CN1760120A - 连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在工业上连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构。推板窑纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，其炉膛结构包括窑腔、盖板、侧墙及轨道。低温段有5个温区即1～5温区，内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；过渡段有4个温区即6～9温区，其中6～8温区内腔侧墙和轨道采用高纯镁砖、盖板采用石墨材质，9温区内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质；高温段设7个温区即10～16温区，冷却段分为自然冷却区和强制冷却区，高温段和自然冷却区的内腔侧墙、盖板及轨道均为石墨材质。在1～5温区和9～16温区的侧墙砖相应位置上有加热元件插孔，使加热元件与窑腔隔离；6～8温区的每块侧墙砖之间插入两层石墨板，用插板来使加热元件与窑腔隔离；炉体内腔分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道即窑腔，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离。本发明在不同温区具有不同的内腔结构、选用合适的抗耐腐蚀内衬材料，达到了显著提高推板窑及加热元件使用寿命的目的。

Description

连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构

技术领域

本发明属于钒氮合金技术领域，特别是涉及一种在工业上连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构。

背景技术

在现有制取钒氮合金的方法中，没有提及到有关煅烧设备的内腔结构及该设备内腔所采用的材料。《钒氮合金的生产方法》专利申请(申请号：01139886.8，公开号CN1422800A，)所采用的煅烧设备为推板窑，影响推板窑及加热元件使用寿命的关键因素为窑体内腔结构及该设备内腔所采用的材料，其主要原因是因为：不同温区的窑腔中水蒸气、CO、CO₂及低沸点碱金属元素(Na⁺、K⁺)等腐蚀气体的含量不一样的，对内腔材料和加热元件实施氧化或侵蚀程度亦不一样。入窑前料球中的含水量在1％以下，入窑后以水蒸气的形式从低温段排出，料球中的碱金属元素主要从过渡段的后半段和高温段逸出，而CO和CO₂则是从过渡段反应逸出的。水蒸气在推板窑400～700℃的温度区域逸出，由于该区域温度较低，水蒸气对内腔石墨材料的氧化侵蚀作用极小；在850～1450℃的过渡段，窑腔内存在大量CO、CO₂及少量水蒸气，对石墨内衬的氧化侵蚀极其严重(尤其对侧墙的侵蚀更为严重)，该段区域不能用石墨做内衬材料，但由于存在大量碱金属元素，其它大多耐火材料都不能胜任在该温区使用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构，选用合适的耐腐蚀材料做内衬，尽量降低腐蚀气氛对内衬材料和加热元件的氧化或侵蚀作用，从而显著提高推板窑及加热元件的使用寿命。

解决本发明技术问题所采用的技术方案是该连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构包括炉腔、盖板、侧墙及轨道，推板窑纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，各段由多个温区组成，窑墙内设置加热装置，在不同温区具有不同的炉膛结构、选用合适的抗耐腐蚀内衬材料。根据钒氮合金生产工艺要求，各温度段炉膛结构不同，内衬材质亦不相同，可以显著提高推板窑及加热元件的使用寿命。

推板窑纵向依次设置有16组控温区，即1～16温区，16个温区按温度设置的不同可分为低温段、过渡段和高温段，结合炉料在不同温度范围内的反应时间以及推板的运行速度确定各个段的长度，低温段设有5个温区：1～5温区、总长度7.2～8.4m、加热温度400～680℃，过渡段设有4个温区：6～9温区、总长度6.8～7.8m、煅烧温度850～1450℃，高温段有7个温区：10～16温区、总长度8.0～9.0m、煅烧温度1450～1550℃；在窑体尾部设有冷却段，总长为6.8～7.8m，分为自然冷却区和强制冷却的水冷区，自然冷却区的长度为4.0～4.6m，水冷区长度为2.8～3.2m。在煅烧温度为400～680℃的低温段、过渡段的1450℃d的9温区、1450～1550℃的高温段及冷却段的自然冷却区的炉膛盖板、侧墙和轨道均采用石墨材料；过渡段的850～1250℃的6-8温区的炉膛盖板采用石墨材料、高纯电熔镁砖或其它耐火材料，侧墙和轨道采用高纯电熔镁砖或其它耐火材料；冷却段的自然冷却区的盖板、侧墙及轨道均采用石墨材料，水冷区的炉膛材料为金属材料。推板窑8温区的炉膛尺寸为(330～380)mm×(400～440)mm，其余温区炉膛尺寸均为(330～380)mm×(475～525)mm。在1～5温区和9～16温区的加热装置相应位置上的侧墙内直接加工尺寸为(40～60)mm×(100～120)mm的加热元件插孔，形成加热元件腔，并与炉膛隔离。在6～8温区的每块高纯电熔镁砖侧墙砖之间插有两层15～25mm厚的石墨插板，使加热元件与炉膛隔离。从纵向看炉体分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道，主通道内有从窑尾通入、与炉料逆向运行的保护气体，两边为加热元件隔离腔通道，用插板来使加热元件腔与炉膛隔离，隔离腔通有保护氮气，腔内压力微高于炉膛压力以保护加热元件。在低温段与过渡段之间设有一段长为450～550mm的气幕区，在气幕区前后各设有一个长度为100～150mm的锁口区，炉膛高度比低温段低70～90mm，宽度比低温段窄30～50mm，锁口区的中间设有一段与低温段炉腔尺寸相同，长为200～300mm的炉膛，在前后锁口区窑体侧面各设有做隔离气幕、防止两区之间的气体流动、进气量为20～40m³/h的进气口。

