CN101201218B - 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，主要针对以粉体或小颗粒为主的物料，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、无需保护气就能满足物料在热处理过程中需要隔绝空气的要求、能满足物料在热处理过程中需要特殊气氛要求气氛均一且用气量较小的连续热处理装置。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，下料管垂直布置，所述的下料管包含进气管和气体分配装置，进气管一端与气体分配装置连接，另一端在下料管外有开口；气体分配装置包含壳体，壳体沿下料管轴向延伸，壳体局部或全部设有孔眼，壳体内包含填充物，填充物具有气体通透性。

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，复杂的自动控制系统，大量的加热元件、测温仪和液压推进系统价格不菲，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，而需及时更换；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，隧道窑一般是采用通入保护气体维持窑内的微正压来实现，而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、对于在热处理过程中需要特殊气氛的物料，由于物料在匣钵中位置和匣钵在移进板中的位置不同，气体的扩散阻力也不相同，所以导致无法满足物料在热处理过程中对特殊气氛均匀分配的要求，并且与前述原因相似，特殊气体的用量较多。7、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。5、由于物料在炉甄中基本处于静止状态，而且各处物料距离进气点距离相差很大，所以井式炉无法满足物料在热处理过程中对特殊气氛均匀分配的要求。

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，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、无需保护气就能满足物料在热处理过程中需要隔绝空气的要求、能满足物料在热处理过程中需要特殊气氛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，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，下料管垂直布置，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，所述的下料管包含进气管和气体分配装置，进气管一端与气体分配装置连接，另一端在下料管外有开口；气体分配装置包含壳体，壳体局部或全部设有孔眼，壳体内包含填充物，填充物具有气体通透性。

所述的下料管包含排气装置。

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。

所述的下料管露出加热装置以外部分包含冷却装置。

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。

所述的螺旋输送机包含水冷夹套。

所述的进气管在下料管外的开口与气源相连。

所述的气体分配装置包含壳体，壳体局部或全部设有孔眼，壳体内包含填充物，填充物具有气体通透性，壳体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的组合。

所述的壳体与填充物之间包含筛网，筛网孔眼大小以填充物不能通过为限。

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、满足物料在热处理过程中隔绝空气的要求、能满足物料在热处理过程中对气氛均一性的要求。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的一个实施方式。

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。上封头5为一个中心留有一个向上的开口及开口法兰的金属盲板。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、上封头5的开口法兰由上到下依次对夹在一起，进料管4的另一端插入下料管9一定深度。下料管9是一根垂直放置的金属直圆管，它位于整个热处理装置的中心位置，上下各有一个开口法兰，在下料管9的上部侧壁有一个排气开口6，排气开口6下方下料管9的侧壁焊接了四个支座10，支座10固定在四层平台上，在下料管13下法兰的上面是一段水冷夹套21，水冷夹套21的侧壁上有四个支座10，在下料管9管壁内侧预制了两个向管中心方向插入的金属电偶护管16，电偶护管16末端闭合。排气开口6法兰通过金属管(不局限为直管)与凝出物收集罐7连接，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为对开式圆桶状(也可以是其它形状)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，环抱与下料管9中上部(下料管9上面支座10与下料管9的水冷夹套21垂直空间)的侧周。在加热装置12的保温层留有四个电偶插入通道14，其中两个电偶插入通道恰好与下料管9侧壁上预制的两个电偶护管相对，(下料管9在温度升高会发生膨胀，两个电偶护管16会相对于加热装置12下移，为使插入其中的电偶有足够的移动空间，这两个通道14截面制作为竖直的长条状。)两个电偶从加热装置外经两个电偶插入通道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插入通道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(其中电偶插入通道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)。滑道箱23是一个没有上盖和一面围板金属箱体，滑道箱23放有一根弹簧24。下料管9的水冷夹套21上的四个支座10分别安装在四个滑道箱23中的弹簧39上，这样就可以起到下料管9下端的径向固定作用，而在轴向上留有伸缩空间。下料管进气段28为如下结构：主体部分为一段上下带法兰的金属直圆管，一个两端带法兰的90°角金属弯管一端与金属直圆管同心布置且开口法兰高于金属直圆管的上法兰，一端从金属直圆管的侧壁穿过，金属直圆管的上法兰在其平面内与金属弯管以三个互成120°角的筋板焊接，金属直圆管侧壁伸出弯管处与弯管无缝焊接。金属波纹管25上下法兰分别与下料管9的下法兰和下料管进气段28金属直圆管的上法兰连接。下料管进气段28金属直圆管的下法兰与螺旋出料机33的进料口法兰连接，下料管进气段28金属弯管伸出直圆管的开口与气源13连接。气源13为有压气源32、缓冲罐31、减压阀30和流量计串联而成。螺旋出料机33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33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33出口与锁风阀34法兰对接。四根弹簧24与金属波纹管25具有可伸缩性，可以抵消下料管的热膨胀。在下料管9和金属波纹管的中心安装了一个气体分配装置，它包括壳体17、筛网18、填料20和端盖15，壳体17、筛网18和端盖15均为金属材质，填料20为陶瓷或其它耐火材料。壳体17为长金属管，金属管上开口有内罗纹，下开口为法兰结构，在侧壁(局部或全部，具体应根据工艺要求按物料在热处理过程中对气氛的需求而定)上开有许多孔眼19；端盖15主体为一圆柱，圆柱下端为螺栓，上端为凸柱，凸柱上端为锥体。孔板法兰26为一中间开有许多孔眼19的盲板。壳体17的下开口法兰、孔板法兰26和下料管进气段28金属直圆管的上法兰按由上到下的顺序依次用螺栓对夹在一起，在壳体内部填满填料20，在有孔眼19的地方壳体17与填料20之间铺设筛网18，端盖15于壳体上开口处旋紧。支撑架11的结构为：中心是一个金属圆环，圆环直径以刚好能套在端盖15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，筋板长度以支撑架11处于下料管9中心位置时筋板最外端与下料管9保持2～3mm距离为合适。支撑架11套在端盖15的凸柱上，其作用是防止整个气体分配装置发生大的倾斜。

