CN205448669U - 一种红土镍矿微波低温冶炼装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种红土镍矿微波低温冶炼装置，它包括连续式高温隧道窑体(1)、架设在连续式高温隧道窑体(1)两侧的微波源及控制部分(2)；连续式高温隧道窑体(1)包括预热段(1-1)、微波加热腔(1-2)、与微波加热腔(1-2)相连的馈能波导组(1-3)和微波馈能口(1-4)，以及安装在微波加热腔(1-2)尾端的微波泄漏抑制装置(3)；微波源及控制部分(2)包括微波输出柜及电源控制柜，微波加热腔(1-2)外周设有水冷装置和风冷装置。本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置，结构设计合理，微波加热效率高，微波能利用率高，可实现连续化、低成本、节能的镍铁冶炼生产，镍铁的回收率高，应用范围广泛。

Description

一种红土镍矿微波低温冶炼装置

技术领域

本实用新型涉及一种红土镍矿冶炼应用装置，具体涉及一种红土镍矿微波低温冶炼装置。

背景技术

随着我国在红土镍矿投资热情的高涨，目前我国优质红土镍矿资源已经明显减少，而含镍2％以下的红土镍矿价格便宜但采用传统工艺进行冶炼的成本较高，如何更有效的开发低品位红土镍矿成为了一个现实的难题。红土镍矿属于氧化砂，国内使用的主要是来源于印尼、菲律宾，是冶炼镍生铁的主要原料，用作生产不锈钢原料。高品位镍铁矿资源被日本企业垄断，我国只能进口镍含量在0.9％～1.1％的低品位镍矿砂。

目前，对红土镍矿进行冶炼的主要工艺有烧结矿热炉、回转窑矿热炉二种：(1)烧结矿热炉是先把红土矿在烧结机中脱水、造块，形成一定块度和强度的含镍烧结矿，然后在矿热电炉内进行冶炼的方法。对于技术成熟的烧结矿热炉，1吨10％NiFe大约消耗800kg粉煤、600kg块煤或焦丁和4800kwh电能，Ni的收得率大约为92％。冶炼电耗高，经济效益低。(2)回转窑热炉是先在干燥窑和回转焙烧窑去除红土矿中的物理水、脱除结晶水，并进行部分还原、提温，然后将回转窑焙烧好的红土镍矿砂热送热装到矿热电炉内，在矿热电炉内继续升温、还原、熔分。对于回转窑热炉，1吨10％NiFe大约消耗1000kg粉煤、500kg块煤或焦丁和4000kWh电能，Ni的收得率大约为92％。与烧结矿热炉相比：提高了矿热炉入炉温度，从200～400℃提高到600～700℃；有一定的预还原率(Ni：40～60％，Fe：20～40％)，降低了矿热电炉的还原电耗。但生产成本和电耗能还是较高。因此，很有必要在现有技术基础上设计开发一种生产成本低、Ni的回收率高的装置。

现有技术是普通的微波隧道式设备，从顶部馈能输入微波能量至微波腔，再经过保温层，达到目标物料。此技术方案存在较多不足，限制了其应用，在实际运行后存在的具体问题有：

1、微波腔外部没有冷却装置，导致工作现场环境温度过高，不利于正常工作。

2、保温材料使用超过其正常使用温度，使其本身材料性质产生变化，变为吸收微波材料，开始吸收微波能量，导致保温材料自身快速升温，超过其临界使用温度，使其损坏，无法使用，并且降低微波使用效率。

3、微波能量使用效率不高，无法达到目标温度，物料加热的效率不高。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种结构设计合理，可操作性强，自动化程度高，生产效率高、可节省大量人力、物力，能够实现连续化、低成本、节能的红土镍矿微波低温冶炼装置。尤其是改变微波馈能口分布方式和位置，相比现有技术微波能更加均匀，微波能使用率更高，物料加热效率更高。另外本实用新型微波腔外壁上增设水冷套，可降低外壁温度至正常温度。并增设循环风路，可很好的保持微波腔内部温度，即保证保温材料使用温度较低，不产生质变，从而保证微波能的正常馈入。

技术方案：为了实现以上目的，本实用新型所采取的技术方案为：

一种红土镍矿微波低温冶炼装置，它包括连续式高温隧道窑体、架设在连续式高温隧道窑体之上的微波源及控制部分；所述的连续式高温隧道窑体包括预热段、微波加热腔、与微波加热腔相连的馈能波导组和微波馈能口，以及安装在微波加热腔尾端的微波泄漏抑制装置；所述的微波源及控制部分包括微波输出柜及电源控制柜；

