专利名称：一种连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种工业微波煅烧炉，具体地说是一种对碳酸盐等不吸波及弱吸波的物料进行连续式煅烧的连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉。
背景技术：
碳酸盐、水泥熟料、高岭土等矿物为不吸波或弱吸波性矿物，它们的熟化、分解过程均需经高温煅烧。目前，公知的煅烧分解、熟化工艺过程中现有使用炉窑有老式竖窑、新式竖窑、回转窑以及带旋风预热器的回转窑，也有尚未广泛应用的粉体悬浮煅烧炉。老式竖窑早在19世纪20年代世界上就用来煅烧水泥，20世纪年40年代的皮江法炼镁煅白云石就是用的老式竖窑。老式竖窑结构简单，按窑体可分为直筒窑和变径窑，需直接燃煤，产生的黑烟对环境造成污染很大，而且损耗大，含大量过烧或欠烧料、料层阻力大，煅烧粒径为60-150mm，相差较大，因大块矿石从外表至内核热传导需30分钟以上的分解时间(详见河北化工学院学报1988年第一期《菱镁矿煅烧工艺条件初探》，因此物料在窑内停留时间长，产量低。新式竖窑在是在老式竖窑基础上进行了改进，在燃料、布料方式、通风和窑体结构上加强了改进，出现了气烧、均匀布料系统、风分配装置、双体及套筒等窑型。这些技术改进很大程度上对老式竖窑存在的不足有所改善，但煅烧粒径的因素在料层阻力和物料在窑内停留时间上没有根本的改进，能耗和效率问题也没有得到根本结决。1824年英国水泥工J阿斯普发明了间歇操作的土立窑；1883年德国狄茨世发明了连续操作的多层立窑；1885英国人兰萨姆发明了回转窑，在英、美取得专利后将它投入生产，很快获得可观的经济效益。回转窑的发明，使得水泥工业迅速发展，同时也促进了人们对回转窑应用的研究，很快回转窑被广泛应用到许多工业领域.对比竖窑，回转窑具备机械化程度高、生产能力大、设备维护保养简单、碳酸盐煅烧活性高等优点，但是因为回转窑内物料位于回转窑的下表面，而火焰喷枪喷出的火焰的高温带位于物料的上表面，所以很大一部分热量被直接传递给了窑体内的耐火砖，另外回转窑的排烟温度也很高，通常在6000C以上，导致其热利用率不高。新型节能型回转窑由缩短了的回转窑和安装在窑尾的竖式预热器构成，其节能原理就是利用窑尾排出的高温烟气在预热器内把物料预热至分解前温度，约600-900°C左右。随着预热器在不同领域发展又出现竖式预热器，如对白云石及石灰石等大颗粒煅烧的；还有悬浮式预热器，对水泥熟料等粉体煅烧。悬浮式预热器分立筒式和旋风式，现在立筒式预热器已趋于淘汰。竖式预热器是从上部将料在预热体内均匀预热至900°C左右，再由液压推杆将物料推回至回转窑内。水泥熟料煅烧时一般使用带旋风预热器的回转窑，利用尾气排放时所携带的大量余热，在旋风筒中热空气与分散状态下粉料颗粒快速进行热交换，以起到烘干和预热物料进行升高温度，达到节能目的。这些预热设备通常成本较大，附带设施能耗高，技术参数要求严格，如旋风筒内风速和风压一旦达不到要求就会造成生料真接进入回转窑而短路现象。[0007]粉体悬浮煅烧炉正是利用微小颗粒的比表面积大、热交换效率高、从外表至内核热传导快的优势，使炉腔在负压作用下物料呈悬浮分散状态，高温高热空气高速流过物料表面而使其瞬间达到要求温度，但碳酸盐在分解时产生的大量二氧化碳气体会造成腔体负压变化无常而难以控制，同时后端的大量高温气固混合体的分离也消耗很多的能量。总的来说，基本现有的煅烧设备都以煤、焦碳、煤气、天燃气、重油等高烟气污染的燃料做为热源，有高排放大气污染和高能耗两种不足，而且老式竖窑和新式竖窑因通风要求入料粒径通常在60_以上并要求一定的颗料级配，煅烧大颗径矿石的同时也因通风需要向窑体补充了大量的冷空气而增加了热损失；而细小颗粒及粉体会因堆积而无法烧透；回转窑在处理粉体堆集时要加扬料装置和末端加旋风筒气固分离装置来收集扬尘，增加了大量能耗，并且造成设备成本大辐升高。最近的是微波高温加热，其已经在国内外展开研究了几十年。微波高温加热在热效应方面由磁滞损耗或介电损耗等原理使极性物质从分子内部瞬时产生高温高热，研究表明纳米钨粉在微波作用下短时间内可产生2300°C以上高温。由于微波高温加热同时又无燃料燃烧需氧气及通风要求的特性，微波能被看成仅次于核能的高效能源。我国从88年把微波能的利用列入了 863计划，并在微波烧结陶瓷，如氧化铝质陶瓷刀、微波陶瓷焊接、微波高温金属粉末冶金、高温吸波涂层材料、微波黑洞等科技领域取得了一些成就。目前微波热效应的利用已在商业中得到一定的推广，各式工业微波设备不断推出，如微波杀青机、微波烘干机等等。