微波加热生产合金的生产线装置的制作方法

本实用新型属于冶炼热工设备技术领域，具体涉及一种微波加热生产合金的生产线装置。

背景技术：

在传统工艺冶炼钨系合金、镍系合金、铬系合金和锰系合金时，多采用的是高炉冶炼法和电炉冶炼法，冶炼过程中物料依靠对流和传导供热，容易造成矿粉和煤粉颗粒之间在强吸热反应过程中供热不均，使还原动力学条件变差。这些传统加热方法都是依靠由外向内的面传热方式对物料加热，要求较高的温度梯度，因而需要的环境温度高，易发生物料颗粒之间粘结，不利于加热进行碳热还原的粉状物料。另外，这些传统工艺冶炼合金周期较长，产量受限制，污染严重，耗能也高。

隧道窑是一种比较先进的、机械化、自动化程度高、能耗低的热工设备，能够连续性烧成。隧道窑一般是一条长的直线形隧道，其两侧及顶部有固定的墙壁及拱顶，底部铺设的轨道上运行着窑车。燃烧设备设在隧道窑的中部两侧，构成了固定的高温带--烧成带，燃烧产生的高温烟气在隧道窑前端烟囱或引风机的作用下，沿着隧道向窑头方向流动，同时逐步地预热进入窑内的制品，这一段构成了隧道窑的预热带。在隧道窑的窑尾鼓入冷风，冷却推完料的窑车，鼓入的冷风流经高温窑车而被加热后，再抽出送入干燥器作为干燥生坯的热源，这一段便构成了隧道窑的冷却带。物料装载在窑车上，从隧道窑一端进入，窑车按照设定的烧成制度，经预热带、烧成带、冷却带后，窑车从隧道窑的另一端出去；隧道窑可实现连续生产、产量大、生产烧成温度高的产品；现有的隧道窑主要采用的燃料是煤气和重油对物料进行熔炼的，对环境污染较重，且耗能高，生产成本也较高。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供一种微波加热生产合金的生产线装置，将微波加热和隧道窑结合在一起，以克服传统工艺生产合金产量小、环境污染较重，耗能高的问题。

本实用新型采用的技术方案为：

微波加热生产合金的生产线装置，包括轨道、干燥炉、隧道窑和窑车；窑车位于轨道上，轨道包括第一轨道、第二轨道和第三轨道，第二轨道位于干燥炉中，第三轨道位于隧道窑中；隧道窑依次分为预热段、微波段、抑制段、推料段和冷却段；预热段处设置有多个第一烧嘴，多个第一烧嘴的嘴口对着预热段内部；微波段上设置有微波发射端；抑制段处设置有多个第二烧嘴，多个第二烧嘴的嘴口对着抑制段内部；推料段的两侧设置有提升闸板；冷却段内部通过第三管道与外界相通；冷却段上设置有第一管道，整个隧道窑内部通过第一管道与干燥炉相通连接；干燥炉内部通过第四管道与预热段相通连接。

上述第一管道上设置有余热风机；第四管道上设置有排烟风机。

其中，沿着预热段、微波段和抑制段设置有第二管道；第二管道分别与预热段内部、微波段内部和抑制段内部相通；第二管道上设置有助燃风机。

微波段两侧分别设置进冷风口和排热风口，进冷风口和排热风口相通；排热风口通过第五管道与第一管道相通连接，进冷风口与第二管道相通连接；微波段内部通过进冷风口与第二管道相通。

上述微波段内部设置有多种保温耐火材料，微波段窑壁的两面侧壁上由下而上纵向铺设有高铝砖和多晶莫来石纤维模块，顶壁上横向铺设有硅酸铝板；高铝砖上由下而上纵向铺设有粘土砖和镁砖；两面侧壁的多晶莫来石纤维模块之间横向铺设有硅酸铝板，该硅酸铝板将微波段内部空腔分隔成上空腔和下空腔；进冷风口、上空腔和排热风口三者相通。