所述的微波输出柜的微波能通过微波馈能口从微波加热腔侧面多路输入到微波加热腔内；

所述的微波馈能口呈斜向喇叭状，相邻微波馈能口之间两两垂直，采取相邻垂直极化的方式实现耦合及匹配；

所述的微波加热腔内设有隔热保温层，所述的隔热保温层包括最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内层的重质保温层；

所述的微波泄漏抑制装置从内至外依次包括吸波材质板、红土砖和保温棉；

所述的微波加热腔的外壁上设有用于降温的水冷套，水冷套与微波加热腔的外壁之间设有循环冷却风路。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波馈能口位于微波加热腔侧面，倾斜成一定的角度。为了获得最大的功率输出，馈口排布时要尽可能减弱馈口间的相干性，本实用新型通过大量实验筛选微波馈能口的排布方式，实验结果表明，微波馈能口安装在微波加热腔的侧部，并且相邻各馈口相垂直的设置方式，从而获得垂直极化的入射波，使各馈口耦合度降低，从而可保证馈口的独立性，实现了各电源功率的稳定输入，并且单个电源停机维护时，剩余电源可以不受影响，从而保证整套设备的继续运行，实现各电源的即开即停和设备实时功率控制功能，从而能为红土镍矿晶粒的还原和聚集提供稳定的加热环境，产率更高。本实用新型采用侧面馈入的方式与现有顶部馈入相比，能更加广泛地把微波能量覆盖住物料，增强物料吸收效果，提高微波能量应用效率，微波加热效率较现有技术高20％以上。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔内设置有推板窑车。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔内安装有温度测控装置。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔二侧底部的循环冷却风路上开设有进风口，微波加热腔顶部的循环冷却风路上开设有出风口。所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的水冷套缠绕方式安装在微波加热腔的外周。充分冷却散热。

本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置较现有具有较大的改进，现有技术一是顶部馈能输入微波能量至金属微波腔，通过一段不流动的空气段，再经过保温层，达到目标物料。在这过程中，随着金属微波腔内部温度的升高，不流动的空气段的温度随之升高，并维持在一定的高温下，这样就使得金属微波腔的外壁会一直散发着大于60℃的温度，影响正常工作，同时也导致保温材料也随之处于高温下工作，长时间工作下保温材料本身性质发生变化，变为吸收微波能量的材料，使得微波无法穿透保温材料照射到物料上，不仅大大降低了微波效率，同时也使得自身温度过高而损坏。

本实用新型改进后：第一：在微波加热腔外壁设计水冷套，可保证金属微波腔外壁的温度始终保持在常温。第二：设计流动空气层，可带走金属微波腔内部的高温空气，保证金属微波腔内部的温度始终保持在正常使用范围，保护保温材料的使用温度，防止其性质改变，影响微波能量的穿透。第三：改变微波能量馈入的方式，由顶部直接馈入改成侧面一定的角度馈入，这样的优点在于能更加广泛地把微波能量覆盖住物料，增强物料吸收效果，提高微波能量应用效率。

本实用新型所述的微波加热腔内设有隔热保温层，所述的隔热保温层包括最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内层的重质保温层；

所述的微波泄漏抑制装置从内至外依次包括吸波材质板、红土砖和保温棉。

本实用新型所述的微波加热腔内设有隔热保温层，所述的隔热保温层包括最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内层的重质保温层；(本实用新型采用耐高温、透波性好且不吸收微波的重质保温层、轻质保温层和保温棉)等复合材料组合成特定的隔热保温层，具有保温性能好，能够稳定维持微波加热腔内的温度。实际生产过程中，红土镍矿料进入前段低温还原反应隧道窑，粉煤或天然气作为热源，将温度升至1150℃，进入恒温区，在无温降状态下，进入微波低温深度还原、聚集段，在微波作用下，迅速升温至1300℃，实现镍铁晶粒在炉渣中的深度还原与聚集，因此温度对镍铁晶粒的深度还原和聚集非常重要，稍有温度的偏差就会影响镍铁晶的还原和聚集，从而影响镍铁的回收率，降低生产效率。本实用新型针对微波加热腔加热的结构特征筛选出既不吸收微波，又必须让微波能快速通过，同时还必须防止热量散失的特殊保温材料，本实用新型通过大量实验对比筛选，实验结果表明，在微波加热腔内依次增设最外层的保温棉，中间的轻质莫来石和内层的重质刚玉可以起到很好的保温效果，不吸收微波能，能够有效的维持微波加热腔内的温度不变，提高镍铁晶粒的深度还原和聚集，提高镍铁的回收率，提高生产效率，取得了很好的技术效果。

