本实用新型涉及一种微波还原立窑，属于微波高温冶炼技术领域。
背景技术：
海绵铁又称直接还原铁，具有反洗频率低、抗压强度高、不粉化、不板结、比表面积大、活性高和再生效果好等优点。海绵铁是在回转炉、竖炉或其他形式的反应器内，通过高温还原反应制成的低碳多孔状产物。
在加工过程中需要对设备内环境进行充分预热，然后通过热量传导和红外辐射的方式加热到物料上，由于热量传导过程受到加热温度梯度、炉腔和物料的导热系数等参数限制，导致整体加热过程缓慢，物料内部容易产生较大的温度梯度，能量利用率低，不能保持稳定的高回收率，还会造成不可再生资源的严重浪费，产生废气排放，污染环境。
微波加热作为一种新型加热方式，利用微波与物质之间的特殊耦合作用产生热量，实现物料的整体快速加热，具有能量利用率高、绿色环保的特点。
检索到的相关专利文献如下：
一、公开号为CN101548024A，公开日为2009年9月30日的中国发明专利公开了一种还原氧化铁的装置，包括：炉体，其限定了基本密封以防空气进入和微波辐射泄漏的炉腔；一个或多个波导管，其将微波辐射从微波发生器导入所述炉腔中 以调制微波辐射；布料口，其用于将包括氧化铁和与其相伴的碳材料在内的给料引入所述炉腔； 使所述给料前进通过所述炉腔的装置；在所述炉腔上产生的所述微波辐射的强度等级，使所述给料基本充分地还原成直接还原铁(DRI)，但基本不还原所述给料中的任何硫、氧化硅或磷以及用于将所述给料的产物排出所述炉腔的出料口。
二、公开号为CN 105783503 A，公开日为2016年7月20日的中国发明专利公开了一种工业微波还原焙烧装置，其包括炉体，在炉体的顶部设置有密封进料装置，在炉体的底部设置有密封冷却出料装置，所述炉体由上至下依次划分为防漏波预热区、微波矩阵氧化焙烧区和防漏波还原区，所述防漏波预热区的上部连接引风管道，在引风管道上设置有加压装置，所述微波矩阵氧化焙烧区设置有工业微波加热装置和进风口，所述防漏波还原区连接有还原气进气管道。
三、公开号为CN103131815A，公开日为2013年6月5日的中国发明专利公开了一种微波高温连续还原生产海绵铁和镍铁的工艺方法，其特征在于由下列工艺步骤构成：一、将65-89% 的矿粉、5-20% 的碳质还原剂、5-10% 的水及1-5% 的添加剂，混合均匀后在压球机中压成直径为5-30mm 的混合物料球；二、将混合物料球放入微波移动反应装置的反应器中，料层的厚度为10-50 cm/ 每车，重量为50-3000kg/ 每车；三、微波移动反应装置将物料送入双层密封微波装置的预热段进行预热，预热温度为300-500℃ ；四、微波移动反应装置将预热后的物料送入双层密封微波装置的加热腔，高温微波还原的频率为915-2450 MHz、功率为100-800kW，加热腔内的微波波导管对进入微波加热区域的物料进行定向方位互不相同的微波辐射，使温度迅速升至800-1650℃ ；反应过程中通入还原气体或是惰性保护气氛，调节双层密封微波装置的密封腔和隔离腔的气压，控制气体的流动速率和流量；五、物料还原的时间为5-60min，形成海绵铁或镍铁合金；六、将完成还原后的物料送入双层密封微波装置的冷却段进行降温，当物料温度低于300-500℃后，从双层密封微波装置中推出微波移动反应装置，并进行防氧化处理；七、用磁选机2000-8000 高斯磁选，得到以海绵铁为主的镍铁合金粉，经压块后成为镍铁产品。
四、公开号为CN 104745757 A，公开日为2015年7月1日的中国发明专利公开了一种微波燃料联合供热式煤基直接还原方法，物料经过干燥和预热进入还原作业；先利用燃料燃烧的方式对物料进行还原，然后采用微波辐射的方式对物料进行进一步还原；金属氧化物还原为金属所需的还原剂来自于物料中的固定碳。
综上，如何设计一种微波还原立窑及其还原方法，使其能以较低的成本和能耗进行生产且能提高产出物的质量和产出效率是急需解决的技术问题。
技术实现要素：
本实用新型所要解决的技术问题是针对现有技术中存在的缺陷，提供一种微波还原立窑，其能以较低的成本和能耗进行生产且提高了产出物的质量和产出效率，实用性强。
