微波加熱生產合金的生產線裝置的製作方法

2023-10-09 23:54:09

本實用新型屬於冶煉熱工設備技術領域，具體涉及一種微波加熱生產合金的生產線裝置。

背景技術：

在傳統工藝冶煉鎢系合金、鎳系合金、鉻系合金和錳系合金時，多採用的是高爐冶煉法和電爐冶煉法，冶煉過程中物料依靠對流和傳導供熱，容易造成礦粉和煤粉顆粒之間在強吸熱反應過程中供熱不均，使還原動力學條件變差。這些傳統加熱方法都是依靠由外向內的面傳熱方式對物料加熱，要求較高的溫度梯度，因而需要的環境溫度高，易發生物料顆粒之間粘結，不利於加熱進行碳熱還原的粉狀物料。另外，這些傳統工藝冶煉合金周期較長，產量受限制，汙染嚴重，耗能也高。

隧道窯是一種比較先進的、機械化、自動化程度高、能耗低的熱工設備，能夠連續性燒成。隧道窯一般是一條長的直線形隧道，其兩側及頂部有固定的牆壁及拱頂，底部鋪設的軌道上運行著窯車。燃燒設備設在隧道窯的中部兩側，構成了固定的高溫帶--燒成帶，燃燒產生的高溫煙氣在隧道窯前端煙囪或引風機的作用下，沿著隧道向窯頭方向流動，同時逐步地預熱進入窯內的製品，這一段構成了隧道窯的預熱帶。在隧道窯的窯尾鼓入冷風，冷卻推完料的窯車，鼓入的冷風流經高溫窯車而被加熱後，再抽出送入乾燥器作為乾燥生坯的熱源，這一段便構成了隧道窯的冷卻帶。物料裝載在窯車上，從隧道窯一端進入，窯車按照設定的燒成制度，經預熱帶、燒成帶、冷卻帶後，窯車從隧道窯的另一端出去；隧道窯可實現連續生產、產量大、生產燒成溫度高的產品；現有的隧道窯主要採用的燃料是煤氣和重油對物料進行熔煉的，對環境汙染較重，且耗能高，生產成本也較高。

技術實現要素：

本實用新型的目的是提供一種微波加熱生產合金的生產線裝置，將微波加熱和隧道窯結合在一起，以克服傳統工藝生產合金產量小、環境汙染較重，耗能高的問題。

本實用新型採用的技術方案為：

微波加熱生產合金的生產線裝置，包括軌道、乾燥爐、隧道窯和窯車；窯車位於軌道上，軌道包括第一軌道、第二軌道和第三軌道，第二軌道位於乾燥爐中，第三軌道位於隧道窯中；隧道窯依次分為預熱段、微波段、抑制段、推料段和冷卻段；預熱段處設置有多個第一燒嘴，多個第一燒嘴的嘴口對著預熱段內部；微波段上設置有微波發射端；抑制段處設置有多個第二燒嘴，多個第二燒嘴的嘴口對著抑制段內部；推料段的兩側設置有提升閘板；冷卻段內部通過第三管道與外界相通；冷卻段上設置有第一管道，整個隧道窯內部通過第一管道與乾燥爐相通連接；乾燥爐內部通過第四管道與預熱段相通連接。

上述第一管道上設置有餘熱風機；第四管道上設置有排煙風機。

其中，沿著預熱段、微波段和抑制段設置有第二管道；第二管道分別與預熱段內部、微波段內部和抑制段內部相通；第二管道上設置有助燃風機。

微波段兩側分別設置進冷風口和排熱風口，進冷風口和排熱風口相通；排熱風口通過第五管道與第一管道相通連接，進冷風口與第二管道相通連接；微波段內部通過進冷風口與第二管道相通。

上述微波段內部設置有多種保溫耐火材料，微波段窯壁的兩面側壁上由下而上縱向鋪設有高鋁磚和多晶莫來石纖維模塊，頂壁上橫向鋪設有矽酸鋁板；高鋁磚上由下而上縱向鋪設有粘土磚和鎂磚；兩面側壁的多晶莫來石纖維模塊之間橫向鋪設有矽酸鋁板，該矽酸鋁板將微波段內部空腔分隔成上空腔和下空腔；進冷風口、上空腔和排熱風口三者相通。

另外，預熱段內部設置有多個第一通風口，所有的第一通風口與第二管道相通連接，預熱段內部通過第一通風口與第二管道相通；抑制段內部設置有多個第二通風口，所有的第二通風口與第二管道相通連接，抑制段內部通過第二通風口與第二管道相通；第一燒嘴的嘴口位於第一通風口內，第二燒嘴的嘴口位於第二通風口內。

