專利名稱：微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法及其粉體材料微波燒結(jié)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種微波燒結(jié)工藝方法及微波燒結(jié)設(shè)備，尤其涉及一種利用微波煅燒金屬鹽制備金屬氧化物的方法及實(shí)施該方法的粉體材料微波燒結(jié)爐。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有氧化鈷的制備通常是利用管式電爐和回轉(zhuǎn)爐，將草酸鈷或碳酸鈷煅燒為鈷含量不同的氧化鈷，需要發(fā)熱體，熱損失大，且溫度梯度大，產(chǎn)品成分及粒度不均勻，煅燒氧化過程中需使用不銹鋼或陶瓷舟皿，使產(chǎn)品增鐵，舟皿的消耗也比較大，且粉塵飛揚(yáng)、操作勞動強(qiáng)度也大，產(chǎn)量取決于每爐裝爐量和燒結(jié)周期的長短。而微波燒結(jié)主要是利用微波能與材料的偶合，由材料的介電損耗和磁介損耗產(chǎn)生的內(nèi)耗轉(zhuǎn)變成熱能直接加熱材料至燒結(jié)溫度，被燒結(jié)材料本身就是發(fā)熱體，因而熱損失小，且因微波的穿透深度大，溫度梯度非常小，能夠快速地升溫和降溫，從而使整個燒結(jié)過程被大幅度縮短，不存在陰影效應(yīng)，能夠高性能的燒結(jié)產(chǎn)品，所以微波技術(shù)將逐漸得到更為廣泛的應(yīng)用。目前國內(nèi)外已出現(xiàn)有間歇式微波燒結(jié)方法及設(shè)備，中國專利03226766.5也提供了一種連續(xù)式微波燒結(jié)設(shè)備，包括進(jìn)料機(jī)構(gòu)、微波源、過渡波導(dǎo)、爐體、爐膛、出料結(jié)構(gòu)、保溫層、測溫儀，微波輔助吸收材料，其進(jìn)料系統(tǒng)、燒結(jié)爐體和出料系統(tǒng)呈上中下立式布置，可實(shí)現(xiàn)連續(xù)燒結(jié)，其鏈帶式或滾道式進(jìn)出料傳送機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制作成本高，并且必須使用舟皿，且舟皿易損耗，而手工裝卸物料，其操作勞動強(qiáng)度高又造成一定的粉塵飛揚(yáng)，不符合健康環(huán)保要求。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對上述方法的不足，提供一種利用微波煅燒金屬鈷鹽制備金屬氧化鈷的方法及實(shí)施該方法所用的粉體材料微波燒結(jié)爐，節(jié)能、高效，連續(xù)煅燒，工藝簡化，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，成本低，且不需要舟皿，勞動強(qiáng)度低，且健康環(huán)保。
本發(fā)明的微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法，依次包括以下步驟1)關(guān)閉粉體材料微波燒結(jié)爐的爐膛與其螺旋出料機(jī)構(gòu)間閥板，啟動其螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)，將約占爐膛容積的10％～15％的氧化鈷加入爐膛后停止螺旋進(jìn)料，將鈷鹽加入螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)的料倉中；2)啟動粉體材料微波燒結(jié)爐內(nèi)螺帶式攪拌器和微波源，加熱氧化鈷使溫度達(dá)到400℃～800℃；3)打開閥板，同時啟動粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)，按1.2～1.5kg/min的進(jìn)料速度定量向爐膛內(nèi)加入鈷鹽，進(jìn)料的同時由粉體材料微波燒結(jié)爐的進(jìn)氣孔以(12.5～15)m3/h的流量輸入壓縮空氣，控制微波源功率保持爐內(nèi)物料溫度在400℃～800℃之間，使鈷鹽充分煅燒為按質(zhì)量百分比計(jì)、鈷含量為71.0～73.8％的氧化鈷粉末，螺旋出料機(jī)構(gòu)以0.5～0.7kg/min的速度輸出氧化鈷粉末。
實(shí)施本發(fā)明所述微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法的粉體材料微波燒結(jié)爐，包括置于爐膛上部的進(jìn)料機(jī)構(gòu)、微波源、設(shè)置在保溫層中的過渡波導(dǎo)、爐體、爐膛、置于爐膛下部的出料結(jié)構(gòu)、保溫層、測溫儀，保溫層與爐膛之間填充有微波輔助吸收材料，其特征在于所述爐膛為上大下小的錐斗形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有螺帶式錐形攪拌器，與置于爐膛上部的保溫層外的傳動機(jī)構(gòu)相連。