本实用新型所述的微波泄漏抑制装置从内至外依次包括微波吸收板、红土砖和保温棉。微波吸收板、红土砖对出料口微波进行反射和吸收，微波吸收板的具有良好的吸波性以及耐高温特点，能够有效抑制大部分微波能量的泄漏，红土砖具有的一定的吸波性，能够吸收剩余的微波能量，且红土砖具有良好的隔热性，有效的阻挡了热量的传递，微波泄漏抑制装置外层的保温棉进一步阻挡了热量的辐射。采用该结构，能够有效防止微波泄漏，增加安全性。本实用新型采用反射面与强吸收负载组合结构实现微波漏能抑制。在微波加热腔进料口设置20m预热段布满待加热红土镍矿，20m待加热红土镍矿作为吸收负载实现对进料口微波漏能抑制，出料口5m抑制段除红土镍矿做为吸收负载外，还设置有微波吸收板和红土砖对出料口微波进行反射和吸收，实验结果表明，该抑制结构可以有效防止微波泄漏，增加设备安全性。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔内设置有推板窑车，通过推板窑车可以实现红土镍矿料在高温微波冶炼区的物料承载及运输。

作为优选方案，以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔内安装有温度测控装置。本实用新型在微波行腔内安装有温度测控装置，可实时在线测量加热腔内的温度，根据物料温度调节控制冶炼时间与微波功率，可保证加热腔内的温度稳定。

有益效果：本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置与现有技术相比具有以下优点：

1、本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置，结构设计合理，可操作性强，生产效率高，可实现连续化、低成本、节能的镍铁冶炼生产，镍铁的回收率高。微波腔外壁增设水冷套，降低外壁温度至正常温度；增设循环风路，保持微波腔内部温度，即保证保温材料使用温度较低，不产生质变，从而保证微波能的正常馈入。

2、本实用新型在微波加热腔外侧部安装有优化的多路馈入装置及其馈入方式，安装有多路馈入装置的优点是微波输入具有均匀性好、微波合成功率高等特点。并且本实用新型优化出的微波馈能口的排布方式，可最大程度消除各馈口相干度，实现最佳耦合及匹配，有效降低微波***功率损耗，最终达到3兆瓦及以上的微波功率输出，从而提供稳定的镍铁冶炼温度，提高生产效率。

3、本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置，经过大量实验筛选微波加热腔内隔热保温层的结构和材料，根据微波穿透性、选择加热性的特点，采用本实用新型优选的最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内部的重质保温层隔热保温层组合保温隔热结构设计，即可减少微波能量在腔体内的损耗，又能让微波有效进入红土镍矿，针对性的对镍矿进行加热，该设计具有很好的保温功能，可以有效维持加热腔内的温度稳定，为镍铁晶粒的深度还原和聚集提供很好的保障，该保温装置设计能提高生产效率，能克服现有技术温度不恒定的不足，取得了很好的技术效果。

4、本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置，经过大量实验筛选出微波吸收防泄漏材料和研究出微波泄漏抑制装置的结构，实验结果表明采用本实用新型优选的微波吸收板、红土砖对出料口微波进行反射和吸收，微波吸收板的具有良好的吸波性以及耐高温特点，能够有效抑制大部分微波能量的泄漏，红土砖具有的一定的吸波性，能够吸收剩余的微波能量，且红土砖良好的隔热性，有效的阻挡了热量的传递，微波泄漏抑制装置外层的保温棉进一步阻挡了热量的辐射。因此采用该结构的微波泄漏抑制装置可以有效防止微波泄漏，增加设备安全性。

5、本实用新型将多个微波行腔组合构成微波组合腔，从还原到晶粒长大，从还原到晶粒聚集区是一个连续过程。在低温还原段处于1150℃恒温区，在无温降条件输送微波低温冶炼段，利用微波能使原料快速升温至1300℃，实现晶粒聚集，最终冶炼温度1300℃要比现有技术的矿热炉1600℃低。镍铁回收率高，更加节能、可控，生产成本更低。

