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Abstract

本发明公开了属于无机非金属材料制备技术领域的一种无机微球快速烧结的方法与装置，烧结装置包括雾化供料系统、高温烧结区、收集换热冷却区和瞬态稳流调控系统。微球烧结方法是将实心或空心微球坯体通过雾化分散装置从燃烧器中心加入高温火焰炉中，通过调节炉内气压与助燃风气流，炉内中心形成瞬态稳流高温火焰，实心和空心微球在火焰中瞬间悬浮烧结，之后降落至收集区。再通过负压气流与助燃热风引导，穿过双通路高效换热单元，使烧结后的微球快速降温，再从出料口流出。本发明具有烧结无机空心微球快速、高效，节能环保的特点。可有效避免微珠间粘连结团，以及与炉壁粘连现象，实心和空心微球球形度好。

Description

一种无机微球快速烧结的方法与装置
技术领域
本发明属于无机非金属材料制备技术领域，特别涉及一种无机微球快速烧结的方法与装置。
背景技术
无机微球即为实心和空心的陶瓷或玻璃微球，是一种尺寸介于0.001—1.0mm的实心或者中空的无机非金属材料球体。具有球形度好、质轻、低导热、隔音、耐磨、高分散、电绝缘性、热稳定性好、制造成本低等优点，是一种用途广泛的轻质、高强、性能优异的新型球形轻质材料。在树脂等填料、乳化炸药、高档防火涂料、石油固井等领域应用广泛。此外在电子工业轻质封装材料、吸波材料、深水浮力材料、低密度粘合剂、轻质高强混凝土等方面也有潜在的用途。
无机非金属实心微球由于球形度好，在材料的制备过程中可以获得更好、更高的力学、电学和热学等性能，可以稳定工艺，提高产品质量，在无机非金属材料的制备中有着重要的作用。
目前，无机非金属空心球的主要是指玻璃漂珠，膨胀珍珠岩、人工合成的玻璃空心微球。市售的膨胀珍珠岩，其附加值较低，常用在建筑行业，为传统低端产品。漂珠是由火力发电厂的粉煤灰通过浮选等分级方法得到的，实际上是一种具有空心结构和硅铝酸盐玻璃体外壳的微米或亚微米级玻璃球，广泛用于油墨、胶粘剂、工程塑料、改性橡胶、电器绝缘件、节能涂料中。目前随着火力发电的减少，这种天然形成的副产品越来越少。人工合成的玻璃空心微球抗压强度较低，且成本高，主要应用于树脂等填料、乳化炸药、高档防火涂料等。
人工合成无机空心微球采用传统的匣钵烧结，生效效率低，且易团聚结块。采用回转窑烧结，坯体微珠表面易粉化，球形度差，原料浪费严重。空心玻璃微球采用的传统火焰炉，易产生球体间粘接与球体粘壁，且产量较低。
发明内容
本发明的目的是提供一种无机微球快速烧结的方法与装置，其特征在于，所述无机微球快速烧结装置由雾化供料系统、高温烧结区、收集换热冷却区和瞬态稳流调控系统组成，所述雾化供料系统位于装置的上方，由预热加料仓1、坯料雾化分散器2、燃烧器3依次连接组成；由此保持原料温度稳定，提高工艺稳定性，雾化分散后的坯料加入高温火焰区，可以大大降低烧结团聚粘连的发生；
所述高温烧结区位于雾化供料系统之下，雾化供料系统的燃烧器3通过燃火器4与高温炉壁6连接、高温炉壁6上设置环壁火焰喷嘴5，使在高温炉壁6的内腔形成火焰区7；
所述收集换热冷却区位于高温烧结区之下，在漏斗形收集区8的外圆周壁上装有换热单元11；收集换热冷却区的换热单元11为双通道构造，冷空气进风口9与换热单元11的水平通道连接，下出料口13与漏斗形收集区8下端口连接；在下出料口13管道上安装负压调控装置12；
所述瞬态稳流调控系统由燃烧器4、负压调控装置12和联动调控风道10组成，其中联动调控风道10分别连接换热单元11的水平通道、漏斗形收集区8的上半部、燃烧器3和预热加料仓1的外圆周壁上换热装置。
所述无机微球快速烧结方法，其特征在于，将粒径为10um—1.0mm无机微球坯体加入坯料预热仓1，通过联动调控风道10上并列安装的阀门调控坯料雾化分散器2的压力，调控燃烧器3的天燃气流量、助燃风流量、助燃风比例和助燃风温度，将预热至110-120℃的玻璃空心微球坯体经雾化分散后从燃烧器3中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中；通过负压装置12调控高温炉壁6的内腔压力，使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1000-1650℃，炉压-10—-100Kpa；无机微球在火焰中悬浮0.1-10秒后，通过高温区烧结后的无机微球降落至收集区8，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元11冷却，并从出料口13流出。
所述高温炉壁6采用倾斜式的结构设计，从而降低无机微球的降落路径与炉壁的交叉、接触，降低无机微球与炉壁粘壁几率。
所述火焰区7的高温炉壁6设置的环壁火焰喷嘴5，运行时产生环壁火焰幕，有效阻止由燃火器4的主火焰漂移、扰动而引起无机微球与炉壁碰撞，产生粘壁。
所述无机微球为实心和空心的陶瓷或玻璃微球，是一种尺寸介于0.001—1.0mm的实心或者中空的无机非金属材料微球。
所述无机非金属空心微球是指玻璃漂珠，膨胀珍珠岩和人工合成的玻璃空心微球。
本发明的有益效果是使用无机微球快速烧结装置快速烧结无机微球，可以完全避免烧结粘壁困扰；其设备简单，投资少，工艺可控性好，制作效率高，可实现连续化批量生产，坯体原料普适性强。
附图说明
图1为无机微球快速烧结装置结构示意图。
具体实施方式：
本发明提供一种无机微球快速烧结的方法与装置，下面结合附图和实施例以对本发明进行具体的描述。
