CN113020609A - 一种低耗能高产量球形铝粉生产系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种低耗能高产量球形铝粉生产系统及方法，系统包括制氮模块，所述制氮模块利用变压吸附技术将空气分离得到氮气；雾化模块，所述雾化模块利用加压氮气将送入其中的铝液雾化制成铝粉，分级接料模块，所述分级接料模块连接于雾化模块的铝粉出口，分级接料模块根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；氮气循环模块，所述氮气循环模块同时连接于制氮模块、雾化模块和分级接料模块，用于将制氮模块得到的氮气加压输送至雾化模块作为雾化气源，同时为分级接料模块提供流体动力，基于该生产系统可建成全国乃至全世界最大的微细球形铝粉生产线，而4条线定额年产5万吨，单线具备每小时产粉2000kg能力，单线最高年产1.5万吨以上。

Description

一种低耗能高产量球形铝粉生产系统及方法

技术领域

本发明涉及铝粉生产技术领域，具体涉及一种低耗能高产量球形铝粉生产系统及方法。

背景技术

铝粉最初采用捣冲法进行生产，将铝碎屑加工成细小的片状铝粉，此后发明了球磨法生产片状铝粉，生产效率和安全性大大提高。20世纪初期，由于武器弹药的大量使用，球形铝粉需求量迅速增长，促进了铝粉功能材料生产工艺的不断改进。近些年，雾化铝粉生产工艺的出现，不仅有效满足了市场对铝粉功能材料的需求，同时为球磨法生产铝颜料提供了优质的原材料。

然而，现有球形铝粉生产系统由于其生产时铝粉分级颗粒控制不严格、雾化所使用氮气回收及循环利用效率低等因素，导致系统整体产能小、能耗高。这点从目前行业内的生产数据也可得出：截止到2019年底，国内球形铝粉生产企业，在经营的有13家，共31条生产线，年产能仅14万吨，国内大多数企业单线产能仅为2000～4000吨/年；而熔化每吨铝锭需耗柴油120～150L，生产每吨铝粉耗电高达1200～1400度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低耗能高产量球形铝粉生产系统及方法，其解决了现有球形铝粉生产线存在的产能小、能耗高问题。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，所述系统包括：

制氮模块，所述制氮模块利用变压吸附技术将空气分离得到氮气；

雾化模块，所述雾化模块利用加压氮气将送入其中的铝液雾化制成铝粉；

分级接料模块，所述分级接料模块连接于雾化模块的铝粉出口，分级接料模块根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；

氮气循环模块，所述氮气循环模块同时连接于制氮模块、雾化模块和分级接料模块，用于将制氮模块得到的氮气加压输送至雾化模块作为雾化气源，同时为分级接料模块提供流体动力。

进一步改进在于，所述制氮模块包括通过管道依次连接的空压机、冷干机、净化器和分离制氮主机。

进一步改进在于，所述雾化模块包括通过管道依次连接的熔炼炉、铝水保温炉、雾化室和冷却器。

进一步改进在于，所述分级接料模块包括通过管道依次连接的离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，其中所述离心分级器与雾化模块中的冷却器连接。

进一步改进在于，所述离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器均配备有自动接料机构，所述自动接料机构包括依次连接的缓冲罐、接料罐、减压除尘漏斗、包装桶和包装秤。

进一步改进在于，所述氮气循环模块包括通过管道依次连接的高压离心风机、高效过滤器、冷却器、压缩机、中压储气罐、储气罐，所述高压离心风机的吸气口与制氮模块中分离制氮主机的氮气出口连接，所述中压储气罐再提供一根管道与雾化室的气源口连接，所述氮气循环模块还包括高效过滤罐，所述高效过滤罐的进口与分级接料模块中脉冲布袋除尘器的气相出口连接，高效过滤罐的出口与高压离心风机的吸气口连接。

进一步改进在于，所述高压离心风机的出气口提供一根管道与雾化室连接，再提供一根管道与离心分级器连接，所述储气罐提供一根管道与脉冲布袋除尘器连接。

进一步改进在于，所述系统还包括检测控制模块，所述检测控制模块包括设于雾化室、离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器上的粒度检测仪、设于各设备监测点的温度检测仪，以及与各检测仪信号输出端连接的PLC控制器，所述PLC控制器连接并控制其他模块的工作。

