CN108253792A - 步进梁式烧结炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及二氧化铀芯块烧结技术领域，具体涉及一种步进梁式烧结炉；该烧结炉包括：热电偶，电极盒，隔热砧板结构，隔热砖结构，加热体，耐火砖结构，金属炉壳，保温砖结构，步进梁结构，顶盖，保温棉和穹顶结构；本发明采用起拱与吊装相结合的设计方案，高温区热面砖采用起拱方式砌筑，隔热材料及保温材料采用吊装结构，降低了炉膛塌陷卡舟的风险；本发明优化顶盖结构，减少顶盖保温材料及隔热材料数量，降低氧化铝“工”字砖承重，增加高温区炉膛保温效果，降低高温区顶盖表面温度，延长了烧结炉运行周期，改善了现场工作环境温度；本发明穹顶结构采用榫卯起拱结构，提高了运行稳定性，避免造成炉膛的坍塌。

Description

步进梁式烧结炉

技术领域

本发明涉及二氧化铀芯块烧结技术领域，具体涉及一种步进梁式烧结炉。

背景技术

UO₂芯块烧结是芯块制造的基本工序之一，芯块生坯从旋转压机出来后装入烧结舟，烧结舟进烧结炉在氢气气氛下完成芯块烧结过程。

工业生产二氧化铀芯块采用连续式高温烧结炉，目前，国际上流行两种烧结炉：推舟式烧结炉和步进梁烧结炉。

推舟式烧结炉烧结舟在炉头由横向推杆推入烧结炉，在主推杆的推动下向炉尾移动，同时推动前面的烧结舟沿着氧化铝砖铺成的轨道向炉尾移动。

步进梁烧结炉烧结舟进炉后横跨在炉膛两侧支撑砖上，步进梁先向上运动将烧结舟托起来，后步进梁向炉尾方向运动，带动烧结舟前进，运动一个舟位后步进梁落下，烧结舟继续横跨在炉膛两侧支撑砖上，步进梁返回，进下一舟，步进梁重复上述运动，带动全部舟再前进一个舟位，依次循环，实现推舟。

如图1所示，现有的步进梁烧结炉高温区顶盖设计为采用五排“工”字型吊砖将高温区顶部耐火材料全部悬挂固定在顶盖上，使得高温区炉膛上方所有耐火材料、隔热材料及保温材料同高温区顶盖成为一个整体结构，该设计便于设备的检修，检修时只需要将顶盖提起即可，因此顶盖“工”字型吊砖实际承受了炉膛上方所有耐火材料、隔热材料及保温材料的重量，导致运行过程中易发生断裂造成顶盖耐火材料掉落或沉降到炉膛中出现卡舟故障。

同时，现有的步进梁烧结炉当顶盖合拢后，顶盖挂砖与固定发热体的侧墙砖间有约3厘米的缝隙，该缝隙采用可耐1600℃的高纯氧化铝纤维棉填充，起到隔热保温效果，但当烧结炉升温到1750℃时，顶盖挂砖与固定发热体的侧墙砖缝隙实际温度可能已超过1600℃，超过了该位置填充的高纯氧化铝纤维棉的耐温上限，高温下该纤维棉发生变化后与顶盖挂砖及固定发热体的侧墙砖发生粘连，当停炉提升顶盖时，固定发热体的侧墙砖受粘连一起提起，加剧了“工”字型吊砖的断裂及炉膛侧砖的损毁，造成整个高温区炉膛彻底破坏。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要提供一种步进梁烧结炉，用以解决现有技术中存在的卡舟事故以及因为“工”字型吊砖的断裂及炉膛侧砖的损毁造成整个高温区炉膛彻底破坏的问题。

