【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种高温碳热还原反应的成套装置，属于高温设备。
技术介绍
1、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cn112880389a披露了一种用于碳热还原反应的直热式回转窑，为一种将电源通过电极直接馈入回转窑内的被加热的固体物料(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，处于回转管内部的正负电极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)。
2、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
3、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，发现不同碳热还原反应，即采用金属氧化物和碳质还原剂进行高温加热还原和/或氮化的反应，都有一个共同特点，反应过程中固体原料中大量的氧和碳生成一氧化碳气体后，固体原料由于质量减少，且伴随后续的高温收缩密度变大，体积往往减少一半甚至四分之三或者更多。而采用直热式回转窑作为碳热还原反应的反应器时，回转窑在安装完成后，其窑膛结构也即窑型也随即固定，回转管的倾斜率(回转管轴线与水平面的夹角)也同时固定，其对物料在其中的前进速度的影响也固定了。在物料在反应过程中体积大幅减小和回转窑窑型和回转管倾斜率固定这两个因素的影响下，体积未减小的物料(下称左端物料)和体积减小的物料(下称右端物料)的体积流速相差不大的情况下，流速的速控步骤必然是左端物料的体积流速。也就是左端物料的体积流速即使比右端物料的体积流速大，左端物料的体积流速也满足不了右端物料体积流速的需求，这导致了右端物料所在的窑膛段填充率大幅降低。
4、实际生产实践中，由于上述右端物料在回转窑中经过高温收缩和更长时间的运动，比左端物料更加光滑和密度更大，更加有利于增加其体积流速。另外，直热式回转窑加热段温度比较高，一般都在1000℃以上，高温下的挥发性组份会随气相流动到预热段，随着温度降低，其在预热段的某一段沉积形成结圈，就是回转窑中常见的结圈现象，该结圈又会进一步降低左端物料的体积流速。
5、因此，碳热还原反应中上述左端物料的流速成为阻碍窑膛中物料填充率特别是加热段填充率的限制性控制因素，是一个流速瓶颈。这大大降低了直热式回转窑的物料填充率、限制了回转窑预热段的长度(预热段越长、对物料流动的阻力越大)、降低了其设备产能，增加了控制较高填充率的困难。虽然专利技术人在cn112880389a专利申请中采用了多种技术方案来提高直热式回转窑中加热段物料的填充率和左端物料的前进速度，也遇到控制困难、物料流速和填充率很难兼顾、需要针对不同物料和不同体积收缩比例对直热式回转窑各种结构参数进行研究和调整等问题。
6、采用直热式回转窑进行碳热还原反应，将固体原料压块成型，有利于提高固体原料的导电性、改善反应过程中的传热传质过程、提高回转窑窑膛中物料的前进速度。但是，现有的各种压球机或者其它类型的成球机，都有各自的缺点。
7、常用的球团造球机，其在成球过程中粉状原料需要不停的滚动，而金属氧化物密度往往比碳质还原剂大，粉料滚动过程中，容易使得这二者分离。并且其成球的球强度比较低。当然其优点是成型的球圆整度比较好、设备产能大。
8、等静压或者准等静压压球机，操作压力大成型的料球强度高，但设备价格高、产能小、操作程序繁复，不能满足碳热还原反应的要求。
9、对辊压球机，其产能大、自动化程度高操作简单、设备价格较低，得到广泛使用。但是由于要兼顾脱模的难易，其轧辊模具上的半球球窝的深度或者说半球窝的深度与宽度的比例受到限制，如果半球窝太深，则不易脱模。因此一般半球窝的深度都做得比较浅，压出的料球圆整度很差，甚至接近为圆饼形状或者双四棱锥形状。这样形状的料球的料堆安息角比较大，在回转窑中流动困难，前进的速度较低。
10、综上所述，虽然直热式回转窑用于碳热还原反应具有巨大的优势，但是仅仅靠直热式回转窑的改进来提高其窑膛中物料的填充率、并且兼顾提高物料的体积流速非常困难，需要结合对压球机的改进来达到兼顾提高填充率和提高物料体积流速的目的。
技术实现思路
