CN106825580B - 一种带气氛净化功能的催化脱脂炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，包括炉体和配合所述炉体的气氛净化分离装置，所述炉体内部安装有炉胆外罩，所述炉胆外罩内部安装有脱脂炉胆，所述脱脂炉胆内部设置有用于承载物料的物料载箱，炉胆外罩与脱脂炉胆之间设有炉体加热丝，炉体侧部设有可配合密封炉胆外罩的炉门组件，所述气氛净化分离装置设有进气通道和出气通道分别与脱脂炉胆及物料载箱连通。该种带气氛净化功能的催化脱脂炉具有节省成本、对环境污染少、产品的质量更好、安全性能高、防爆性能高等现有技术所不具备的优点。
Description
技术领域
本发明涉及一种粉末冶金领域的加工设备，特别是一种带气氛净化功能的催化脱脂炉。
背景技术
催化脱脂的工艺原理是利用固态的聚甲醛(POM)在一定温度(约100℃)的酸性气氛下快速裂解成气态的甲醛分子的特性，其中酸作为一种催化剂而存在。其裂解方程式如下：
(CH2O)n(酸性溶液)——→nCH2O
目前，催化脱脂过程中常用的催化剂是硝酸(HNO3)，强氧化性的硝酸(HNO3)能快速的催化裂解POM而被工业生产广泛采用。但是硝酸的危险性极高，能灼伤人的皮肤，能损害人体内部的粘膜和呼吸道，与蛋白质接触，即生成一种鲜明的黄蛋白酸黄色物质,使人窒息，严重者死亡；对环境的污染也很大，是酸雨的形成原因之一。
传统的气体净化装置大多使用吸附、酸碱中和、置换等方式去除杂质，但是在粉末冶金金属注射成型技术中，需要保留酸性气体，即为保护酸性气体，保证其能二次利用。而传统的气体净化装置不宜在这技术领域里使用。还有，传统的气体净化装置从废气进入设备后，要先经过过滤器过滤掉颗粒物，然后再进入吸附区吸附净化，之后净化的气体由通风机排入大气或者进入其他仪器二次利用。
传统的气体净化装置不能只去除混合气体中没用的杂质或过滤掉本不能被循环利用的杂质，如石蜡、PE、PP等。像硝酸、N2等能被循环利用的，能通过设备重新通入脱脂炉内二次利用。像这样的局限性，一般的传统的气体净化装置无法实现。
传统的脱脂炉炉门关闭只有一个铰链点，在炉门关闭压紧时，往往因为关闭不当，而炉门压紧时受力不均导致炉门泄露问题，引发了安全事故的发生。当安全事故发生时，传统的炉门压紧只有一两个安全措施，即为炉门压紧装置与链条，当爆炸的冲击压力过大，炉门压紧装置无法承受，容易损坏导致炉门被完全打开，压力外泄，作业人员容易受牵连。
传统的脱脂炉在催化裂解反应后，尾气会排放到燃烧室燃烧，但是，因为炉体内部的流动性不佳，虽然有风扇辅助，但还是不够明显，往往催化裂解产生的杂质会堵塞脱脂产品微观上的孔洞，影响聚甲醛的分解及阻碍酸性气体进入产品深层内部，导致催化脱脂时浪费热量，脱脂时间长，产量低，良率低。
综上，现有技术存在一下几个方面的缺陷：
1、硝酸的消耗量大，危害也大，完成脱脂后被排放到大气中,不能循环利用，生产成本高；
设备产生的尾气排放中，有HNO3和NOx，是酸雨成因之一，对环境有危害，对水体、土壤和大气可造成污染，对环境的污染大；
硝酸溅于皮肤能引起烧伤，并染成黄色斑点，一般带微黄色。浓硝酸和有机物，木屑等相混能引起燃烧，腐蚀性很强，能灼伤皮肤，也能损害人体内部的粘膜和呼吸道，与蛋白质接触，即生成一种鲜明的黄蛋白酸黄色物质,使人窒息，严重者死亡。
2、脱脂炉炉门闭关与压紧的不良问题：
炉门问题极其重要。传统的炉门关闭时，只有一根转轴，导致炉门关闭不当，压紧装置无法完全压紧炉门，容易发生炉门处泄露或爆炸等事件，安全性能不足。
3、防爆措施等级低：
目前的炉门防爆措施只有压紧装置和链条，甚至只有压紧装置。当炉子泄露爆炸时，炉门往往是受冲击最大的地方。如果炉门压紧力不够，爆炸时不能泄压，炉门将会被冲开，爆炸时的压力，热量，飞泄物直面而来，作业人员将遭受生命威胁。
4、炉体内部气氛流动性不强，影响产生良率：
炉体气氛入口只有一台风扇辅助，出气口没有气体引导，导致内部气流紊乱，催化裂解产生的杂质会堵塞脱脂产品微观上的孔洞，影响聚甲醛的分解及阻碍酸性气体进入产品深层内部，导致催化脱脂时浪费热量，脱脂时间长，产量低，良率低。