为了解决上述技术问题，本发明一种步进梁式烧结炉，该烧结炉包括：热电偶，电极盒，隔热砧板结构，隔热砖结构，加热体，耐火砖结构，金属炉壳，保温砖结构以及步进梁结构；

所述金属炉壳为长方体结构，分为上、下两个腔室，上腔室为炉膛腔，下腔室为步进梁腔，上、下腔室通过隔板隔开，隔板中间开有矩形步进梁运动通道；

隔板上矩形步进梁运动通道两侧设置多层保温砖，形成保温砖结构，保温砖结构上设置多层隔热砖形成正下部开口的“凹”型的隔热砖结构，隔热砖结构两侧设置隔热砧板结构，隔热砧板结构包括多层隔热砧板，“凹”型的隔热砖结构内部设置多层耐火砖，形成耐火砖结构，耐火砖结构形成正下部开口的“凹”型炉膛；

步进梁结构设置在下腔室内，位于隔板通孔正下方，外部传动机构可驱动步进梁结构在下腔室内沿金属炉壳长度方向运动；步进梁结构上部设置多层隔热砖并延伸入隔热砖结构，隔热砖上设置多层耐火砖并延伸入“凹”型炉膛，耐火砖上再设置盛料装置；

“凹”型炉膛内部两侧设置加热体，加热体为电加热结构，加热体引线横穿“凹”型炉膛两侧的耐火砖结构、隔热砖结构和隔热砧板结构，并与设置在金属炉壳两侧的电极盒连接，电极盒再与外部电源连接；

该烧结炉还包括顶盖，保温棉和穹顶结构，“凹”型炉膛上部设置穹顶结构，穹顶结构为拱形结构，穹顶结构上部设置顶盖，顶盖与穹顶结构不接触，两者之间空隙填满保温棉；热电偶结构从穹顶结构侧上方斜插入“凹”型炉膛。

进一步，所述顶盖包括吊砖，顶盖隔热砖和顶盖隔热砧板；顶盖隔热砖结构包括多层隔热砖，顶盖隔热砖结构通过吊砖吊在顶盖格架下方，顶盖隔热砖结构与顶盖格架之间设置顶盖隔热砧板结构，顶盖隔热砧板结构包括多层顶盖隔热砧板。

进一步，所述热电偶结构包括金属套管，内套管，中套管和外套管；热电偶结构左侧为引出端，与外部装置连接；热电偶结构中心为热电偶芯，热电偶芯外侧设置内套管，内套管上加工有若干通孔，内套管外侧设置中套管，中套管外侧设置外套管；内套管，中套管和外套管之间存在间隙，外套管左段外侧金属套管。

进一步，所述金属套管和外套管之间填充耐高温石棉绳，然后再填充AB胶和氧化铝粉末的混合物，使金属套管和外套管固定连接。

进一步，所述中套管和外套管为高纯氧化铝陶瓷保护套管，所述内套管为高纯氧化铝绝缘管。

进一步，所述穹顶结构包括支撑结构，穹顶隔热砖结构，穹顶耐火砖结构和榫卯结构；

所述穹顶耐火砖结构由耐火砖形成拱顶结构，设置在“凹”型炉膛上表面上，所述拱顶结构与“凹”型炉膛上表面的夹角大于12°；

所述穹顶耐火砖结构上部设置穹顶隔热砖结构，穹顶隔热砖结构包括多层隔热砖，穹顶隔热砖结构包括2层隔热砖；

所述穹顶隔热砖结构和穹顶耐火砖结构两侧设置支撑结构。

进一步，所述穹顶耐火砖结构由3块耐火砖形成，中间耐火砖的横截面为倒梯形结构；

所述穹顶隔热砖结构包括2层隔热砖，每层隔热砖由3块隔热砖形成，中间隔热砖的横截面为倒梯形结构。

进一步，所述穹顶耐火砖结构的3块耐火砖通过榫卯结构连接；所述穹顶隔热砖结构每层3块隔热砖通过榫卯结构连接。

进一步，所述耐火砖为耐1900℃的高纯氧化铝砖；所述隔热砖为耐1800℃的高纯氧化铝砖；所述保温棉为耐1600℃的高纯氧化铝纤维棉。

进一步，所述加热体的加工材料为钼金属材料。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

本发明一种步进梁式烧结炉的穹顶结构设计方案充分考虑了炉膛温度分布、耐火砖纯度及化学成分、耐火砖耐高温强度、耐火砖膨胀收缩形变量、耐火砖在高温下与氢气气氛反应情况、耐火砖与燃料芯块释放杂质反应情况等各种因素，该设计结构完全能够避免耐火砖变形收缩后掉落炉膛问题，同时将高温区炉膛横截面积在原有基础上进行了收缩，同时将高温区炉膛横截面积在原有基础上进行了收缩，减少了炉膛热传导损耗，更有利于炉膛截面各个点的温度均衡，降低了高温区炉壳温度。

