CN101922862A - 三段四门长隧道式节能型微波烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种微波烧结炉，具体说涉及一种三段四门长隧道式节能型微波烧结炉，由微波烧结隧道炉、轨道、窑车组成，其特征是：炉体外形为长箱型结构，下有基座，铺设两根轨道，炉壁侧面炉壁设有等距门槽和方形滑动条，4扇提升式钢门将炉腔分为冷却段、烧结段和预热段；冷却段与预热段之间设置有热气体抽送管道；隧道炉炉体顶部设置波导口；窑车为车式结箱体结构，分别为轨道轮、钢质方形框式结构的车架、进气孔和耐热材料层构成，窑车前后端各设有耳状门托、连接件和凹型槽，1-5台窑车连接后组成窑车组；共有三组同步控制的伺服电机和传动系统构成。与传统的窑炉相比，加热快，节电40～50％，缩短时间1.5小时，达到节能降耗的目的，提高了经济效益。

Description

三段四门长隧道式节能型微波烧结炉

技术领域

本发明涉及一种微波烧结炉，具体说涉及一种三段四门长隧道式节能型微波高温烧结炉。

技术背景

微波是一种电磁波。微波是频率在300兆赫到300千兆赫的电磁波(波长1米～1毫米)，通常是作为信息传递而用于雷达、通讯技术中。而近代应用中又将它扩展为一种新热源，在工农业上用作加热、干燥。

微波具有特殊的传播路径和方式。无障碍时进行直线传播，直至衰减；有障碍时或反射，或穿透或被障碍物吸收。当障碍物为金属时，微波一碰到金属就发生反射，金属根本没有办法吸收或传导它；当障碍物为绝缘材料，如玻璃、陶瓷、塑料等，微波可以穿过玻璃、陶瓷、塑料等材料，同时不会消耗自身能量；当障碍物含有水分的物质时，微波不但不能透过，其能量反而会被吸收。

利用微波作为一种洁净的热源，其单体技术及防泄漏技术已经相当成熟，因此，现代的工农业和日常生活中，大量利用微波的特性对食物、半成品进行加热或干燥。尤其是近几年，在不断改进陶瓷烧制和烧成中使用的各式炉窑时，开展了利用微波作为热源研究。

随着技术的发展，微波的应用逐渐得到重视，人们期望将微波技术引入陶瓷烧制中。日本株式电社电装和高砂株式会社共同申请的微波焙烧炉和微波焙烧方法(公开号：CN 1450330A)专利，就是一种微波焙烧炉，他包括微波加热装置和一炉腔，用于焙烧含有有机粘结剂的焙烧物质。美国康宁股份有限公司申请的焙烧陶瓷的混合方法(授权公告号：CN 1246251C)专利，该发明提供了一种涉及用于焙烧陶瓷的微波辅助窖中的微波能量和常规辐射或对流的热量方法，该方法通过可调节的微波能量发生器产生的电磁微波辐射辐照陶瓷材料，给其施加热能，实现利用微波焙烧陶瓷的目的。在国内现有的产品中，如青岛迈可威微波应用技术有限公司开发的隧道式陶瓷处理设备以及隧道式陶瓷/玻璃/石膏干燥设备等，用于陶瓷类产品如陶瓷砂浆、成品陶瓷的干燥以及玻璃类如石棉、玻璃纤维、隔热材料的干燥等，其方式主要采用传送带慢速传送，而对于大型窑炉，采用该方法具有局限性，同时温度一般仅能达到900度以内。