进一步改进在于，所述系统内的氮气管道上设有间接作用式调压器。

本发明还提供了一种利用上述系统进行的球形铝粉生产方法，所述方法步骤包括：

步骤一：选取铝液，通过熔炼炉确保铝液为熔融状态，并去除铝液内残留或粘连的铝渣，再将铝液输送至铝水保温炉进行调温，使温度达到雾化制粉要求，再将铝液输送至雾化室；

步骤二：通过空压机将空气压缩，再经冷干机除水、净化器净化后送至分离制氮主机，制备出氮气，并将氮气经氮气循环模块输送进入雾化室；

步骤三：雾化室内，铝液在压缩氮气的引导及喷射作用下粉碎成微细铝液滴，再经冷氮气冷却凝固成铝粉，铝粉在雾化室底部沉降，接着铝粉在高压离心风机的抽吸作用下，进入冷却器，使混合流体冷却；

步骤四：冷却后的混合流体依次进入离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；

步骤五：脉冲布袋除尘器气相进入高效过滤罐，再经高压离心风机增压后，其中部分氮气返回离心分级器形成二次回风，部分氮气返回雾化室循环利用，部分氮气经高效过滤器过滤、冷却器冷却后进入压缩机内再次增压；

步骤六：经压缩机增压后的氮气进入中压储气罐，其中部分氮气经加热后输送到雾化室作为雾化气源使用，部分氮气进入储气罐，而储气罐内氮气部分作为脉冲布袋除尘器的反吹气源使用，部分作为气力输送气源使用。

本发明的有益效果在于：

(1)基于该生产系统可建成全国乃至全世界最大的微细球形铝粉生产线，而4条线定额年产5万吨，单线具备每小时产粉2000kg能力，单线最高年产1.5万吨以上；

(2)本发明采用生产工艺为氮气雾化法，所采用的生产技术及设备装置处于规模化生产，通过比较可以看出该工艺具有投资少、能耗低、质量高、转换率高、安全环保的优势；

(3)该系统及方法在实施时有利于形成比较完善的安全防范技术措施和手段。

附图说明

图1为球形铝粉生产系统的示意图；

图2为在线粒度检测仪分布及质控系统示意图；

图3为系统气平衡示意图；

图4为炉前工序除尘系统示意图；

图5为包装工序除尘系统示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

结合图1至图3所示，一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，所述系统包括：

制氮模块，制氮模块利用变压吸附技术将空气分离得到氮气；制氮模块包括通过管道依次连接的空压机、冷干机、净化器和分离制氮主机；

雾化模块，雾化模块利用加压氮气将送入其中的铝液雾化制成铝粉，雾化模块包括通过管道依次连接的熔炼炉、铝水保温炉、雾化室和冷却器；

分级接料模块，所述分级接料模块连接于雾化模块的铝粉出口，分级接料模块根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；分级接料模块包括通过管道依次连接的离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，其中所述离心分级器与雾化模块中的冷却器连接；离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器均配备有自动接料机构，所述自动接料机构包括依次连接的缓冲罐、接料罐、减压除尘漏斗、包装桶和包装秤；

氮气循环模块，所述氮气循环模块同时连接于制氮模块、雾化模块和分级接料模块，用于将制氮模块得到的氮气加压输送至雾化模块作为雾化气源，同时为分级接料模块提供流体动力。氮气循环模块包括通过管道依次连接的高压离心风机、高效过滤器、冷却器、压缩机、中压储气罐、储气罐，所述高压离心风机的吸气口与制氮模块中分离制氮主机的氮气出口连接，所述中压储气罐再提供一根管道与雾化室的气源口连接，所述氮气循环模块还包括高效过滤罐，所述高效过滤罐的进口与分级接料模块中脉冲布袋除尘器的气相出口连接，高效过滤罐的出口与高压离心风机的吸气口连接。另外，高压离心风机的出气口提供一根管道与雾化室连接，再提供一根管道与离心分级器连接，所述储气罐提供一根管道与脉冲布袋除尘器连接；

检测控制模块，检测控制模块包括设于雾化室、离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器上的粒度检测仪、设于各设备监测点的温度检测仪，以及与各检测仪信号输出端连接的PLC控制器，所述PLC控制器连接并控制其他模块的工作。