本发明一种步进梁式烧结炉的顶盖吊装结构设计方案充分考虑了吊装“工”字砖强度、吊装耐火材料重量，吊装金属结构件与炉壳连接方式、吊装位置分布、炉膛向外温度梯度分布、吊装隔热材料热传导、高纯氧化炉保温棉填充位置、保温棉填充数量、高温区检修顶盖提升等各种因素，该设计即保留了检修便利的特点，又消除了高温区顶盖吊装结构易损坏的风险，避免了高温氧化铝保温棉在高温下与耐火砖发生粘连的情况。

本发明一种步进梁式烧结炉的热电偶结构及安装设计方案充分考虑了热电偶测温准确度、热电偶装配便捷性、热电偶更换安全性，热电偶使用寿命，热电偶制作难度、热电偶插入孔热量传导、热电偶穿入炉膛气体密封等各种因素，该设计避免了热电偶外套管低共熔断裂掉入炉膛的风险，提高了热电偶使用寿命，增加了热电偶使用及更换的安全系数，降低了设备运行成本。

本发明一种步进梁式烧结炉，考虑了榫卯起拱耐火砖的耐高温强度、起拱砖膨胀收缩变形量、耐火砖高温烧结后表面疏松剥落情况等各种因素，该设计加强了拱型设计的可靠性，降低了该位置耐火砖收缩变形造成的炉膛坍塌或卡舟风险。

附图说明

图1为现有技术一种步进梁式烧结炉截面示意图；

图2为本发明一种步进梁式烧结炉截面示意图；

图3为本发明高温区穹顶结构示意图；

图4为本发明顶盖结构示意图；

图5为本发明热电偶结构示意图；

图中：1-顶盖，2-保温棉，3-热电偶结构，4-穹顶结构，5-电极盒，6-隔热砧板结构，7-隔热砖结构，8-加热体，9-耐火砖结构，10-金属炉壳，11-保温砖结构，12-步进梁结构，101-吊砖，102-顶盖隔热砖结构，103-顶盖隔热砧板结构，301-金属套管，302-内套管，303-中套管，304-外套管，401-支撑结构，402-穹顶隔热砖结构，403-穹顶耐火砖结构，404-榫卯结构。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

如图2至图5所示，本发明一种步进梁式烧结炉包括：顶盖1，保温棉2，热电偶3，穹顶结构4，电极盒5，隔热砧板结构6，隔热砖结构7，加热体8，耐火砖结构9，金属炉壳10，保温砖结构11以及步进梁结构12；

所述金属炉壳10为长方体结构，分为上下两个腔室，上腔室为炉膛腔，下腔室为步进梁腔，上下腔室通过隔板隔开，隔板中间开有矩形步进梁运动通道；

隔板上矩形步进梁运动通道两侧设置多层保温砖，形成保温砖结构11，保温砖结构11上设置多层隔热砖形成正下部开口的“凹”型的隔热砖结构7，隔热砖结构7两侧设置隔热砧板结构6，隔热砧板结构6包括多层隔热砧板，“凹”型的隔热砖结构7内部设置多层耐火砖，形成耐火砖结构9，耐火砖结构9形成正下部开口的“凹”型炉膛；

步进梁结构12设置在下腔室内，位于隔板通孔正下方，外部传动机构可驱动步进梁结构12在下腔室内沿金属炉壳10长度方向运动；步进梁结构12上部设置多层隔热砖并延伸入隔热砖结构7，隔热砖上设置多层耐火砖并延伸入“凹”型炉膛，耐火砖上再设置盛料装置；