简单引入的微波技术对陶瓷进行加热，虽然具有一定的效果，但由于陶瓷及烧成工艺中经常采用匣钵、棚板、支柱或支架等承烧器材都是固定的。因而，无论是现有的专利技术，还是新近开发的产品，采用简单的微波加热方法，温度难以进一步升高温度，热效率实际上比采用其他的热源更低，因而难以进入实用阶段。福建省万旗科技陶瓷有限公司郑新烟、谢文清等人申请的“一种带有转盘的陶瓷烧制用的微波烧制炉”(申请号为：200820102279)专利，其技术方案是采用一炉体外观为一矩形或多侧面的箱体结构，炉腔内下底面上设有一个由转轴带动的圆形转盘，炉体侧面设置有若干个可控的微波发生器单元。圆形转盘的设置，较好实现炉内温度的均匀分布，与传统的燃煤、燃油和燃气的窑炉相比，加热迅速且均匀，可大幅度提高窑炉的温度；节能省电，相比节电30～50％；与其他烧制方法相比，缩短时间约1.5小时，达到节能降耗的目的。同时，烧制的陶瓷产品的合格率达到98％。然而，该结构将微波发生器直接安装与烧制炉的侧壁，由于炉体温度的升高，难以做到绝对的隔热与更为适当的防护，微波器件容易受到影响或损坏，降低微波使用寿命。同时，不仅仅是微波烧制炉，所有的陶瓷器烧成所用的设备如各式的窑炉等，由于炉体、窑车与热源部分是直接捆绑固定的，形成“锅灶一体”模式，在炉体冷却、进料、出料等一段等待时间内，就会造成热源部分的利用率低，如果能够将冷却过程的热量加以循环使用，就能保证不间断地发挥微波等热源部分的持续加热作用，进而大大提高热源部分的利用率，利于工业化生产，并将大大提高生产效率。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种利用固定式微波源作为热源，发明类似一种由田径场跑道式环形轨道、三段四门式节能型微波烧结隧道炉、炉内窑车组、窑车组移动动力系统构成的三段四门式节能型微波烧结隧道炉。利用本发明，完成半成品的烧结工作，同时由于本发明设置了热量回抽系统，实现将冷却段的热量抽回预热段，对待烧结的半成品坯料等进行预热的目的。

为实现本发明的目的采用的技术方案是：

1、三段式节能型微波烧结隧道炉炉体外形为长箱型结构，下有基座，铺设两根轨道，炉壁由外钢板层、中隔热层和内耐热层构成，侧面炉壁外钢板层向内延伸形成等距门槽，门槽的下方钢板延伸出方形滑动条，其后端与烧结段水冷式耐热后钢门的等距门槽衔接，可嵌入窑车车架侧面凹型槽，窑车移动过程始终以滑动方式保持紧密衔接状态，达到封闭微波的目的；4扇提升式钢门将炉腔分为冷却段、烧结段和预热段，其中冷却段与烧结段、烧结段与预热段之间采用提升式水冷型耐热钢门隔开，冷却段前置门、预热段后置门采用提升式普通耐热钢门，与炉体外界相隔离；一对钢轨供窑车组运行使用；隧道炉炉体顶部设置有1～3个的波导口，微波源通过波导口将微波能量向炉体内传送。

所述的等距门槽，由钢板制成，垂直走向，与炉壁外钢板层无缝连接，提升式水冷型耐热钢门嵌入其中，并可上下灵活拉动，等距门槽、炉壁顶部的外钢板层、提升式水冷型耐热钢门之间的结合面，全部设有微波抑制器，防止微波通过缝隙泄露。

4扇提升式钢门依次为冷却段前置门、烧结段水冷式耐热前钢门、烧结段水冷式耐热后钢门和预热段后置门，所述的水冷型耐热钢门是由双层的钢板制成，层间为空心结构，并安有低位进水高位出水的进水管和出水管。

所述的热气体抽送管道，抽气口设置有冷却段炉壁顶部，进气口设置于预热段炉壁顶部，管道之间设置有抽风机，通过抽风机把冷却段的热气体送入预热段，实现既能快速降低冷却段的温度，又能对预热段的待烧结物体进行预热的目的；