为解决上述技术问题，本实用新型所采取的技术方案为：一种微波还原立窑，包括窑体、设置在窑体顶部的进料管和设置在窑体底部的卸料机构，在窑体顶部上还设置有微波馈口，其特征在于：所述微波还原立窑还包括还原气体引入管和还原气体引出管，还原气体引入管的一端从窑体顶部的进料管插入到窑体内部，在位于窑体内部的还原气体引入管一端上还设置有上盘体，还原气体引出管设置在窑体上；当物料通过进料管填充满窑体内部后，物料在位于窑体内部的进料管端口处形成物料自然堆积锥面一，使得物料自然堆积锥面一和窑体内顶部之间形成空间一，物料在位于上盘体的底部处形成物料自然堆积锥面二，使得物料自然堆积锥面二和上盘体底部之间形成空间二；
工作时，微波经过微波馈口和空间一作用于窑体内部的物料上对物料进行加热，还原气体经过还原气体引入管和空间二作用于窑体内部的物料对物料进行还原，对物料进行还原后的还原气体再经还原气体引出管引出至窑体外部。
优选的，所述窑体包括内窑体和套装在内窑体外部的外窑体，内窑体和外窑体之间留有燃烧空间，还原气体引出管的一端端口设置在内窑体的内壁上，还原气体引出管的另外一端端口设置在外窑体的内壁上，使得内窑体的内腔与燃烧空间连通，在燃烧空间中且位于还原气体引出管的另外一端端口处设置有电子点火器；物料在内窑体中进行还原，内窑体中的还原气体通过还原气体引出管引出至燃烧空间后，经电子点火器点燃在燃烧空间中燃烧。
优选的，还原气体引出管包括多根引出管一、汇流导管和多根引出管二；多根引出管一的一端端口均设置在内窑体的内壁上，多根引出管一的另外一端端口均与汇流导管的顶部连通，多根引出管二的一端端口均设置在外窑体的内壁上，多根引出管二的另外一端端口均与汇流导管的底部连通；多根引出管二的一端端口沿圆周方向均匀分布在外窑体的内壁上。
优选的，在窑体的底部还设置有冷却水箱，内窑体底侧部与冷却水箱相接触，在燃烧空间的底部靠近冷却水箱的位置处设置有隔热层。
优选的，所述卸料机构包括出料管和转动连接在出料管中的动齿轮；在内窑体底部设置有出口料，出料管的一端与出口料连通，出料管的另外一端与出料阀连接，动齿轮转动连接在出料管中且位于出料口处的位置。
优选的，所述动齿轮包括转轴和设置在转轴一端上的锥型齿盘，出料管斜向设置，在位于出料口处的出料管上设置有轴套，转轴的一端穿过轴套使得锥型齿盘设置在出料口中，转轴的另外一端与转动机构连接，通过转动机构能带动转轴和锥型齿盘转动。
本实用新型的有益效果在于：本实用新型通过设计，使得物料填充满后在进料管端口处和上盘体的底部处形成两处安息角，从而预留出空间一和空间二，空间一能为微波提供作用空间，这样既能提高加热效率，又能延长微波发射装置的使用寿命，空间二能增加还原气体和物料之间的交换面积，因此，本实用新型能以较低的成本和能耗进行生产且提高了产出物的质量和产出效率，实用性强。通过对还原气体引出管的设计，避免了还原气体直排外界空间，造成环境污染问题的发生且将通入窑体内部的还原气体再次利用起来引入燃烧空间对内窑体进行加热，减少了能耗，降低了生产成本。通过设置多根引出管二的一端端口沿圆周方向均匀分布在外窑体的内壁上，使得还原气体形成多点燃烧，保证均温，从而保证了还原过程的稳定性。在窑体的底部设置冷却水箱，能降低产出物料的温度，从而降低其被氧化的可能性，提高产出物的质量。通过对上转盘垂向位置的调整，能在工作前，根据选用的微波源规格的不同，将上转盘调整至合适的位置，从而提高本实用新型的通用性。
附图说明
图1为本实用新型实施例中微波还原立窑的立体结构示意图；
图2为本实用新型实施例中微波还原立窑的主视结构示意图；
图3为图1中的微波还原立窑局部剖开后的立体结构示意图；
图4为图3中的微波还原立窑填充满物料后的主视结构示意图；
图5为图3中的微波还原立窑未填充物料时的主视结构示意图；
图6为图3中位于卸料机构处的局部立体结构示意图；
图7为图5中位于上盘体处的局部结构示意图；
图中：1. 窑体，111. 内窑体，112. 外窑体,2. 进料管，3. 卸料机构，311. 出料管，4. 微波馈口，5. 还原气体引入管，6. 还原气体引出管，611. 引出管一，612. 汇流导管，613. 引出管二，7. 上盘体，8. 物料，9. 物料自然堆积锥面一，10. 物料自然堆积锥面二 ，11. 耐火砖，12. 保温层，13. 辅助燃烧气体通入管，14. 冷却水箱，15. 支脚，16. 隔热层,17. 出料管，18. 动齿轮，181. 转轴，182. 锥型齿盘，19. 出口料，20. 轴套，A. 空间一，B. 空间二,C. 燃烧空间。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案做进一步详细的阐述。