在炉窑中以长沙隆泰的各式微波推板窑、隧道窑、马弗炉等高温设备最有名；同时还有昆明理工大学研发的微波回转窑获得成功。但目前这些高温微波设备的主方向是以微波直接加热物料，以物料自身的吸波能力来进行热转换，而所述的碳酸盐、高岭土等物料为不吸波或弱吸波材料，在微波电磁场中只有微弱升温，达不到煅烧目的。因此利用微波热效应高温煅烧这类物料，需要吸波热转换材料做为加热装置，对物料通过热传递、辐射等方式加热，通常所用的有微波马弗炉或微波隧道窑，其原理是利用吸波发热材料做成匣钵体，物料放置在匣钵体加热。但这种加热方式的热交换效率低，物料一旦有一定厚度其加热时间就会成倍延长，再加上工业微波炉通常因腔体体积大，其驻波模式多且复杂，谐振腔内电磁场强度分布较不均匀，匣钵体所放置的位置不同其加热效果也不同，加热不均匀状况明显。因此目前即使用利用微波加热的方式，在高温煅烧碳酸盐、水泥熟料等不吸波及弱吸波材料小颗粒及粉体时，现有设备也无法实现。在煅烧小颗粒及粉体物料时，现在炉窑有两方面技术问题:1、热交换效率高的付出成本高，能耗也高；2、热交效率低的粉尘污染大，且工作效果不理想。
实用新型内容本实用新型要解决的技术问题是提供一种成本低，能耗小，热效率高，生产效率高，同时能减少空气排放和粉尘污染，碳酸盐分解产生的二氧化碳气体无焦油及烟气污染而可回收利用，能对碳酸盐等尾矿粉末充分利用而变废为宝的连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉。该煅烧炉能根据需要低能耗、快速、连续煅烧10mm-3mm颗料及20目以下粉体的不吸波及弱吸波碳酸盐矿。为解决上述技术问题，本实用新型的一种连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉包括:腔体、连接在所述腔体内壁的磁控管、内胆、发热件、进料口、出料口，腔体内部设有加热装置，加热装置呈漏斗状，加热装置连接在所述的内胆上并位于腔体内电磁波均场区，相邻的两层加热装置之间有间隔且呈正反相扣状，上层加热装置的外径小于下层加热装置的外径。作为对本技术方案的进一步改进，本实用新型的一种连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉的腔体在其内部自进料口至出料口依次划分为预热带、加热带、高温分解带，预热带、加热带、高温分解带内均设有至少I层加热装置。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的预热带内加热装置由黑碳化硅泡沫陶瓷材料制成，黑碳化硅泡沫陶瓷材料为两层，黑碳化硅泡沫陶瓷材料之间设有储热体。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的预热带内设有的储热体为碳化硅陶瓷板。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的加热带内加热装置由3 -碳化娃基质泡沫陶瓷材料制成，加热带内加热装置下表面设有储热体，加热带内加热装置下表面设有储热体为碳化硅重结晶陶瓷板。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的高温分解带内加热装置由3 -碳化硅基质泡沫陶瓷材料制成，高温分解带内加热装置上表面设有储热体，高温分解带内加热装置上表面设有储热体为碳化硅重结晶陶瓷板。作为对本技术方案的进一步改进，加热装置由P -碳化硅基质泡沫陶瓷材料与高纯氧化铝或电熔氧化锆高温吸波材料制成。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的腔体内设置有与加热带内加热装置相配合的刮料板，刮料板固定连接在横向连杆上，横向连杆通过传动轴连接在调速电机上。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的预热带、加热带、高温分解带内相邻两层加热装置之间的间隔距离为5 - 10cm。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的进料口、出料口和传动轴出口处设有抗流槽。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的腔体及内胆上设有测温装置，测温装置为红外测温装置或热电耦测温装置。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的高温分解带内加热装置与水平面的夹角小于等于10°。