另外，预热段内部设置有多个第一通风口，所有的第一通风口与第二管道相通连接，预热段内部通过第一通风口与第二管道相通；抑制段内部设置有多个第二通风口，所有的第二通风口与第二管道相通连接，抑制段内部通过第二通风口与第二管道相通；第一烧嘴的嘴口位于第一通风口内，第二烧嘴的嘴口位于第二通风口内。

其中，沿着冷却段设置有第三管道；冷却段内部设置有多个第三通风口，所有的第三通风口与第三管道相通连接，冷却段内部通过第三通风口与第三管道相通；第三管道上设置有冷却风机。

上述第一轨道入口和第三轨道出口之间设置有第一托顶车机，第二轨道出口和第三轨道入口之间设置有第二托顶车机。

本实用新型的有益效果是：

1.在隧道窑烧结段的顶部设置有微波发射端，采用微波加热对合金进行熔炼；微波加热的特点为辐射式体加热，使物料本身成为发热体，这样能够使物料在加热过程中受热均匀，物料温度内外保持一致，避免了传统加热方式中存在的冷中心问题；加热过程中，物质的原子和分子发生高速振动，从而为还原反应建立更为有利的环境，有利于还原反应的发生，可以最大限度地发挥矿粉在高温下的还原特性，不受传热传质过程限制，进而降低能耗；微波是一种高频电磁波，微波对处于微波场下的物料发生作用，组成物料的原子和分子在电场作用下被电离而极化，形成极化分子，物料内的极化分子随着微波电磁场的交替变化，发生高频振荡，由于是利用微波加热物料，环境污染小。

2.采用隧道窑生产合金，能够连续化生产，周期短，产量大，热利用好。

附图说明

图1是本实用新型微波加热生产合金生产线装置的结构示意图；

图2是本实用新型隧道窑的结构示意图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图2的B-B剖视图；

图5是图2的C-C剖视图；

图6是图2的D-D剖视图；

图7是图2的E-E剖视图；

图8是图2的F-F剖视图；

图9是图2的G-G剖视图。

图中，1.第一轨道，2.第二轨道，3.第三轨道，4.窑车，5.干燥炉，6.排潮风口，7.隧道窑，8.第一托顶车机，9.第二托顶车机，10.冷却风机，11.余热风机，12.步进电机，13.助燃风机，14.排烟风机，15.预热段，16.微波段，17.抑制段，18.推料段，19.冷却段，20.第一管道，21.第二管道，22.第三管道，23.第一通风口，24.第二通风口，25.第三通风口，26.第一烧嘴，27.第二烧嘴，28.提升闸板，29.第四管道，30.微波发射端，31.排热风口，32.进冷风口，33.测温孔，34.看火孔，35.上空腔，36.下空腔，37.纤维棉，38.第一高铝砖，39.第二高铝砖，40.粘土砖，41.镁砖，42.第三高铝砖，43.碳砖，44.碳化硅板，45.硅酸铝板，46.多晶莫来石纤维模块，47.石墨砖，48.第五管道。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型提供一种微波加热生产合金的生产线装置，包括轨道、干燥炉5、隧道窑7和窑车4；窑车4在轨道上行走，轨道包括第一轨道1、第二轨道2和第三轨道3，第二轨道2位于干燥炉5中，第三轨道3位于隧道窑7中；第一轨道入口1和第三轨道3出口之间设置有第一托顶车机8，第二轨道2出口和第三轨道3入口之间设置有第二托顶车机9。另外，干燥炉5上设置有排潮风口6，能够排出干燥炉5内的水蒸气以及CO₂等气体。

