一种用于还原氮化反应的直热式回转窑制造技术

一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，用于生产钒氮合金、氮化钒铁、还原铁、氮化铬铁等产品，其包括回转管、耐材、驱动轮、承重轮、电加热系统、窑头箱和窑尾箱等部件。耐材围成的圆柱形或者棱柱形的内腔为窑膛。其电加热系统包含有一个正极和一个负极，加热电源在正极和负极上施加直流电压，通过电极与回转窑内部被加热的物料接触，电流经由正极流经物料再到负极，使得物料自身作为电阻发热，以完成对物料的加热。通过在所述的窑膛内壁上设有高度1cm以上的凸起，优化加热段的长径比，在进料通道或者窑膛出料口增加料位保持装置等措施，提高了窑膛内部物料的填充率、降低对加热电源电压等级的需求，提高了直热式回转窑产能、降低能耗。

A direct heated rotary kiln for reduction nitriding reaction

【技术实现步骤摘要】
一种用于还原氮化反应的直热式回转窑
本专利技术涉及一种直热式回转窑，属于高温窑炉

技术介绍
回转窑是化工、材料、甚至医药行业重要的加热煅烧设备，应用非常广泛。本专利技术人提交的中国专利CN103335513B披露了一种直热式回转窑，为一种将电源通过电极直接馈入回转窑内的被加热物料(也即回转窑所处理的物料，以下简称物料)，电流从加热电源经正极流经物料、返回负极再回到加热电源，利用物料的电阻使得物料自身直接发热的电加热回转窑(下称直热式回转窑)。窑膛(紧靠回转管内壁的耐材构成的近似圆柱形的内腔,即回转管内物料所能到达的地方)内的物料一般随着回转管的旋转而旋转和/或翻滚，并且由于回转窑的回转管一般与水平面有一个倾角，物料也会在旋转过程中沿回转管轴向前进，也即回转窑内的物料是螺旋前进的。回转窑窑膛沿回转管轴向方向一般被分为预热段(或升温段)、加热段(或高温段)、降温段(或冷却段)，物料依次经过预热段、加热段、冷却段然后出窑。一般说来，回转窑在制作过程中，处于回转管内部的电极（正极和/或负极，电源可以是交流电，也可以是直流电。是直流电的时候，一个或者一组电极为正极，另外一个或者一组电极为负极；是交流电的时候，无所谓正负极，但为了方便起见本专利技术中还是以正负极指称）之间的距离已经固定，也就是说正负极之间的距离已经固定，进一步就固定了作为发热电阻的加热段物料的长度。加热段物料的横截面积则会随着窑膛中物料的填充率的增加而增加(回转窑填充率一般定义为回转窑内物料体积与回转窑窑膛体积之比)，提高直热式回转窑的填充率，或者说提高加热段的填充率，就可以提高直热式回转窑的产能(即单位时间的产量)。一般的非直热式的回转窑，受传热限制的影响，其物料填充率，特别是加热段的填充率很少有大于20%的。而作为直热式回转窑，窑膛内的物料自身直接发热，省却了热量从回转管内壁或者窑膛内气氛传递到物料的过程，可以尽量增加加热段物料填充率，提高回转窑产能，降低单位产品的能耗(因为无论产能大小，只要温度相同，同一回转窑通过回转管向周围环境的散热量基本上是一定的，产能大，则单位产量分摊的这个热损失就小)，当然也提高了生产效率。一般直热式回转窑在运转过程中，填充率都控制在25%以上，最好控制在50%左右，对流动性好、结块不严重的物料，可以控制在70%甚至更高，提高产能至少一倍以上。虽然专利技术人研究直热式回转窑的初衷是以更低的能耗更高的效率生产氮化钒或钒氮合金，但是经过近年来的改进和对其它原料和产品的接触，发现不同原料、加热温度、所加工的产品规模、物料电阻率的大小范围对直热式回转窑的结构尺寸提出了更高的要求。比如还原铁粉等大宗产品的大规模工业生产，在直热式回转窑的结构特性上提出了不同的要求。