CN105890346B - 逆流换热二氧化锰还原转窑 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种逆流换热二氧化锰还原转窑，属于冶金工程领域。逆流换热二氧化锰还原转窑是将立式多管二氧化锰还原焙烧炉中所经过的原料加热、还原放热反应、产品水冷却三个过程在竖管中顺序而下的流程，改为原料加热过程在套管中被螺旋叶片推进逆坡而上与还原放热反应、产品冷却过程在管内转动顺坡而下进行逆流换热的流程。使原料的升温过程与产品的降温过程在同一设备中逆向进行，实现热量交换，从而降低了加热燃料及冷却水的消耗。本发明将一个大量消耗能源，污染环境，消耗冷却水的生产设备变为一个极少消耗能源，极少污染环境，少消耗冷却水的生产设备，是对二氧化锰还原焙烧炉的创新。
Description
技术领域
本发明涉及一种工业窑炉，属于冶金工程领域。具体是用于锰矿砂焙烧的设备----逆流换热二氧化锰还原转窑。
背景技术
在锰冶金领域为了制取电解锰需要将锰矿石中的MnO2焙烧还原成MnO，含MnO2的锰矿砂与无烟煤粉混合加热到800℃开始进行还原反应，还原反应是放热反应，生成含MnO的产品，将产品隔绝空气冷却到60℃则完成还原过程。其中的化学反应如下：
2MnO2+C＝2MnO+CO2↑+174.6kJ
二氧化锰焙烧设备的现有技术有马弗炉、转炉、沸腾炉和多管竖炉等多种炉窑，共同特点是大量消耗能源，污染环境，需要开发一种新设备替代现有设备。其中只有立式多管二氧化锰还原焙烧炉比其他炉窑有较大的优势获得推广。然而立式多管二氧化锰还原焙烧炉仍存在耗能高，冷却效果差的弊端。
参考文件1：由宗平、游先军、彭顺连、李力.二氧化锰还原焙烧炉的研究与应用.中国锰业，2009，27(2)：24-26.
参考文件2：曾湘波.中国电解金属锰的技术进步与发展方向.中国金属网：6多管式竖炉还原法.
参考文件3：曾湘波.《二氧化锰还原技术》.道客巴巴.会议论文.
参考文件4：立式多管二氧化锰还原焙烧炉.专利号：202810073937.
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，将立式多管二氧化锰还原焙烧炉中经过的原料加热、还原放热反应、产品水冷却三个过程在竖管中顺序而下的流程，改为原料加热过程在套管中被螺旋叶片推进逆坡而上与还原放热反应、产品冷却过程在内管转动中顺坡而下进行逆流换热的流程。原料的升温过程与产品的降温过程在同一设备中逆向进行，实现热量交换，从而降低了加热燃料和冷却水的消耗。
为了实现上述目的，本发明提供的技术方案是逆流换热二氧化锰还原转窑，其发明内容在于：
1.本发明的设备由转窑2和浮动套筒3组成，浮动套筒3套在转窑2外面；逆流换热二氧化锰还原转窑的出料口5与其左下方的水冷却器1密封相接，转筒15轴线右方的法兰口23与燃烧器4相接。冷原料二氧化锰自料斗39进入变频调速的叶轮给料机38，经进料口27进入浮动套筒与转窑之间，在螺旋叶片16的推动下逆坡而上与转筒15内在转动作用下顺坡而下的热产品二氧化锰进行充分的换热；当原料二氧化锰被预热到800℃时，开始进行还原反应并到达折返口17进入转筒15内；还原反应是放热反应，在转筒15内边进行还原反应边顺坡而下，结束还原反应后继续降温顺坡而下，直到转窑2的出料口5，温度降到250℃左右完成降温放热的过程。进而经过水冷却器1隔绝空气冷却到60℃形成产品。由于一方面冷原料在螺旋叶片的搅动下充分与转筒15外壁接触被加热；另一方面热原料在转筒15内翻转的作用下充分反应放热，热产品料与转筒15内壁充分接触传导放热，在非常完美的状态下完成还原反应和冷却降温过程，只要反应热大于原料升温热与产品在窑内的降温热相减之差值，设备一旦启动就会连续不断地进行。本发明配套燃烧器4和有挡板7的排烟口8，是用于设备启动期对冷原料进行加热和在运行期出现异常中断时补热恢复运行的，设备正常运行期则停止燃烧器的燃烧，关闭排烟口的挡板。本发明将一个大量消耗能源，污染环境，消耗冷却水的生产设备变为一个极少消耗能源，极少污染环境，少消耗冷却水的生产设备，是对二氧化锰焙烧炉的创新。