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的内胆的形状与腔体的形状吻合，内胆的厚度不低于5cm，内胆与腔体之间的距离不小于5cm。作为对本技术方案的进一步改进，本技术方案的煅烧炉的进料口为管状，进料口与腔体之间设置有吸热层，吸热层由黑碳化硅泡沫陶瓷构成。煅烧后废气排出的过程中吸热层由黑碳化硅泡沫陶瓷吸收了约1/3的热辐射和大部分粉尘，起到了节能和降低粉尘逸出的作用。通常工业微波炉的腔体即谐振腔尺寸较大于家用微波炉，一般在500-20000立升，有的甚至更大，任何一个谐振腔内，在过模状态下，其中可能存在的谐振模式数目是与该腔体的体积成正比的，换句话说，体积越大，其中可能存在的模式数目就越多，而腔内的微波电场的分布均匀性又与模式数目成比例，这就是为什么人们总是希望去设计一个腔体体积较大的炉腔去改善炉腔内电场的均匀性，但考虑功率密度及品质因数Q值要求。本实用新型的腔体尺寸特别是横截面尺寸的选择主要是考虑物料的体积大小及形状要求，长度方向的选择则应考虑到微波功率及加工的产量要求，腔体应尽量做的紧凑，模式数目尽可能多即可。较适宜的空载Q值不大于10000，当放置吸波发热件作为填充介质后，根据以下包含介质情况下空载Q值公式:
权利要求1.一种连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉，包括:腔体、连接在所述腔体内壁的磁控管、内胆、发热件、进料口、出料口，其特征在于:所述的腔体内部设有加热装置，所述的加热装置呈漏斗状，所述的加热装置连接在所述的内胆上并位于所述的腔体内电磁波均场区，相邻的两层加热装置之间有间隔且呈正反相扣状，上层加热装置的外径小于下层加热装置的外径。
2.根据权利要求1所述的煅烧炉，其特征在于:所述的腔体在其内部自进料口至出料口依次划分为预热带、加热带、高温分解带，所述的预热带、加热带、高温分解带内均设有至少I层加热装置。
3.根据权利要求2所述的煅烧炉，其特征在于:所述的预热带内加热装置由黑碳化硅泡沫陶瓷材料制成，所述的黑碳化硅泡沫陶瓷材料为两层，所述的黑碳化硅泡沫陶瓷材料之间设有储热体。
4.根据权利要求3所述的煅烧炉，其特征在于:所述的预热带内设有的储热体为碳化硅陶瓷板。
5.根据权利要求4所述的煅烧炉，其特征在于:所述的加热带内加热装置由￠-碳化硅基质泡沫陶瓷材料制 成，所述的加热带内加热装置下表面设有储热体，所述的加热带内加热装置下表面设有储热体为碳化硅重结晶陶瓷板。
6.根据权利要求4或5所述的煅烧炉，其特征在于:所述的高温分解带内加热装置由^ -碳化硅基质泡沫陶瓷材料制成，所述的高温分解带内加热装置上表面设有储热体，所述的高温分解带内加热装置上表面设有储热体为碳化硅重结晶陶瓷板。
7.根据权利要求6所述的煅烧炉，其特征在于:所述的腔体内设置有与所述的加热带内加热装置相配合的刮料板，所述的刮料板固定连接在横向连杆上，所述的横向连杆通过传动轴连接在调速电机上。
8.根据权利要求7所述的煅烧炉，其特征在于:所述的预热带、加热带、高温分解带内相邻两层加热装置之间的间隔距离为5 - 10cm。
9.根据权利要求8所述的煅烧炉，其特征在于:所述的进料口、出料口和所述的传动轴出口处设有抗流槽。
10.根据权利要求9所述的煅烧炉，其特征在于:所述的腔体及所述的内胆上设有测温装置，所述的测温装置为红外测温装置或热电耦测温装置。
11.根据权利要求10所述的煅烧炉，其特征在于:所述的高温分解带内加热装置与水平面的夹角小于等于10°。
12.根据权利要求11所述的煅烧炉，其特征在于:所述的内胆的形状与所述的腔体的形状吻合，所述的内胆的厚度不低于5cm，所述的内胆与所述的腔体之间的距离不小于5cm。
13.根据权利要求12所述的煅烧炉，其特征在于:所述的进料口为管状，所述的进料口与所述的腔体之间设置有吸热层。
专利摘要本实用新型公开了一种连续式矿物小颗料、粉体高温工业微波煅烧炉，包括腔体、连接在所述腔体内壁的磁控管、内胆、发热件、进料口、出料口，其特征在于所述的腔体内部设有加热装置，所述的加热装置呈漏斗状，所述的加热装置连接在所述的内胆上并位于所述的腔体内电磁波均场区，相邻的两层加热装置之间有间隔且呈正反相扣状，上层加热装置的外径小于下层加热装置的外径。本实用新型低能耗，效率高，且低污染，没有燃气排放；另外，本设备内部构造简单、热交换效率高，设备体积小，占用空间小，使用方便。
文档编号F27B1/09GK202973833SQ201220608988
公开日2013年6月5日 申请日期2012年11月19日 优先权日2012年11月19日
发明者黄旭鹏 申请人:黄旭鹏