临朐县共创重工机械设备厂
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无机非金属超细粉体的煅烧应用

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一、概述 超细无机粉体材料在化工、电子、冶金、医药、食品、陶瓷等行业有着广泛应用,其对材料的细度、纯度有着极高的要求。所以,这些新型材料的精加工作为一个高科技、高附加值的产业近年来在国内迅速发展,但在粉体材料的煅烧这一生产技术环节上,目前存在许多问题,例如夹生、过烧、品质不均、能耗高等,其严重制约了最终产品的品质,降低了产品的档次。因此,在国内及至世界上急需开发一种完全适合超细粉体煅烧的设备。 超细粉体动态煅烧加热技术,能广泛运用于各种精细无机非金属材料的煅烧制备。包括电瓷及化工原料BaTiO3,电子通信材料中的LiMnO2及LiCoO2,医药添加剂钙磷灰石以及稀土、石化行业的催化剂的制备,甚至在军事以及其它更广泛的领域都能得到广泛应用。目前国内在这些领域的煅烧设备多是从国外进口或借用其它行业设备,但与其原料和工艺并不相匹配,且价格昂贵,使用情况不很理想。 二、无机非金属材料粉料对煅烧技术的要求 对于无机非金属超细粉体、磁性粉体、稀土纳米等材料,不同的品种,其煅烧特性也不相同,但总的来说,其对煅烧的均匀性、温度控制要求很高,对出料纯度要求在99.9%以上,同时,有些粉料在煅烧过程中有腐蚀气体产生(多为酸性,如钙磷灰石,钴酸锂等),也有的需要气氛保护,甚至高压或真空加热。 基于以上因素,在选择设计时,其结构及材质上都应满足这些特点的要求,达到最大的通用性。 2.1炉型的选择 2.1.1加热及受热方式:高品位的超细无机粉体材料的煅烧,要求纯度高,应避免烟气等杂质对粉料的污染,其具有相对产量低,对温度、气氛和压力等方面要求很高等特点。同时此类生产厂家多处于城市,对环保要求高,所以采用无污染、噪音低的电加热方式最为可行。 为克服梭式窑、推板窑的粉料静态堆积加热所产生的受热不均匀,易出现夹生、过烧等缺陷,动态的炉型选择金属筒体回转式加热,筒体内设刮板,使物料在筒体内转动及刮板的作用下充分搅拌,物料在筒体内作径向及轴向运动,从而达到充分、均匀、稳定地受热。因本设备为筒外电加热,避免了采用煤、柴油、液化气、天燃气等燃料所产生烟气、废渣等对物料纯度的干扰。 2.1.2生产方式:为保证温度、压力及气氛的可靠控制,可以采用间歇式生产,物料自炉口加入,炉门封闭,通电加热。卸料采用倾斜卸料,并利用刮板及物料自重的作用,使物料完全顺利地卸出;在以前在对压力气氛要求不是那么严格而产量较大时,可采用连续式加热回转炉生产,依靠炉体自身的倾斜来保证烧成周期,这样的炉型相对而言其密封效果不及间隙式,当今这个问题已经被我们成功客服,采用独特的密封方式,既保证了炉内的压力气氛,又可以连续式进料出料,在保证质量的前提下产量得到了显著的提高。 2.1.3机械转动:金属筒体转动利用链条、齿轮转动,筒体两端滚动轴承支撑及转动。 2.2、连续式回转式电阻炉的研制 2.2.1设计技术指标和参数技术参数生产能力 根据所烧物料特性和工艺, 加热方式 电加热(筒外加热) 最高使用温度 1050℃(实际可用950℃)温度调节范围 40-950℃ 控温精度 ≤±2℃ 控制方式 PID控制旋转速度 0-5转/分(变频调速) 三、回转式电阻炉的结构分析 1.加热系统 炉膛结构:该炉型的核心为金属回转筒体,其作用是承载物料,并对物料进行加热。为使金属筒体获得持续均匀的热量,其外侧间隔一定距离包裹特制的轻质圆形耐火材料模块,其内对金属筒体侧嵌入电阻线。电阻丝加电受热后,主要以辐射方式对筒体加热,筒体迅速升温,以辐射、对流传热的方式,对其内物料加热煅烧。 2.机械传动: 金属筒体旋转:为保证粉料的充分、均匀受热,筒体旋转是必需的,确定旋转速度为0~5转/分可调,选可调速电机,并在控制柜中加变频器。 倾炉装置:为保证顺利卸料,炉体必须倾斜至一定角度。其动力采用新型的电动装置,克服液压系统的设备复杂,操作程序多,且易漏油的缺点。 3.控制系统 电气控制是本设备各用电设备不可缺少的控制部分,它承担着对回转炉各种动作的操作与保护的自动控制,而且可对炉腔电热体的升温曲线进行PID自动控制和保护。电气控制柜操作盘所有的操作与控制功能按钮均对应,有提示灯显示,实现对操作一目了然。 电气控制柜应具有以下功能:控制受热金属筒的旋转,转速及正反转;对电热体进行控制,达到烧成曲线的要求;对电动推杆的顶起和下落进行操作和限位控制。 