用的，除非上下文中另有要求，否则术语“包括（comprise）”及其，诸如“包括（comprising）”、“包括（comprises）”和“包括（comprised）”，并不旨在排除其他添加物、部件、整体、或步骤。

通过以下参照附图以实例的方式给出的描述，本发明的其他方面以及在前面段落中描述的方面的其他实施例将变得显而易见。

附图说明

图1为根据本发明的电解槽的截面图；

图2为电解槽的侧板内的管路系统的第一实施例的轴测视图，示出了位于管路的内表面上的三维凸脊；

图3为本发明的第二实施例的轴测视图，示出了位于电解槽的侧板内的螺旋管路；

图4为本发明的第三实施例的轴测视图，示出了位于电解槽的侧板内改进的螺旋管路；

图5为现有技术的管路的轴测视图；以及

图6（a）、图6（b）和图6（c）为庞加莱（Poincare）截面，分别呈现直管、如在现有技术中披露的蛇管（Siljan在WO2004/083489中披露并在图5中示出）、以及在本文中披露的不规则螺管（图4）的横向速度扩展图。

具体实施方式

应当理解的是，在本说明书中披露和限定的本发明可扩展至所提及的或者从文本部分和附图部分显而易见的的单个特征的两个或更多个的所有可替换组合。所有这些不同的组合构成本发明的各个可替换方面。

还应当进一步理解的是，尽管本发明的主要实施例是就直接应用于铝冶金工艺及其装备的方面来描述的，然而本发明类似地可应用于任何火法冶金工艺容器，其中被加热的工艺材料容纳在加衬有耐热部件的容器内，通过这些耐热部件使过量的热从工艺中废弃至环境。

在图1中示出的电解容器的横截面图中，容器的结构由钢制壳体（11）、耐热侧部衬里部件（12）、耐热绝热子阴极衬里部件（13）以及碳质阴极块体（14）组成。衬里部件（12）、（13）使用合适材料的多个块体、砖形件和/或预制板来形成，以阻隔火法冶金工艺在其中运作的热环境和化学环境。这些部件中的每一个均独立地安装，并且可通过陶瓷砂浆（mortar）、水泥或其他高温密封和/或粘结性化合物结合至其相邻的部件。

在电解槽中，侧部衬里和底部衬里由耐热材料制成，所述耐热材料包括但不限于碳质材料以及通常由铝、钛、镁、锆或硅的氧化物、氮化物、碳化物或硼化物或者这些材料或化合物的组合制成的陶瓷。这些耐热部件也可呈现为由基础的耐热材料制成的粘结或熔融复合材料的形式。对于铝的电解，供考虑的材料通常为结合有氮化硅的碳化硅。

紧贴耐热部件形成的冻结衬里（freeze lining）或凸缘（ledge）（15）为容器衬里的重要部分，因为其用于保护耐热材料免受包含在容器中的液体的苛刻化学环境。该冻结衬里在工艺电解液通过与耐热衬里部件的接触而被冷却至其液相线以下时形成；这些部件处于比工艺液体更低的温度下，因为它们位于当容器工作时热通过其离开该容器的导热路径上。

对火法冶金中的大多数耐热应用而言常见的是，这些耐热部件中的很多（诸如铝电解槽的侧部衬里）为矩形板的形式，其通常定位成靠近或接触包含在槽内的熔融材料。出于对通过电解容器的侧部的热能的回收以及对容器内的冻结衬里的控制的考虑，这些板遇到的高温表明它们将理想地适用于热交换器应用。因此，本发明力图在这些部件中设置管路，这些管路使这些板除了它们通常的包含作用外还能有效地用作热交换器和热控制装置。这些管路的如将在铝电解槽中使用的位置在图1中示出。

当操作这种类型的电解容器时，有利的是能够控制穿过耐热衬里部件的热，以控制冻结衬里的形成并且有助于回收来自工艺的废热。在本发明中，传热管（16）构建到特定的耐热衬里部件中，用于以受控的方式从该衬里中去除热，由此提供调节冻结衬里（15）的厚度的手段，并且在热传递至流经管道的流体的过程中能够在另一个位置以有用的形式（诸如电能）回收热。