该系统具有如下功能：

(1)氮气制备：采用变压吸附技术制备氮气，空气经压缩机压缩再净化后送制氮机，通过制氮机制备出生产所需要的氮气。空气中氧气、氮气分离是在装有碳分子筛的吸附器中进行的，其主要原理是：由于空气中的氧、氮两种气体分子在碳分子筛表面微孔的扩散速率不同，直径较小的氧分子扩散较快，较多的进入分子筛固相(微孔)，直径较大的氮分子扩散较慢，进入分子筛固相(微孔)也较少，这样在气相中就得到氮的富集成份；在吸附平衡情况下，空气压力越高，则碳分子筛的吸附量越大；反之，压力越低，则吸附量越小。变压吸附就是利用吸附剂对吸附质在不同压力下有不同的吸附容量，并且在一定压力下对被分离的气体混合物各组分又有选择吸附的特性。在吸附剂选择吸附的条件下，加压吸附除去原料气中的杂质组分，减压脱吸这些杂质而使吸附剂获得再生。因此，采用多个吸附器，循环交替的变换所组合的各吸附器的压力，就可以达到连续分离气体混合物的目的，因为吸附与解吸过程是通过压力变化实现的，故该工艺称作变压吸附(PSA)。

(2)铝液储存：本系统以铝液为原料，外购的铝液含铝达99.85％，原料生产厂家已对铝液进行精炼提纯，故不需再次对铝液精炼提纯处理；采用专用保温真空包运输车将外购的熔融铝液(约900℃)送至生产车间熔铝炉，熔铝炉采用电加热，通常不需要升温，主要用于存储铝液，并去除铝液内残留或者粘连的铝渣，不添加任何辅助材料；熔铝炉功率较大，同时具有熔铝的功能，如出现突然停电，铝水冷却成固体，熔炉铝将固体的铝进行升温熔化；熔融铝液从熔铝炉流入铝水保温炉并进行调温至符合雾化制粉要求，保温炉采用电加热，铝水保温炉与雾化室相连。

(3)雾化制粉：将铝液倒入保温炉后，铝液靠压缩氮气的引射作用进入雾化喷嘴，经喷嘴外环孔隙喷射的高速氮气粉碎成微细的铝液滴(能够直接喷制出平均粒度D50＜15μm的微细铝粉)，再进入含有大量冷氮气的雾化室，并在雾化室内使铝液滴冷却凝固成铝粉，然后向雾化室底部沉降。

另外，雾化室、各接收料罐入口装备了在线粒度检测仪，通过在线粒度检测仪反馈粒径信息给PLC，实现自动调节氮气开度、流量、压力等来保障喷粉粒径满足要求，实现智能管控。

(4)粉体冷却：沉降于雾化室底部的铝粉，在高压离心风机的抽吸作用下，进入水平放置的套管换热器，然后再进入竖直放置的列管换热器，使混合流体的温度降至55℃以下。

(5)粒度分级：经冷却后的混合流体进入离心式分级器，最粗的铝粉收集于该分级器下部的A缓冲料罐后，再进入A接料罐；其余的铝粉随气流进入旋风分级器，该分级器一次可分离出两种粒度的铝粉，其中较粗的铝粉在离心力的作用下沿壁面落下，进入B接料罐，其余随气流沿分级器的园锥台进入中心的旋风分级器中，再一次旋风分离出一部分相对较细的铝粉，该铝粉经C缓冲罐，进入C接料罐；气流带着铝粉再进入双联旋风分级器，其中较粗的铝粉进经D缓冲罐，进入D接料罐；最细的铝粉随气流最终进入脉冲反吹式布袋除尘器进行未级分离。分级后，落入相应的接料罐，在接料罐下方采用自动接料机构实现自动接料，接料环节基本不产生粉尘，保障了作业现场的清洁及安全性。

(6)氮气净化、循环利用：双联旋风除尘器中的气相进入脉冲反吹式布袋除尘器除尘后，收尘作为铝粉产品。脉冲反吹式布袋除尘器气相进入高效过滤罐，然后进入气压平衡罐，经气压平衡罐中高压离心风机增压后部分氮气返回离心分级器形成二次回风，部分氮气返回雾化室循环利用，部分氮气经高效过滤器过滤后进入列管换热器，与循环水换热冷却后进入氮气压缩机。