進(jìn)料機(jī)構(gòu)為螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)；出料機(jī)構(gòu)為水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)，通過閥板與爐膛連接。
微波源和過渡波導(dǎo)沿爐膛四周布置，為一套微波源與多套過渡波導(dǎo)組合。
爐膛四周設(shè)置有至少一組進(jìn)氣口，上部設(shè)置有至少一組排氣口，所述進(jìn)氣口、排氣口上均設(shè)置有不銹鋼微孔過濾裝置。
爐膛上設(shè)置有紅外測溫儀的觀測口。
爐膛為陶瓷材質(zhì)，螺帶式錐形攪拌器為鋼結(jié)構(gòu)表面襯陶瓷材料或不銹鋼材質(zhì)。
本發(fā)明的微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法，以氧化鈷及隨后不斷加入的鈷鹽作為發(fā)熱體，充分利用微波能，熱效高，方法簡單實(shí)用，得到的產(chǎn)品晶粒結(jié)構(gòu)細(xì)微、密度高、性能穩(wěn)定。本方法采用粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)煅燒鈷鹽制備氧化鈷，無需舟皿，且初步加入的熱源——氧化鈷，除粒度略有長粗外，成分、組織無變化，同樣可作為產(chǎn)品輸出，或又作為下一次連續(xù)生產(chǎn)的熱源。
本發(fā)明的粉體材料微波燒結(jié)爐的錐斗形爐膛，內(nèi)設(shè)螺帶式錐形攪拌器，其中心螺旋和螺帶使物料由底部向上提升和或沿爐膛錐形筒壁盤旋提升、拋起，物料和溫度場均勻，加快了粉末材料的燒結(jié)。螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)，保證了進(jìn)料量、進(jìn)料速度的均勻性和連續(xù)性，以及工作時爐膛與外界的密封，在微波作用下實(shí)現(xiàn)了粉體材料的連續(xù)式微波燒結(jié)；一段時間后，部分的粉料靠自重沿中心螺旋四周向下流動，經(jīng)水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)強(qiáng)制冷卻，在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)入料倉成為產(chǎn)品。本微波燒結(jié)爐結(jié)構(gòu)簡單，制作成本低，進(jìn)料、燒結(jié)、出料連續(xù)進(jìn)行，不需要人工裝卸舟皿，生產(chǎn)效率高，且無粉塵飛揚(yáng)，健康環(huán)保。
一套微波源與多套穿越保溫層的過渡波導(dǎo)組合，沿?zé)Y(jié)爐膛四周布置，保溫層與燒結(jié)爐膛之間的空間填充與被燒結(jié)粉體材料微波吸收系數(shù)相近的微波輔助吸收材料，保證微波場強(qiáng)度的均勻性、連續(xù)性，最大限度地降低被燒結(jié)區(qū)域的溫度梯度，使微波能有效利用率最優(yōu)化，同時根據(jù)產(chǎn)量、溫度、速度要求也可合理布置多套微波源與過渡波導(dǎo)。
陶瓷材質(zhì)的燒結(jié)爐膛、鋼結(jié)構(gòu)表面襯陶瓷材料或不銹鋼材質(zhì)的螺帶式錐形攪拌器適于微波燒結(jié)且不污染物料。
燒結(jié)爐膛四周至少設(shè)置有一組進(jìn)氣口通入爐膛內(nèi)，輸入上部至少設(shè)置有一組排氣口，氣口上均設(shè)置有不銹鋼微孔過濾裝置這樣，既便于輸入、排除保護(hù)或反應(yīng)氣氛，防止了粉塵外揚(yáng)，又有效地頻蔽了微波泄漏。
在燒結(jié)爐膛上部設(shè)置有供紅外線測溫的觀測口，也可以在燒結(jié)爐膛四周穿過微波輔助吸收材料、保溫層設(shè)置供紅外線測溫的觀測口，這樣可以方便地監(jiān)測燒結(jié)溫度，對燒結(jié)溫度進(jìn)行調(diào)控。


圖1是實(shí)施本發(fā)明微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法的粉體材料微波燒結(jié)爐的主剖視圖；圖2是圖1的俯視圖。