再比如冶金炉料的氮化，如生产氮化锰、氮化锰铁、氮化硅铁、微碳氮化铬铁等等，原料和产品的电阻率都很小。这些产品的生产，如果采用更加节能和自动化程度更高的直热式回转窑设备，就对直热式回转窑提出了适应低电阻率的物料的要求。对于例如用氧化铝生产氮氧化铝，原料和产品的电阻率都比较大，这需要直热式回转窑适应大电阻率物料。过大的电阻率造成加热段物料电阻过大，电流过小，而物料的发热功率等于电压*电流，从而发热功率也过小，不能有效发热，就好比给绝缘体通电一样。过小的电阻率，造成加热段物料电阻过小从而电压过小，同理物料也不能有效发热，就好比给导电性能良好的铜排通电一样。过大的电流或过高的电压也不安全，电源制造的成本也比较高。特别是生产钒氮合金时，原料初始的电阻率非常大，700℃以上反应一段时间以后，电阻率又逐步变小，反应接近完成的情况下，电阻率接近一般金属材料的电阻率。而且其还原过程中要经过物料料块特别脆弱的阶段，要经过物料料块软化发粘的阶段，而产品标准又限制了小块物料的含量，整个生产过程对窑炉结构、物料填充率、回转窑转速、加热段长度和位置等提出了很高的要求，必须配合窑炉结构、窑型、进出料方式等多种技术手段，才能达到钒氮合金生产工艺和产品的要求。用电安全以及环保日益严格，也对直热式回转窑技术提出了新的要求。综上所述，直热式回转窑的各种技术参数还需要进一步的优化和调整，以适应不同的原料产品的加工，适应新的安全和环保要求。
技术实现思路
专利技术的目的:为了提高直热式回转窑对碳热还原反应、氮化反应、碳热还原氮化反应、氢、氨气、天然气和/或一氧化碳作还原剂的还原反应的不同产品、加热温度、所加工的产品规模、物料电阻率的大小范围、用电安全和环保要求的适应性，进一步提高直热式回转窑的电热效率、提高产量、降低粉尘排放、并减小占地面积、增加窑膛内物料的前进速度(在回转窑转速不变的前提下)，需要对直热式回转窑的各种参数进行统一的调整和优化。本专利技术的目的是这样实现的：本专利技术在总结本专利技术人之前制造和使用直热式回转窑的经验基础上，对直热式回转窑的窑型结构、加热段结构、回转管倾斜率、窑膛出料口结构等部件或参数进行了系统的调整和优化，并采用直流电源作为加热电源，对电源的电压电流范围设置了多个档位。本专利技术的具体技术方案如下：一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，其用作高温碳热还原反应和或/氮化的反应器设备，包括回转管、紧靠回转管内壁的耐材、驱动轮、承重轮、电加热系统、窑头箱和窑尾箱，其特征在于：所述的耐材围成的圆柱形或者棱柱形空腔为窑膛；沿回转管轴向方向，窑膛被依次分为窑膛进料口、预热段、加热段、降温段和窑膛出料口；回转管与水平面的夹角大小在1°~6°之间；组成窑膛壁的耐材为绝缘材料。所述的窑尾箱在窑膛出料口端与回转管之间转动密封连接；所述的窑头箱在窑膛进料口端与回转管之间转动密封连接。在窑头箱上设置有进料通道，进料通道自窑头箱上部穿入窑头箱并到达窑膛进料口；进料通道的进口在不加料时封闭并与大气隔绝或者不封闭用作回转窑尾气出口。在所述的进料通道和/或窑膛出料口设置有料位保持装置；所述的进料通道由上部中间料斗和下部进料料斗组成，所述的进料通道料位保持装置为在中间料斗和进料料斗的连接处设置的料位检测装置，进料通道中的料位下降到该检测装置处，触发报警和/或触发人工或者自动机械上料，或者加快向中间料斗上料的速度；随着回转管的转动，物料从中间料斗进入到进料料斗，再由进料料斗进入窑膛进料口；物料进一步从窑膛进料口进入窑膛的预热段，然后依次经过加热段和降温段，从窑膛出料口掉落窑尾箱暂存并进一步降温或冷却，然后间歇性的从窑尾箱出料；所述的窑膛出料口料位保持装置为在所述的窑膛出料口外紧靠所述的窑膛出料口处设置的挡料板；挡料板覆盖了的出料口的一部分；所述的挡料板为不随回转管转动的板材；挡料板与出料口圆形的圆周相交的两个交点的连线所得的玄的玄高大于5cm；窑膛内的物料经所述的出料口越过所述的挡料板后向窑尾箱中掉落。