其中，沿著冷卻段設置有第三管道；冷卻段內部設置有多個第三通風口，所有的第三通風口與第三管道相通連接，冷卻段內部通過第三通風口與第三管道相通；第三管道上設置有冷卻風機。

上述第一軌道入口和第三軌道出口之間設置有第一託頂車機，第二軌道出口和第三軌道入口之間設置有第二託頂車機。

本實用新型的有益效果是：

1.在隧道窯燒結段的頂部設置有微波發射端，採用微波加熱對合金進行熔煉；微波加熱的特點為輻射式體加熱，使物料本身成為發熱體，這樣能夠使物料在加熱過程中受熱均勻，物料溫度內外保持一致，避免了傳統加熱方式中存在的冷中心問題；加熱過程中，物質的原子和分子發生高速振動，從而為還原反應建立更為有利的環境，有利於還原反應的發生，可以最大限度地發揮礦粉在高溫下的還原特性，不受傳熱傳質過程限制，進而降低能耗；微波是一種高頻電磁波，微波對處於微波場下的物料發生作用，組成物料的原子和分子在電場作用下被電離而極化，形成極化分子，物料內的極化分子隨著微波電磁場的交替變化，發生高頻振蕩，由於是利用微波加熱物料，環境汙染小。

2.採用隧道窯生產合金，能夠連續化生產，周期短，產量大，熱利用好。

附圖說明

圖1是本實用新型微波加熱生產合金生產線裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型隧道窯的結構示意圖；

圖3是圖2的A-A剖視圖；

圖4是圖2的B-B剖視圖；

圖5是圖2的C-C剖視圖；

圖6是圖2的D-D剖視圖；

圖7是圖2的E-E剖視圖；

圖8是圖2的F-F剖視圖；

圖9是圖2的G-G剖視圖。

圖中，1.第一軌道，2.第二軌道，3.第三軌道，4.窯車，5.乾燥爐，6.排潮風口，7.隧道窯，8.第一託頂車機，9.第二託頂車機，10.冷卻風機，11.餘熱風機，12.步進電機，13.助燃風機，14.排煙風機，15.預熱段，16.微波段，17.抑制段，18.推料段，19.冷卻段，20.第一管道，21.第二管道，22.第三管道，23.第一通風口，24.第二通風口，25.第三通風口，26.第一燒嘴，27.第二燒嘴，28.提升閘板，29.第四管道，30.微波發射端，31.排熱風口，32.進冷風口，33.測溫孔，34.看火孔，35.上空腔，36.下空腔，37.纖維棉，38.第一高鋁磚，39.第二高鋁磚，40.粘土磚，41.鎂磚，42.第三高鋁磚，43.碳磚，44.碳化矽板，45.矽酸鋁板，46.多晶莫來石纖維模塊，47.石墨磚，48.第五管道。

具體實施方式

如圖1所示，本實用新型提供一種微波加熱生產合金的生產線裝置，包括軌道、乾燥爐5、隧道窯7和窯車4；窯車4在軌道上行走，軌道包括第一軌道1、第二軌道2和第三軌道3，第二軌道2位於乾燥爐5中，第三軌道3位於隧道窯7中；第一軌道入口1和第三軌道3出口之間設置有第一託頂車機8，第二軌道2出口和第三軌道3入口之間設置有第二託頂車機9。另外，乾燥爐5上設置有排潮風口6，能夠排出乾燥爐5內的水蒸氣以及CO2等氣體。

如圖1和圖2所示，隧道窯7依次分為預熱段15、微波段16、抑制段17、推料段18和冷卻段19。沿著預熱段15、微波段16和抑制段17設置有第二管道21，第二管道21上設置有助燃風機13，第二管道21的作用是在預熱段15和抑制段17對物料進行加熱時，助燃風機13工作，向預熱段15和抑制段17內通入空氣，起到助燃作用。另外，冷卻段19上設置有第一管道20，整個隧道窯7內部通過第一管道20與乾燥爐5相通連接，第一管道20上設置有餘熱風機11；而乾燥爐5內部通過第四管道29與預熱段15相通連接，第四管道29上設置有排煙風機14；在生產過程中，隧道窯7內產生的煙氣通過第一管道20排向乾燥爐5，高溫煙氣對乾燥爐5中的物料進行乾燥，而乾燥爐5內的煙氣再通過第四管道29流向預熱段15，提高預熱段15內的溫度，整個過程形成煙氣流動循環，充分利用煙氣餘熱。