1-進(jìn)料機(jī)構(gòu) 2-微波源 3-過渡波導(dǎo) 4-爐體 5-爐膛 6-出料機(jī)構(gòu)7、8-保溫層 9-測溫儀 10-微波輔助吸收材料 11-螺帶式錐形攪拌器12-傳動機(jī)構(gòu) 13-進(jìn)氣口 14-出氣口 15-觀測口 16-閥板1a-進(jìn)料機(jī)構(gòu)螺旋 6a-出料機(jī)構(gòu)螺旋 6b-出料機(jī)構(gòu)冷卻水套具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施本發(fā)明的粉體材料微波燒結(jié)爐，對本發(fā)明的微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法作進(jìn)一步的說明。
如圖1、2所示，本發(fā)明的粉體材料微波燒結(jié)爐，包括進(jìn)料機(jī)構(gòu)1、微波源2、過渡波導(dǎo)3、爐體4、爐膛5、出料機(jī)構(gòu)6、保溫層7、8、測溫儀9。爐膛5置于爐體4內(nèi)，保溫層8在爐體4、爐膛5之間并環(huán)繞爐膛5布置，保溫層8與爐膛5之間填充微波輔助吸收材料10。進(jìn)料機(jī)構(gòu)1、出料系統(tǒng)6均為螺旋機(jī)構(gòu)，1a、6a分別為進(jìn)、出料螺旋，且出料機(jī)構(gòu)6為外帶冷卻水套6b的水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)，進(jìn)料機(jī)構(gòu)1穿過爐膛5上部的保溫層7與爐膛5相連接，出料系統(tǒng)6穿過爐膛5下部的保溫層7、通過閥板16與爐膛5相連接，即進(jìn)料系統(tǒng)1、爐膛5和出料系統(tǒng)6呈上、中、下立式布置。爐膛5設(shè)計(jì)為上大下小的錐斗形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有螺帶式錐形攪拌器11，與置于爐膛5上部的保溫層7外的傳動機(jī)構(gòu)12相連；爐膛5為陶瓷材質(zhì)，螺帶式錐形攪拌器11為鋼結(jié)構(gòu)表面襯陶瓷材料或不銹鋼材質(zhì)。一套微波源2和六套過渡波導(dǎo)3組合，沿爐膛5四周布置，微波通過置于保溫層8的過渡波導(dǎo)3導(dǎo)入爐膛5中。微波源2、過渡波導(dǎo)3和微波輔助吸收材料10的設(shè)置使微波能有效利用率實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化。
螺帶式錐形攪拌器11的中心螺旋能將粉料由底部向上提升，螺帶則將部分粉料由下向上沿爐膛錐形筒壁盤旋提升，并切割爐膛5內(nèi)粉料，使之不結(jié)塊，由于上部螺帶的線速度比較大，在上部螺帶還將粉料拋起，這樣物料和溫度場更加均勻，加快了粉末材料的燒結(jié)。螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)，保證了進(jìn)料量、進(jìn)料速度的均勻性和連續(xù)性，以及工作時爐膛5與外界的密封，進(jìn)料機(jī)構(gòu)1與螺帶式錐形攪拌器11、水冷式出料機(jī)構(gòu)6聯(lián)動控制，在微波作用下實(shí)現(xiàn)了粉體材料的連續(xù)式微波燒結(jié)；一段時間后，部分的粉料靠自重沿中心螺旋四周向下流動，經(jīng)水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)6強(qiáng)制冷卻，在全封閉的狀態(tài)下進(jìn)入料倉成為產(chǎn)品。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡單，不需要人工裝卸舟皿，無粉塵飛揚(yáng)，健康環(huán)保，勞動強(qiáng)度低，生產(chǎn)效率高。
爐膛5四周設(shè)置有一組進(jìn)氣口12，通入爐膛5內(nèi)，導(dǎo)入保護(hù)或反應(yīng)氣氛，上部設(shè)置有一組排氣口13，進(jìn)、出氣口也可沿爐膛5四周設(shè)置多組；在進(jìn)氣口和排氣口上均設(shè)置不銹鋼微孔過濾裝置，防止粉塵外揚(yáng)，頻蔽微波泄漏。
爐膛5上部或四周設(shè)置有紅外測溫儀的觀測口14，便于監(jiān)測和調(diào)控?zé)Y(jié)溫度。
實(shí)施例1關(guān)閉連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的爐膛5與其螺旋出料機(jī)構(gòu)6間閥板16，啟動其螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1，將約占爐膛5容積的10％的氧化鈷加入爐膛5后停止螺旋進(jìn)料，將草酸鈷加入螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1的料倉中；啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐內(nèi)螺帶式攪拌