2.逆流换热二氧化锰还原转窑的发明内容还有：转窑2的转筒15中部外表面安装了螺旋叶片16和折返口17，与浮动套筒3组成了螺旋推进器，推动原料逆坡而上；
3.逆流换热二氧化锰还原转窑的发明内容还有：转窑2的转筒15与左大罩的左密封环9之间动密封，与右大罩的耐高温密封环20之间动密封；浮动套筒3的左侧设左密封环25，右侧设右密封环31。四个密封环将转窑的转筒15与浮动套筒3的外筒28形成夹套空间和转筒15及左大罩6、右大罩22的膛体空间形成统一的封闭空间，原料加热过程与还原放热反应、产品冷却过程全部在这个封闭空间内进行。还原反应产生的少量CO2气体在空间内形成微正压可以防止空气漏入空间内，少量CO2经各间隙排放大气，大大地降低了锰焙烧对环境的污染。
4.逆流换热二氧化锰还原转窑的发明内容还有：耐高温密封环20是截面为L形的圆环，环的内径略大于转筒15的外径，L形圆环的横环内表面设有若干环状沟槽，槽内装耐热填料带26，耐热填料带26由耐热钢丝卷成的钢丝软管，内部填满硅酸铝纤维绳组成。耐高温密封环20是一个整体耐热钢环，套在转筒15的右端；右密封环31由两个半圆环组成，两个半圆环用螺栓35、弹簧垫36、螺母37固定成整圆，右密封环31为耐热钢环。为了防止由于旋转的转筒15热变形引起的与静部件之间的刮蹭，高温旋转转筒15与静部件之间需要较大的间隙。耐高温密封环20和耐热钢的右密封环31解决了高温旋转的转筒15与静部件右大罩和浮动套筒3之间的较大间隙的密封问题。
5.逆流换热二氧化锰还原转窑的发明内容还有：在浮动套筒3的右部设弧形电加热板53和热电偶52，弧形电加热板53的作用是将已经预热的原料的一部分用电加热迅速升温到启始还原反应温度800℃，起到引燃和补热的作用，热电偶52则监测该部分原料的温度。
6.逆流换热二氧化锰还原转窑的发明内容还有：弹性支座30托起浮动套筒3，使浮动套筒3浮动于转窑2的轴线上，减轻对转窑2产生的制动作用力。
本发明的逆流换热二氧化锰还原转窑的结构与立式多管二氧化锰还原焙烧炉有着本质上的不同，本设备内的热力过程十分理想化，为化学过程的连续进行提供了十分良好的温度条件和搅拌条件，有利于化学过程的充分进行。逆流换热二氧化锰还原转窑比现有技术有如下收益：
1.原料加热过程与还原放热反应、产品冷却过程全部在这个封闭空间内进行。还原反应产生的少量CO2气体在封闭空间内形成微正压可以防止空气漏入，只有少量化学反应生成的CO2经各间隙排放大气，大大地降低了二氧化锰焙烧对环境的污染；
2.一方面冷原料在螺旋叶片的搅动下充分与转窑外壁接触被加热，并且被搅拌得十分均匀；另一方面热原料在转窑翻转的作用下充分反应放热，热产品与转窑内壁充分接触放热，在非常完美的状态下完成还原反应和冷却降温过程，可以降低在原料中掺入过量无烟煤粉的比例，原料MnO2的转化率将达到98％以上，降低了生产成本并且提高了产品的成品率。
3.逆流换热二氧化锰还原转窑将立式多管二氧化锰还原焙烧炉中所经过的原料加热、还原放热反应、产品水冷却三个过程的顺序流程，改为原料加热过程在套管中被螺旋叶片推进逆坡而上与还原放热反应、产品冷却过程在管内转动顺坡而下进行逆流换热的流程。使原料的升温过程与产品的降温过程在同一设备中逆向进行，实现热量交换，从而降低了加热燃料和冷却水的消耗。本发明将一个大量消耗能源，污染环境，消耗冷却水的生产设备变为一个极少消耗能源，极少污染环境，少消耗冷却水的生产设备，大大地降低了二氧化锰焙烧的生产成本。
4.为了防止由于旋转转筒热变形而引起的与静部件之间的刮蹭，高温旋转转筒与静部件之间需要较大的间隙，本发明中采取了耐高温密封环和弹性支座两项技术，解决了高温旋转的转筒与静部件之间的密封问题。本发明不但解决了本逆流换热二氧化锰还原转窑的高温动密封问题，也为同类设备提供了高温动密封元件。
