CN103787314A - 一种碳制品焙烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及了一种用于碳制品焙烧的工业炉，该设备由焙烧罐、冷凝器、连接管、真空泵及压力控制阀组成；焙烧罐由壳体、盖、垫片、发热体、隔热层组成；冷凝器由容器、冷凝塔组成；压力控制阀分别安装在焙烧罐保护气体进气口处及冷凝器顶部的气体出口处，确保系统在微正压下运行。连接管为金属管道内衬隔热层。系统运行中先抽真空，排出所有空气放入保护性气体，在整个焙烧期间系统保持气密性，实现了对焙烧气氛的有效控制。本发明解决了大尺寸碳素制品难以烧成，污染大等问题。

Description

一种碳制品焙烧炉

技术领域

本发明涉及了碳制品生坯焙烧用的工业炉设备。用于处理属于国际专利分类号C 01 B31/04的材料或制品。

背景技术

焙烧炉是碳制品压坯在填充料保护下，进行高温热处理的工业炉，也可用于浸渍沥青后的碳制品再次热处理。总之，通过焙烧使坯件中的沥青炭化，使碳制品具有较高的机械强度，较低的电阻率，较好的热稳定性和化学稳定性，焙烧炉是碳制品生产中的重要设备。多年来碳制品生产制造企业多使用敞开式的带盖环式炉、隧道窑或抽屉窑等工业炉，燃料主要为发生炉煤气、天然气或煤等。

众所周知，碳制品生坯中含有大量的沥青，沥青随着温度的升高一部分聚合并焦化成为焦炭保留在碳制品中。而另一部分的沥青，约占沥青总量的40%在加热过程中会不断的分解、挥发，随燃料的燃烧产物一同通过烟囱排向大气。这样不仅造成资源的巨大浪费，而且大量的沥青烟气排向大气对环境造成严重的污染。为此人们采用电膜除尘装置来处理沥青烟气，由于烟气数量巨大且又温度极高不易处理，往往经电膜除尘器处理后还不尽人意。

碳制品生坯焙烧是在焦炭床内进行的，装炉时需要加入大量的细粒状的焦炭作为填充料，严重影响了现场的工作环境。

另外由于碳素焙烧炉是敞开式的，当焙烧炉处于预热阶段时难免空气的渗入，焦炭床中焦炭对生坯的保护作用仅发生在高于焦炭明显氧化的温度。也即400℃前窑炉并不能保护碳素生坯不受氧化，此时空气中氧的存在会加剧沥青的凝聚、焦化及分解，这也造成产品的成品率不高，这对于大尺寸制品的焙烧非常重要。

发明内容

本发明涉及碳制品生坯的焙烧炉，其目的之一是从根本上解决沥青烟的排放及资源的回收问题。

本发明的原理是对焙烧炉采用全封闭结构，所有的沥青挥发物全部通过冷凝器回收。为此本发明涉及的焙烧炉采用电加热，无燃料燃烧产生的废气。不仅解决了沥青烟尘对环境的污染，而且还回收了挥发的沥青产物，实现了原材料的综合循环使用。

本发明目的之二是不再使用细粒状的焦炭作为填充料,改善工作环境。

本发明目的之三是充分保护碳素生坯不受氧化，包括在400℃以下的低温区间。

根据上述原理，本发明中的碳制品的焙烧炉是全密闭的，升温前可以抽真空，焙烧过程中采用惰性或还原性气体保护，炉内始终保持微正压，焙烧炉由焙烧罐，冷凝器，连接导管、真空泵及压力控制阀等组成。

焙烧罐是个立式或卧式的金属容器，内衬耐火材料，可以抽真空，焙烧期间有惰性或还原性气体保护，焙烧罐有易于开启的盖，方便产品的装、出。焙烧罐采用电加热，内置发热体，炉膛温度在600～1000℃，当然还可以更高。发热体材料根据炉温选择，可以是电炉丝、硅碳棒或石墨等。在发热体与焙烧罐壁间设置隔热层，隔热层材料的种类及厚度应根据炉温选择，可以是耐火砖、泡沫砖、硅酸铝保温毡或炭毡等。焙烧罐是否配冷却水套，应根据隔热层配置情况而定。

焙烧罐的盖可以是快开盖，也可以是固定法兰式的，焙烧罐盖与壳体间必须密封，为了确保密封在整个焙烧期间有效，在密封垫片背面金属结构中设置专门的冷却通道。盖的内侧配有隔热层，避免焙烧罐盖的过多热损失。

焙烧罐有气体出口、真空泵接口，惰性或还原性气体接口，另外有测压口，测温口及防爆口等。上述接口处的接管内侧均有隔热内衬。

发热体固定在焙烧罐内的支架或砌体上，在支架或砌体与焙烧罐壁间填充保温材料，防止过多的热量损失。

冷凝器为立式容器，下部为一个收集及盛装冷凝液的容器，上部有一个冷凝塔，受压状态与焙烧罐相同。来自焙烧罐含有大量挥发物的气体从冷凝塔的底部进入，冷凝塔上部填充瓷环。塔体的外侧面配置加热夹套，确保冷凝液处于液体状态。冷凝塔顶部气体排出口处装有压力调节阀，使系统内保持微正压。

连接导管用于连接焙烧罐与冷凝器，一端与冷凝器的气体进口连接，另一端与焙烧罐的气体出口连接，连接导管与焙烧罐及冷凝器有相同的受压状态，连接导管上不设置任何阀门或节流装置。由于导管也会受到焙烧罐内排出的高温气体的影响，所以有必要在连接导管外设置冷却水套，或管内设置隔热层，保持连接导管内的温度不低于沥青的熔化温度。