图1所示为无机微球快速烧结装置结构示意图。图中，无机微球快速烧结装置由雾化供料系统、高温烧结区、收集换热冷却区和瞬态稳流调控系统组成，其中，雾化供料系统位于装置的上方，由预热加料仓1、坯料雾化分散器2、燃烧器3依次连接组成；由此保持原料温度稳定，提高工艺稳定性，雾化分散后的坯料加入高温火焰区；高温烧结区位于雾化供料系统之下，雾化供料系统的燃烧器3通过燃火器4与高温炉壁6连接，高温炉壁6采用倾斜式的结构设计；高温炉壁6上设置环壁火焰喷嘴5，使在高温炉壁6的内腔形成火焰区7；运行时产生环壁火焰幕，有效阻止由燃火器4的主火焰漂移、扰动而引起无机微球与炉壁碰撞，产生粘壁；从而降低无机微球的降落路径与炉壁的交叉、接触，降低无机微球与炉壁粘壁几率；可以大大降低烧结团聚粘连的发生。所述收集换热冷却区位于高温烧结区之下，在漏斗形收集区8的外圆周壁上装有换热单元11；收集换热冷却区的换热单元11为双通道构造，冷空气进风口9与换热单元11的水平通道连接，下出料口13与漏斗形收集区8下端口连接；在下出料口13管道上安装负压调控装置12；所述瞬态稳流调控系统由燃烧器4、负压调控装置12和联动调控风道10组成，其中联动调控风道10分别连接换热单元11的水平通道、漏斗形收集区8的上半部、燃烧器3和预热加料仓1的外圆周壁上换热装置。
所述无机微球快速烧结方法由下面实施例予以说明。本发明所述的无机微球为实心和空心的陶瓷或玻璃微球，是一种尺寸介于0.001—1.0mm的实心或者中空的无机非金属材料微球。其无机非金属空心微球是指玻璃漂珠，膨胀珍珠岩和人工合成的玻璃空心微球。
实施例1：玻璃空心微球的烧结
将粒径为50-90um玻璃空心微球坯体加入本发明所述装置的坯料预热仓。调控天燃气流量、助燃风流量、助燃风比例、助燃风温度、负压装置等参数。使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1250℃，炉压-30KPa。将预热至110-120℃微球坯体经雾化分散后从燃烧器中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中。空心微球在火焰中悬浮2-3S后，通过高温区。降落至收集区，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元冷却，烧结后的玻璃空心微球从出料口流出。
实施例2：氮化硼空心微球的烧结
将粒径为40-100um陶瓷空心微球坯体加入本发明所述装置的坯料预热仓。调控石油液化气流量、助燃风流量、助燃风比例、助燃风温度、负压装置等参数。使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1400℃，炉压-50KPa。将预热至140-150℃微球坯体经雾化分散后从燃烧器中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中。空心微球在火焰中悬浮3-4S后，通过高温区。降落至收集区，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元冷却，烧结后的陶瓷空心微球从出料口流出。
实施例3：煤矸石空心微球
将30-80um煤矸石空心微球坯体加入本发明所述装置的坯料预热仓。调控煤气流量、助燃风流量、助燃风比例、助燃风温度、负压装置等参数。使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1350℃，炉压-40KPa。将预热至110-120℃微球坯体经雾化分散后从燃烧器中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中。空心微球在火焰中悬浮3-4S后，通过高温区。降落至收集区，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元冷却，烧结后的煤矸石空心微球从出料口流出。
实施例4：氧化铝实心微球
将5-20um氧化铝实心微球坯体加入本发明所述装置的坯料预热仓。调控天然气流量、助燃风流量、助燃风比例、助燃风温度、负压装置等参数。使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1550℃，炉压-20KPa。将预热至130-140℃微球坯体经雾化分散后从燃烧器中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中。实心微球在火焰中悬浮4-5S后，通过高温区。降落至收集区，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元冷却，烧结后的氧化铝实心微球从出料口流出。
实施例5：玻璃实心微球
将30-50um玻璃实心微球坯体加入本发明所述装置的坯料预热仓。调控天然气流量、助燃风流量、助燃风比例、助燃风温度、负压装置等参数。使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1150℃，炉压-25KPa。将预热至100-110℃微球坯体经雾化分散后从燃烧器中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中。实心微球在火焰中悬浮2-3S后，通过高温区。降落至收集区，通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元冷却，烧结后的玻璃实心微球从出料口流出。

