CN109108302A - 一种用于高纯钨粉生产的回转式还原炉 - Google Patents

Abstract

一种用于高纯钨粉生产的回转式还原炉。所属技术领域：本发明涉及一种高纯钨粉生产的回转式还原炉。解决的技术问题：目前推杆式还原炉存在还原效率低、能耗高等问题，需要开发一种高效、低耗、节能、环保的方法，即开发新型氧化钨粉还原炉。技术方案要点：(1)本发明提供了一种高纯钨粉还原的新型回转还原炉。根据应用化学动力学原理并根据金属材料的物理特性，所提供的回转式还原炉相对于现在技术而言，在工艺效率、能源消耗、操作环境等方面有明显的优势。(2)回转式还原炉具有的优点包括：还原反应充分、工作效率高、能耗低、原料利用率高、粉料流失少，产品质量高，避免了产品的二次氧化。5.技术方案用途：开发一种高效、低耗、节能、环保的新型氧化钨粉还原炉。

Description

一种用于高纯钨粉生产的回转式还原炉

技术领域

本发明涉及一种高纯钨粉生产的回转式还原炉。

背景技术

目前，氧化钨的还原通常采用推杆式还原炉。采用这种炉型的还原工艺过程的共同特征及缺陷是：在一定的温度下，金属粉末保持堆积静置状态，还原气从金属的堆积表面经过，与金属粉末接触进行还原，由于不能充分而有效地接触，其还原效率低，能耗高。

一般来说，相关还原过程的主要化学反应包括：

WO₃+3H₂→W+3H₂O

WO_2.9+2.9H₂→W+2.9H₂O

WO₂+2H₂→W+2H₂O

氧化钨粉还原的一般工艺流程为：手工装料-手工送料-推舟还原-冷却-手工出料-人工破碎-球磨-过筛-气流分级-包装。

推杆式还原炉，其结构简单，是采用手工间歇式操作，在还原操作中是将需还原的金属粉末堆积在还原舟中约20-30mm厚度，然后在高温还原区中缓慢间歇式平移与通入的还原气接触进行还原，其传质效果差；另外，还原后金属粉末的冷却是通过在冷却区的炉管外围设置的冷却水套来完成，粉末热量的转移主要靠还原舟底面的传递作用，而其他几个方向均有气相隔离，其传热效果差，因此，金属粉末的还原速率以及还原后的金属粉末冷却的速率都很低，以致炉体总长一般需要十多米，还原周期需要三个小时才能达到还原工艺的质量要求。再则，还原冷却后的粉末凝结成块，需人工破碎，再球磨过筛，这样既会增加人工及电力成本，也会引起粉尘飞扬、产品流失，还会造成产品的二次氧化，使得产品质量无法提高。还有，气相冷凝物往往会在进料口上方形成垂吊式柱状坚硬的结晶，阻碍还原舟推入，需要停炉修复。

因此，目前的推杆式还原炉有很明显的缺点：工作效率低，能耗高，原料消耗高，工作环境差，粉料流失较多，产品质量不理想。

鉴于此，有必要开发出一种高效、低耗、节能、环保的新型氧化钨粉还原炉。

发明内容

针对上述的现有技术中的不足，本发明提供了一种用于高纯钨粉还原的新型回转式还原炉。根据应用化学动力学原理并根据金属材料的物理特性，所提供的回转式还原炉相对于现有技术而言在工艺效率、能源消耗、操作环境等方面有明显的优势。

回转式还原炉包括给料部分、炉体部分、炉管部分、粗过滤器、细过滤器、回氢系统、供气系统、电气系统等，其中炉芯能够转动从而使得置于炉芯内的固相物料在还原操作过程中能够处于翻滚状态。炉芯的主体设置于炉管内部。

根据优选的实施方式，所述的回转式还原炉，其中炉芯转动时，固相物料在炉芯内随炉芯的转动而周而复始地翻滚、跌落，从而与逆向通入炉芯的气相物料连续地充分混合接触。

根据优选的实施方式，炉芯可采用多种结构，例如内置抄板结构，另外，炉芯可采用耐高温材料制成。

根据优选的实施方式，送料装置内设有送料旋转构件以使送料装置中的固相物料发生连续翻动。更为优选地，送料装置可根据需要进行无级调整送料速度。

根据优选的实施方式，加热炉设置于炉芯和炉管之外，并且采用两个半圆筒叠合式结构，还能够分区控温。

根据优选的实施方式，出料装置可根据需要无级调整出料速度，以维持系统物料进出平衡。出料装置设有出料旋转构件从而使得来自炉芯经还原的固相物料能够在出料装置中处于翻滚移动状态并通过连接于出料装置的热交换器进行快速冷却。