压力控制阀用于控制焙烧炉内的压力，保持微正压。在焙烧罐的气体入口处有压力控制阀，在冷凝器气体出口处也设有压力控制阀，前者用于当系统内压力下降时及时向系统内补充气体，后者当系统内压力超高时及时排气。由于压力控制阀门的额定工作温度远低于炉温，所以排气用的压力控制阀安装在冷凝器的顶部气体出口处。炉内压力的平衡控制就是通过前后两个控制阀实现的。

附图说明：图１是焙烧炉系统示意图，图2是焙烧罐示意图；图3是冷凝器示意图。

本发明所涉及的焙烧炉采用电加热的方式，保护用气体为惰性或还原性气体，可以是氮气等。焙烧炉设备包括焙烧罐1、冷凝器4、真空泵2、压力控制阀3及5、连接导管等。

焙烧罐1可以是立式或卧式的，由壳体15及可开启的盖20组成，壳体15上设有真空泵接口11在加热前将炉内空气抽出，防止含沥青压坯在低温下氧化现象的发生。壳体15上还有保护气体的进口12，在已抽空的焙烧炉内充入保护气体，炉内气体压力保持在0.1MPa以下。壳体15上还有气体出口10，用于排出焙烧罐1在升温过程中产生的气体，从焙烧罐1中排出的气体包括保护气体因热膨胀而排出的部分，另外更为主要的是蒸发的沥青挥发物。壳体15上还有测温口13、测压口14及防爆口17。炉内有发热体19，包括支承发热体的支架或炉膛彻体，在发热体19及壳体15间有隔热层18填充保温材料。盖20内设隔热层，填充保温材料。

壳体15与盖20之间应有垫片，考虑到垫片材料不适合承受较高的温度，为了保证这一密封在整个焙烧期间有效，在垫片位置的上下（前后）方金属材料内设置冷却通道。

冷凝器4以立式为宜，其受压状态同焙烧罐1，冷凝器4下部为一个收集及盛装冷凝后沥青液的容器26，上部有一个冷凝塔24。来自焙烧罐1的含有大量挥发物的气体从冷凝塔24的底部气体进口25进入，冷凝塔24上部填充瓷环22，增加冷凝回收效果。冷凝塔24壳体的外侧面配置加热夹套23，确保被冷凝的沥青处于液体状态。冷凝塔24顶部有气体排出口21，经过冷凝的气体，包括一些不可凝成分通过压力控制阀3排出。冷凝的沥青沉积于冷凝器4下部的容器26中。容器26的外部有加热夹套27，用于保持容器26处于适当的温度，保持冷凝的沥青处于流动性良好的液体状态，容器26的底部有沥青的排放口28，用于排出过量的沥青。

压力控制阀5安装在焙烧罐1的气体进口12处，当系统内气压下降时，通过阀5及时向炉内补充保护气体，维持稳定的炉压。在冷凝器4气体出口21处安装压力控制阀3，当系统内压力超高时及时通过阀3排气。这样就有效地实现了炉内的压力控制，也防止了空气的进入。

具体实施方式

用本发明所涉及的碳制品焙烧炉结合以下实例加以说明：

实施例：用本发明所涉及的碳制品焙烧炉焙烧压制毛坯，将φ200×500等静压成形的碳制品毛坯20件裸露状放入焙烧罐1的炉膛内，装炉时不使用粒状焦炭作为装炉料，压坯的技术条件见表1。

 表1压坯的技术条件

开动真空泵2，对系统抽真空，系统真空度应达到 -0.09 MPa 以上，并维持1小时。关闭真空管路阀门后开始通入氮气。缓慢升压，系统通过压力控制阀5将系统内压力升到0.02MPa(G)，自动恒压。通电加热，并开启密封垫片背面的冷却水系统，共计75小时达到900℃完成焙烧。

随温度升高焙烧罐1内压力上升，压坯内的沥青挥发。罐内保护气体膨胀与沥青蒸汽一起通过连接管道流入冷凝器4，沥青蒸汽经过冷凝被回收，沉积于冷凝器4底部，发生膨胀而溢出的保护性气体从冷凝器4顶部的压力控制阀3排出。整个系统的压力稳定维持在0.02MPa(G)。

完成加热升温后，待罐内冷却到200℃以下时，缓慢放气后。打开盖20，取出产品。

上述产品的体积密度及成品率见表2。

表2焙烧后炭制品的体积密度

序号	热处理温度℃	体积密度g/cm3	成品率%
				1	900	1.43	100

Claims (6)

1.本发明涉及一种碳制品焙烧炉，其特征在于所述的焙烧炉包括焙烧罐、冷凝器、连接管、真空泵及压力控制阀等，整个系统可以保持密闭状态。

2.根据权利要求1所述的焙烧炉的结构，其特征在于焙烧罐的保护气体进口处有压力控制阀能在炉压低于设定值时进气，冷凝器气体出口处有压力控制阀能在炉压高于设定值时放气。

3.根据权利要求1所述的焙烧炉的结构，其特征在于焙烧罐由壳体、盖、垫片、接管、发热体及隔热层组成，焙烧罐壳体上所有接管均设置隔热内衬。

4.根据权利要求3所述的焙烧罐的结构，其特征在于法兰密封垫片槽的背面有冷却水通道。

5.根据权利要求1所述的焙烧炉的结构，其特征在于冷凝器是立式金属容器，由下部的储液容器及上部的冷凝塔组成，冷凝塔的底部有气体进口，冷凝塔的顶部有气体出口，冷凝塔上部内充瓷环，外侧有加热夹套，在冷凝器下部的储液容器的外侧有加热夹套，底部有排放口。

6.根据权利要求1所述的焙烧炉的结构，其特征在于连接焙烧罐及冷凝器的连接管为金属管道，内有隔热层或外设冷却水套。

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