总之，现有技术存在气氛杂质影响产生、生产成本高、安全性能不足、对环境污染大、炉门密封性能不足、炉门防爆性能差等技术缺陷。
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种新的技术方案以解决现存的技术缺陷。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，解决了现有技术存在的杂质影响生产、成本高、污染环境、安全性不高、防爆性能差等技术缺陷。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，包括炉体和配合所述炉体的气氛净化分离装置，所述炉体内部安装有炉胆外罩，所述炉胆外罩内部安装有脱脂炉胆，所述脱脂炉胆内部设置有用于承载物料的物料载箱，炉胆外罩与脱脂炉胆之间设有炉体加热丝，炉体侧部设有可配合密封炉胆外罩的炉门组件，所述气氛净化分离装置设有进气通道和出气通道分别与脱脂炉胆及物料载箱连通。
作为上述技术方案的改进，所述气氛净化分离装置包括中空的外箱体和设置在所述外箱体内部的内箱体，所述外箱体和内箱体之间设置有加热套，所述加热套套设在内箱体外部，所述内箱体内部安装有与内箱体内壁相互隔开的冷却箱，上述的进气通道和出气通道分别连通到内箱体的上部空间和内箱体的下部空间。
作为上述技术方案的进一步改进，所述出气通道上设置有便于将内箱体内部气体抽进上述物料载箱的抽风机，所述物料载箱内部设有便于物料载箱内部热量均匀的风扇。
作为上述技术方案的进一步改进，所述内箱体在其靠近出气通道的出气口处设置有加热丝和热电偶，所述冷却箱侧部设置有冷凝片。
作为上述技术方案的进一步改进，所述气氛净化分离装置底部设置有杂质收集口，所述杂质收集口连通到内箱体的底部位置。
作为上述技术方案的进一步改进，所述炉体上部设置有燃烧室，所述燃烧室连通到炉体内的炉胆外罩的内部空间，燃烧室侧部连接有天然气进气口。
作为上述技术方案的进一步改进，所述炉体还设有氮气进气口，所述氮气进气口连通到物料载箱内部。
作为上述技术方案的进一步改进，所述炉门组件包括铰接在炉体侧部的炉门开关臂、铰接在所述炉门开关臂上的炉门以及用于将炉门压紧在炉体上的压紧装置，所述炉门开关臂上还设置有防爆插销装置，所述炉门内侧设有炉门加热丝。
作为上述技术方案的进一步改进，所述压紧装置包括固定在炉体上的弹簧筒、与所述弹簧筒连接的轴杆，所述轴杆铰接有螺纹杆，所述螺纹杆上设置有与螺纹杆螺纹配合的拧紧把手，所述弹簧筒内部设有压缩弹簧，所述轴杆的一端具有压紧机构并可通过该压紧机构压缩所述压缩弹簧。
作为上述技术方案的进一步改进，所述防爆插销装置包括插销块、限位短轴及开设在炉门开关臂上对应的短轴插孔，所述插销块的端部具有斜坡结构，所述限位短轴的一端与所述斜坡结构抵靠接触，所述限位短轴可触发设置在炉门开关臂上的触发开关。
本发明的有益效果是：本发明提供了一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，该种带气氛净化功能的催化脱脂炉具有以下几个方面的优点：
1、本发明设置有气氛净化分离装置，让所述气氛净化分离装置可让脱脂炉里排出的尾气能实现被净化，被净化后的HNO3、N2还能循环利用，使其进入脱脂炉里继续分解POM，充分利用了可循环利用的物质，节省了生产成本；
2、有效改善了内部工作环境，提高了炉体内部气氛的流动性，排除气氛中的杂质对催化脱脂工艺过程中不良影响，提升催化脱脂的效率
3、尾气进入气氛净化分离装置后，在高温区加热，在低温区冷却，冷却后的杂质(有石蜡、(CH2O)、PE、PP等)附着在水箱和冷凝片上，硝酸(HNO3)承液态流到内箱底部被加热丝加热气化，与N2一起流入出气口；
4、炉门的两层安全措施，即压紧装置的弹簧缓冲作用和防爆插销装置的限制炉门开关臂的转动作用，提高了炉门的安全性；
5、本发明可以实现完全密封作业，确保脱脂炉里的POM能顺利催化脱脂；
6、提高了硝酸(HNO3)的利用率，减少硝酸(HNO3)的使用量，减少尾气中硝酸产生的氮氧化物排放，降低环境污染程度。
