CN101201219B - 一种连续热处理装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种连续热处理装置，旨在提供一种低能耗、车间资源利用率高、物料热处理温度均匀、最大程度降低污染、操作简单、满足物料在高温时隔绝空气的要求的连续热处理装置。它包含进料装置、下料管、加热装置和出料装置，进料装置、加热装置和出料装置分别位于下料管的上部、侧周和下部，进料管垂直或倾斜布置，加热装置可以对下料管及管内物料进行持续加热，进料装置可以连续对下料管进料，下料管满足物料在自身重力的作用下沿下料管下移，出料装置可以连续排出下料管中物料。本发明主要针对以粉体或小颗粒为主的物料的热处理的使用。

Description

一种连续热处理装置

技术领域

本发明涉及一种热处理装置，更具体地说，它涉及一种主要针对以粉体或小颗粒为主的物料的连续热处理装置。

背景技术

目前，对于以粉体或小颗粒为主的物料的热处理装置主要有两类，隧道窑和井式炉。上述两种热处理装置有其各自的优点但都存在相当多的明显不足。下面分别分析之：

隧道窑作为以粉体或小颗粒为主的物料的热处理装置，其优点是可连续化生产，也可以实现一定的规模产能。但其存在难以克服的多个缺点：1、车间面积及空间的利用效率低下。隧道窑占地一般在百平米以上，而且由于装置过重，出于对安装、维护及散热的考虑，隧道窑的上方空间几乎是无法利用，所以对车间资源的利用效率不高。2、一次性投资大。几十吨的自重耗用大量的钢材和耐火材料，复杂的自动控制***，大量的加热元件、测温仪和液压推进***价格不菲，这些导致隧道窑一次性直接投资从几十万元到数百万元不等。3、维护费用大。由于大多情况下隧道窑加热元件直接暴露在物料的挥发性气氛中，致使其使用寿命普遍不高；同时其移进班板和匣钵长期经受急冷急热，亦时有损坏，需及时更换；承载物料的匣钵码放在移进板上，在窑内移进过程中易发生倾覆，如不及时发现并处理得当则很容易造成拱板，而一旦发生拱板，就几乎必须开窑处理；以上种种导致隧道窑维护成本居高不下。4、能耗高。当被热处理物料以粉体或小颗粒为主时，物料是放在匣钵中，而匣钵又置于移进板上，三者一同经历升降温，而加热装置对匣钵和移进板的加热属于无效作功；隧道窑本身散热面较大，热损失严重；因此以隧道窑作为以粉体或小颗粒为主的物料的热处理装置能耗较高。5、对于热处理要求隔绝空气的物料，隧道窑对保护气体的要求较高。窑体庞大而漏气点多、大量采用炉砖等多孔材料而气密性差，以及进出窑置换室的设计，导致隧道窑往往需要较大的保护气体用量，且对保护气体的纯度要求高。6、操作麻烦，多污染。使用隧道窑对以粉体或小颗粒为主的物料进行热处理一般都需要将待处理物料装至匣钵中，并小心码放至移进板上，待热处理完毕后，再由匣钵中取出物料，其过程麻烦且多粉尘弥漫，从而增大了作业者劳动量和不利于作业者的健康。

井式炉作为以粉体或小颗粒为主的物料的热处理装置，其优点是装置相对简单；气密性好，能满足物料对隔绝空气的要求。但其缺点也同样是很明显的：1、间歇操作，不能连续生产，产能低。由于要等炉甄冷却至一定温度后，方可将炉甄提出加热炉；等物料冷却至一定温度后，方可将物料从炉甄中取出；前述原因导致生产间隔时间较长，以致影响产能，不利于大规模生产。2、热效率低。在每次生产过程中其加热装置对炉甄的加热同样属于无效加热，存在着能源的浪费。3、物料经受的最高温或在最高温度停留的时间不均。为使装置具备一定生产能力，井式炉必然要增大炉甄的内径尺寸，这样物料在径向上存在温度梯度，必然导致本标题所述情况的发生。4、操作麻烦，多污染。由于需要将物料从炉甄取出，而炉甄多为深井形式，其作业过程麻烦且多粉尘弥漫，从而也存在作业者劳动量大和不利于作业者健康的情况。

