一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐，包括：腔體、連接在所述腔體內(nèi)壁的磁控管、內(nèi)膽、發(fā)熱件、進料口、出料口，其特征在于：所述的腔體內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，所述的加熱裝置呈漏斗狀，所述的加熱裝置連接在所述的內(nèi)膽上并位于所述的腔體內(nèi)電磁波均場區(qū)，相鄰的兩層加熱裝置之間有間隔且呈正反相扣狀，上層加熱裝置的外徑小于下層加熱裝置的外徑。本發(fā)明低能耗，效率高，且低污染，沒有燃氣排放；另外，本設(shè)備內(nèi)部構(gòu)造簡單、熱交換效率高，設(shè)備體積小，占用空間小，使用方便。
【專利說明】一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種工業(yè)微波煅燒爐，具體地說是一種對碳酸鹽等不吸波及弱吸波的物料進行連續(xù)式煅燒的連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐。
【背景技術(shù)】
[0002]碳酸鹽、水泥熟料、高嶺土等礦物為不吸波或弱吸波性礦物，它們的熟化、分解過程均需經(jīng)高溫煅燒。目前，公知的煅燒分解、熟化工藝過程中現(xiàn)有使用爐窯有老式豎窯、新式豎窯、回轉(zhuǎn)窯以及帶旋風(fēng)預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯，也有尚未廣泛應(yīng)用的粉體懸浮煅燒爐。
[0003]老式豎窯早在19世紀20年代世界上就用來煅燒水泥，20世紀年40年代的皮江法煉鎂煅白云石就是用的老式豎窯。老式豎窯結(jié)構(gòu)簡單，按窯體可分為直筒窯和變徑窯，需直接燃煤，產(chǎn)生的黑煙對環(huán)境造成污染很大，而且損耗大，含大量過燒或欠燒料、料層阻力大，煅燒粒徑為60-150mm，相差較大，因大塊礦石從外表至內(nèi)核熱傳導(dǎo)需30分鐘以上的分解時間(詳見河北化工學(xué)院學(xué)報1988年第一期《菱鎂礦煅燒工藝條件初探》，因此物料在窯內(nèi)停留時間長，產(chǎn)量低。
[0004]新式豎窯在是在老式豎窯基礎(chǔ)上進行了改進，在燃料、布料方式、通風(fēng)和窯體結(jié)構(gòu)上加強了改進，出現(xiàn)了氣燒、均勻布料系統(tǒng)、風(fēng)分配裝置、雙體及套筒等窯型。這些技術(shù)改進很大程度上對老式豎窯存在的不足有所改善，但煅燒粒徑的因素在料層阻力和物料在窯內(nèi)停留時間上沒有根本的改進，能耗和效率問題也沒有得到根本結(jié)決。
[0005]1824年英國水泥工J阿斯普發(fā)明了間歇操作的土立窯；1883年德國狄茨世發(fā)明了連續(xù)操作的多層立窯；1885英國人蘭薩姆發(fā)明了回轉(zhuǎn)窯，在英、美取得專利后將它投入生產(chǎn)，很快獲得可觀的經(jīng)濟效益?；剞D(zhuǎn)窯的發(fā)明，使得水泥工業(yè)迅速發(fā)展，同時也促進了人們對回轉(zhuǎn)窯應(yīng)用的研究，很快回轉(zhuǎn)窯被廣泛應(yīng)用到許多工業(yè)領(lǐng)域.對比豎窯，回轉(zhuǎn)窯具備機械化程度高、生產(chǎn)能力大、設(shè)備維護保養(yǎng)簡單、碳酸鹽煅燒活性高等優(yōu)點，但是因為回轉(zhuǎn)窯內(nèi)物料位于回轉(zhuǎn)窯的下表面，而火焰噴槍噴出的火焰的高溫帶位于物料的上表面，所以很大一部分熱量被直接傳遞給了窯體內(nèi)的耐火磚，另外回轉(zhuǎn)窯的排煙溫度也很高，通常在6000C以上，導(dǎo)致其熱利用率不高。
[0006]新型節(jié)能型回轉(zhuǎn)窯由縮短了的回轉(zhuǎn)窯和安裝在窯尾的豎式預(yù)熱器構(gòu)成，其節(jié)能原理就是利用窯尾排出的高溫?zé)煔庠陬A(yù)熱器內(nèi)把物料預(yù)熱至分解前溫度，約600-900°C左右。隨著預(yù)熱器在不同領(lǐng)域發(fā)展又出現(xiàn)豎式預(yù)熱器，如對白云石及石灰石等大顆粒煅燒的；還有懸浮式預(yù)熱器，對水泥熟料等粉體煅燒。懸浮式預(yù)熱器分立筒式和旋風(fēng)式，現(xiàn)在立筒式預(yù)熱器已趨于淘汰。豎式預(yù)熱器是從上部將料在預(yù)熱體內(nèi)均勻預(yù)熱至900°C左右，再由液壓推桿將物料推回至回轉(zhuǎn)窯內(nèi)。水泥熟料煅燒時一般使用帶旋風(fēng)預(yù)熱器的回轉(zhuǎn)窯，利用尾氣排放時所攜帶的大量余熱，在旋風(fēng)筒中熱空氣與分散狀態(tài)下粉料顆?？焖龠M行熱交換，以起到烘干和預(yù)熱物料進行升高溫度，達到節(jié)能目的。