本发明具有如下明显优点：

1.由于在低温段(400～700℃)采用石墨材料做窑墙砖、窑顶砖及轨道，石墨材料具有强抗碱性，而水蒸气和CO₂在此温度段几乎不与石墨反应，能有效防止该段内衬材料的氧化腐蚀。

2.由于在过渡段850～1250℃温区采用高纯电熔镁砖作侧墙，轨道采用高纯镁砖，能有效防止CO₂对该区域内衬材料的腐蚀。

3.过渡段1450℃温区的内衬全部采用石墨材料，能有效抗击碱金属对内衬的腐蚀。

4.8温区的炉膛高度比其它温区低70～90mm，能有效阻止不同温区炉气的相互扩散。

5.由于加热元件腔与炉膛隔离，且腔内压力略高于炉膛压力，这不仅可有效保护加热元件，提高加热元件的使用寿命，而且可避免Na⁺、K⁺进入加热元件固定腔引起的加热元件接地，确保推板窑正常运行。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为图1中的A-A剖面图。

图3为图1中的B-B剖面图。

图4为图1中的C-C剖面图。

图5为图1中的D-D剖面图。

图中：I-低温段  II-过渡段  III-高温段  IV-冷却段1-盖板  2-炉腔  3-侧墙  4-轨道  5-不锈钢壳体  6-保温层  7-加热元件  8-排气口  9-氧化铝空心球砖套  10-加热元件腔  11-镁质侧墙  12-镁质轨道  13-石墨插板

具体实施方式

根据钒氮合金生产工艺要求，将推板窑划分为低温段、过渡段、高温段和冷却段，各段炉膛结构设计不尽相同，内衬材质亦各不相同。低温段共有5个温区(1～5温区总长度约7.8m)，加热温度为400～680℃，炉膛侧墙、盖板及轨道均为石墨材质，其炉膛尺寸为355mm×500mm；过渡段共有4个温区(6～9温区总长度约7.3m)，煅烧温度为850～1450℃，其中6～8温区炉膛侧墙(不包括墙体上的加热元件隔离插板)和轨道采用高纯镁砖，盖板采用厚度为200mm的石墨材料，6、7温区的炉膛尺寸与低温区一致，8温区的炉膛尺寸为355mm×420mm，而9温区的炉膛结构与材料均与低温区一致；高温区共设7个温区(10～16温区总长度8.5m)，煅烧温度1450～1550℃，炉膛结构与材料均与低温段一致；冷却段总长为7.3m，分为自然冷却区和强制冷却区，自然冷却区的长度为4.3m，炉膛结构及材料均与低温段一致，水冷区设计长度为3.0m，炉膛结构均与低温段一致，但材料为金属材料。同时在1～5温区和9～16温区加热装置相应位置的侧墙内直接加工尺寸为50mm×110mm的加热元件腔，并与炉膛隔离；6～8温区的每块侧墙砖(高纯电熔镁砖)之间插入两层20mm厚的石墨板，使加热元件与炉膛隔离；在每个加热元件隔离腔之间的中上部开有一个Φ2mm的小孔相通；从纵向看炉体分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道，保护气体从窑尾通入，与炉料逆向运行，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离，向隔离腔通氮气保护，腔内压力微高于炉膛压力以保护加热元件。另外根据钒氮合金生产废气排放工艺要求，在低温段与过渡段之间设有一段长500mm的气幕区，其前后各设有一个125mm的锁口区(炉膛高度比排水区低80mm，宽度比排水区窄40mm)，中间设有一段长250mm与排水区炉膛尺寸相同的炉膛，在前后锁口区窑体侧面各设有一个进气量为30m3/h的进气口做隔离气幕，防止两区之间的气体流动。因此，通过采取上述在不同温区设计不同的炉膛结构、选用合适的抗耐腐蚀内衬材料，可显著提高推板窑及加热元件的使用寿命。