发明内容：

本发明要解决的技术问题在于提供一种主要针对以粉体或小颗粒为主的物料的低能耗、车间资源利用率高、操作简单、最大程度降低污染、物料热处理温度均匀、满足物料在高温时隔绝空气的要求的连续热处理装置。

为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：一种连续热处理装置，其特征在于，它包含进料装置、下料管、加热装置和出料装置，加热装置和出料装置分别位于下料管侧周和下部，下料管垂直布置，进料装置可对下料管进行连续进料，加热装置可以对下料管及管内物料进行持续加热，下料管满足物料在自身重力的作用下沿下料管下移，出料装置可以连续排出下料管底部物料；所述的下料管向下露出加热装置以外部分包含冷却装置；所述的冷却装置为风冷或水冷或前述两种冷却方式的组合。

所述的连续热处理装置可以包含一个料仓，料仓与进料装置相连，所述的进料装置可以为螺旋输送机也可以为***下料管一定深度的管子。

所述的下料管包含排气装置，排气装置可以包含尾气凝出物收集装置，也可以包含引风机。

所述的下料管包含抵消下料管热膨胀的可逆收缩装置或所述的下料管在轴向上采用只固定一端的安装方式，所述的可逆收缩装置可以为填料密封箱或金属波纹管或两者同时采用。

所述的下料管露出加热装置以外部分包含冷却装置，所述的冷却装置为风冷或水冷或前述两种冷却方式的组合。

所述的出料装置可以为螺旋输送机或锁风阀或螺旋输送机与锁风阀的串联，所述的螺旋输送机或锁风阀包含动力和调速装置，所述的螺旋输送机最好包含水冷夹套。

所述的下料管内部包含管芯；管芯为石墨材料或炭材料或金属材料或陶瓷材料或耐热砖材料，或前述五者任意两种或两种以上以任意顺序的串联。

所述的加热装置为对开式且温度可控。

所述的下料管包含若干向下料管中心方向***的电偶护管。

所述的下料管包含料位探测装置或料位控制装置。

所述的下料管为金属材料或耐热砖材料或陶瓷材料或石墨材料或炭材料，或前述五者任意两种或两种以上以任意顺序的串联。

本发明与已有技术的热处理装置相比具有如下优点：低能耗、车间资源利用率高、操作简单、最大程度降低污染、物料热处理温度均匀、能满足物料在高温时隔绝空气的要求。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的实施方式。

图1是本发明连续热处理装置的一个实施方式的剖视图(含局部的分解剖视图)