就在电解容器的热流体内容物泄漏到衬里中的情况下以安全的方式操作该电解容器的方面而言，在管道中流动的液体在高温下不能与可能的任何环境要素快速发生反应，并且在快速受热时不能发生剧烈的（explosive）相变。空气、其稳定的组分（例如氮气）、或者某一范围内的惰性气体中的一种或气体混合物均适于作为传热介质，尽管如此，其他流体可能也具有这些特性。泵、风扇、鼓风机或本领域技术人员熟知的其他动力装置被用来驱使流体通过容器衬里中的管路。

该电解容器衬里及构建到衬里中的热交换器管路可被认为是运行系统，其中能量从容器的液体内容物进入系统中、通过该换热流体去除并且通过诸如风扇等的寄生能量流失至该系统。显然，由于热交换器管路中的低效率，穿过衬里的热的一部分可能会绕过该管道并且不能被捕集，这同样会影响系统的效率。就对容器冻结衬里的控制以及对换热器流体中的能量的最终回收的方面而言，系统的效率（包括热交换器装置的寄生损耗）对其成功运行是至关重要的。

在本发明中，其系统效率通过在传热流体内引入有利的二次流来提高；所述二次流通过提供具有传热管道形状的合适的三维几何形状而建立。三维管道的形状，在提供改进传热的余地的同时还通常增大管道内的流体摩擦，由此通过增加对风扇或泵的要求而增大了寄生能量损耗。在传热流体中提供有益的二次流的几何形状包括处于管路（具有各种横截面的管路或者改进的螺旋管）的内边界中的螺旋凸脊，如图2、图3和图4所示，然而这并不是排他性的。

众所周知的是，与周围环境处于不同温度下的流经管路的流体会使热从流体输送至周围环境或者从周围环境输送至流体，直到该流体处于与周围环境相同的温度下。在使这些管路成形为对流经它们的流体的方向性流赋予独特的三维特性时，管路内的热平流显著加强，这带来传热效率的提高。这种加强的传热产生于由管道的三维几何结构对流动流体带来的二次流。实际上，这种加强的传热效率转变成传热流体的温度变化的增大或转变成热交换器管路系统所需长度的减小。

在本发明的一个优选形式（在图2中示出）中披露了一种管道形状，其特点在于从管路（22）的壁的至少一部分上形成的螺旋突起（21）。这些突起用于在穿过管道的流体中引入螺旋二次流，由此改善对在管路中流动的流体的传热。这些凸脊的程度使得管路的相当一部分-通常大于5％、更优选地大于10％且通常小于50％、更优选地小于40％的主横截面的管路尺寸-由于它们的存在而被中断，由此对在穿过管路的流体的至少一部分引入旋转二次流。

本实施例的管路系统的凸脊（ridge）的横截面形状为规则的几何形状，通常由形成为管路壁的一部分的直线形或曲线形区段或它们的组合而形成。这些凸脊的形状和尺寸（特别是高度和长度）可有益地沿着管路的轴线改变，该形状的变化有益地有助于管路内的热平流。尽管在图2中示出的突起具有三角形的横截面，然而大量的多边形和/或曲线形形状中的任一种。

在本发明的该实施例中，管路的中心轴线布置成使得管路的整个周缘均包容在耐热材料板内。该轴线可为直线形区段、曲线形区段或直线形和/或曲线形线段的组合，其最有利地接触到穿过电解容器侧衬里的热。

在本发明的第二优选形式（在图3中示出）中披露了一种螺旋管路形状（31）。该螺旋管道形状在流体中赋予呈两个反向旋转的旋涡（vortice）形式的二次运动，这两个旋涡的旋转轴线沿着螺旋的轴线。这些迪恩（Dean）旋涡的旋转运动用来混合螺旋管道中的流体。

这些螺旋热交换器管路定位在用作电解槽内的侧部衬里部件的耐热材料板的内部。流经这些管路的流体（优选地为诸如空气）由于螺旋形几何形状的原因而新城特征性的二次流，这些二次流用于横向穿过管路横截面的流动流体同时与其沿着管路的轴线方向的运动混合，由此加强传热流体内的热平流。