4.试运行 设备安装完成后,经过调试及烘炉后,既可进行试运行。考虑到炉体应有较强的适应性,可煅烧多种无机粉体,不同的粉体其对煅烧的升温曲线、气氛、压力等要求各不相同,最后应先对设备进行不加料的空载运行,对设备进行考核。利用热电偶测定筒壁温度。 在高温保温阶段,金属炉壁和炉膛中心的温度已基本相同,这样才能实现设计要求。同时,在运行中发现,炉体的升温及保温通过对输入功率及电热体的调整,很容易控制,针对不同性质的物料其烧成曲线将可以很容易地作出相应的调整。设备对炉门应进行特殊设计,这样才能满足对特殊无机粉体在煅烧时对气氛及压力的要求。 5、国内外同类设备性能的比较 因目前国内外尚无与此炉结构完全相同的炉型,考虑到现在国内很多厂家采用电热推板窑来完成无机非金属粉体、电子粉体、磁性粉体、稀土纳米等材料的煅烧,现将这两种设备作一简单比较,如下: 1、技术性能 就技术性能而言,通道式窑炉采用的是常规意义的静态堆放式煅烧,由于物料堆积,其在煅烧过程中存在易夹生、反应时间长、挥发物排放不完全、匣钵的人工码放强度大、相对产量小、产品品质均匀性低等特点;而对回转式窑炉,由于采用的是全新的动态煅烧方式,物料在运行时不断的带起和翻动,其热传导速度快,物料反应完全,同时可以大大缩短煅烧周期。挥发性气体排放在动态煅烧(回转炉)中能够更加完全和快速。 2、耗氮量 在氮气消耗量方面,由于回转炉密封性好,耗氮量紧为1-4m3/每小时,而且煅烧出的物料质量特别好,能大大的节剩能源,而世界同类产品的耗氮量都超15m3/每小时以上;而通道式窑炉的密封比较传统,气氛保护自然需要大量氮气或其他惰性气体进行气氛保护,这无疑增大了成本,不节能。 3、可靠性 真空回转窑目前在国内还没有特别成熟和完善的先例,从技术和制造角度能够制作出这样难度的设备,如果想达到同等的使用指标,有一定难度。而真空式回转炉已由我公司自主设计制造,其使用性能被多家客户认可。 4、经济性 通道式窑炉必需使用大量的易损易耗件,而回转炉没有这些;就同样产量而言,通道式窑炉的能耗指标大于回转炉,同比回转炉可节省大于40%的日常生产成本,在运行成本方面回转炉有着较大的优势。推板窑的产能一但确定尺寸今后将很难有大的调整,而回转窑的生产环境和生产手段有着更大的调整空间,比如在产品工艺完善和更新时,会对设备的烧制周期等进行需要的运行参数调整,回转窑更容易实现。同样的产品,使用动态煅烧能够缩短烧成周期,相应增大产量。 5、、污染 两种窑型在达到真空密封效果的前题下均可实现集中烟气和挥发产物的排放,可接入水封同时进行集中排污处理,这一点,两种窑型是同样可以做到的。 6、考虑到使用方在一段时间使用之后要进行厂房及设备搬迁,我们在设计和制作当中会完全做到设备结构的可拆装性,而这一点我们将在具体的合同当中承诺这台设备的搬迁完全可以由我们的人员到现场完成并恢复原有性能。从以上可以看出,回转式电阻炉可以设为间歇式生产,也可以设计成连续式生产,所以其生产方式和时间安排灵活,生产组织也很容易,检修方便。电热推板窑,在生产中所产生的物料过烧、夹生等问题很难克服,而且还要消耗一定的窑具,而这些问题在回转炉生产中已不存在,同时在温度、压力、气氛保护方面回转式电阻炉相对更加容易。所以,回转式电阻炉比推板窑具有无法比拟的优点,具备推广应用的前景。 6、应用前景 近年来,随着超细粉体及纳米级粉体材料在陶瓷甚至更宽的领域被广泛运用,超细粉体材料的煅烧就显得尤为重要,它能被运用于特种陶瓷原料、电瓷、化工原料以及电子器件原料,甚至医药、食品添加剂的煅烧制备,特别对于目前具有更高要求的粉体深加工产品,选择动态加热技术精细装备,实现精密的气氛环境控制,是实现高档次粉体产品制作的可行之路。 四、结论 如前所述,在高档无机非金属超细粉体的煅烧方面,国内尚无一个完全合适的炉型,都是借用其它行业的设备稍加改装,便投入使用,在生产中出现了种种无法克服的缺陷,严重影响了产品的质量。因此,采用专为超细无机粉体的煅烧而设计的专用装备,克服了其它窑型在生产中已暴露出的问题,所以其应用前景是非常广阔的。虽然,回转式煅烧设备已脱离传统行业的粉材煅烧,但是对于新的行业,新的市场,初期的推广比较困难,为使这样的装备在高科技领域打开缺口并广为应用,利用专业技术对其进行充分的材料论证和结构设计,并在应用中不断修改和完善,将对粉体行业深加工产品的装备档次和制作水平起到非常巨大的作用。

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