具体实施方法

图1示出了本发明连续热处理装置的一个实施方式。

结构简介：料仓1位于整套连续热处理装置的最上方，料仓1的下面有出口，出口包含出口法兰。上填料箱9为金属材质的圆柱形填料箱，项部包含一个封头，封头中心留有一个向上的开口及开口法兰，上填料箱9侧壁焊接了四个支座10，支座用螺栓紧固在四层平台上。进料管4主体为一个金属直圆管，上端为一个外展的环形平面与直管部分垂直。料仓1出口法兰与插板阀3、进料管4环形平面、上填料箱9封头上的开口法兰由上到下依次对夹在一起，进料管4的另一端***下料管13一定深度。下料管13为一个陶瓷直圆管，在其侧壁预制了两个向管中心方向***深度约为管内径三分之一的陶瓷电偶护管16，电偶护管16末端闭合。下料管13***上填料箱9内部，使下料管13上端面距离上填料箱9的顶端面还有一定空隙，空隙大小以下料管13在受热膨胀时不与上填料箱9的封头接触为合适。下料管13***上填料箱9部分与上填料箱9及上填料箱压盖11构成一个空间，里面充满填料6，填料6为耐热密封填料，上填料箱9法兰与上填料箱压盖11法兰用螺栓固紧后，对下料管13上部起到水平固定和填料密封作用。排气管5为一金属管(不局限为直管)，一端经上填料箱9的封头***下料管13一定深度(小于进料管4的***深度)，另一端连接尾气凝出物收集罐7，尾气凝出物收集罐7的排气管连接引风机8。为便于安装和维修，加热装置12为对开式圆桶(也可以是其它形状)状电阻炉，炉膛温度可通过插在炉膛的电偶和可控硅、程序控温仪表进行控制。加热装置12安装在三层平台上，位于上填料箱压盖11的下面，环抱与下料管13中部的侧周。在加热装置12的保温层留有四个电偶***通道14，其中两个电偶***通道恰好与下料管13侧壁上预制的两个电偶护管相对，两个电偶从加热装置外经两个电偶***通道14直插至两个电偶护管16，以测量该位置物料温度，另有两个电偶通过余下的电偶***通道14，测量加热装置12的炉膛温度，作为加热装置12的控温电偶(其中电偶***通道14、电偶护管16、测量料温的电偶及控温电偶数量可根据实际需要确定)。下填料箱19主体为金属材质的圆桶形填料箱，箱内部包含了一个支撑面，填料箱下部焊接了一段金属圆管，金属管的下端有开口法兰，填料箱外侧壁焊接了四个支座，四个支座10安装在二层平台上，下料管13的下端面安放在下填料箱19的支撑面上。下料管13的***下填料箱19部分、下填料箱19与下填料箱压盖18构成一个空间，里面充满填料，下填料箱19法兰与下填料箱压盖18法兰用螺栓固紧后，对下料管13下部起到垂直固定、水平固定和填料密封作用。冷却段下料管20主体为一金属直管，上下端包含开口法兰，侧面包含水冷夹套21。下填料箱19金属管开口法兰与冷却段下料管20的上法兰以螺栓连接。管芯支座23的结构为：一个环状的支撑座通过三根互成120°角的筋板焊接在一个法兰的中心位置(所述支撑座、筋板和法兰均为金属材质)。管芯支座23的作用是支撑整个管芯的重量和固定管芯的底部。(管芯在下文中会有详细论述)冷却段下料管20的下法兰、管芯支座23法兰、金属波纹管24上法兰由上到下依次对夹在一起。金属波纹管24下法兰与螺旋出料机25的进口法兰以螺栓连接。螺旋出料机25包含动力和调速装置，确切地说是包含电机减速机和变频器，螺旋出料机25侧壁包含水冷夹套21，水冷夹套21外侧部焊接了四个支座，支座安装在一层平台上，工作时水冷夹套21有冷却水22通过。螺旋出料机25出口与锁风阀26法兰对接。在冷却段下料管20、下填料箱19金属管部分和下料管13(进料管4***深度以下部分)的中心位置包含了一个管芯，它具体由两段石墨管芯15和一段陶瓷管芯17串联组成，其中陶瓷管芯17位于两段石墨管芯15的中间，它们主体部分均为等径(直径不大于下料管13管径的三分之一，否则由于下料管13的电偶护管16的原因将导致管芯无法安装)圆柱体，彼此之间依靠丝扣连接。下面的石墨管芯15底部加工成与管芯支座23环状的支撑座相对应的凸柱(即直径小于主体直径的一段圆柱)，凸柱的最前端加工成锥体(以便于安装)，它刚好安装在管芯支撑法兰23环状的支撑座上而不会产生晃动。上面的石墨管芯15上端也有锥体和凸柱，其结构与下面的石墨管芯15下端结构基本相同，只不过是方向相反，锥体设计是为了减小下料阻力，凸柱是为了方便安装管芯支撑架27。管芯支撑架27的结构为：中心是一个金属圆环，圆环直径以刚好能套在上面的石墨管芯15上端的凸柱上为合适，金属圆环外周有三个(不局限为三个，但不要低于三个)长度相等的筋板，相邻筋板所夹角度相等，筋板长度以管芯支撑架27处于下料管13中心位置时筋板最外端与下料管13保持2～3mm距离为合适。管芯支撑架27套在上面的石墨管芯15上端的凸柱上，其作用是防止整个管芯发生大的倾斜。中间的陶瓷管芯17顶端在加热装置12底端的水平面之下，陶瓷管芯17下端在冷却段下料管20顶端水平面之上。