该种带气氛净化功能的催化脱脂炉解决了现有技术存在的杂质影响生产、成本高、污染环境、安全性不高、防爆性能差等技术缺陷。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的催化脱脂流程图；
图2是本发明剖视结构示意图；
图3是本发明中炉体加热丝的分布示意图；
图4是本发明的主视结构示意图；
图5是本发明中炉门加热丝分布示意图；
图6是本发明中压紧装置的连接关系图；
图7是本发明中防爆插销装置的连接关系图；
图8是本发明中冷却箱的结构示意图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合，参照图1-图8。
参照图1，金属粉末注射成型脱脂的过程，最重要的是去除聚甲醛(POM,占70-95％)，由于聚甲醛分子主链上两个相邻氧原子对亚甲基氢原子有较强的活化作用，在热和氧化(强氧化性的酸)作用下聚甲醛分子链由于受到氧的攻击而断裂，发生连续脱甲醛的连锁反应(β断链机理)，最终由聚甲醛分解成为甲醛气体，聚甲醛从固态变成了气态甲醛气体逃逸，从而实现粘结剂脱除,还有其它成分为高熔点、耐热氧性能好的材料，如PP，PE等。
目前，脱脂过程中常用的催化剂是硝酸(HNO3)，强氧化性的硝酸(HNO3)能快速的催化裂解POM而被工业生产广泛采用。但是硝酸的危险性极高，对环境的污染也大，在硝酸无法被取代的前提下，应该减少其使用量。本发明通过设置气氛净化分离装置2可循环利用催化剂，达到减少催化剂的用量，减轻对环境的污染，降低生产成本的目的。
具体参照图2，本发明提供一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，包括炉体1和配合所述炉体1的气氛净化分离装置2，所述炉体1内部安装有炉胆外罩11，所述炉胆外罩11内部安装有脱脂炉胆12，所述脱脂炉胆12内部设置有用于承载物料13的物料载箱14，炉胆外罩11与脱脂炉胆12之间设有炉体加热丝15，炉体1侧部设有可配合密封炉胆外罩11的炉门组件6，所述气氛净化分离装置2设有进气通道31和出气通道32分别与脱脂炉胆12及物料载箱14连通。
参照图2，所述气氛净化分离装置2包括中空的外箱体21和设置在所述外箱体21内部的内箱体22，所述外箱体21和内箱体22之间设置有加热套23，所述加热套23套设在内箱体22外部，所述内箱体22内部安装有与内箱体22内壁相互隔开的冷却箱24，上述的进气通道31和出气通道32分别连通到内箱体22的上部空间和内箱体22的下部空间。
优选地，所述出气通道32上设置有便于将内箱体22内部气体抽进上述物料载箱14的抽风机33，所述物料载箱14内部设有便于物料载箱14内部热量均匀的风扇17。
优选地，所述内箱体22在其靠近出气通道32的出气口处设置有加热丝25和热电偶26。
优选地，所述气氛净化分离装置2底部设置有杂质收集口27，所述杂质收集口27连通到内箱体22的底部位置。
优选地，所述炉体1上部设置有燃烧室4，所述燃烧室4连通到炉体1内的炉胆外罩11的内部空间，燃烧室4侧部连接有天然气进气口41。
优选地，所述炉体1还设有氮气进气口16，所述氮气进气口16连通到物料载箱14内部。
参照图2，具体地，在炉体1上部设置指示灯18，所述指示灯18安装在脱脂炉箱体左、上、前方靠近边角的地方，以方便观看，对操作人员具有安全提示作用；所述燃烧室4安装在脱脂炉炉体1上方，燃烧室4下接炉胆外罩11，并密封好，上接通风口42；所述物料13放置在物料载箱14里，按规格排放整齐；所述物料载箱14固定在脱脂炉胆12里，中间悬空，方便受热；所述脱脂炉胆12固定在炉胆外罩11里，中间悬空，方便受热。
优选地，所述风扇17要伸进物料载箱14里；炉胆外罩11固定在脱脂炉的炉体1里，外侧密封，具有保温功能；所述气氛净化分离装置2要装在炉体1外侧后方并固定，其进气通道31与脱脂炉的尾气出气口相连，即在燃烧室4与脱脂炉胆12之间连接，所述出气通道32可用加热管道与物料载箱14相接。
参照图3，将若干个炉体加热丝15安装固定在脱脂炉胆12与炉胆外罩11之间，其分布方式如图3所示。