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33的进口、下料管进气段28、金属波纹管25、下料管9的进料管4插入深度以下部分，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9内的料位会稳定在进料管4出口这个高度。依次开启有压气源32接通缓冲罐31，分别调节减压表30和流量计29，开启引风机8，使物料2热处理所需气体在一定压力下以一定速率经由进气管路、孔板法兰26的孔眼19进入气体分配装置，进入气体分配装置中的气体在压差的作用下，透过填料20、筛网18、和孔眼19进入下料管9与该处物料2充分接触，以满足物料2在热处理时对气氛的要求。之后尾气透过物料2的缝隙进入料位上方的空间，从排气口6经凝出物收集罐7由引风机8排出。如果尾气中含有可凝组分，则会在凝出物收集罐7处被收集。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)。此时，加热装置会对下料管9和管内的物料进行加热。待所测料温(通过插入电偶护管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34和螺旋出料机33，使物料2以一定速率从螺旋出料机33的出料口经由锁风阀34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9，在下料管9被加热装置12加热、维温，物料2下移至下料管9水冷夹套21部分时由水冷夹套21得到进一步降温，再经金属波纹管25、下料管进气段28、至螺旋出料机33，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33出口经锁风阀34安全排出，从而完成热处理全过程。

需要指出的是，本实施方式所述进气方式与其它热处理装置的进气方式有如下优点：第一、可以准确地把握进气组分、浓度、流量和温度阶段(通过控制孔眼19在壳体17的分布)；第二、因为气体从壳体17的孔眼19到下料管9的内壁的扩散距离较小，所以所有物料可以接受较为均匀一致的气氛；另外，气体分配装置的设置使热量传输的(在径向上的)最远距离缩短，提高了传热效率和物料热处理温度的均匀性。螺旋出料机33的出料口加装锁风阀34是为了防止空气进入螺旋出料机33内部与未充分降温的物料2进行接触而发生氧化。当然在螺旋出料机33的出料口接可拆卸式密闭接料罐(需预先置换为惰性气氛，并保持气压平衡)可以起到比锁风阀34更佳的防氧化效果。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33的出料口处直接排出。显而易见，对于在高温下有隔绝空气要求的物料的热处理，只需关闭气源通向下料管进气段28进气管的阀门，即可满足隔绝空气的要求。

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；该热处理装置在进气方式可以方便准确地把握进气组分、浓度、流量和温度阶段(通过控制孔眼19在壳体17的分布)，有利于根据工艺要求实现气氛的优化并且节省用气量；由于气体从壳体17的孔眼19到下料管9的内壁的扩散距离较小，所以所有物料可以接受且较为均匀一致的气氛；

从本实施方式中可以看出，除了在开机时一次性的对代下料管9的加热外，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；气体分配装置的设置使缩短了物料传热(在径向上)的最远距离，从而提高了传热效率和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，该热处理装置在进气方式可以方便准确地把握进气组分、浓度、流量和温度阶段(通过控制孔眼19在壳体17的分布)，有利于根据工艺要求实现气氛的优化并且节省用气量；由于气体从壳体17的孔眼19到下料管9的内壁的扩散距离较小，所以所有物料可以接受且较为均匀一致的气氛。本实施方式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。

Claims (10)

1.一种连续热处理装置，它包含进料装置、下料管、加热装置和出料装置，其特征在于，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，下料管垂直布置，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，所述的下料管包含进气管和气体分配装置，进气管一端与气体分配装置连接，另一端在下料管外有开口；气体分配装置包含壳体，壳体局部或全部设有孔眼，壳体内包含填充物，填充物具有气体通透性。

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

3.根据权利要求1所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管包含抵消下料管热膨胀的可逆收缩装置。

4.根据权利要求1所述的连续热处理装置，其特征是，所述的下料管向下露出加热装置以外部分包含冷却装置。

5.根据权利要求1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。

6.根据权利要求5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。

7.根据权利要求1所述的连续热处理装置，其特征是，所述的进气管在下料管外的开口与气源相连。

8.根据权利要求7所述的连续热处理装置，其特征是，所述的壳体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。

9.根据权利要求8所述的连续热处理装置，其特征是，所述的壳体与填充物之间包含筛网，筛网孔眼大小以填充物不能通过为限。

10.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。