工作过程及操作步骤描述：(待热处理物料可能是单一物质，也可能是多种物质的混合物，在热处理过程中物料的性质也可能发生改变，甚至产生化学变化而生成另一种物质或多种物质的混合物，这些物料概括表述为本文中出现的物料2)首先打开插板阀3，连续对料仓1投入物料2(始终保持料仓1中有物料2)，显而易见物料2会在重力作用下依次充满螺旋出料机25的进口、金属波纹管24、冷却段下料管20、下填料箱19、下料管13的进料管4***深度以下部分，当料位升至进料管4下端面时，料仓1中的物料2会因为进料管4出口被堵住而停止下移，下料管13内的料位会稳定在进料管4出口这个高度。然后将加热装置12炉膛升至一定温度(在不超过设备能力的前提下具体温值由工艺要求决定)。被加热物料如果有挥发份，可以开启引风机8，尾气凝出物会在尾气凝出物收集罐7被收集，不凝物由引风机8排出。此时，加热装置12会对下料管13和管内的物料进行加热。待所测料温(通过***电偶护管16的电偶测得)达到设定值(具体温值由工艺要求决定)时，依次开启各段水冷、锁风阀26和螺旋出料机25，使物料2以一定速率从螺旋出料机25的出料口经由锁风阀26排出(具体速率根据工艺要求以使物料能够在一定温度段内停留合适的时间为准)。物料2由料仓1经插板阀3、进料管4进入下料管13，在下料管13被加热装置12加热、维温，物料2下移至下填料箱19金属管部分时开始初步降温，继续下行至冷却段下料管20时由水冷夹套21得到进一步降温，再经金属波纹管24至螺旋出料机25，在螺旋推进作用下，物料充分混合并与此处的水冷夹套21充分接触，热量得以高效释放，最终由螺旋出料机25出口经锁风阀26安全排出，从而完成热处理全过程。

其间上面的石墨管芯15缩短了加热装置12与被加热物料2的最远传热距离，减少了物料2在径向上的温度梯度，同时石墨属于热的良导体，导热性能出色，使物料2的热处理温度更加均匀。下面的石墨管芯15缩短金属下料管20的水冷夹套21与被冷却物料2的最远传热距离，减少了物料2在径向上的温度梯度，同时石墨属于热的良导体，导热性能出色，使该处被冷却的物料2的温度更加均匀。中间陶瓷管芯17位置处在两段石墨管芯15的中间，同时也是处于加热与冷却的过渡阶段。由于陶瓷的导热性能较差，所以能大幅度的减少加热段与冷却段的有害热交换。各种材料在高温时几乎都有几何尺寸的变化，由于陶瓷材料的热膨胀系数较小，本实施方式中下料管13上端面与上填料箱9的顶端面留有一定的空隙便可以防止二者接触，避免由于热应力所造成的损伤；金属的热膨胀系数较高，本实施方式中设计了金属波纹管24来抵消由金属材质的冷却段下料管20产生的热膨胀而避免产生热应力。