器11和微波源2，加熱氧化鈷，通過設(shè)置于爐膛上部的紅外測溫儀，檢測氧化鈷溫度達(dá)到400℃后，打開閥板16，同時啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)1、6，按1.5kg/min的進(jìn)料速度向爐膛5內(nèi)加入草酸鈷，進(jìn)料的同時由連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的進(jìn)氣孔13以15m3/h的流量輸入壓縮空氣，控制微波源2功率保持爐內(nèi)物料溫度在420℃±20℃之間，使草酸鈷充分煅燒為氧化鈷粉末，經(jīng)水冷式螺旋出料6機(jī)構(gòu)以0.5kg/min的速度輸出，其鈷含量按質(zhì)量百分比計(jì)為71.4％，粒度fsss1.21。
實(shí)例2關(guān)閉連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的爐膛5與其螺旋出料機(jī)構(gòu)6間閥板16，啟動其螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1，將約占爐膛5容積的15％的氧化鈷加入爐膛5后停止螺旋進(jìn)料，將碳酸鈷加入螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1的料倉中；啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐內(nèi)螺帶式攪拌器11和微波源2，加熱氧化鈷，通過設(shè)置于爐膛上部的紅外測溫儀，檢測氧化鈷溫度達(dá)到600℃后，打開閥板16，同時啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)1、6，按1.2kg/min的進(jìn)料速度向爐膛5內(nèi)加入草酸鈷，進(jìn)料的同時由連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的進(jìn)氣孔13以12.5m3/h的流量輸入壓縮空氣，控制微波源2功率保持爐內(nèi)物料溫度在620℃±20℃之間，使碳酸鈷充分煅燒為氧化鈷粉末，粉末形貌近球型，經(jīng)水冷式螺旋出料6機(jī)構(gòu)以0.6kg/min的速度輸出，其鈷含量按質(zhì)量百分比計(jì)為72.6％，粒度fsss1.81。
實(shí)例3關(guān)閉連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的爐膛5與其螺旋出料機(jī)構(gòu)6間閥板16，啟動其螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1，將約占爐膛5容積的12.5％的氧化鈷加入爐膛5后停止螺旋進(jìn)料，將碳酸鈷加入螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)1的料倉中；啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐內(nèi)螺帶式攪拌器11和微波源2，加熱氧化鈷，通過設(shè)置于爐膛上部的紅外測溫儀，檢測氧化鈷溫度達(dá)到800℃后，打開閥板16，同時啟動連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)1、6，按1.5kg/min的進(jìn)料速度向爐膛5內(nèi)加入草酸鈷，進(jìn)料的同時由連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐的進(jìn)氣孔13以15m3/h的流量輸入壓縮空氣，控制微波源2功率保持爐內(nèi)物料溫度在620℃±20℃之間，使碳酸鈷充分煅燒為氧化鈷粉末，顆粒非常均勻，經(jīng)水冷式螺旋出料6機(jī)構(gòu)以0.7kg/min的速度輸出，其鈷含量按質(zhì)量百分比計(jì)為73.9％，粒度fsss1.93。
本發(fā)明的連續(xù)式粉體材料微波燒爐不僅適于微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷，也同樣適用于硬質(zhì)合金行業(yè)、電子行業(yè)、陶瓷行業(yè)等各種極性粉末顆粒材料的微波燒結(jié)。
權(quán)利要求