实施例：如图1至图4所示，一种微波还原立窑，包括窑体1、设置在窑体1顶部的进料管2和设置在窑体1底部的卸料机构3，在窑体1顶部上还设置有微波馈口4，所述微波还原立窑还包括还原气体引入管5和还原气体引出管6，还原气体引入管5的一端从窑体1顶部的进料管2插入到窑体1内部，在位于窑体1内部的还原气体引入管5一端外周面上还设置有上盘体7，还原气体引出管6设置在窑体1上；当物料8通过进料管2填充满窑体1内部后，物料8在位于窑体1内部的进料管2端口处形成物料自然堆积锥面一9，使得物料自然堆积锥面一9和窑体1内顶部之间形成空间一A，物料8在位于上盘体7的底部处形成物料自然堆积锥面二10，使得物料自然堆积锥面二10和上盘体7底部之间形成空间二B；工作时，微波经过微波馈口4和空间一A作用于窑体内部的物料8上对物料8进行加热，还原气体经过还原气体引入管5和空间二B作用于窑体内部的物料对物料进行还原，对物料进行还原后的还原气体再经还原气体引出管6引出至窑体外部。本实施例通过设计，使得物料填充满后在进料管端口处和上盘体的底部处形成两处安息角，从而预留出空间一和空间二，空间一能为微波提供作用空间，这样既能提高加热效率，又能延长微波发射装置的使用寿命，空间二能增加还原气体和物料之间的交换面积，因此，本实施例能以较低的成本和能耗进行生产且提高了产出物的质量和产出效率，实用性强。在本实施例中，窑体为圆筒状。进料管的一端伸入窑体中且外露于窑体内壁。
如图5所示，所述窑体1包括内窑体111和套装在内窑体111外部的带有耐火砖11和保温层12的外窑体112，内窑体111和外窑体112之间留有燃烧空间C，还原气体引出管6的一端端口设置在内窑体111的内壁上，还原气体引出管6的另外一端端口设置在外窑体112的内壁上，使得内窑体111的内腔与燃烧空间C连通，在燃烧空间C中且位于还原气体引出管6的另外一端端口处设置有电子点火器（图中未示出）；物料在内窑体111中进行还原，内窑体111中的还原气体通过还原气体引出管6引出至燃烧空间C后，经电子点火器点燃在燃烧空间C中燃烧。本实施例通过设计，避免了还原气体直排外界空间，造成环境污染问题的发生且将通入窑体内部的还原气体再次利用起来引入燃烧空间对内窑体进行加热，减少了能耗，降低了生产成本。在本实施例中，内窑体可采用金属材料制成，如不锈钢。还原气体引出管6的一端端口设置在位于空间一A处的内窑体111的内壁上，可见空间一还起到为还原气体的引出提供空间的作用。在还原气体引出管的另外一端处还设置有辅助燃烧气体通入管13，辅助燃烧气体通入管13从还原气体引出管6的另外一端插入到燃烧空间C中。当还原气体引出管6引至燃烧空间C中的还原气体浓度不够时，通过辅助燃烧气体通入管加入辅助燃烧气体，如煤气，来增加燃烧气体的浓度，使得还原气体容易点燃，保证燃烧空间的正常工作。
还原气体引出管6包括多根引出管一611、汇流导管612和多根引出管二613；多根引出管一611的一端端口均设置在内窑体111的内壁上，多根引出管一611的另外一端端口均与汇流导管612的顶部连通，多根引出管二613的一端端口均设置在外窑体112的内壁上，多根引出管二613的另外一端端口均与汇流导管612的底部连通；多根引出管二613的一端端口沿圆周方向均匀分布在外窑体112的内壁上。汇流导管612为环状，环状汇流导管612设置在外窑体112的外周围位置。通过设置多根引出管二的一端端口沿圆周方向均匀分布在外窑体的内壁上，使得还原气体形成多点燃烧，保证均温，从而保证了还原过程的稳定性。
在窑体1的底部还设置有冷却水箱14，冷却水箱的底部设置有支脚15，内窑体111底侧部与冷却水箱14相接触，在燃烧空间C的底部靠近冷却水箱14的位置处设置有隔热层16。通过设置冷却水箱，能降低产出物料的温度，从而降低其被氧化的可能性，提高产出物的质量。
如图6所示，所述卸料机构3包括出料管17和转动连接在出料管17中的动齿轮18；在内窑体111底部设置有出口料19，出料管17的一端与出口料19连通，出料管17的另外一端与出料阀（图中未示出）连接，动齿轮18转动连接在出料管17中且位于出料口19处的位置。卸料时，通过转动动齿轮将粗物料打散，能进一步提高产出物质量。出料阀可采用锁风机等机构。