需要指出的是，下料管13也可以选择其它材料如金属材料或耐火砖材料或石墨材料或炭材料。如果下料管13选用金属材料，可以通过设置金属软连接代替填料密封(9、19)连接来抵消下料管13所产生的热膨胀，解决由此带来的固定问题，余下环节基本与本实施例同，这里不赘述；下料管13选用耐火砖材料的应用情况基本与本实施例同；当下料管13选用石墨材料或炭材料时，需要对加热装置12的炉膛通以惰性保护气，同时对于其露出加热装置12的部分应采取隔绝空气措施，以防止石墨材料或炭材料的氧化。同样关于管芯可选材料包括石墨材料或炭材料或金属材料或陶瓷材料或耐火砖材料，或前述五者任意两种或两种以上以任意顺序的串联。螺旋出料机25的出料口加装锁风阀26是为了防止空气进入螺旋出料机25内部与未充分降温的物料2进行接触而发生氧化。如果空气对物料2不会产生不良影响时，则物料可由螺旋出料机25的出料口处直接排出。

从本实施方式中可以看出，该热处理装置在连续运行时，只对待热处理物料进行加热，与现有技术相比极大地降低了能耗；该热处理装置在安装上有效地利用了车间的立体空间；该热处理装置大幅度降低了加热体与物料的传热距离，从而提高了物料热处理温度的均匀性；该热处理装置连续进出料，操作极为方便，最大限度地避免粉体作业的空气污染；在不通保护气的前提下满足了待热处理物料在高温时隔绝空气的要求。本实施方式较适合在热处理全过程中都具有较好流动性的以粉体或小颗粒为主的物料的热处理。

Claims (17)

1.一种连续热处理装置，其特征在于，它包含进料装置、下料管、加热装置和出料装置，加热装置和出料装置分别位于下料管侧周和下部，下料管垂直布置，进料装置可对下料管进行连续进料，加热装置可以对下料管及管内物料进行持续加热，下料管满足物料在自身重力的作用下沿下料管下移，出料装置可以连续排出下料管底部物料；所述的下料管向下露出加热装置以外部分包含冷却装置；所述的冷却装置为风冷或水冷或前述两种冷却方式的组合。

2.根据权利要求1所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管内部包含等径管芯，管芯与下料管内管壁之间有通过物料的间隙；管芯为石墨材料或炭材料或金属材料或陶瓷材料或耐热砖材料，或前述五者任意两种或两种以上以任意顺序的串联。

3.根据权利要求2所述的连续热处理装置，其特征在于：所述的管芯由两段石墨段和中间的陶瓷段串联成，两段石墨段分别位于下料管的加热段和冷却段。

4.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，它包含一个料仓，料仓与进料装置相连。

5.根据权利要求4所述的连续热处理装置，其特征是，所述的进料装置为螺旋输送机或***下料管一定深度的管子。

6.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含排气装置。

7.根据权利要求6所述的连续热处理装置，其特征是，所述的排气装置包含尾气凝出物收集装置。

8.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含抵消下料管热膨胀的可逆收缩装置或所述的下料管在轴向上采用只固定一个水平面的安装方式。

9.根据权利要求8所述的连续热处理装置，其特征是，所述的可逆收缩装置为填料密封箱或金属波纹管或两者同时采用，所述填料密封箱包括上填料箱和下填料箱，所述下料管上端***上填料箱内部，且下料管上端面距离上填料箱封头有一定空隙以避免下料管在受热膨胀时与上填料箱的封头接触，下填料箱内部包含一个支撑面，下料管的下端面安装在下填料箱的支撑面上，上填料箱和下填料箱与下料管***部分的管壁之间有填料。

10.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的出料装置为螺旋输送机或锁风阀或两者按先后顺序的串联。

11.根据权利要求10所述的连续热处理装置，其特征是，所述的螺旋输送机或锁风阀包含动力和调速装置。

12.根据权利要求10所述的连续热处理装置，其特征是，所述的螺旋输送机包含水冷夹套。

13.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的加热装置为对开式且温度可控。

14.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含若干向下料管中心方向***的电偶护管。

15.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含搅拌装置。

16.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含料位探测装置或料位控制装置。

17.根据权利要求1至3中之一所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管为金属材料或耐热砖材料或陶瓷材料或石墨材料或炭材料，或前述五者任意两种或两种以上以任意顺序的串联。

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