“凹”型炉膛内部两侧设置加热体8，加热体8为电加热结构，加热体8引线横穿“凹”型炉膛两侧的耐火砖结构9、隔热砖结构7和隔热砧板结构6，并与设置在金属炉壳10两侧的电极盒5连接，电极盒5再与外部电源连接，为加热体供电；

所述加热体8由钼金属材料加工而成；

“凹”型炉膛上部设置穹顶结构4，穹顶结构4为拱形结构，穹顶结构4上部设置顶盖1，顶盖1与穹顶结构4不接触，两者之间空隙填满保温棉2；

热电偶结构3从穹顶结构4侧上方斜插入“凹”型炉膛。

如图3所示，所述顶盖1包括吊砖101，顶盖隔热砖102和顶盖隔热砧板103；顶盖隔热砖结构102包括多层隔热砖，顶盖隔热砖结构102通过吊砖101吊在顶盖格架下方，顶盖隔热砖结构102与顶盖格架之间设置顶盖隔热砧板结构103，顶盖隔热砧板结构103包括多层顶盖隔热砧板；

本发明所述顶盖1与现有技术相比，将原来悬挂在顶盖上的较重的耐火砖，改为重量较轻的隔热砖，同时再隔热砖与顶盖格架之间设置质量较轻的多层顶盖隔热砧板，大为降低了顶盖1的重量，使吊装结构承重更加安全可靠，同时还减少了炉膛向顶盖炉壳的热传导，大幅降低了顶盖炉壳表面温度，本发明顶盖表面原测量点测量的温度均在200℃以下，局部降幅达到了100℃。

如图4所示，所述热电偶结构3包括金属套管301，内套管302，中套管303和外套管304；热电偶结构3左侧为引出端，与外部装置连接；热电偶结构中心为热电偶芯，热电偶芯外侧设置内套管302，内套管302上加工有若干通孔，内套管302外侧设置中套管303，中套管303外侧设置外套管304；内套管302，中套管303和外套管304之间存在间隙，外套管304左段外侧金属套管301；上述结构设置解决了现有技术中存在的热电偶结构低共熔断裂现象。

所述中套管303和外套管304为高纯氧化铝陶瓷保护套管，所述内套管302为高纯氧化铝绝缘管。

所述金属套管301和外套管304之间填充耐高温石棉绳，然后再填充AB胶和氧化铝粉末的混合物，使金属套管301和外套管304固定连接。

如图5所示，所述穹顶结构4包括支撑结构401，穹顶隔热砖结构402，穹顶耐火砖结构403和榫卯结构404；

所述穹顶耐火砖结构403由耐火砖形成拱顶结构，设置在，“凹”型炉膛上表面上，所述拱顶结构与“凹”型炉膛上表面的夹角大于12°；

所述穹顶耐火砖结构403上部设置穹顶隔热砖结构402，穹顶隔热砖结构402包括多层隔热砖，穹顶隔热砖结构402包括2层隔热砖；

所述穹顶隔热砖结构402和穹顶耐火砖结构403两侧设置支撑结构401；

所述穹顶耐火砖结构403由3块耐火砖形成，中间耐火砖的横截面为倒梯形结构；为了进一步加强穹顶耐火砖结构403的结构性能，3块耐火砖通过榫卯结构404连接；

所述穹顶隔热砖结构402包括2层隔热砖，每层隔热砖由3块隔热砖形成，中间隔热砖的横截面为倒梯形结构；为了进一步加强穹顶隔热砖结构402的结构性能，每层3块隔热砖通过榫卯结构404连接。

所述耐火砖为采用可耐1900℃的高纯氧化铝砖；所述隔热砖为可耐1800℃的高纯氧化铝砖；所述保温棉2为可耐1600℃的高纯氧化铝纤维棉。

Claims (10)