2、炉内窑车组中窑车为车式箱体结构，至下而上分别为轨道轮、车架、进气孔和耐热材料层构成。

车架为钢质方形框式结构，凹凸式的连接件分别设在窑车车架的前后端正中位置，用于窑车间连接，并用插销固定，多个窑车连接后形成窑车组；方形框式结构的车架的前后框壁、凹凸式连接件的上方分别设有与车架连为一体的长方形耳状门托。组内窑车经连接件连接后，其上方突出的前后耳状门托相互靠在一起，前后耳状门托缝隙间设有微波抑制器，防止微波通过窑车单体间缝隙泄露。同时，为防止高温对耳状门托的破坏，靠在一起，前后耳状门托上再盖上可拆卸的活动式耐热材料块；窑车组与窑车组之间的耳状门托不覆盖耐热材料层，冷却段前置门、烧结段水冷式耐热前钢门、烧结段水冷式耐热后钢门和预热段后置门的下门边正好卡在耳状门托上，下门边和耳状门托的接触面上的缝隙同样设有微波抑制器；窑车车架侧面设有凹型槽，与门槽下方延伸出方形滑动条镶嵌。

轨道轮设置在窑车的下底面，一台窑车设有前后两对轨道轮。

车架下底面侧边还附设有一个传动用的齿条。

车架上底面设置了固定的耐热平台，由耐火材料制成，耐热平台的长度加上前后耳状门托长度等于窑车的总长度；

2～6个进气孔均匀分布并上下方向居中贯穿于窑车，在启动抽风机对冷却段抽热空气时能通过该进气孔将炉外空气吸入冷却段内，为防止微波泄漏，进气孔的内径正好等于所用微波的波长四分之一。

3、三段四门式节能型微波烧结隧道炉的炉内窑车组窑车的数量可根据窑车长度由1、2、3、4或5个窑车连接而成。由1个窑车构成时，烧结段长度等于窑车耐热平台的长度；由3个窑车构成时，烧结段长度等于连接后窑车组总长度扣除窑车组前后两个耳状门托之后的长度。如此类推。

依据如上所述的结构，炉壁的侧面和顶部的外钢板层、水冷式耐热钢门以及钢质方形框式结构的车架共同构成微波密闭空间，达到有效防止微波泄露目的。上述的钢构件之间的结合全部设有微波抑制器。

4、窑车组运行的动力部分由三组同步控制的伺服电机和相应的传动系统构成，位于冷却段、烧结段和预热段窑车组的第一台窑车的位置，共有三套，并通过预设计算机程序，控制其同步启动、前进速度、停机位点。其中传动系统包括设置于窑车单体车架下侧边的齿条和传动齿轮、传动杆、固定轴承构成。

采用本发明的技术方案，与传统的燃煤、燃油和燃气的窑炉相比，加热迅速且均匀，可大幅度提高窑炉的温度，节能省电，相比节电40～50％，与其他烧制方法相比，缩短时间约1.5小时，达到节能降耗的目的。同时，由于烧制炉为三段式，一个窑车组的烧制品烧制完毕即被推出，另一个已经装填好且经过从预热段预热过的待烧烧制品随即进入烧制段，这样，大大提高微波源和烧制炉的利用率，提高了经济效益。

附图说明

图1是本发明所述的三段式节能型微波烧结隧道炉整体结构示意图。

图2是本发明所述的三段式节能型微波烧结隧道炉局部结构原理示意图。

图3是本发明所述的三段式节能型微波烧结隧道炉纵向剖视图。

图4是本发明所述的三段式节能型微波烧结隧道炉横向剖视图。

图5是本发明所述的窑车单体车架箱体结构的钢质构件立体示意图。

图6是是本发明所述的窑车组车架箱体结构的钢质构件俯视图。

图7是钢质方形箱体结构车架立体图。

图8是本发明所述的烧结炉炉壁上水冷式耐热钢门滑槽示意图。

图9是本发明所述的烧结炉单侧炉壁上钢板结构示意图。

图10是本发明所述的烧结段水冷式耐热钢门立体示意图。

图11是窑车组移动动力传送系统结构示意图。

图12是齿轮、齿条结合示意图。

具体实施方式

为了加强对本发明的理解，下面结合附图，对本发明的实施方式做进一步的说明。

图1中，1是窑车组移动用的矩形环状轨道，长35000毫米，宽7000毫米，两轨间距700毫米，窑车组移动在矩形轨道长宽方向移动摆渡方式过度；2是三段式节能型微波烧结隧道炉，长21000毫米，宽18000毫米；3是微波源，其间通过波导管将微波导入烧结炉内；4是窑车组移动动力系统。微波源所用频率为915MHZ的大功率电源，微波电源配备控制系统，可以调节磁控管微波输出功率，以满足实际需要，功率调节范围为0％～100％，电源具有过压，过流，灯丝电流小，过温等异常报警功能。