現對隧道窯7的預熱段15、微波段16、抑制段17、推料段18和冷卻段19具體結構介紹如下：

如圖3所示，預熱段：預熱段15處設置有多個第一燒嘴26，預熱段15內部設置有多個第一通風口23，所有的第一通風口23與第二管道21相通連接，預熱段15內部通過第一通風口23與第二管道21相通；第一燒嘴26的嘴口位於第一通風口23內，其嘴口對著預熱段15內部。當窯車4經過預熱段15並停留時，多個第一燒嘴26對窯車4上的物料進行加熱，加熱過程中，助燃風機13工作，外界空氣通過第二管道21和第一通風口23流向預熱段15內部，起到助燃作用。另外，預熱段15內部設置有多種保溫耐火材料，具體為：窯壁的兩面側壁和頂壁上都鋪設有纖維棉37；位於兩面側壁的纖維棉37上由下而上鋪設有第一高鋁磚38和第二高鋁磚39，第一高鋁磚38上由下而上鋪設有粘土磚40和鎂磚41，第二高鋁磚39上鋪設有第三高鋁磚42；第一通風口23周圍鋪設有碳磚43和第三高鋁磚42；其中，第三高鋁磚42的耐火溫度大於第二高鋁磚39的耐火溫度，第二高鋁磚39的耐火溫度大於第一高鋁磚38的耐火溫度；纖維棉37的作用是保溫隔熱，第一高鋁磚38、粘土磚40和鎂磚41除過保溫耐熱還有支撐的作用；碳磚43和第三高鋁磚42的耐高溫能力較強，所以鋪設在內置有第一燒嘴26的第一出風口23周圍；另外，位於頂壁的纖維棉37上還橫向鋪設有碳化矽板44，是因為在加熱物料時會產生很多煙霧顆粒，碳化矽板44能有效地防止煙霧顆粒進入纖維棉37。

如圖4和圖5所示，微波段：微波段16頂部設置有微波發射端30；微波段16內部設置有多種保溫耐火材料，具體為：窯壁的兩面側壁上由下而上縱向鋪設有第二高鋁磚39和多晶莫來石纖維模塊46，頂壁橫向設置有矽酸鋁板45；第二高鋁磚39上由下而上縱向鋪設有粘土磚40和鎂磚41；兩面側壁的多晶莫來石纖維模塊46之間橫向鋪設有矽酸鋁板45，該矽酸鋁板45將微波段16內部空腔分隔成上空腔35和下空腔36。這些耐火材料的主要都是起到保溫隔熱作用，且均為不吸波材料，其中第二高鋁磚39和粘土磚40還起到支撐多晶莫來石纖維模塊46和鎂磚41的作用；矽酸鋁板45為透波且不吸波材料。微波段16兩側分別設置進冷風口32和排熱風口31，進冷風口32、上空腔35和排熱風口31三者相通；排熱風口31通過第五管道48與第一管道20相通連接，進冷風口32與第二管道21相通連接。當窯車4經過微波段16並停留時，微波發射端30向微波段16內部發射微波，對窯車4上的物料進行微波加熱，物料加熱過程中會產生大量的高溫煙氣，煙氣透過下方的矽酸鋁板45進入上空腔35內；加熱過程中，助燃風機13工作，外界空氣通過第二管道21和進冷風口32流向上空腔35內，將高溫煙氣吹到排熱風口31內，煙氣再通過排熱風口31、第五管道48和第一管道20排向乾燥爐5。另外，微波段16上還設置有測溫孔33和看火孔34，在對物料的微波加熱過程中，可以通過測溫孔33對窯內的溫度進行實施監控，通過看火孔34可以觀察物料的熔煉狀態。