螺旋管路的横截面形状可为圆形、多边形或者由直线形区段和曲线形区段组成的其他闭合形状，并且在管路通道内可包含多种突起形式（诸如鳍片、卷、或其他表面不规则形状）中的任一种，作为管路通道的内部结构的一部分。螺旋管路的横截面形状的尺寸或形式也可沿着其弯曲轴线的长度而变化，该形状上的变化也可有助于加强螺旋管路内的热平流。

在本发明的该实施例中，该螺旋所围绕的主中心轴线的位置构建成使得螺旋管路完全包含在耐热板内并且不与螺旋的相邻区段干涉。尽管最有可能的是，主中心轴线是直线形的并且在耐热板安装时竖直地位于耐热板内，然而该主中心轴线可为将最有利于接触穿过电解容器侧衬里的热的任何直线形或曲线形形状。

该螺旋的弯曲路径还用于使流体稳定地转变成湍流，由此减少经由管路的压降。尽管如在图3中所示的螺旋管路的横截面为圆形，然而该实施例可采用多种多边形和/或曲线形的横截面形状中的任一种。

在本发明的第三优选实施例中，图4公开了一种改进的螺旋管路（41），其中，管路的主方向上的曲率连续地位于两个相互正交的方向上。这种形状的特点是随着管路再次围绕共同的主中心轴线整体形成而具有处于两个不同方向上的曲率。在这种类型的弯曲管路中流动的流体由于主流动路径的曲率的原因而在性质上再次保持分层，但是由于曲率的轴线方向的改变而无法形成与螺旋流动路径相关联的特征性的迪恩旋涡。取而代之的是，流动的流体产生不规则运动，其特点是由作用在横向于主流动方向上的二次速度场而形成的随机旋涡（swirl）和折流（fold）。这些旋涡和折流用于在管路中将处于其路径中的流体彻底混合。尽管在图4中示出的管路的横截面为正方形，然而在限定改进的螺旋管路方面可采用多种多边形和/或曲线形的横截面形状中的任一种。图4的管路由布置成3-D布置的直线形区段和弯曲区段的组合而构成。所示弯曲区段为半圆和四分之一圆的转向部（turn），但本发明并非必然局限于90度和180度的弯曲区段。

在使用这种双弯曲的几何形状方面发现的优点首先在于，它能够将管路外周的更大的部分呈现至衬里面板的最热的一侧，由此使更多的表面积暴露至更高的温度。这种双弯曲还积极地中断与具有单个曲率的螺旋相关联的迪恩旋涡的规则的形成，并且取而代之形成大尺度的不规则二次流，该二次流与存在于更常规的分层流中的平流（即使该平流被辅以常见的二次流体系）相比对于更有效的热平流而言是更显著的。

尽管在图4中示出的该实施例的横截面的形状为正方形，然而也可在该实施例中采用其他规则的形状，诸如圆形、多边形或由直线形区段或曲线形区段组成的其他封闭形状。管路的横截面形状的尺寸或形式还可沿其弯曲轴线的长度而变化，该形状上的变化也可有助于加强管路中的热平流。

在本发明的优选形式中，穿过铺设于如在本申请中披露的电解槽的衬里中的三维管路系统将通过与衬里部件的接触而被加热，该热可被视为来自电解工艺的回收的废热。加热后的空气然而穿过能量回收模块，通过热电、热磁、有机朗肯（Rankine）循环、或对于能量回收工艺中的熟练技术人员已知的其他手段将包含在空气中能量转换为电。

发明的实体化

本发明公开了一种装置，该装置通过对管路的路径使用适当的三维几何形状以造成横向混合流来提高在管路中流动的流体的传热能力。这些混合流的发展实质可通过如在图6中所示的计算出的横向管路流速的庞加莱截面。在这些截面中示出的速度只是作用在主管路内并与主管路流动方向正交的横向分量。

在图6中示出的庞加莱截面分别呈现直管、如Siljan在WO2004/083489中披露并在图5中示出的蛇管、以及在本文中披露的不规则螺管（图4）的横向速度扩展图。在图6a中示出的直管流中，边界层之外的明显的流是很少或不存在的。在图6b中示出的用于蛇管的截面示出微弱横向流的扩展，由于粘滞力和管路中弯曲部性质相反的原因，横向流并未充分扩展。在图6c中示出的对方形改进螺线管做出的庞加莱截面呈现出强烈扩展的横向二次流，如在本发明中所披露的。