图2中，5是冷却段前置门，为单层钢板结构，厚度为10毫米，采用向上提升方式开启；6是炉壁外钢板层，采用10毫米厚度的钢板制作而成；7是冷却段热空气抽气管，管的内径为700毫米，本实施例采用一根单管，需要加大通风量时，可增至3根单管或是增大管径；8是窑车，每台窑车单体总长1500毫米，宽1250毫米，其中耳状门托50毫米，扣除前后耳状门托后平台实际长为1400毫米；9是抽风机；10是烧结段水冷式耐热前钢门，厚度为96毫米，为空心双层结构，其中设置了低位进水管和高位出水管，烧结时必须同步启动供水系统，防止门面过热，烧结段水冷式耐热前钢门10同样采用向上提升方式开启，关闭时烧结段水冷式耐热前钢门10的下底边正好落在前后两个50毫米耳状门托上；3是微波源；11是波导口，本实施例仅在炉体顶部设置一个，也可根据微波源的功率大小，设置2～3个；12是预热段热空气送气管，其管径大小和管数与抽气管、抽风机相匹配；13是烧结段水冷式耐热后钢门，其结构和开启方式、关闭时的落座方式与烧结段水冷式耐热前钢门10相同；14是预热段后置门，与冷却段前置门5相同。

图中L表示冷却段，其长度为5900毫米；S表示烧结段；Y表示预热段。烧结段和预热段的长度与冷却段相同。

图3中，6是炉壁外钢板层；10是烧结段水冷式耐热前钢门；11是波导口；13是烧结段水冷式耐热后钢门；15是炉壁内顶部的耐热层，由耐火砖砌成；16是炉壁内侧面的耐热层，同样由耐火砖砌成；17是分别设置于窑车单体前后的耳状门托，为突出的长方形状，与窑车单体等宽，长为50毫米，窑车单体连接后处于冷却段与烧结段或是烧结段与预热段的前后窑车单体耳状门托正好被落下的烧结段水冷式耐热前钢门10、烧结段水冷式耐热后钢门13卡住；18是设在窑车单体的后端位置的凹状连接体；19是呈均匀分布并上下方向居中贯穿于窑车单体进气孔；20是覆盖在耳状门托17上的耐热材料层；21是窑车单体车式平台结构上的耐热材料层；22是窑车单体的车架，由钢板制成，呈箱体结构；23是设在窑车单体的前端位置的呈凸状的连接体，可嵌入凹状的连接体内，并以插销固定。

图4中，11是设置于顶部的波导口；6是炉壁外钢板层；24是炉壁中隔热层，由隔热材料填充而成；25是炉壁内耐热层构成，由耐火砖砌成；19是呈均匀分布并上下方向居中贯穿于窑车进气孔；21是车式平台结构上的耐热材料层，由耐火砖砌成；26是窑车钢质方形箱体结构车架框侧面的凹型槽；27是炉壁外钢板层下端延伸出的方形滑动条，后端与与烧结段水冷式耐热后钢门的等距门槽相接，窑车移动过程始终以滑动方式保持紧密衔接状态，达到封闭微波的目的；28是设置于钢质方形框式结构车架底部侧边的齿条；29是窑车组移动动力系统结构中的齿轮传动杆；30是窑车组移动动力系统结构中的齿轮；31是三段式节能型微波烧结隧道炉水泥基座；32是固定于水泥基座31上的两根轨道；33是轨道轮，轨道轮的外轮面成凹型，与轨道成嵌入式结合，可由机械传动装置拖动烧结炉单元在轨道上移动。