(7)氮气压缩：氮气压缩机采用五级压缩，可实现压力可在9.9MPa以内任意调节，经过滤冷却的氮气经压缩机增压后进入中压储气罐，部分氮气进入气体加热炉加热后作为雾化气源使用，部分进入储气罐，部分作为脉冲反吹式布袋除尘器反吹气源使用，部分作为气力输送气源使用。

氮气压缩机正常工艺生产运转时各级压力、温度数据如下：

氮气压缩机运行高低报警值见下表：

(8)系统自动补气：采用间接作用式调压器，由减压阀和调压器两部份组成。氮气管道的P1经减压阀节流降压成为负载压力P3，P3作用在大皮膜上，经顶杆传递至主阀口，输出气流P2，通过减压阀旋钮将P2调至设定值(3KPa)，同时P2又反作用在大皮膜上，此时P2与P3处于平衡状态；当P2降低时，平衡被破坏，大皮膜带动顶杆下降，主阀口开度增大，P2降低到设定值，调压器又处于平衡状态；当下游压力P2升高时，调压过程与之相反。

(9)关键点温度管控：采用全自动智能化检测方法—无线测温控制系统，前端采用无线测温探测器，发送频率为1分钟一次，如在一分钟内温度变化超过1℃也进行发送，通过无线测温探测器附带的磁铁吸附在设备的监测点上，若干个无线测温探测器的信号传递至无线测温主机并在主机上显示温度数据，同时在无线测温主机上设置温度警示值，超过上限或下限警报响起；每台无线测温主机均连接一个无线电台发射模块，无线电台发射模块将信息发出；后台监控电脑安装一个无线电台接收模块，接收若干个无线测温主机的信息，后台监控电脑中的监测软件对数据信息进行实时处理分析并绘制曲线，供技术人员调用查询某个时间段的历史数据，了解温度趋势，为问题分析及工艺开发改进提供完备可靠详实的信息；另，作业现场警报响起时，后台监测系统会出现弹窗及发出语音播报提示总控台值班人员，以便值班人员及时与生产现场对接并进行相应应急处理。

本发明还提供了一种利用上述系统进行的球形铝粉生产方法，所述方法步骤包括：

步骤一：选取铝液，通过熔炼炉确保铝液为熔融状态，并去除铝液内残留或粘连的铝渣，再将铝液输送至铝水保温炉进行调温，使温度达到雾化制粉要求，再将铝液输送至雾化室；

步骤二：通过空压机将空气压缩，再经冷干机除水、净化器净化后送至分离制氮主机，制备出氮气，并将氮气经氮气循环模块输送进入雾化室；

步骤三：雾化室内，铝液在压缩氮气的引导及喷射作用下粉碎成微细铝液滴，再经冷氮气冷却凝固成铝粉，铝粉在雾化室底部沉降，接着铝粉在高压离心风机的抽吸作用下，进入冷却器，使混合流体冷却；

步骤四：冷却后的混合流体依次进入离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；

步骤五：脉冲布袋除尘器气相进入高效过滤罐，再经高压离心风机增压后，其中部分氮气返回离心分级器形成二次回风，部分氮气返回雾化室循环利用，部分氮气经高效过滤器过滤、冷却器冷却后进入压缩机内再次增压；

步骤六：经压缩机增压后的氮气进入中压储气罐，其中部分氮气经加热后输送到雾化室作为雾化气源使用，部分氮气进入储气罐，而储气罐内氮气部分作为脉冲布袋除尘器的反吹气源使用，部分作为气力输送气源使用。

该方法在实施过程中：

在安全性措施方面：设备、管道选择与使用温度、压力、腐蚀性等条件相适应的材质，铝粉输送管道的设计能承受690KPa的压力，气力输送速度大于23m/s。选择防爆电器和防爆仪表，爆炸性危险区域内电气设备防爆级别不低于ExiaⅢCT320℃Da。在雾化包装车间雾化室、气压平衡罐上设置氮气含量检测仪，正常运转时氮气中含氧量控制在2％～8％。互相间距较近的设备、管道、器具用导体联成一体，进行接地，在车间的出入口设置静电接地桩，参与生产的工作人员穿戴防静电服。