1.一种步进梁式烧结炉，该烧结炉包括：热电偶，电极盒，隔热砧板结构，隔热砖结构，加热体，耐火砖结构，金属炉壳，保温砖结构以及步进梁结构；

所述金属炉壳为长方体结构，分为上、下两个腔室，上腔室为炉膛腔，下腔室为步进梁腔，上、下腔室通过隔板隔开，隔板中间开有矩形步进梁运动通道；

隔板上矩形步进梁运动通道两侧设置多层保温砖，形成保温砖结构，保温砖结构上设置多层隔热砖形成正下部开口的“凹”型的隔热砖结构，隔热砖结构两侧设置隔热砧板结构，隔热砧板结构包括多层隔热砧板，“凹”型的隔热砖结构内部设置多层耐火砖，形成耐火砖结构，耐火砖结构形成正下部开口的“凹”型炉膛；

步进梁结构设置在下腔室内，位于隔板通孔正下方，外部传动机构可驱动步进梁结构在下腔室内沿金属炉壳长度方向运动；步进梁结构上部设置多层隔热砖并延伸入隔热砖结构，隔热砖上设置多层耐火砖并延伸入“凹”型炉膛，耐火砖上再设置盛料装置；

“凹”型炉膛内部两侧设置加热体，加热体为电加热结构，加热体引线横穿“凹”型炉膛两侧的耐火砖结构、隔热砖结构和隔热砧板结构，并与设置在金属炉壳两侧的电极盒连接，电极盒再与外部电源连接；

其特征在于，该烧结炉还包括顶盖，保温棉和穹顶结构，“凹”型炉膛上部设置穹顶结构，穹顶结构为拱形结构，穹顶结构上部设置顶盖，顶盖与穹顶结构不接触，两者之间空隙填满保温棉；热电偶结构从穹顶结构侧上方斜插入“凹”型炉膛。

2.根据权利要求1所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述顶盖包括吊砖，顶盖隔热砖和顶盖隔热砧板；顶盖隔热砖结构包括多层隔热砖，顶盖隔热砖结构通过吊砖吊在顶盖格架下方，顶盖隔热砖结构与顶盖格架之间设置顶盖隔热砧板结构，顶盖隔热砧板结构包括多层顶盖隔热砧板。

3.根据权利要求1所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述热电偶结构包括金属套管，内套管，中套管和外套管；热电偶结构左侧为引出端，与外部装置连接；热电偶结构中心为热电偶芯，热电偶芯外侧设置内套管，内套管上加工有若干通孔，内套管外侧设置中套管，中套管外侧设置外套管；内套管，中套管和外套管之间存在间隙，外套管左段外侧金属套管。

4.根据权利要求3所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述金属套管和外套管之间填充耐高温石棉绳，然后再填充AB胶和氧化铝粉末的混合物，使金属套管和外套管固定连接。

5.根据权利要求3所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述中套管和外套管为高纯氧化铝陶瓷保护套管，所述内套管为高纯氧化铝绝缘管。

6.根据权利要求1所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述穹顶结构包括支撑结构，穹顶隔热砖结构，穹顶耐火砖结构和榫卯结构；

所述穹顶耐火砖结构由耐火砖形成拱顶结构，设置在“凹”型炉膛上表面上，所述拱顶结构与“凹”型炉膛上表面的夹角大于12°；

所述穹顶耐火砖结构上部设置穹顶隔热砖结构，穹顶隔热砖结构包括多层隔热砖，穹顶隔热砖结构包括2层隔热砖；

所述穹顶隔热砖结构和穹顶耐火砖结构两侧设置支撑结构。

7.根据权利要求6所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述穹顶耐火砖结构由3块耐火砖形成，中间耐火砖的横截面为倒梯形结构；

所述穹顶隔热砖结构包括2层隔热砖，每层隔热砖由3块隔热砖形成，中间隔热砖的横截面为倒梯形结构。

8.根据权利要求7所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述穹顶耐火砖结构的3块耐火砖通过榫卯结构连接；所述穹顶隔热砖结构每层3块隔热砖通过榫卯结构连接。

9.根据权利要求1所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述耐火砖为耐1900℃的高纯氧化铝砖；所述隔热砖为耐1800℃的高纯氧化铝砖；所述保温棉为耐1600℃的高纯氧化铝纤维棉。

10.根据权利要求1所述的一种步进梁式烧结炉，其特征在于：所述加热体的加工材料为钼金属材料。