参照图4，所述炉门组件6包括铰接在炉体1侧部的炉门开关臂61、铰接在所述炉门开关臂61上的炉门62以及用于将炉门62压紧在炉体1上的压紧装置63，所述炉门开关臂61上还设置有防爆插销装置64，在炉体1上对应炉门62的位置设置4个压紧装置63，所述压紧装置63固定在炉体1前方，压紧装置63的轴杆632上还安装有接触开关；压紧装置63属于二连杆机构，以方便锁住炉门62；炉门62固定在炉门开关臂61上，炉门62可在炉门开关臂61上转动一定角度以方便炉门62与炉体1达到更好的密封配合；所述炉门开关臂61固定在脱脂炉炉体1的机架上，可转动；所述防爆插销装置64安装在炉门开关臂61的侧边上，其下方有接触开关。
参照图5，所述炉门62内侧设有炉门加热丝65。
参照图6，所述压紧装置63包括固定在炉体1上的弹簧筒631、与所述弹簧筒631连接的轴杆632，所述轴杆632铰接有螺纹杆633，所述螺纹杆633上设置有与螺纹杆633螺纹配合的拧紧把手634，所述弹簧筒631内部设有压缩弹簧635，所述轴杆632的一端具有压紧机构并可通过该压紧机构压缩所述压缩弹簧635。
参照图7，所述防爆插销装置64包括插销块641、限位短轴642及开设在炉门开关臂61上对应的短轴插孔643，所述插销块641的端部具有斜坡结构6411，所述限位短轴642的一端与所述斜坡结构6411抵靠接触，所述限位短轴642可触发设置在炉门开关臂61上的接触开关。
参照图8，所述冷却箱24侧部设置有冷凝片241，以提升冷却效果，本本实施例中，所述冷凝片241呈长方形。
本发明的催化脱脂炉的运作过程：
首先把物料13整齐排布在物料载箱14上，然后转动炉门开关臂61，可使炉门62至适合关闭密封位置，分别拉动4个压紧装置63的螺纹杆633与轴杆632共线，对准炉门62上的相应位置，再成对角式方式依次旋转拧紧把手634至压紧炉门62，并触发接触开关即可。所述压紧装置63的示意图如图6所示。
在关紧炉门62后，用力推防爆插销装置64的插销块641，使限位短轴642触发接触开关，这时，限位短轴642会通过炉门开关臂61上的短轴插孔643，卡住炉门开关臂61，限制其在关闭没有被压紧时的自由转动。
在设备能正常工作后，催化脱脂产生的尾气，一小部分流入燃烧室4燃烧，一大部分流入气氛净化分离装置2中。当尾气进入气氛净化分离装置2后，由加热套23加热，在冷却箱24处被冷却，本实施例中，所述冷却箱24为水箱，冷却至杂质(石蜡、PE、PP等)在气态中液化或凝固，并附着在冷却箱24表面上，硝酸(HNO3)液化成液体流到箱体底部。
在加热丝25的加热下又气化成气体，并与N2一起流入出气通道32并经过出气通道32返回脱脂炉胆12里继续参加催化反应。催化脱脂产生的尾气会再一次流入气氛净化分离装置2中净化分离，如此循环不息，可充分排出裂解产生的杂质，改善内部工作环境，有效利用硝酸(HNO3)，减少硝酸(HNO3)的使用量，也能减少硝酸(HNO3)和氮氧化物的排放，改善环境，降低安全隐患。而杂质(石蜡、PE、PP等)会在脱脂炉暂停工作后内部清理。
当上述工艺过程完成后，要取出物料13时，作业人员应该先依次拧松但不完全拧开的4个压紧装置63的拧紧把手634，等待使炉体1里的压力完全外泄之后，再完全松开压紧装置63，再拔出防爆插销装置64的插销块641，然后转动炉门开关臂61，打开炉门62，取出物料13。
当炉体1泄露炉胆发生爆炸时，炉胆外罩11里的压力很大，会冲击炉门62，炉门62的压力会传递给压紧装置63，这时4个压紧装置63的压缩弹簧635再次受压，炉门62打开一点缝隙泄压，压力会从炉门62的四周泄去，不会冲击到作业人员，并且在防爆插销装置64的限制转动作用下，炉门62不会被完全打开，再次保护了作业人员。当爆炸冲击压力泄完之后，炉门62在压紧装置63的压缩弹簧635的作用下再次关闭。爆炸停止之后，作业人员应该先充入大量的N2冲洗炉体，直到炉体1里无硝酸气体后，再依次拧松但不完全拧开的4个压紧装置63的拧紧把手634，使炉体1里的压力完全外泄之后，再完全松开压紧装置63，并可拔出防爆插销装置64的插销块641，用手转动炉门开关臂61，打开炉门62，观察炉体情况，调查爆炸原因。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (9)