所述动齿轮18包括转轴181和设置在转轴181一端上的锥型齿盘182，出料管17斜向设置，在位于出料口19处的出料管17上设置有轴套20，转轴181的一端穿过轴套20使得锥型齿盘182设置在出料口19中，转轴181的另外一端与转动机构一（图中未示出）配合连接，通过转动机构一能带动转轴181和锥型齿盘182转动。转动机构一可采用电机等机构。在本实施例中，转轴181和锥型齿盘182均为中空的，转轴181和锥型齿盘182的内部空腔可用来充入冷却水，对卸料时的物料进行一步的冷却，从而进一步降低产品被氧化的可能性，提高产出物的质量。
如图1至图4所示，本实用新型还公开一种根据如上所述的微波还原立窑的还原方法，其还原方法的步骤为：
1）、将物料8从进料管2填充至窑体1内部，直至物料8填充装满窑体1内部，当物料8填充装满窑体1内部后，物料8在位于窑体内部的进料管2端口处形成物料自然堆积锥面一9，使得物料自然堆积锥面一9和窑体1内顶部之间形成空间一A，物料8在位于上盘体7的底部处形成物料自然堆积锥面二10，物料自然堆积锥面二10和上盘体7底部之间形成空间二B；
2）、控制还原气体经过还原气体引入管5和空间二B作用于窑体1内部的物料8对物料8进行还原，同时控制微波经过微波馈口4和空间一A作用于窑体1内部的物料8上对物料8进行加热，对物料8进行还原后的还原气体再经还原气体引出管6引出至窑体1外部；
3）、观察窑体1内部温度，当达到还原温度（还原温度一般控制在750℃至850℃）时，开启卸料机构3进行卸料。
在第3）步骤中开启卸料机构的同时控制物料8再次从进料管2填充至窑体1内部，使得物料8的排出量与物料8的填充量达到平衡；观察窑体1内部温度，当窑体1内部温度低于还原温度时，关闭卸料机构3，停止卸料和进料，当窑体1内部温度等于还原温度时，再次开启卸料机构3，开始同时卸料和进料；当窑体1内部温度高于还原温度时，加大物料的排出量和填充量，进行迅速卸料和填料，使窑体内部温度稳定在还原温度区间。
还原气体引入管5一端与上盘体连接，还原气体引入管5另外一端与转动机构二（图中未示出）配合连接，转动机构二也可采用电机机构等，当物料8填充进入窑体1内部时，转动还原气体引入管5从而带动上盘体7转动，使得窑体内部的物料均匀受波，这样能进一步提高产出物的质量和产出效率。
如图7所示，在第1）步骤中当物料填充前，根据微波源的频率大小，控制还原气体引入管5带动上转盘7上、下移动，从而对上转盘7的垂向位置进行调整。在本实施例中，转动机构二设置在升降装置（图中未示出）上，通过升降装置能带动转动机构二、还原气体引入管和上转盘一起上下移动。当上转盘7在垂向进行调整时，上转盘7与进料管2一端端口之间的距离L也随之改变，物料层厚度也随之调整，这样能在工作前，根据选用的微波源规格的不同，将上转盘调整至合适的位置，从而提高本实施例的通用性。在本实施例中，微波源一般采用245MHz至915MHz频率的。
综上，本实用新型通过设计，使得物料填充满后在进料管端口处和上盘体的底部处形成两处安息角，从而预留出空间一和空间二，空间一能为微波提供作用空间，这样既能提高加热效率，又能延长微波发射装置的使用寿命，空间二能增加还原气体和物料之间的交换面积，因此，本实用新型能以较低的成本和能耗进行生产且提高了产出物的质量和产出效率，实用性强。通过对还原气体引出管的设计，避免了还原气体直排外界空间，造成环境污染问题的发生且将通入窑体内部的还原气体再次利用起来引入燃烧空间对内窑体进行加热，减少了能耗，降低了生产成本。通过设置多根引出管二的一端端口沿圆周方向均匀分布在外窑体的内壁上，使得还原气体形成多点燃烧，保证均温，从而保证了还原过程的稳定性。在窑体的底部设置冷却水箱，能降低产出物料的温度，从而降低其被氧化的可能性，提高产出物的质量。通过对上转盘垂向位置的调整，能在工作前，根据选用的微波源规格的不同，将上转盘调整至合适的位置，从而提高本实用新型的通用性。
本实施例中所述的“多个”即指“两个或两个以上”的数量。以上实施例仅供说明本实用新型之用，而非对本实用新型的限制，有关技术领域的技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化或变换，因此所有等同的技术方案也应该属于本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围应该由各权利要求限定。