1.一種微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法，依次包括以下步驟1)關(guān)閉粉體材料微波燒結(jié)爐的爐膛(5)與其螺旋出料機(jī)構(gòu)(6)間閥板(16)，啟動其螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)(1)，將約占爐膛(5)容積的10％～15％的氧化鈷加入爐膛(5)后停止螺旋進(jìn)料，將鈷鹽加入螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)的料倉中；2)啟動粉體材料微波燒結(jié)爐內(nèi)螺帶式攪拌器(11)和微波源(2)，加熱氧化鈷使溫度達(dá)到400℃～800℃；3)打開閥板(16)，同時啟動粉體材料微波燒結(jié)爐的螺旋進(jìn)、出料機(jī)構(gòu)(1、6)，按1.2～1.5kg/min的進(jìn)料速度定量向爐膛(5)內(nèi)加入鈷鹽，進(jìn)料的同時由粉體材料微波燒結(jié)爐的進(jìn)氣孔(13)以(12.5～15)m3/h的流量輸入壓縮空氣，控制微波源(2)功率保持爐內(nèi)物料溫度在400℃～800℃之間，使鈷鹽充分煅燒為按質(zhì)量百分比計(jì)、鈷含量為71.0～73.8％的氧化鈷粉末，螺旋出料(6)機(jī)構(gòu)以0.5～0.7kg/min的速度輸出氧化鈷粉末。
2.一種實(shí)施權(quán)利要求1所述微波煅燒鈷鹽制備氧化鈷的方法的粉體材料微波燒結(jié)爐，包括置于爐膛(5)上部的進(jìn)料機(jī)構(gòu)(1)、微波源(2)、設(shè)置在保溫層(8)中的過渡波導(dǎo)(3)、爐體(4)、爐膛(5)、置于爐膛(5)下部的出料機(jī)構(gòu)(6)、保溫層(7、8)、測溫儀(9)，保溫層(8)與爐膛(5)之間填充有微波輔助吸收材料(10)，其特征在于所述爐膛(5)為上大下小的錐斗形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有螺帶式錐形攪拌器(11)，與置于爐膛(5)上部的保溫層(7)外的傳動機(jī)構(gòu)(12)相連。
3.一種如權(quán)利要求2所述的粉體材料微波燒結(jié)爐，其特征在于所述進(jìn)料機(jī)構(gòu)(1)為螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)；所述出料機(jī)構(gòu)(6)為水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)，通過閥板(16)與爐膛(5)連接。
4.一種如權(quán)利要求2所述的粉體材料微波燒結(jié)爐，其特征在于所述微波源(2)和過渡波導(dǎo)(3)沿爐膛(5)四周布置，為一套微波源(2)與多套過渡波導(dǎo)(3)組合。
5.一種如權(quán)利要求2所述的粉體材料微波燒結(jié)爐，其特征在于所述爐膛(5)四周設(shè)置有至少一組進(jìn)氣口(13)，上部設(shè)置有至少一組排氣口(14)，所述進(jìn)氣口、排氣口上均設(shè)置有不銹鋼微孔過濾裝置。
6.一種如權(quán)利要求2所述的粉體材料微波燒結(jié)爐，其特征在于所述爐膛(5)上設(shè)置有紅外測溫儀的觀測口(15)。
7.一種如權(quán)利要求2所述的粉體材料微波燒結(jié)爐，其特征在于所述爐膛(5)為陶瓷材質(zhì)，螺帶式錐形攪拌器(11)為鋼結(jié)構(gòu)表面襯陶瓷材料或不銹鋼材質(zhì)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種利用微波煅燒金屬鈷鹽制備金屬氧化鈷的方法，包括先向爐膛內(nèi)加入氧化鈷微波加熱到400～800℃，再定量向爐膛內(nèi)連續(xù)加入鈷鹽和空氣進(jìn)行煅燒，控制爐內(nèi)溫度400～800℃，使鈷鹽煅燒為含鈷量為71.0～73.8％的氧化鈷粉末；本發(fā)明還提供了一種實(shí)施上述方法所用的連續(xù)式粉體材料微波燒結(jié)爐，爐膛為上大下小的錐斗形結(jié)構(gòu)，其內(nèi)設(shè)置有螺帶式錐形攪拌器，與置于爐膛上部的保溫層外的傳動機(jī)構(gòu)相連，進(jìn)料機(jī)構(gòu)為螺旋進(jìn)料機(jī)構(gòu)，出料機(jī)構(gòu)為水冷式螺旋出料機(jī)構(gòu)，一套微波源與多套過渡波導(dǎo)圍繞爐膛四周布置；本發(fā)明節(jié)能、高效，連續(xù)式燒結(jié)，工藝簡化，設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單合理，成本低，且不需要舟皿，勞動強(qiáng)度低，且健康環(huán)保。
文檔編號F27B5/00GK1718790SQ20051003190
公開日2006年1月11日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者文百開, 孫照華, 肖文健 申請人:株洲硬質(zhì)合金集團(tuán)有限公司