如图1和图2所示，隧道窑7依次分为预热段15、微波段16、抑制段17、推料段18和冷却段19。沿着预热段15、微波段16和抑制段17设置有第二管道21，第二管道21上设置有助燃风机13，第二管道21的作用是在预热段15和抑制段17对物料进行加热时，助燃风机13工作，向预热段15和抑制段17内通入空气，起到助燃作用。另外，冷却段19上设置有第一管道20，整个隧道窑7内部通过第一管道20与干燥炉5相通连接，第一管道20上设置有余热风机11；而干燥炉5内部通过第四管道29与预热段15相通连接，第四管道29上设置有排烟风机14；在生产过程中，隧道窑7内产生的烟气通过第一管道20排向干燥炉5，高温烟气对干燥炉5中的物料进行干燥，而干燥炉5内的烟气再通过第四管道29流向预热段15，提高预热段15内的温度，整个过程形成烟气流动循环，充分利用烟气余热。

现对隧道窑7的预热段15、微波段16、抑制段17、推料段18和冷却段19具体结构介绍如下：

如图3所示，预热段：预热段15处设置有多个第一烧嘴26，预热段15内部设置有多个第一通风口23，所有的第一通风口23与第二管道21相通连接，预热段15内部通过第一通风口23与第二管道21相通；第一烧嘴26的嘴口位于第一通风口23内，其嘴口对着预热段15内部。当窑车4经过预热段15并停留时，多个第一烧嘴26对窑车4上的物料进行加热，加热过程中，助燃风机13工作，外界空气通过第二管道21和第一通风口23流向预热段15内部，起到助燃作用。另外，预热段15内部设置有多种保温耐火材料，具体为：窑壁的两面侧壁和顶壁上都铺设有纤维棉37；位于两面侧壁的纤维棉37上由下而上铺设有第一高铝砖38和第二高铝砖39，第一高铝砖38上由下而上铺设有粘土砖40和镁砖41，第二高铝砖39上铺设有第三高铝砖42；第一通风口23周围铺设有碳砖43和第三高铝砖42；其中，第三高铝砖42的耐火温度大于第二高铝砖39的耐火温度，第二高铝砖39的耐火温度大于第一高铝砖38的耐火温度；纤维棉37的作用是保温隔热，第一高铝砖38、粘土砖40和镁砖41除过保温耐热还有支撑的作用；碳砖43和第三高铝砖42的耐高温能力较强，所以铺设在内置有第一烧嘴26的第一出风口23周围；另外，位于顶壁的纤维棉37上还横向铺设有碳化硅板44，是因为在加热物料时会产生很多烟雾颗粒，碳化硅板44能有效地防止烟雾颗粒进入纤维棉37。

如图4和图5所示，微波段：微波段16顶部设置有微波发射端30；微波段16内部设置有多种保温耐火材料，具体为：窑壁的两面侧壁上由下而上纵向铺设有第二高铝砖39和多晶莫来石纤维模块46，顶壁横向设置有硅酸铝板45；第二高铝砖39上由下而上纵向铺设有粘土砖40和镁砖41；两面侧壁的多晶莫来石纤维模块46之间横向铺设有硅酸铝板45，该硅酸铝板45将微波段16内部空腔分隔成上空腔35和下空腔36。这些耐火材料的主要都是起到保温隔热作用，且均为不吸波材料，其中第二高铝砖39和粘土砖40还起到支撑多晶莫来石纤维模块46和镁砖41的作用；硅酸铝板45为透波且不吸波材料。微波段16两侧分别设置进冷风口32和排热风口31，进冷风口32、上空腔35和排热风口31三者相通；排热风口31通过第五管道48与第一管道20相通连接，进冷风口32与第二管道21相通连接。当窑车4经过微波段16并停留时，微波发射端30向微波段16内部发射微波，对窑车4上的物料进行微波加热，物料加热过程中会产生大量的高温烟气，烟气透过下方的硅酸铝板45进入上空腔35内；加热过程中，助燃风机13工作，外界空气通过第二管道21和进冷风口32流向上空腔35内，将高温烟气吹到排热风口31内，烟气再通过排热风口31、第五管道48和第一管道20排向干燥炉5。另外，微波段16上还设置有测温孔33和看火孔34，在对物料的微波加热过程中，可以通过测温孔33对窑内的温度进行实施监控，通过看火孔34可以观察物料的熔炼状态。