附图说明
图1 逆流换热二氧化锰焙烧装置立面图；
图2 本发明的转窑2纵剖面图；
图3 本发明的浮动套筒3纵剖面图；
图4 B向
图5 A局部放大
图6 C局部放大
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细描述。
实施例描述：参见附图1，逆流换热二氧化锰还原转窑由转窑2和浮动套筒3组成，转窑2的转筒15外表面装有螺旋叶片16和折返口17；浮动套筒3套在转窑2外面，设置在两个弹性支座30上；转窑2的出料口5与其左下方的水冷却器1密封相接，水冷却器1下方的出料口40与变频调速的叶轮泄料机41密封相接；转窑2轴线右方的法兰口23与燃烧器4相接；浮动套筒3的进料口27接变频调速的叶轮给料机38，其上方接料斗39；水冷却器1、燃烧器4、变频调速的叶轮给料机38和变频调速的叶轮泄料机41均为定型产品。
参见附图2，转窑由左大罩6、转筒15、左轮带10、大齿圈11、螺旋叶片16、折返口17、右轮带19、右大罩22组成；左大罩是一个左端封闭，右端开口的圆筒，下方设出料口5，上方设带挡板7的排烟口8，排烟口8是一个法兰短管；圆筒右端设密封环9，密封环9为碳钢环，套在转筒15的左端；左大罩6坐在支座50上；右大罩22是一个内表面套耐热混凝土层21的圆筒，右端设法兰口23，左端设耐高温密封环20，耐高温密封环20是截面为L形的圆环，环的内径略大于转筒15的外径，L形圆环的横环内表面设有若干环状沟槽，槽内装耐热填料带26，耐热填料带26由耐热钢丝卷成的钢丝软管，内部填满硅酸铝纤维绳组成；耐高温密封环20是一个整体耐热钢环，套在转筒15的右端；右大罩22坐在支座49上；转筒15是一个圆筒，左半部为碳钢，右半部为耐热钢，转筒15左边装左轮带10，左轮带是一个外面光滑的碳钢环，套在转筒上，左轮带10的右侧是大齿圈11，大齿圈是外齿圈钢环，套在转筒15上；转筒15中部外表面设螺旋叶片16，螺旋叶片16的外径略小于浮动套筒3的外筒28的内径；螺旋叶片16的右侧设折返口17，折返口17是围绕转筒15周围的若干个长方口；折返口17的右边设右轮带19，右轮带是一个外表面光滑的耐热钢环，套在转筒上；左托轮13和右托轮18托起转筒15，转筒15的轴线与水平线有适当的夹角，左右托轮为定型产品；变频调速器的传动机构14安装在大齿圈11的侧下方，挡轮12安装在左轮带10的左侧，变频调速的传动机构14和挡轮12也有定型产品供货。
参见附图3与附图5、附图6，浮动套筒由左密封环25、进料口27、外筒28、保温层29、弹性支座30、弧形电加热板53、热电偶管座51、右密封环31组成；左密封环25和右密封环31是截面为L形的圆环，环的内径略大于转筒15的外径，L形圆环的横环内表面设有若干环状沟槽，槽内装耐热填料带26，耐热填料带26由耐热钢丝卷成的钢丝软管，内部填满硅酸铝纤维绳组成；L形圆环的竖环是法兰，用螺栓32、弹簧垫33、螺母34固定在外筒28两端，密封环由两个半圆环组成，两个半圆环用螺栓35、弹簧垫36、螺母37固定成整圆，左密封环25为碳钢环，右密封环31为耐热钢环；外筒28是一个圆筒，左半部为碳钢，右半部为耐热钢，外筒28的左上部设进料口27，进料口是一个法兰方形短管；外筒28的右部下方设弧形电加热板53，右侧设热电偶管座51；弧形电加热板53由弧形壳54、弧形砖55和电阻丝56组成，弧形砖55是内表面有沟槽的耐火砖，装在弧形壳54内，弧形砖55的沟槽内装电阻丝56；热电偶管座51是一个内丝短管，焊接在外筒28的壁上，安装热电偶52；外筒28外表面设岩棉保温层29，外筒28设置在两个弹性支座30上。