根据优选的实施方式，出料装置的螺旋杆安装在热交换器的换热管内。热交换器采用高导热材料制成。

根据优选的实施方式，回转式还原炉还可进一步包括尾气净化装置。

根据优选的实施方式，回转式还原炉还可进一步包括多个底座构件，优选为可滚动和上下伸缩的轮脚。

根据优选的实施方式，回转式还原炉可以分为还原区和冷却区，而且还原区和冷却区采用折回叠放连接。

根据优选的实施方式，炉管包括高温区和常温区，而且高温区与常温区之间以及热交换器进料口与还原出料口之间的连接均采用热隔离连接技术。

本文回转式还原炉具有的优点包括：还原反应充分，工作效率高，能耗低，原料利用率高，粉料流失少，产品质量好，避免了产品的二次氧化。

以上的具体实施方式是用来对本发明技术方案的进一步描述和说明，并非用来对本发明的范围进行限制。本领域的技术人员应用本发明的说明书及权利要求所做的等效结构或材质的变化，均属于本发明的保护范围。

具体实施方式

将氧化钨通过螺旋给料机连续均匀给料送入炉内进行氢还原。具体工艺条件：氧化钨给料速度0.88kg/min，还原温度在630～850℃，氢气流量400～450m³/h，氢气露点30～70℃，炉管旋转速度2r/min。生产出金属钨粉性能为氧含量＜0.3％，粒度分布集中，0～0.2μm＞80％，0.2～0.5μm＜20％，0.5～1.0μm＜1％，＞1.0μm为0。

Claims (21)

1.本回转式还原炉包括给料部分、炉体部分、炉管部分、粗过滤器、细过滤器、回氢系统、供气系统、电气系统等，其特征在于炉芯能够转动从而使得置于炉芯内的固相物料能够处于翻滚状态，其中送料装置与炉芯连通，炉芯的主体设置于炉管内部，加热装置设置于炉管的外部，出料装置与炉芯连通，热交换器与出料装置结合为一体，制冷装置与热交换器配合使用。

2.根据权利要求1的回转式还原炉，给料部分包括旋翼式给料器、双蝶阀给料器、螺旋加料机组成。

3.根据权利要求2的回转式还原炉，其中旋翼式加料机具有结构简单无需维护，物料不架桥，料仓高度低等特点。

4.根据权利要求2的回转式还原炉，双蝶阀机构为本公司独创设计，具有耐高温、无磨损，超安全的长期耐用性，确保大气不会串入螺旋加料器仓内。

5.根据权利要求2的回转式还原炉，最后一级的精确喂料是由螺旋加料机提供，螺旋加料机配备强制冷却风扇，变频驱动，高低料位控制，氮气清扫装置等。

6.根据权利要求1的回转式还原炉，炉体部分由炉壳、低温保温层、加热区、发热体及控温电热偶组成。

7.根据权利要求6的回转式还原炉，炉壳为组焊件，由钢板及型钢焊接而成，并涂防锈银粉漆。总长为8200mm，高度为1700mm，宽度2000mm的椭圆形结构。炉壳上下两端面为法兰连接形式，以便于维修。

8.根据权利要求6的回转式还原炉，炉子保温层为低温层固定在炉壁上，总厚度为350m，从内到外分别为高炉针刺毯、普通硅酸铝纤维毡、高温石棉板，炉壳顶面铺上一层高铝毡，保证炉体与炉盖结合面的热密封性能，低温保温层保证炉子具有良好的低温性能，确保炉子的正常运行。整个炉子保温层保证炉壳顶部、底部及两侧面表面温升小于60℃，进出料端炉壳表面温升小于80℃。