如图6所示，抑制段：抑制段17处设置有多个第二烧嘴27，抑制段17内部设置有多个第二通风口24，所有的第二通风口24与第二管道21相通连接，抑制段17内部通过第二通风口24与第二管道21相通；第二烧嘴27的嘴口位于第二通风口24内，其嘴口对着抑制段17内部。当窑车4经过抑制段17并停留时，多个第二烧嘴27对窑车4上的物料进行加热，加热过程中，助燃风机13工作，外界空气通过第二管道21和第二通风口24流向抑制段17内部，起到助燃作用。另外，抑制段17内部设置有多种保温耐火材料，具体为：窑壁的两面侧壁和顶壁上都铺设有纤维棉37；位于两面侧壁的37上由下而上铺设有第一高铝砖38和第二高铝砖39，第一高铝砖38上铺设有粘土砖40，第二高铝砖39上由下而上铺设有镁砖41和第三高铝砖42；第二出风口24周围铺设有碳砖43和第三高铝砖42；其中，第三高铝砖42的耐火温度大于第二高铝砖39的耐火温度，第二高铝砖39的耐火温度大于第一高铝砖38的耐火温度；纤维棉37的作用是保温隔热，第一高铝砖38、粘土砖40和镁砖41除过保温耐热还有支撑的作用；碳砖43和第三高铝砖42的耐高温能力较强，所以铺设在内置有第二烧嘴27的第二出风口24周围；另外，位于顶壁的纤维棉37上还横向铺设有碳化硅板44，是因为在加热物料时会产生很多烟雾颗粒，碳化硅板44能有效地防止烟雾颗粒进入纤维棉37。

如图7所示，推料段：推料段18的两侧的上部设置有提升闸板28；窑壁两面侧壁的下部铺设有纤维棉37，顶壁也铺设有纤维棉37，纤维棉37的作用是保温隔热；位于两面侧壁的纤维棉37上铺设有第一高铝砖38，第一高铝砖38上由下而上铺设有粘土砖40和镁砖41；纤维棉37的上端、第一高铝砖38的上端与镁砖41上端平齐，这三者的上端铺设有石墨砖47；提升闸板28的上部由多晶莫来石纤维模块46来支撑，这是因为多晶莫来石纤维模块46除过有保温耐热的作用而且能与提升闸板28的接触部位软接触，密封隔热性能好；多晶莫来石纤维模块46的下端也铺设有石墨砖47；上方的石墨砖47与下方的石墨砖47之间留有空间；提升闸板28的下端由纤维棉37、第一高铝砖38、粘土砖40、镁砖41和石墨砖47共同支撑。当窑车4停留在推料段18时，要进行推料，此时提升闸板28向上提打开，位于窑外的液压系统通过推杆将物料推入水冷池内，出料的温度非常高，推料过程中会有物料直接接触到上方与下方的石墨砖47上，而石墨砖47能耐2000℃的高温；另外，位于顶壁的纤维棉37上还横向铺设有碳化硅板44，在推料过程中会有大量的烟雾颗粒，碳化硅板44能有效地防止烟雾颗粒进入纤维棉37。