推板窑是特制的全密封的推板窑或隧道窑，与《钒氮合金的生产方法》[中国发明专利(申请号01139886.8，公开号CN1422800A)]要求的是一致的。

其中的石墨材料、高纯电熔镁砖、高纯镁砖是特制的非标准砖，其主要成分、杂质及耐火度、高温强度以及外观尺寸等满足特定要求。

加热装置的发热元件采用硅碳棒或硅钼棒，其中1～4温区采用硅碳棒，5～16温区采用硅钼棒。

炉膛压力为比外部大气压高10～100Pa的微正压。

现举例说明本发明具体实施对比的技术效果：

实施例1：

在本发明实施前，推板窑各温区的内衬均采用刚玉做内衬材料，加热元件腔未与炉膛隔离，推板窑的使用寿命只有25天左右，加热元件更换频次为8.2支/天，推板窑掉电频次为3.7次/天。

实施例2：

在本发明实施前，推板窑内衬材料均为石墨材质，6～7温区加热元件腔与炉膛隔离，推板窑的使用寿命为70～90天，加热元件更换频次5.4支/天，推板窑掉电频次2.6次/天。

实施例3：

在本发明的技术方案实施，推板窑低温段、过渡段后部和高温段的内衬均采用石墨材料，过渡段前部的侧墙及轨道采用高纯电熔镁砖、顶砖为加厚到200mm的石墨砖，各温区加热元件腔均与炉膛隔离，且8温区的炉膛高度比其它温区低80mm。实施后推板窑的使用寿命已提高到220～240天，加热元件更换频次降低到0.8支/天，掉电次数1～2次/月。

Claims (12)

1.一种连续制取钒氮合金的煅烧设备推板窑的炉膛结构，包括炉腔、盖板、侧墙及轨道，其特征在于该推板窑纵向依次设置有低温段、过渡段、高温段和冷却段，各段由多个温区组成，窑墙上设置加热装置，在不同温区具有不同的炉膛结构及选用合适的抗耐腐蚀内衬材料。

2.根据权利要求1所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于不同温区选用不同的炉膛结构使推板窑纵向依次设置有16组控温区，即1～16温区，16个温区按所处不同温度段可分为低温段、过渡段和高温段；结合炉料在不同温度范围内的反应时间以及推板的运行速度确定各个段的长度；低温段设有5个温区：1～5温区、总长度7.2～8.4m、加热温度400～680℃；过渡段设有4个温区：6～9温区、总长度6.8～7.8m、煅烧温度850～1450℃；高温段有7个温区：10～16温区、总长度8.0～9.0m、煅烧温度1450～1550℃；在窑体尾部设有冷却段，总长为6.8～7.8m，分为自然冷却区和强制冷却的水冷区，自然冷却区的长度为4.0～4.6m，水冷区长度为2.8～3.2m。

3.根据权利要求2所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于在煅烧温度为400～680℃的低温段、1450℃的过渡段的9温区、1450～1550℃的高温段及冷却段的自然冷却区的炉膛盖板、侧墙和轨道均采用石墨材料。

4.根据权利要求2或3所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于过渡段的6～8温区(850～1250℃)的炉膛盖板采用石墨材料、高纯电熔镁砖，侧墙和轨道采用高纯电熔镁砖。

5.根据权利要求2所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于其冷却段的自然冷却区的盖板、侧墙及轨道均采用石墨材料，水冷区的炉膛材料为金属材料。

6.根据权利要求2所说所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于8温区炉膛尺寸为(330～380)mm×(400～440)mm，其余温区炉膛尺寸均为(330～380)mm×(475～525)mm。

7.根据权利要求3所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于在1～5温区和9～16温区的侧墙砖的加热装置相应位置上直接加工尺寸为(40～60)mm×(100～120)mm的加热元件插孔，形成加热元件腔。

8.根据权利要求4所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于在6～8温区的每块高纯电熔镁砖侧墙砖之间插有两层15～25mm厚的石墨插板，用插板来使加热元件腔与炉膛隔离。

9.根据权利要求7或8所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于炉体纵向分为3个独立通道，中间通道为炉料主通道，主通道内有从窑尾通入、与炉料逆向运行的保护气体，两边为加热元件隔离腔通道，加热元件与炉膛气氛完全隔离，隔离腔通有保护氮气。

10.根据权利要求1所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于在低温段与过渡段之间设有一段长为450～550mm的气幕区，在气幕区前后各设有一个长度为100～150mm的锁口区，炉膛高度比低温段低70～90mm，宽度比低温段窄30～50mm，锁口区的中间设有一段与低温段炉膛尺寸相同，长为200～300mm的炉膛，在前后锁口区窑体侧面各设有隔离气幕、防止两区之间的气体流动、进气量为20～40m³/h的进气口。

11.根据权利要求1或2所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于推板窑是特制的全密封的推板窑或隧道窑，炉膛压力为比外部大气压高10～100Pa的微正压。

12.根据权利要求1或2所说的推板窑的炉膛结构，其特征在于加热装置的发热元件采用硅碳棒或硅钼棒，其中1～4温区采用硅碳棒，5～16温区采用硅钼棒。

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