9.根据权利要求6的回转式还原炉，加热区：主要为耐火材料和均温材料砌体。材料采用国内一级的耐火材料，包括多晶纤维、轻质保温砖，保证炉子在高温情况下耐火材料不变形、不开裂及高温状态下有良好的温度均匀性。加热区砌体完成后，采用高温耐火水泥进行浇注固定成型，加强砌体结构强度，防止变形坍塌。

10.根据权利要求6的回转式还原炉，发热体；引进国外先进技术的发热体结构，维修、更换方便，发热体材质为高温铁铬铝加铌，最高使用温度为1250℃。发热元件为下半圆周布置，炉管介于发热体之上，更换及为方便。

11.根据权利要求6的回转式还原炉，控温热电偶；炉子的每个加热区有一个控温热电偶，共9只热电偶，通过它对每个加热区温度的监控，以保证炉子的运行达到每区的温度符合生产工艺要求。

12.根据权利要求1的回转式还原炉，本回转还原炉炉管共有两部分组成，包括高温还原段及冷水冷却段组成。

13.根据权利要求12的回转式还原炉，高温炉管材质为特种钢材，离心浇注而成，长为10050mm，炉管上设置抄板，有利于物料与氢气的有效接触，内部有设置氢气导流管。高温段前后均设置大滚轮，大滚轮承重在托辊上，在链轮的带动下作回转运动。

14.根据权利要求12的回转式还原炉，水冷段材质为特种不锈钢，板材机械卷压成型，长4000米，使用真空波纹管与高温炉管对接，可以消除轴向及径向的炉管跳动的影响。前后均设置大滚轮，大滚轮承重在托辊上，在高温段的带动下作回转运动。

15.根据权利要求1的回转式还原炉，粗过滤器用于过滤高温回氢中的高温粉末颗粒，采用三明治结构冷却回氢在合适的范围内，冷氢预热和风机强冷相结合，风机的转速受回氢温度的控制，变频控制，配备空气锤，耐高温粉末双蝶阀机构，防尘桶盖。

16.根据权利要求1的回转式还原炉，细过滤器用于除去回氢气体中的粉末，除尘率99.99％，采用3-5kg/cm2的氢气进行反吹，高温滤袋，最高使用温度260度，气体通透性好，耐磨损。过滤器壁硅酸铝纤维保温，避免氢气结露。配备空气锤，耐高温粉末双蝶阀机构，防尘桶盖。

17.根据权利要求1的回转式还原炉，氢气回收及防爆装置：由淋洗塔、溢水箱和气水分离器组成。回收氢经汇氢筒和淋洗塔分离、清洗掉气体中携带的粉尘，然后再通过气水分离脱出氢气中的大量游离水后返回氢气净化系统，整过过程同时还对回收氢起到冷却的作用。淋洗塔内分为上下两层，每层各设有一个水雾蓬头，经过两次淋洗可使氢气清洗和降温更充分。淋洗塔内水位可调，并设有低水位和高水位报警，以确保炉内压力保持恒定和氢气回收气路通畅。另外汇氢筒、淋洗塔和溢水箱又形成一个水封防爆器，起到安全泄压防爆的作用。

18.根据权利要求1的回转式还原炉，供气系统包括一个氢气回路和两个氮气回路。

19.根据权利要求18的回转式还原炉，氢气回路包含有一个主氢气回路和一个补充氢回路。主氢回路受电动蝶阀、手动球阀和流量计控制，流量计量范围：100～700NM3/h。氢气流量计后面加装了手动球阀，便于流量计和进氢管的更换与检修。

20.根据权利要求18的回转式还原炉，氮气回路，主要作用是在供氢压力过小时，及时补充氮气以免造成炉内负压，其次是在设备停止使用后再次使用前将炉管内部的空气赶走，以免氢气空气混合产生爆炸。

21.根据权利要求1的回转式还原炉，加热主回路与动作控制完全分开。在程序中具有手动、自动、急停操作方式，并可实现手动与自动的自由切换。所有位置信号检测元件和变送元件均采用外国进口元件。加热控制元件采用风冷功率调节器，加热控制采用PID闭环控制系统。整个控制系统设有：超设定温度报警、超时未处料报警、补充氢压力不足报警、水位高低报警等灯声光报警系统。采用人机界面，监视设备运行情况，并可提供设备相关的工艺参数记录、动作过程和故障记录。