在窑尾箱上设置有进气口；在窑头箱上或者进料通道露出窑头箱的部分设置有出气口；窑膛中气体和物料在回转管长度方向上的运动方向相反。从窑尾箱上设置的进气口进入的气体为氨气、氢气、氮气、一氧化碳、天然气中的一种或多种。所述的电加热系统由加热电源和电极系统组成；其电极系统包含两个或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，包括回转管、紧靠回转管内壁的耐材、驱动轮、承重轮、电加热系统、窑头箱和窑尾箱，其特征在于：所述的耐材围成的圆柱形或者棱柱形空腔为窑膛；沿回转管轴向方向，窑膛被依次分为窑膛进料口、预热段、加热段、降温段和窑膛出料口；回转管与水平面的夹角大小在1°~6°之间；组成窑膛壁的耐材为绝缘材料；/n所述的窑尾箱在窑膛出料口端与回转管之间转动密封连接；所述的窑头箱在窑膛进料口端与回转管之间转动密封连接；/n在窑头箱上设置有进料通道，进料通道自窑头箱上部穿入窑头箱并到达窑膛进料口；进料通道的进口在不加料时封闭并与大气隔绝或者不封闭用作回转窑尾气出口；/n在所述的进料通道和/或窑膛出料口设置有料位保持装置；所述的进料通道由上部中间料斗和下部进料料斗组成，所述的进料通道料位保持装置为在中间料斗和进料料斗的连接处设置的料位检测装置，进料通道中的料位下降到该检测装置处，触发报警和/或触发人工或者自动机械上料，或者加快向中间料斗上料的速度；随着回转管的转动，物料从中间料斗进入到进料料斗，再由进料料斗进入窑膛进料口；物料进一步从窑膛进料口进入窑膛的预热段，然后依次经过加热段和降温段，从窑膛出料口掉落窑尾箱暂存并进一步降温或冷却，然后间歇性的从窑尾箱出料；所述的窑膛出料口料位保持装置为在所述的窑膛出料口外紧靠所述的窑膛出料口处设置的挡料板；挡料板覆盖了的出料口的一部分；所述的挡料板为不随回转管转动的板材；挡料板与出料口圆形的圆周相交的两个交点的连线所得的玄的玄高大于5cm；窑膛内的物料经所述的出料口越过所述的挡料板后向窑尾箱中掉落；/n在窑尾箱上设置有进气口；在窑头箱上或者进料通道露出窑头箱的部分设置有出气口；窑膛中气体和物料在回转管长度方向上的运动方向相反；/n所述的电加热系统由加热电源和电极系统组成；其电极系统包含两个或者两组电极，其中一个或者一组为正极，另外一个或者一组为负极，正极和负极之间的窑膛构成所述的加热段，正极和负极固定在窑膛壁上；加热电源为直流电源，其在正极和负极上施加直流电压，通过电极与窑膛内部被加热的物料接触，电流经由正极流经加热段中的物料再到负极，使得物料自身作为电阻发热，以完成对物料的加热；/n所述的正极通过正极导电材料与固定在回转管外部的正极导电滑环导电连接，所述的正极导电滑环进一步与不随回转管转动的正极电刷导电连接，所述的正极电刷进一步与加热电源的正极导电连接；所述的负极通过负极导电材料与固定在回转管外部的负极导电滑环导电连接，所述的负极导电滑环进一步与不随回转管转动的负极电刷导电连接，所述的负极电刷进一步与加热电源的负极导电连接；/n所述的正极导电滑环和负极导电滑环外套在所述的回转管圆柱面外并固定在回转管上，所述的正极导电材料和负极导电材料沿回转管的径向方向穿过耐材和回转管，到达回转管圆柱面外面，并分别与所述的正极导电滑环和负极导电滑环导电连接；/n所述的加热段长度与该段窑膛平均直径之比在5~30之间；/n有部分所述的耐材和/或电极的材料块，相邻两块之间、和/或同一块材料块的一部分与另外一部分之间在面向回转管中心方向上有1cm以上的高度差。/n...