如圖6所示，抑制段：抑制段17處設置有多個第二燒嘴27，抑制段17內部設置有多個第二通風口24，所有的第二通風口24與第二管道21相通連接，抑制段17內部通過第二通風口24與第二管道21相通；第二燒嘴27的嘴口位於第二通風口24內，其嘴口對著抑制段17內部。當窯車4經過抑制段17並停留時，多個第二燒嘴27對窯車4上的物料進行加熱，加熱過程中，助燃風機13工作，外界空氣通過第二管道21和第二通風口24流向抑制段17內部，起到助燃作用。另外，抑制段17內部設置有多種保溫耐火材料，具體為：窯壁的兩面側壁和頂壁上都鋪設有纖維棉37；位於兩面側壁的37上由下而上鋪設有第一高鋁磚38和第二高鋁磚39，第一高鋁磚38上鋪設有粘土磚40，第二高鋁磚39上由下而上鋪設有鎂磚41和第三高鋁磚42；第二出風口24周圍鋪設有碳磚43和第三高鋁磚42；其中，第三高鋁磚42的耐火溫度大於第二高鋁磚39的耐火溫度，第二高鋁磚39的耐火溫度大於第一高鋁磚38的耐火溫度；纖維棉37的作用是保溫隔熱，第一高鋁磚38、粘土磚40和鎂磚41除過保溫耐熱還有支撐的作用；碳磚43和第三高鋁磚42的耐高溫能力較強，所以鋪設在內置有第二燒嘴27的第二出風口24周圍；另外，位於頂壁的纖維棉37上還橫向鋪設有碳化矽板44，是因為在加熱物料時會產生很多煙霧顆粒，碳化矽板44能有效地防止煙霧顆粒進入纖維棉37。

如圖7所示，推料段：推料段18的兩側的上部設置有提升閘板28；窯壁兩面側壁的下部鋪設有纖維棉37，頂壁也鋪設有纖維棉37，纖維棉37的作用是保溫隔熱；位於兩面側壁的纖維棉37上鋪設有第一高鋁磚38，第一高鋁磚38上由下而上鋪設有粘土磚40和鎂磚41；纖維棉37的上端、第一高鋁磚38的上端與鎂磚41上端平齊，這三者的上端鋪設有石墨磚47；提升閘板28的上部由多晶莫來石纖維模塊46來支撐，這是因為多晶莫來石纖維模塊46除過有保溫耐熱的作用而且能與提升閘板28的接觸部位軟接觸，密封隔熱性能好；多晶莫來石纖維模塊46的下端也鋪設有石墨磚47；上方的石墨磚47與下方的石墨磚47之間留有空間；提升閘板28的下端由纖維棉37、第一高鋁磚38、粘土磚40、鎂磚41和石墨磚47共同支撐。當窯車4停留在推料段18時，要進行推料，此時提升閘板28向上提打開，位於窯外的液壓系統通過推桿將物料推入水冷池內，出料的溫度非常高，推料過程中會有物料直接接觸到上方與下方的石墨磚47上，而石墨磚47能耐2000℃的高溫；另外，位於頂壁的纖維棉37上還橫向鋪設有碳化矽板44，在推料過程中會有大量的煙霧顆粒，碳化矽板44能有效地防止煙霧顆粒進入纖維棉37。

如圖8和圖9所示，冷卻段：沿著冷卻段19設置有第三管道22；冷卻段19內部設置有多個第三通風口25，所有的第三通風口25與第三管道22相通連接，冷卻段19內部通過第三通風口25與第三管道22相通；第三管道22上設置有冷卻風機10。當窯車4停留在冷卻段19時，冷卻風機10工作，通過第三管道22和第三通風口25向冷卻段19內通入外界空氣，對窯車4進行冷卻，冷卻過程中會產生煙氣。冷卻段19上設置有第一管道20，整個隧道窯7內部通過第一管道20與乾燥爐5相通連接，預熱段15、抑制段17和冷卻段19產生的煙氣都通過第一管道20排向乾燥爐5。冷卻段19內部同樣設置有多種保溫耐火材料，具體為：窯壁的兩面側壁和頂壁上都鋪設有纖維棉37，纖維棉37的作用是保溫隔熱；位於兩面側壁的纖維棉37上鋪設有第一高鋁磚38，第一高鋁磚38上由下而上鋪設有粘土磚40、鎂磚41和粘土磚40，第一高鋁磚38、粘土磚40和鎂磚41的作用是耐火保溫；位於頂壁的纖維棉37上鋪設有粘土磚40和多晶莫來石纖維模塊46，粘土磚40和多晶莫來石纖維模塊46的作用除過耐火保溫還用於支撐纖維棉37；其中，第三通風口25下部鋪設有粘土磚40，用於支撐第三通風口25。

隧道窯7內部的保溫耐火材料中，第三高鋁磚42的Al2O3含量≥98％，第二高鋁磚39的Al2O3含量≥65％，第一高鋁磚38的Al2O3含量≥55％，Al2O3含量越高，材料的耐火溫度越高，所以，第三高鋁磚42的耐火溫度大於第二高鋁磚39的耐火溫度，第二高鋁磚39的耐火溫度大於第一高鋁磚38的耐火溫度。