在泄压和止逆设施方面：氮气储气罐、中压氮气储气罐、空气储气罐设置安全阀，防止系统超压。在雾化室、旋风分级器、双联旋风分级器、脉冲反吹式布袋除尘器、高效过滤罐、气压平衡罐放空管道上设置防爆膜微压放空阀，防止系统超压。在倒流可能造成事故的泵的出口管道设置止回阀，氮气吹扫和气体平衡罐氮气管道入口处均设有止逆阀，防止流体倒流发生事故。

在除尘设施方面：如图4和图5所示，车间设置不产生火花的扁袋除尘机组，各工段出料口设置在单独负压间内。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述系统包括制氮模块，所述制氮模块利用变压吸附技术将空气分离得到氮气；

雾化模块，所述雾化模块利用加压氮气将送入其中的铝液雾化制成铝粉；

分级接料模块，所述分级接料模块连接于雾化模块的铝粉出口，分级接料模块根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；

氮气循环模块，所述氮气循环模块同时连接于制氮模块、雾化模块和分级接料模块，用于将制氮模块得到的氮气加压输送至雾化模块作为雾化气源，同时为分级接料模块提供流体动力。

2.根据权利要求1所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述制氮模块包括通过管道依次连接的空压机、冷干机、净化器和分离制氮主机。

3.根据权利要求2所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述雾化模块包括通过管道依次连接的熔炼炉、铝水保温炉、雾化室和冷却器。

4.根据权利要求3所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述分级接料模块包括通过管道依次连接的离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，其中所述离心分级器与雾化模块中的冷却器连接。

5.根据权利要求4所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器均配备有自动接料机构，所述自动接料机构包括依次连接的缓冲罐、接料罐、减压除尘漏斗、包装桶和包装秤。

6.根据权利要求4所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述氮气循环模块包括通过管道依次连接的高压离心风机、高效过滤器、冷却器、压缩机、中压储气罐、储气罐，所述高压离心风机的吸气口与制氮模块中分离制氮主机的氮气出口连接，所述中压储气罐再提供一根管道与雾化室的气源口连接，所述氮气循环模块还包括高效过滤罐，所述高效过滤罐的进口与分级接料模块中脉冲布袋除尘器的气相出口连接，高效过滤罐的出口与高压离心风机的吸气口连接。

7.根据权利要求6所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述高压离心风机的出气口提供一根管道与雾化室连接，再提供一根管道与离心分级器连接，所述储气罐提供一根管道与脉冲布袋除尘器连接。

8.根据权利要求7所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述系统还包括检测控制模块，所述检测控制模块包括设于雾化室、离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器上的粒度检测仪、设于各设备监测点的温度检测仪，以及与各检测仪信号输出端连接的PLC控制器，所述PLC控制器连接并控制其他模块的工作。

9.根据权利要求1所述的一种低耗能高产量球形铝粉生产系统，其特征在于：所述系统内的氮气管道上设有间接作用式调压器。

10.一种利用权利要求7所述系统进行的球形铝粉生产方法，其特征在于：所述方法步骤包括

步骤一：选取铝液，通过熔炼炉确保铝液为熔融状态，并去除铝液内残留或粘连的铝渣，再将铝液输送至铝水保温炉进行调温，使温度达到雾化制粉要求，再将铝液输送至雾化室；

步骤二：通过空压机将空气压缩，再经冷干机除水、净化器净化后送至分离制氮主机，制备出氮气，并将氮气经氮气循环模块输送进入雾化室；

步骤三：雾化室内，铝液在压缩氮气的引导及喷射作用下粉碎成微细铝液滴，再经冷氮气冷却凝固成铝粉，铝粉在雾化室底部沉降，接着铝粉在高压离心风机的抽吸作用下，进入冷却器，使混合流体冷却；

步骤四：冷却后的混合流体依次进入离心分级器、旋风分级器、双联旋风除尘器和脉冲布袋除尘器，根据铝粉粒度由粗到细逐级分离并收集铝粉；

步骤五：脉冲布袋除尘器气相进入高效过滤罐，再经高压离心风机增压后，其中部分氮气返回离心分级器形成二次回风，部分氮气返回雾化室循环利用，部分氮气经高效过滤器过滤、冷却器冷却后进入压缩机内再次增压；

步骤六：经压缩机增压后的氮气进入中压储气罐，其中部分氮气经加热后输送到雾化室作为雾化气源使用，部分氮气进入储气罐，而储气罐内氮气部分作为脉冲布袋除尘器的反吹气源使用，部分作为气力输送气源使用。

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