图5中，17是连接体的上方分别设有突出的耳状门托；18是设在窑车单体的后端位置的呈凹状的连接体；22是窑车的车架，由钢板制成，呈箱体结构；23是设在窑车的前端位置的呈凸状的连接体，可嵌入凹状的连接体18内，并以插销固定；33是轨道轮；34是呈箱体结构的窑车的车架22的前箱壁。

图6中，17是连接体18的上方分别设置的耳状门托；19是呈均匀分布并上下方向居中贯穿于窑车进气孔，进气孔采用耐热管材制成，本实施例采用的是磁管；34是呈箱体结构的窑车单体的车架22的前箱壁。35是设置于由钢板制成的窑车车架22侧边的微波抑制器；36是设置于窑车单体车架22上的耳状门托17。

图7中，17是连接体18的上方分别设有突出的耳状门托；18是设在窑车的后端位置的呈凹状的连接体；26是窑车钢质方形箱体结构车架框侧面的凹型槽。

图8中，6是炉壁外钢板层；17是耳状门托；21是方形框式结构的车架上的耐热材料层，由耐火砖砌成；24是炉壁中隔热层，由硅酸铝纤维棉保温隔热材料填充而成；25是炉壁内耐热层构成，由耐火砖叠而成；27是炉壁外钢板层下端的方形滑动条，正好与凹型槽26相衔接；31是三段式节能型微波烧结隧道炉水泥基座；32是固定于水泥基座31上的轨道；44是等距门槽的钢板部分，垂直走向，与炉壁外钢板层无缝连接，提升式水冷型耐热钢门嵌入其中，并可上下灵活拉动，等距门槽的底部是提升式水冷型耐热钢门的承重位。

图9中，6是炉壁外钢板层；27是炉壁外钢板层下端的方形滑动条；44是等距门槽的钢板部分；45是方形滑动条27下侧面的封侧板；46是底板。

图10中，37是出水管；38是冷却水；39是烧结段水冷式耐热前钢门的门面板；40是进水管。

图11中，22是窑车的车架；28是设置于车架22底部侧边的齿条；29是窑车组移动动力系统结构中的齿轮传动杆；30是窑车组移动动力系统结构中的齿轮；41是同步控制的伺服电机，分别设置在冷却段、烧结段和预热段的第一台窑车单体的横向轴线的位置，共有三套，并通过预设计算机程序，控制其同步启动、前进速度、停机位点；42是轴套；43是传动轴29的轴承套，对齿轮传动杆29起固定作用；

图12中，28是设置于车架22底部侧边的齿条；29是窑车组移动动力系统结构中的齿轮传动杆；30是窑车组移动动力系统结构中的齿轮。

烧制前，首先按照如上所述的结构，将20个窑车单体以每四台窑车单体为一组通过设置的凹状连接体18、凸状的连接体23进行连接，组内窑车单体之间相靠近的耳托上放置耐热材料层20，窑车单体的平台上放置好待烧的烧制品；提升烧结段水冷式耐热前钢门10、烧结段水冷式耐热后钢门13、预热段后置门14；启动同步控制的伺服电机，并准确将第一组窑车组定位在烧结段内，第二组的窑车组定位在预热段内；第三组之后则在轨道上等待；关闭烧结段水冷式耐热前钢门10、烧结段水冷式耐热后钢门13、预热段后置门14，此时，烧结段水冷式耐热前钢门10的门下边正好卡在第一台窑车单体的耳状门托17上，烧结段水冷式耐热后钢门13的门下边正好卡在第四台和第五台窑车单体之间两个相靠近的耳状门托17上，预热段后置门14的门下边正好卡在第八台和第九台窑车单体之间两个相靠近的耳状门托17上；启动烧结段水冷式耐热前钢门10、烧结段水冷式耐热后钢门13的水循环系统。