這些預(yù)熱設(shè)備通常成本較大，附帶設(shè)施能耗高，技術(shù)參數(shù)要求嚴格，如旋風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)速和風(fēng)壓一旦達不到要求就會造成生料真接進入回轉(zhuǎn)窯而短路現(xiàn)象。[0007]粉體懸浮煅燒爐正是利用微小顆粒的比表面積大、熱交換效率高、從外表至內(nèi)核熱傳導(dǎo)快的優(yōu)勢，使?fàn)t腔在負壓作用下物料呈懸浮分散狀態(tài)，高溫高熱空氣高速流過物料表面而使其瞬間達到要求溫度，但碳酸鹽在分解時產(chǎn)生的大量二氧化碳氣體會造成腔體負壓變化無常而難以控制，同時后端的大量高溫氣固混合體的分離也消耗很多的能量。
[0008]總的來說，基本現(xiàn)有的煅燒設(shè)備都以煤、焦碳、煤氣、天燃氣、重油等高煙氣污染的燃料做為熱源，有高排放大氣污染和高能耗兩種不足，而且老式豎窯和新式豎窯因通風(fēng)要求入料粒徑通常在60_以上并要求一定的顆料級配，煅燒大顆徑礦石的同時也因通風(fēng)需要向窯體補充了大量的冷空氣而增加了熱損失；而細小顆粒及粉體會因堆積而無法燒透；回轉(zhuǎn)窯在處理粉體堆集時要加揚料裝置和末端加旋風(fēng)筒氣固分離裝置來收集揚塵，增加了大量能耗，并且造成設(shè)備成本大輻升高。
[0009]最近的是微波高溫加熱，其已經(jīng)在國內(nèi)外展開研究了幾十年。微波高溫加熱在熱效應(yīng)方面由磁滯損耗或介電損耗等原理使極性物質(zhì)從分子內(nèi)部瞬時產(chǎn)生高溫高熱，研究表明納米鎢粉在微波作用下短時間內(nèi)可產(chǎn)生2300°C以上高溫。由于微波高溫加熱同時又無燃料燃燒需氧氣及通風(fēng)要求的特性，微波能被看成僅次于核能的高效能源。
[0010]我國從88年把微波能的利用列入了 863計劃，并在微波燒結(jié)陶瓷，如氧化鋁質(zhì)陶瓷刀、微波陶瓷焊接、微波高溫金屬粉末冶金、高溫吸波涂層材料、微波黑洞等科技領(lǐng)域取得了一些成就。目前微波熱效應(yīng)的利用已在商業(yè)中得到一定的推廣，各式工業(yè)微波設(shè)備不斷推出，如微波殺青機、微波烘干機等等。在爐窯中以長沙隆泰的各式微波推板窯、隧道窯、馬弗爐等高溫設(shè)備最有名；同時還有昆明理工大學(xué)研發(fā)的微波回轉(zhuǎn)窯獲得成功。
[0011]但目前這些高溫微波設(shè)備的主方向是以微波直接加熱物料，以物料自身的吸波能力來進行熱轉(zhuǎn)換，而所述的碳酸鹽、高嶺土等物料為不吸波或弱吸波材料，在微波電磁場中只有微弱升溫，達不到煅燒目的。因此利用微波熱效應(yīng)高溫煅燒這類物料，需要吸波熱轉(zhuǎn)換材料做為加熱裝置，對物料通過熱傳遞、輻射等方式加熱，通常所用的有微波馬弗爐或微波隧道窯，其原理是利用吸波發(fā)熱材料做成匣缽體，物料放置在匣缽體加熱。但這種加熱方式的熱交換效率低，物料一旦有一定厚度其加熱時間就會成倍延長，再加上工業(yè)微波爐通常因腔體體積大，其駐波模式多且復(fù)雜，諧振腔內(nèi)電磁場強度分布較不均勻，匣缽體所放置的位置不同其加熱效果也不同，加熱不均勻狀況明顯。因此目前即使用利用微波加熱的方式，在高溫煅燒碳酸鹽、水泥熟料等不吸波及弱吸波材料小顆粒及粉體時，現(xiàn)有設(shè)備也無法實現(xiàn)。
[0012]在煅燒小顆粒及粉體物料時，現(xiàn)在爐窯有兩方面技術(shù)問題:1、熱交換效率高的付出成本高，能耗也高；2、熱交效率低的粉塵污染大，且工作效果不理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種成本低，能耗小，熱效率高，生產(chǎn)效率高，同時能減少空氣排放和粉塵污染，碳酸鹽分解產(chǎn)生的二氧化碳氣體無焦油及煙氣污染而可回收利用，能對碳酸鹽等尾礦粉末充分利用而變廢為寶的連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐。該煅燒爐能根據(jù)需要低能耗、快速、連續(xù)煅燒10mm-3mm顆料及20目以下粉體的不吸波及弱吸波碳酸鹽礦。
[0014]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐包括:腔體、連接在所述腔體內(nèi)壁的磁控管、內(nèi)膽、發(fā)熱件、進料口、出料口，腔體內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，加熱裝置呈漏斗狀，加熱裝置連接在所述的內(nèi)膽上并位于腔體內(nèi)電磁波均場區(qū)，相鄰的兩層加熱裝置之間有間隔且呈正反相扣狀，上層加熱裝置的外徑小于下層加熱裝置的外徑。