【技术特征摘要】
20191230 CN 20192242113181.一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，包括回转管、紧靠回转管内壁的耐材、驱动轮、承重轮、电加热系统、窑头箱和窑尾箱，其特征在于：所述的耐材围成的圆柱形或者棱柱形空腔为窑膛；沿回转管轴向方向，窑膛被依次分为窑膛进料口、预热段、加热段、降温段和窑膛出料口；回转管与水平面的夹角大小在1°~6°之间；组成窑膛壁的耐材为绝缘材料；
所述的窑尾箱在窑膛出料口端与回转管之间转动密封连接；所述的窑头箱在窑膛进料口端与回转管之间转动密封连接；
在窑头箱上设置有进料通道，进料通道自窑头箱上部穿入窑头箱并到达窑膛进料口；进料通道的进口在不加料时封闭并与大气隔绝或者不封闭用作回转窑尾气出口；
在所述的进料通道和/或窑膛出料口设置有料位保持装置；所述的进料通道由上部中间料斗和下部进料料斗组成，所述的进料通道料位保持装置为在中间料斗和进料料斗的连接处设置的料位检测装置，进料通道中的料位下降到该检测装置处，触发报警和/或触发人工或者自动机械上料，或者加快向中间料斗上料的速度；随着回转管的转动，物料从中间料斗进入到进料料斗，再由进料料斗进入窑膛进料口；物料进一步从窑膛进料口进入窑膛的预热段，然后依次经过加热段和降温段，从窑膛出料口掉落窑尾箱暂存并进一步降温或冷却，然后间歇性的从窑尾箱出料；所述的窑膛出料口料位保持装置为在所述的窑膛出料口外紧靠所述的窑膛出料口处设置的挡料板；挡料板覆盖了的出料口的一部分；所述的挡料板为不随回转管转动的板材；挡料板与出料口圆形的圆周相交的两个交点的连线所得的玄的玄高大于5cm；窑膛内的物料经所述的出料口越过所述的挡料板后向窑尾箱中掉落；
在窑尾箱上设置有进气口；在窑头箱上或者进料通道露出窑头箱的部分设置有出气口；窑膛中气体和物料在回转管长度方向上的运动方向相反；
所述的电加热系统由加热电源和电极系统组成；其电极系统包含两个或者两组电极，其中一个或者一组为正极，另外一个或者一组为负极，正极和负极之间的窑膛构成所述的加热段，正极和负极固定在窑膛壁上；加热电源为直流电源，其在正极和负极上施加直流电压，通过电极与窑膛内部被加热的物料接触，电流经由正极流经加热段中的物料再到负极，使得物料自身作为电阻发热，以完成对物料的加热；
所述的正极通过正极导电材料与固定在回转管外部的正极导电滑环导电连接，所述的正极导电滑环进一步与不随回转管转动的正极电刷导电连接，所述的正极电刷进一步与加热电源的正极导电连接；所述的负极通过负极导电材料与固定在回转管外部的负极导电滑环导电连接，所述的负极导电滑环进一步与不随回转管转动的负极电刷导电连接，所述的负极电刷进一步与加热电源的负极导电连接；
所述的正极导电滑环和负极导电滑环外套在所述的回转管圆柱面外并固定在回转管上，所述的正极导电材料和负极导电材料沿回转管的径向方向穿过耐材和回转管，到达回转管圆柱面外面，并分别与所述的正极导电滑环和负极导电滑环导电连接；
所述的加热段长度与该段窑膛平均直径之比在5~30之间；
有部分所述的耐材和/或电极的材料块，相邻两块之间、和/或同一块材料块的一部分与另外一部分之间在面向回转管中心方向上有1cm以上的高度差。


2.根据权利要求1所述的一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，其特征在于：在窑膛出料口和窑尾箱物料暂存处之间物料通过的路径上设有筛孔管和/或筛板，或者在窑膛出料口和所述的挡料板之间设置有筛孔管和/或在挡料板和窑尾箱物料暂存处之间物料通过的路径设置有筛板；
所述的筛孔管的两端管口为筛孔管进料口和出料口；筛孔管管壁上分布有孔径相同的筛孔，筛孔等效直径5~30mm；出窑膛出料口的物料经过筛孔管时，粒度大于筛孔的大块物料从筛孔管出料口掉落到窑尾箱中，粒度小于筛孔的小块物料从筛孔掉落到窑尾箱；
所述的筛板倾斜设置在物料掉落到窑尾箱的路径上；筛板上分布有大小相同的筛孔，筛孔的等效直径在5~30mm之间；在物料下落过程中将物料分为大块物料和小块物料两部份；
窑尾箱中设置隔板，将粒度不同的物料隔开；窑尾箱相应的设...

【专利技术属性】
技术研发人员：冯良荣，甘亚，
申请(专利权)人：冯良荣，
类型：新型
国别省市：四川;51