本发明的有效性可通过对流过呈现为电解槽侧壁区段的构造的材料的组件的热流数字地进行模拟来证实。对进入壁结构区段的热流以及流经在本发明中公开的管路的空气对该热流的捕集的数字模拟使用计算流体动力学的计算机编码FLUENT来进行。对于每个三维管路形状，将管路对流经该材料的热的捕集的效率与相同材料布置中的单个直圆管路的热捕集效率进行比较。

以下的表1呈现在本专利中所披露的三个实施例与二维管路的几何形状在热捕集效率和空气温度方面的比较。对于每一种情况，模制管路的主横截面尺寸采用大约30mm，并且通过管路的空气的质量流率为0.00175kg/sec。用于传递至沿着计算测试区段的350mm高度的管路内的空气的可用总的热输入为367.52W。

表1

管路形状比较

表1中的数据比较应当考虑到管路的横截面形状和暴露至受热表面最多的表面积。因此，在表1中，应当将前三个实施例（“直管”、如在图2中所示的“螺形表面特征”、以及如在图3中所示的“圆形螺旋”）彼此进行比较，并且应当将最后两个实施例（如在图5中所示的“方形蛇管”、以及如在图4中所示的“方形改进螺旋”）进行比较。对于每一种情况，导致加强的横向混合流的实施例表现出提高的热捕集效率。

应当理解的是，在本说明书中公开和限定的本发明可扩展至所提及的或者从文本和附图中显而易见的单个特征中的两个或更多个的所有可替换组合。所有这些不同的组合构成本发明的各个可替换的方面。

Claims (12)

1.一种火法冶金容器，用于通过对溶解于熔融盐浴中的含金属的材料进行电解还原来生产金属，所述槽包括

壳体，以及

位于所述壳体内部上的衬里，所述衬里包括

底部阴极衬里和侧壁衬里，所述底部阴极衬里和侧壁衬里中的至少一者包括定位在所述衬里内用于引导流体从中穿过的多个流体管路，穿过所述衬里内的所述管路的流体流具有三维方向性流，所述三维方向性流由插入到所述管路中的三维形状提供或者由包括通过布置成三维形状的弯曲区段而结合的多个直形区段的所述管路提供。

2.根据权利要求1所述的容器，其中，所述衬里中的所述管路的方向具有三维的变化。

3.根据权利要求2所述的容器，其中，所述衬里中的所述管路为螺旋形或其他三维弯曲的形状。

4.根据权利要求1所述的容器，其中，所述管路在二维平面中对准并且三维形状插入到这些二维管路中。

5.根据权利要求4所述的容器，其中，3-d形状的高度和长度沿着所述管路的长度而变化。

6.根据权利要求5所述的容器，其中，插入物为插入到通道中的螺旋插入物或者为从所述通道的边界突起的螺旋形状。

7.一种火法冶金容器，用于通过对含有金属的材料进行热还原或其他方式的还原来生产金属，所述槽包括

壳体，以及

位于所述壳体内部上的衬里，所述衬里包括

耐热衬里，包括定位在所述衬里内用于引导流体从中穿过的多个流体管路，穿过所述衬里内的所述管路的流体流具有三维方向性流，所述三维方向性流由插入到所述管路中的三维形状提供或者由包括通过布置成三维形状的弯曲区段而结合的直形区段的所述管路提供。

8.根据权利要求7所述的容器，其中，所述衬里中的所述管路的方向具有三维的变化。

9.根据权利要求8所述的容器，其中，所述衬里中的所述管路为螺旋形或其他三维弯曲的形状。

10.根据权利要求7所述的容器，其中，所述管路在二维平面中对准并且三维形状插入到这些二维管路中。

11.根据权利要求10所述的容器，其中，3-d形状的高度和长度沿着所述管路的长度而变化。

12.根据权利要求11所述的容器，其中，插入物为插入到通道中的螺旋插入物或者为从所述通道的边界突起的螺旋形状。

Images