[0015]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本發(fā)明的一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐的腔體在其內(nèi)部自進料口至出料口依次劃分為預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶，預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶內(nèi)均設(shè)有至少I層加熱裝置。
[0016]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的預(yù)熱帶內(nèi)加熱裝置由黑碳化硅泡沫陶瓷材料制成，黑碳化硅泡沫陶瓷材料為兩層，黑碳化硅泡沫陶瓷材料之間設(shè)有儲熱體。
[0017]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的預(yù)熱帶內(nèi)的儲熱體為碳化硅陶瓷板。
[0018]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的加熱帶內(nèi)加熱裝置由β -碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料制成，加熱帶內(nèi)加熱裝置下表面設(shè)有儲熱體，儲熱體為碳化硅重結(jié)晶陶瓷板。
[0019]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的高溫分解帶內(nèi)加熱裝置由β -碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料制成，高溫分解帶內(nèi)加熱裝置上表面設(shè)有儲熱體，儲熱體為碳化娃重結(jié)晶陶瓷板。
[0020]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，加熱裝置由β -碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料與高純氧化鋁或電熔氧化鋯高溫吸波材料制成。
[0021]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的腔體內(nèi)設(shè)置有與加熱帶內(nèi)加熱裝置相配合的刮料板，刮料板固定連接在橫向連桿上，橫向連桿通過傳動軸連接在調(diào)速電機上。
[0022]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶內(nèi)相鄰兩層加熱裝置之間的間隔距離為5 - 10cm。
[0023]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的進料口、出料口和傳動軸出口處設(shè)有抗流槽。
[0024]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的腔體及內(nèi)膽上設(shè)有測溫裝置，測溫裝置為紅外測溫裝置或熱電耦測溫裝置。
[0025]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的高溫分解帶內(nèi)加熱裝置與水平面的夾角小于等于10°。
[0026]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的內(nèi)膽的形狀與腔體的形狀吻合，內(nèi)膽的厚度不低于5cm，內(nèi)膽與腔體之間的距離不小于5cm。
[0027]作為對本技術(shù)方案的進一步改進，本技術(shù)方案的煅燒爐的進料口為管狀，進料口與腔體之間設(shè)置有吸熱層，吸熱層由黑碳化硅泡沫陶瓷構(gòu)成。煅燒后廢氣排出的過程中吸熱層由黑碳化硅泡沫陶瓷吸收了約1/3的熱輻射和大部分粉塵，起到了節(jié)能和降低粉塵逸出的作用。
[0028]通常工業(yè)微波爐的腔體即諧振腔尺寸較大于家用微波爐，一般在500-20000立升，有的甚至更大，任何一個諧振腔內(nèi)，在過模狀態(tài)下，其中可能存在的諧振模式數(shù)目是與該腔體的體積成正比的，換句話說，體積越大，其中可能存在的模式數(shù)目就越多，而腔內(nèi)的微波電場的分布均勻性又與模式數(shù)目成比例，這就是為什么人們總是希望去設(shè)計一個腔體體積較大的爐腔去改善爐腔內(nèi)電場的均勻性，但考慮功率密度及品質(zhì)因數(shù)Q值要求。
[0029]本發(fā)明的腔體尺寸特別是橫截面尺寸的選擇主要是考慮物料的體積大小及形狀要求，長度方向的選擇則應(yīng)考慮到微波功率及加工的產(chǎn)量要求，腔體應(yīng)盡量做的緊湊，模式數(shù)目盡可能多即可。較適宜的空載Q值不大于10000，當(dāng)放置吸波發(fā)熱件作為填充介質(zhì)后，根據(jù)以下包含介質(zhì)情況下空載Q值公式:
【權(quán)利要求】
1.一種連續(xù)式礦物小顆料、粉體高溫工業(yè)微波煅燒爐，包括:腔體、連接在所述腔體內(nèi)壁的磁控管、內(nèi)膽、發(fā)熱件、進料口、出料口，其特征在于:所述的腔體內(nèi)部設(shè)有加熱裝置，所述的加熱裝置呈漏斗狀，所述的加熱裝置連接在所述的內(nèi)膽上并位于所述的腔體內(nèi)電磁波均場區(qū)，相鄰的兩層加熱裝置之間有間隔且呈正反相扣狀，上層加熱裝置的外徑小于下層加熱裝置的外徑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煅燒爐，其特征在于:所述的腔體在其內(nèi)部自進料口至出料口依次劃分為預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶，所述的預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶內(nèi)均設(shè)有至少I層加熱裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的煅燒爐，其特征在于:所述的預(yù)熱帶內(nèi)加熱裝置由黑碳化硅泡沫陶瓷材料制成，所述的黑碳化硅泡沫陶瓷材料為兩層，所述的黑碳化硅泡沫陶瓷材料之間設(shè)有儲熱體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的煅燒爐，其特征在于所述的儲熱體為碳化硅陶瓷板。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的煅燒爐，其特征在于:所述的加熱帶內(nèi)加熱裝置由β-碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料制成，所述的加熱帶內(nèi)加熱裝置下表面設(shè)有儲熱體，所述的儲熱體為碳化硅重結(jié)晶陶瓷板。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的煅燒爐，其特征在于:所述的高溫分解帶內(nèi)加熱裝置由β -碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料制成，所述的高溫分解帶內(nèi)加熱裝置上表面設(shè)有儲熱體，所述的儲熱體為碳化硅重結(jié)晶陶瓷板。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的煅燒爐，其特征在于:所述加熱裝置由β-碳化硅基質(zhì)泡沫陶瓷材料與高純氧化鋁或電熔氧化鋯高溫吸波材料制成。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的煅燒爐，其特征在于:所述的腔體內(nèi)設(shè)置有與所述的加熱帶內(nèi)加熱裝置相配合的刮料板，所述的刮料板固定連接在橫向連桿上，所述的橫向連桿通過傳動軸連接在調(diào)速電機上。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的煅燒爐，其特征在于:所述的預(yù)熱帶、加熱帶、高溫分解帶內(nèi)相鄰兩層加熱裝置之間的間隔距離為5 - 10cm。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的煅燒爐，其特征在于:所述的進料口、出料口和所述的傳動軸出口處設(shè)有抗流槽。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的煅燒爐，其特征在于:所述的腔體及所述的內(nèi)膽上設(shè)有測溫裝置，所述的測溫裝置為紅外測溫裝置或熱電耦測溫裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的煅燒爐，其特征在于:所述的高溫分解帶內(nèi)加熱裝置與水平面的夾角小于等于10°。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的煅燒爐，其特征在于:所述的內(nèi)膽的形狀與所述的腔體的形狀吻合，所述的內(nèi)膽的厚度不低于5cm，所述的內(nèi)膽與所述的腔體之間的距離不小于5cm。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的煅燒爐，其特征在于:所述的進料口為管狀，所述的進料口與所述的腔體之間設(shè)置有吸熱層。
【文檔編號】F27B1/09GK103822464SQ201210464481
【公開日】2014年5月28日 申請日期:2012年11月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月19日
【發(fā)明者】黃旭鵬 申請人:黃旭鵬