利用本實用新型微波加熱生產合金的生產線裝置進行合金生產的方法，包括以下步驟：

步驟1，

窯車4行至第一軌道1停止，向窯車4上裝載物料；

步驟2，

窯車4繼續前行至第二軌道2進入乾燥爐5內，乾燥爐5內的高溫煙氣對窯車4上的物料進行乾燥；

步驟3，

乾燥後，窯車4出乾燥爐5，將窯車4裝載在第二託頂車機9上，並由第二託頂車機9將窯車4運送至第三軌道3入口，第二託頂車機9將窯車4放置第三軌道3上；

步驟4，

裝載物料的窯車4沿著第三軌道3首先進入預熱段15並停留，第一燒嘴26內通有天然氣，通過第一燒嘴26向預熱段15內部的物料進行預熱；在預熱設定的時間結束後，窯車4前行，進入微波段16；

步驟5，

窯車4進入微波段16內並停留，微波段16頂部的微波發射端30向微波段16內部發射微波，對窯車4上的物料進行微波加熱；在微波加熱設定的時間結束後，窯車4前行，進入抑制段17；

步驟6，

窯車4進入抑制段17並停留，第二燒嘴27內通有天然氣，通過第二燒嘴27向抑制段17內部的物料進行加熱；在抑制加熱設定的時間結束後，窯車4前行，進入推料段18；

步驟7，

窯車4進入推料段18並停留，推料段18一側的提升閘板28打開，位於窯外的液壓系統通過推桿將物料推入冷卻水池中進行水冷，然後窯車4繼續前行進入冷卻段19；

步驟8，

窯車4進入冷卻段19內並停留，冷卻風機10工作，將外界空氣通過第三管道22和第三通風口25輸送到冷卻段19內部，對窯車4進行冷卻；

步驟9，

對窯車4冷卻完後，將窯車4裝載上第一託頂車機8，並由第一託頂車機8將窯車4運送至第一軌道1入口，第一託頂車機8將窯車4放置在第一軌道1上，進行下一個循環。

在上述生產過程中，當窯車4處於預熱段15時，第一燒嘴26對物料進行預熱產生的煙氣在隧道窯7中流動，並通過第一管道20排向乾燥爐5；當窯車4處於微波段16時，微波發射端30對物料進行微波加熱時產生的煙氣通過下方的矽酸鋁板45進入上空腔35內，助燃風機13工作，通過第二管道21和進冷風口32向上空腔35內吹入冷空氣將高溫煙氣吹到排熱風口31內，並通過第五管道48及第一管道20將高溫煙氣排向乾燥爐5內；當窯車4處於抑制段17時，第二燒嘴27對物料進行加熱產生的煙氣在隧道窯7中流動，並通過第一管道20排向乾燥爐5內；當窯車4處於冷卻段19時，冷卻風機10啟動，通過第三管道22及第三通風口25向冷卻段19內部通入冷氣對窯車4進行冷卻，產生的煙氣通過第一管道20排向乾燥爐5內；流向乾燥爐5內的煙氣對物料進行乾燥，排煙風機14工作，乾燥爐5內的煙氣再通過第四管道29排入預熱段15內，為預熱段15的窯內提高溫度；整個過程形成煙氣流動循環。

另外，窯車4經過預熱段15和抑制段17時，助燃風機13工作，通過第一管道21和第一通風口23向預熱段15內通入空氣對物料加熱進行助燃，通過第一管道21和第二通風口24向抑制段17內通入空氣對物料加熱進行助燃。

在第一軌道1上還設置有步進電機12，步進電機12由PLC控制，在軌道上有多輛窯車4行走，步進電機12上設置有傳感器，控制窯車4的行走速度，使得相鄰兩輛窯車4之間間隔一定的距離。

本實用新型提微波加熱生產合金的生產線裝置能夠生產鎢系合金、鎳系合金、鉻系合金和錳系合金。以錳系合金為例，利用碳粉和貧錳礦粉對微波吸收能力強的特點，採用微波能補償碳還原MnO2和FeO所需的熱量，進行碳熱還原反應，並回收還原尾氣對粉料預熱，提高微波能的利用效率。採用微波法加熱還原含碳貧錳礦粉，可以充分利用我國大量的貧錳礦粉資源，簡化錳合金工藝流程，實現全流程的自適應化。