Claims (6)

1.一种无机微球快速烧结装置，其特征在于，所述无机微球快速烧结装置由雾化供料系统、高温烧结区、收集换热冷却区和瞬态稳流调控系统组成，所述雾化供料系统位于装置的上方，由预热加料仓（1）、坯料雾化分散器（2）、燃烧器（3）依次连接组成；由此保持原料温度稳定，提高工艺稳定性，雾化分散后的坯料加入高温火焰区，可以大大降低烧结团聚粘连的发生；
所述高温烧结区位于雾化供料系统之下，雾化供料系统的燃烧器（3）通过燃火器（4）与高温炉壁（6）连接、高温炉壁（6）上设置环壁火焰喷嘴（5），使在高温炉壁（6）的内腔形成火焰区（7）；
所述收集换热冷却区位于高温烧结区之下，在漏斗形收集区（8）的外圆周壁上装有换热单元（11）；收集换热冷却区的换热单元（11）为双通道构造，冷空气进风口（9）与换热单元（11）的水平通道连接，下出料口（13）与漏斗形收集区（8）下端口连接；在下出料口（13）管道上安装负压调控装置（12）；
所述瞬态稳流调控系统由燃烧器（4）、负压调控装置（12）和联动调控风道（10）组成，其中联动调控风道（10）分别连接换热单元（11）的水平通道、漏斗形收集区（8）的上半部、燃烧器（3）和预热加料仓（1）的外圆周壁上换热装置。
2.根据权利要求1所述无机微球快速烧结装置，其特征在于，所述高温炉壁（6）采用倾斜式的结构设计，从而降低无机微球的降落路径与炉壁的交叉、接触，降低无机微球与炉壁粘壁几率。
3.根据权利要求1所述无机微球快速烧结装置，其特征在于，所述火焰区（7）的高温炉壁（6）设置的环壁火焰喷嘴（5），运行时产生环壁火焰幕，有效阻止由燃火器（4）的主火焰漂移、扰动而引起无机微球与炉壁碰撞，产生粘壁。
4.一种使用权利要求1所述无机微球快速烧结装置的无机微球快速烧结的方法，其特征在于，将粒径为10um—1.0mm无机微球坯体加入坯料预热仓（1），通过联动调控风道（10）上并列安装的阀门调控坯料雾化分散器（2）的压力，调控燃烧器（3）的天燃气流量、助燃风流量、助燃风比例和助燃风温度，将预热至110-120℃的玻璃空心微球坯体经雾化分散后从燃烧器（3）中心加入烧结区瞬态稳流高温火焰中；通过负压装置（12）调控高温炉壁（6）的内腔压力，使炉内高温火焰达到瞬态稳流，炉内温度达到1000-1650℃，炉压-10—-100Kpa；无机微球在火焰中悬浮0.1-10秒后，通过高温区烧结后的无机微球降落至收集区（8），通过炉内负压与助燃热风气流引导通过换热单元（11）冷却，并从出料口（13）流出。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机微球为实心和空心的陶瓷或玻璃微球，是一种实心或者中空的无机非金属材料微球。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述无机非金属空心微球是指玻璃漂珠，膨胀珍珠岩和人工合成的玻璃空心微球。
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