第一次烧制：启动微波发生器，并持续向烧结段内传到微波热源；加热一定时间分钟后，炉内温度达到1356℃；终止微波源，并首先提升烧结段水冷式耐热前钢门10，启动烧结段的同步控制的伺服电机，并准确将第一窑车组定位在冷却段的段内，关闭烧结段水冷式耐热前钢门10；接着提升烧结段水冷式耐热后钢门13，启动烧结段和预热段的同步控制的伺服电机，并准确将第二窑车组定位在烧结段的段内，关闭烧结段水冷式耐热后钢门10；第三步是提升预热段后置门14，启动预热段的同步控制的伺服电机，并准确将第三窑车组定位在预热段的段内，关闭预热段后置门14，准备进入第二次烧制。

第二次烧制：同步启动抽风机和微波源，抽风机将冷却段的热空气快速回抽至预热段，微波源将对烧结段进行加热；加热一定时间后，炉内温度达到1356℃；终止抽风机和微波源，并首先提升冷却段前置门耐热材料层，启动冷却段的同步控制的伺服电机，并将第一窑车组送出烧结炉外，关闭冷却段前置门5后，提升烧结段水冷式耐热前钢门10，启动烧结段的同步控制的伺服电机，并准确将第二窑车组定位在冷却段的段内，关闭烧结段水冷式耐热前钢门10；接着提升烧结段水冷式耐热后钢门13，启动烧结段和预热段的同步控制的伺服电机，并准确将处于预热段的第三窑车组定位在烧结段的段内，关闭烧结段水冷式耐热后钢门10；紧接着是提升预热段后置门14，启动预热段的同步控制的伺服电机，并准确将处于轨道上的第四窑车组定位在预热段的段内，关闭预热段后置门14，准备进入第三次烧制。上述过程，不断反复。

利用如上所述的微波焙烧炉烧制的工艺陶瓷，经检验成品合格率为98.5％，符合烧制要求。

Claims (6)

1.一种三段四门式节能型微波烧结隧道炉，由微波烧结隧道炉、轨道、窑车组成，其特征是：

1)炉体外形为长箱型结构，下有基座，铺设两根轨道，炉壁由外钢板层、中隔热层和内耐热层构成，侧面炉壁设有等距门槽和方形滑动条，4扇提升式钢门将炉腔分为冷却段、烧结段和预热段；

2)冷却段与预热段之间设置有热气体抽送管道；

3)隧道炉炉体顶部设置有1～3个的波导口；

4)窑车为车式结箱体构，至下而上分别为轨道轮、钢质方形框式结构的车架、进气孔和耐热材料层构成，窑车前后端正中上下位置各设有耳状门托、连接件和凹型槽，1、2、3、4或5台窑车连接后组成窑车组；

5)位于冷却段、烧结段和预热段炉外侧边共有三组同步控制的伺服电机和传动系统构成。

2.根据权利要求1所述的三段四门式节能型微波烧结隧道炉，其特征是所述的4扇提升式钢门中，位于冷却段与烧结段、烧结段与预热段之间采用的是水冷型耐热钢门，冷却段前置门、预热段后置门采用的是普通耐热钢门。

3.根据权利要求1所述的三段四门式节能型微波烧结隧道炉，其特征是所述的水冷型耐热钢门是由双层的钢板制成，层间为空心结构，并安有低位进水高位出水的进水管和出水管。

4.根据权利要求1所述的三段四门式节能型微波烧结隧道炉，其特征是所述的传动系统包括设置于窑车单体车架下侧边的齿条和传动齿轮、传动杆、固定轴承构成。

5.根据权利要求1所述的三段四门式节能型微波烧结隧道炉，其特征是所述的热气体抽送管道1～3根，起于冷却段炉壁顶部中央，终于预热段炉壁顶部中央。

6.根据权利要求1所述的三段四门式节能型微波烧结隧道炉，其特征是所述的进气孔共有2～6个，并均匀分布并上下方向居中贯穿于窑车，进气孔的内径正好等于所用微波波长的四分之一。

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