参见附图5，弹性支座30由上弹簧座42、弹簧43、下弹簧座44、弧形托板45、上挡块46、下挡块47、底板48组成，四个弹簧43装在上弹簧座42与下弹簧座44之间，上弹簧座42为倒塔形圆柱，上端为斜面，固定在弧形托板45的四角上，下弹簧座为圆柱形，固定在长方形底板48的四角上；长方体上挡块46固定在弧形托板45的中下部，两个长方体下挡块47固定在底板48上并处于上挡块46的两侧；弧形托板45固定在浮动套筒3的外筒28上。
Claims (4)
1.逆流换热二氧化锰还原转窑，该装置由转窑(2)和浮动套筒(3)组成，浮动套筒(3)套在转窑(2)外面，设置在两个弹性支座(30)上；转窑(2)的出料口(5)与其左下方的水冷却器(1)密封相接，水冷却器(1)下口的出料口(40)与变频调速的叶轮泄料机(41)密封相接；转窑(2)轴线右方的法兰口(23)与燃烧器(4)相接；浮动套筒(3)的进料口(27)接变频调速的叶轮给料机(38)，其上方接料斗(39)；水冷却器(1)、燃烧器(4)、变频调速的叶轮给料机(38)和变频调速的叶轮泄料机(41)均为定型产品，该装置是对立式多管二氧化锰还原焙烧炉中所经过的原料加热、还原放热反应、产品水冷却三个过程在竖管中顺序而下的流程进行改进，改进后的流程特征在于：原料加热过程在套管中被螺旋叶片推进逆坡而上与还原放热反应、产品冷却过程在内管转动中顺坡而下进行逆流换热。
2.根据权利要求1所述的逆流换热二氧化锰还原转窑，其特征是：转窑(2)的转筒(15)中部外表面安装了螺旋叶片(16)，螺旋叶片(16)的外径略小于浮动套筒(3)的外筒(28)的内径；螺旋叶片(16)的右侧设折返口(17)，折返口(17)是围绕在转筒(15)周围的若干个长方口。
3.根据权利要求1所述的逆流换热二氧化锰还原转窑，其特征是：浮动套筒(3)由左密封环(25)、进料口(27)、外筒(28)、弧形电加热板(53)、热电偶管座(51)、保温层(29)、弹性支座(30)、右密封环(31)组成，左密封环(25)和右密封环(31)是截面为L形的圆环，环的内径略大于转筒(15)的外径，L形圆环的横环内表面设有若干环状沟槽，槽内装耐热填料带(26)，耐热填料带(26)由耐热钢丝卷成的钢丝软管，内部填满硅酸铝纤维绳组成；L形圆环的竖环是法兰，用螺栓(32)、弹簧垫(33)、螺母(34)固定在外筒(28)两端，两密封环各由两个半圆环组成，两个半圆环用螺栓(35)、弹簧垫(36)、螺母(37)固定成整圆环，左密封环(25)为碳钢环，右密封环(31)为耐热钢环；外筒(28)是一个圆筒，左半部为碳钢，右半部为耐热钢，外筒(28)的左上部设进料口(27)，进料口(27)是一个法兰方形短管；外筒(28)的右部下方设弧形电加热板(53)，弧形电加热板的右侧设热电偶管座(51)；弧形电加热板(53)由弧形壳(54)、弧形砖(55)和电阻丝(56)组成，弧形砖(55)是内表面有沟槽的耐火砖，装在弧形壳(54)内，弧形砖(55)的沟槽内装电阻丝(56)；热电偶管座(51)是一个内丝短管，焊接在外筒(28)的壁上，安装热电偶(52)；外筒(28)外表面设岩棉保温层(29)，外筒(28)设置在两个弹性支座(30)上。
4.根据权利要求1所述的逆流换热二氧化锰还原转窑，其特征是：弹性支座(30)由上弹簧座(42)、弹簧(43)、下弹簧座(44)、弧形托板(45)、上挡块(46)、下挡块(47)、底板(48)组成，四个弹簧(43)装在上弹簧座(42)与下弹簧座(44)之间，上弹簧座(42)为倒塔形圆柱，上端为斜面，固定在弧形托板(45)的四角上，下弹簧座为圆柱形，固定在长方形底板(48)的四角上；长方体上挡块(46)固定在弧形托板(45)的中下部，两个长方体下挡块(47)固定在底板(48)上并处于上挡块(46)的两侧；弧形托板(45)固定在浮动套筒(3)的外筒(28)上。
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