1、专利技术的目的：在碳热还原中，提高直热式回转窑高窑膛中前述左端物料的体积流速、兼顾窑膛中固体物料足够高的填充率、提高窑膛中全部固体物料的体积流速、降低回转窑运转时回转管的转速、适应不同的碳热还原反应中不同原料的不同的体积收缩率；在提高左端物料体积流速的前提下，在直热式回转窑窑膛中设置预热段或者延长预热段的长度；通过以上目的最终达到进一步提高直热式回转窑的电热效率、简化回转窑结构参数的调整、简化回转窑运行控制难度、提高回转窑运行稳定性、提高设备产能、降低粉尘产生量。
2、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进行碳热还原反应的经验基础上，对碳热还原装置中的对辊压球机进行了改进，提高了其成型原料球的圆整度，降低对直热式回转窑的各种结构参数的调整难度并提高了其运行稳定性。
3、本专利技术的具体技术方案如下：
4、一种用于碳热还原反应的成套装置，其包括对辊压球机和直热式回转窑，其特征在于：所述的对辊压球机具有水平方向相对安装的两个旋转方向相反的轧辊，每个轧辊外圆周面上排布有半球窝模具，所述的半球窝模具的半球窝开口面为六边形或在角上有倒角的圆角六边形。由于在轧辊模具的半球窝开口面采用六边形结构，其比现有工艺的四边本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于碳热还原反应的成套装置，其包括对辊压球机和直热式回转窑，其特征在于：所述的对辊压球机具有水平方向相对安装的两个旋转方向相反的轧辊，每个轧辊外圆周面上排布有半球窝模具，所述的半球窝模具的半球窝开口面为六边形或在角上有倒角的六边形；
2.根据权利要求1所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：在所述的窑膛出料口设置有挡料板；碳热还原反应的固体原料经过所述的对辊压球机压球成型后，经过直热式回转窑的窑头箱进入窑膛、依次经过预热段、加热段和降温段，然后从窑膛出料口越过挡料板后掉落到窑尾箱中暂存。
3.根据权利要求1~2中任意一项所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：所述的加热电源为可调直流电源，其最大输出电压为Umax伏特，最大输出电流为Imax安培；有电压值U1在0 ~ Umax伏特之间，有电流值I1在0 ~ Imax安培之间；所述的直热式回转窑在工作时，加热电源在保持装机功率不变的前提下，其输出可在两档电压电流范围之间切换；两档电压电流范围分别为高电压低电流档和低电压大电流档；在高电压低电流档时，输出电压可调范围为0 ~ Umax
4.根据权利要求1~2中任意一项所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：在所述的窑膛加热段有一根或多根热电偶，其沿回转管径向方向穿过回转管并插入耐材中或者穿过耐材，并靠近窑膛壁；热电偶测得的温度数据模拟量被固定在回转管圆周面外面上的温度变送器进行模数变换后无线传送到所述的加热电源的控制柜，用于温度的显示和对加热电源输出功率的控制。
5.根据权利要求1~4中任意一项所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：其用作高温碳热还原反应和/或高温氮化反应的成套设备，所述的反应包括以下反应过程：
...【技术特征摘要】
1.一种用于碳热还原反应的成套装置，其包括对辊压球机和直热式回转窑，其特征在于：所述的对辊压球机具有水平方向相对安装的两个旋转方向相反的轧辊，每个轧辊外圆周面上排布有半球窝模具，所述的半球窝模具的半球窝开口面为六边形或在角上有倒角的六边形；
2.根据权利要求1所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：在所述的窑膛出料口设置有挡料板；碳热还原反应的固体原料经过所述的对辊压球机压球成型后，经过直热式回转窑的窑头箱进入窑膛、依次经过预热段、加热段和降温段，然后从窑膛出料口越过挡料板后掉落到窑尾箱中暂存。
3.根据权利要求1~2中任意一项所述的一种用于碳热还原反应的成套装置，其特征在于：所述的加热电源为可调直流电源，其最大输出电压为umax伏特，最大输出电流为imax安培；有电压值u1在0 ~ umax伏特之间，有电流值i1在0 ~ imax安培之间；所述的直热式回转窑在工作时，加热电源在保持装机功...
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