附图说明

图1为本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置的侧面结构示意图。

图2为本实用新型提供的红土镍矿微波低温冶炼装置的俯视结构示意图。

图3为本实用新型提供红土镍矿微波低温冶炼装置中微波加热腔的结构示意图。

图4为本实用新型提供红土镍矿微波低温冶炼装置中微波泄漏抑制装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本实用新型，应理解这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围，在阅读了本实用新型之后，本领域技术人员对本实用新型的各种等价形式的修改均落于本申请所附权利要求所限定的范围。

实施例1

如图1至图4所示，一种红土镍矿微波低温冶炼装置，它包括连续式高温隧道窑体(1)、架设在连续式高温隧道窑体(1)两侧的微波源及控制部分(2)；所述的连续式高温隧道窑体(1)包括预热段(1-1)、微波加热腔(1-2)、与微波加热腔(1-2)相连的馈能波导组(1-3)和微波馈能口(1-4)，以及安装在微波加热腔(1-2)尾端的微波泄漏抑制装置(3)；所述的微波源及控制部分(2)包括微波输出柜及电源控制柜；

所述的微波输出柜的微波能通过微波馈能口(1-4)从微波加热腔(1-2)侧面多路输入到微波加热腔(1-2)内；

所述的微波馈能口(1-4)呈斜向喇叭状，相邻微波馈能口(1-4)之间两两垂直，采取相邻垂直极化的方式实现耦合及匹配；

所述的微波加热腔(1-2)内设有隔热保温层(4)，所述的隔热保温层(4)包括最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内层的重质保温层；

所述的微波泄漏抑制装置(3)从内至外依次包括吸波材质板(3-1)、红土砖(3-2)和保温棉(3-3)；

所述的微波加热腔(1-2)的外壁上设有用于降温的水冷套(1-5)，水冷套(1-5)与微波加热腔(1-2)的外壁之间设有循环冷却风路(1-6)。水冷套(1-5)与冷却水进水管相连，由泵带动循环；所述的微波加热腔(1-2)二侧底部的循环冷却风路(1-6)上开设有进风口(1-6-1)，微波加热腔(1-2)顶部的循环冷却风路(1-6)上开设有出风口(1-6-2)。所述的水冷套(1-5)缠绕方式安装在微波加热腔(1-2)的外周。

以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波馈能口(1-4)位于微波加热腔(1-2)侧面，倾斜成45度角度。

以上所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，所述的微波加热腔(1-2)内设置有推板窑车(5)，窑车(5)上堆放有物料(6)。所述的微波加热腔(1-2)内安装有温度测控装置。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，它包括连续式高温隧道窑体(1)、架设在连续式高温隧道窑体(1)两侧的微波源及控制部分(2)；所述的连续式高温隧道窑体(1)包括预热段(1-1)、微波加热腔(1-2)、与微波加热腔(1-2)相连的馈能波导组(1-3)和微波馈能口(1-4)，以及安装在微波加热腔(1-2)尾端的微波泄漏抑制装置(3)；所述的微波源及控制部分(2)包括微波输出柜及电源控制柜；

所述的微波输出柜的微波能通过微波馈能口(1-4)从微波加热腔(1-2)侧面多路输入到微波加热腔(1-2)内；

所述的微波馈能口(1-4)呈斜向喇叭状，相邻微波馈能口(1-4)之间两两垂直，采取相邻垂直极化的方式实现耦合及匹配；

所述的微波加热腔(1-2)内设有隔热保温层(4)，所述的隔热保温层(4)包括最外层的保温棉，中间的轻质保温层和内层的重质保温层；

所述的微波泄漏抑制装置(3)从内至外依次包括吸波材质板(3-1)、红土砖(3-2)和保温棉(3-3)；

所述的微波加热腔(1-2)的外周上设有用于降温的水冷套(1-5)，水冷套(1-5)与微波加热腔(1-2)的外壁之间设有循环冷却风路(1-6)。

2.根据权利要求1所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的微波馈能口(1-4)位于微波加热腔(1-2)侧面，倾斜成45度角。

3.根据权利要求1所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的微波加热腔(1-2)内设置有推板窑车(5)。

4.根据权利要求1所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的微波加热腔(1-2)内安装有温度测控装置。

5.根据权利要求1所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的微波加热腔(1-2)二侧底部的循环冷却风路(1-6)上开设有进风口(1-6-1)，微波加热腔(1-2)顶部的循环冷却风路(1-6)上开设有出风口(1-6-2)。

6.根据权利要求1所述的红土镍矿微波低温冶炼装置，其特征在于，所述的水冷套(1-5)缠绕方式安装在微波加热腔(1-2)的外周。