1.一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：包括炉体(1)和配合所述炉体(1)的气氛净化分离装置(2)，所述炉体(1)内部安装有炉胆外罩(11)，所述炉胆外罩(11)内部安装有脱脂炉胆(12)，所述脱脂炉胆(12)内部设置有用于承载物料(13)的物料载箱(14)，炉胆外罩(11)与脱脂炉胆(12)之间设有炉体加热丝(15)，炉体(1)侧部设有可配合密封炉胆外罩(11)的炉门组件(6)，所述气氛净化分离装置(2)设有进气通道(31)和出气通道(32)，且其分别与脱脂炉胆(12)及物料载箱(14)连通；
所述气氛净化分离装置(2)包括中空的外箱体(21)和设置在所述外箱体(21)内部的内箱体(22)，所述外箱体(21)和内箱体(22)之间设置有加热套(23)，所述加热套(23)套设在内箱体(22)外部，所述内箱体(22)内部安装有与内箱体(22)内壁相互隔开的冷却箱(24)，上述的进气通道(31)和出气通道(32)分别连通到内箱体(22)的上部空间和内箱体(22)的下部空间。
2.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述出气通道(32)上设置有便于将内箱体(22)内部气体抽进上述物料载箱(14)的抽风机(33)，所述物料载箱(14)内部设有便于物料载箱(14)内部热量均匀的风扇(17)。
3.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述内箱体(22)在其靠近出气通道(32)的出气口处设置有加热丝(25)和热电偶(26)，所述冷却箱(24)侧部设置有冷凝片(241)。
4.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述气氛净化分离装置(2)底部设置有杂质收集口(27)，所述杂质收集口(27)连通到内箱体(22)的底部位置。
5.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述炉体(1)上部设置有燃烧室(4)，所述燃烧室(4)连通到炉体(1)内的炉胆外罩(11)的内部空间，燃烧室(4)侧部连接有天然气进气口(41)。
6.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述炉体(1)还设有氮气进气口(16)，所述氮气进气口(16)连通到物料载箱(14)内部。
7.根据权利要求1所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述炉门组件(6)包括铰接在炉体(1)侧部的炉门开关臂(61)、铰接在所述炉门开关臂(61)上的炉门(62)以及用于将炉门(62)压紧在炉体(1)上的压紧装置(63)，所述炉门开关臂(61)上还设置有防爆插销装置(64)，所述炉门(62)内侧设有炉门加热丝(65)。
8.根据权利要求7所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述压紧装置(63)包括固定在炉体(1)上的弹簧筒(631)、与所述弹簧筒(631)连接的轴杆(632)，所述轴杆(632)铰接有螺纹杆(633)，所述螺纹杆(633)上设置有与螺纹杆(633)螺纹配合的拧紧把手(634)，所述弹簧筒(631)内部设有压缩弹簧(635)，所述轴杆(632)的一端具有压紧机构并可通过该压紧机构压缩所述压缩弹簧(635)。
9.根据权利要求7所述的一种带气氛净化功能的催化脱脂炉，其特征在于：所述防爆插销装置(64)包括插销块(641)、限位短轴(642)及开设在炉门开关臂(61)上对应的短轴插孔(643)，所述插销块(641)的端部具有斜坡结构(6411)，所述限位短轴(642)的一端与所述斜坡结构(6411)抵靠接触，所述限位短轴(642)可触发设置在炉门开关臂(61)上的触发开关。
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