如图8和图9所示，冷却段：沿着冷却段19设置有第三管道22；冷却段19内部设置有多个第三通风口25，所有的第三通风口25与第三管道22相通连接，冷却段19内部通过第三通风口25与第三管道22相通；第三管道22上设置有冷却风机10。当窑车4停留在冷却段19时，冷却风机10工作，通过第三管道22和第三通风口25向冷却段19内通入外界空气，对窑车4进行冷却，冷却过程中会产生烟气。冷却段19上设置有第一管道20，整个隧道窑7内部通过第一管道20与干燥炉5相通连接，预热段15、抑制段17和冷却段19产生的烟气都通过第一管道20排向干燥炉5。冷却段19内部同样设置有多种保温耐火材料，具体为：窑壁的两面侧壁和顶壁上都铺设有纤维棉37，纤维棉37的作用是保温隔热；位于两面侧壁的纤维棉37上铺设有第一高铝砖38，第一高铝砖38上由下而上铺设有粘土砖40、镁砖41和粘土砖40，第一高铝砖38、粘土砖40和镁砖41的作用是耐火保温；位于顶壁的纤维棉37上铺设有粘土砖40和多晶莫来石纤维模块46，粘土砖40和多晶莫来石纤维模块46的作用除过耐火保温还用于支撑纤维棉37；其中，第三通风口25下部铺设有粘土砖40，用于支撑第三通风口25。

隧道窑7内部的保温耐火材料中，第三高铝砖42的Al₂O₃含量≥98％，第二高铝砖39的Al₂O₃含量≥65％，第一高铝砖38的Al₂O₃含量≥55％，Al₂O₃含量越高，材料的耐火温度越高，所以，第三高铝砖42的耐火温度大于第二高铝砖39的耐火温度，第二高铝砖39的耐火温度大于第一高铝砖38的耐火温度。

利用本实用新型微波加热生产合金的生产线装置进行合金生产的方法，包括以下步骤：

步骤1，

窑车4行至第一轨道1停止，向窑车4上装载物料；

步骤2，

窑车4继续前行至第二轨道2进入干燥炉5内，干燥炉5内的高温烟气对窑车4上的物料进行干燥；

步骤3，

干燥后，窑车4出干燥炉5，将窑车4装载在第二托顶车机9上，并由第二托顶车机9将窑车4运送至第三轨道3入口，第二托顶车机9将窑车4放置第三轨道3上；

步骤4，

装载物料的窑车4沿着第三轨道3首先进入预热段15并停留，第一烧嘴26内通有天然气，通过第一烧嘴26向预热段15内部的物料进行预热；在预热设定的时间结束后，窑车4前行，进入微波段16；

步骤5，

窑车4进入微波段16内并停留，微波段16顶部的微波发射端30向微波段16内部发射微波，对窑车4上的物料进行微波加热；在微波加热设定的时间结束后，窑车4前行，进入抑制段17；

步骤6，

窑车4进入抑制段17并停留，第二烧嘴27内通有天然气，通过第二烧嘴27向抑制段17内部的物料进行加热；在抑制加热设定的时间结束后，窑车4前行，进入推料段18；

步骤7，

窑车4进入推料段18并停留，推料段18一侧的提升闸板28打开，位于窑外的液压系统通过推杆将物料推入冷却水池中进行水冷，然后窑车4继续前行进入冷却段19；

步骤8，

窑车4进入冷却段19内并停留，冷却风机10工作，将外界空气通过第三管道22和第三通风口25输送到冷却段19内部，对窑车4进行冷却；

步骤9，

对窑车4冷却完后，将窑车4装载上第一托顶车机8，并由第一托顶车机8将窑车4运送至第一轨道1入口，第一托顶车机8将窑车4放置在第一轨道1上，进行下一个循环。

在上述生产过程中，当窑车4处于预热段15时，第一烧嘴26对物料进行预热产生的烟气在隧道窑7中流动，并通过第一管道20排向干燥炉5；当窑车4处于微波段16时，微波发射端30对物料进行微波加热时产生的烟气通过下方的硅酸铝板45进入上空腔35内，助燃风机13工作，通过第二管道21和进冷风口32向上空腔35内吹入冷空气将高温烟气吹到排热风口31内，并通过第五管道48及第一管道20将高温烟气排向干燥炉5内；当窑车4处于抑制段17时，第二烧嘴27对物料进行加热产生的烟气在隧道窑7中流动，并通过第一管道20排向干燥炉5内；当窑车4处于冷却段19时，冷却风机10启动，通过第三管道22及第三通风口25向冷却段19内部通入冷气对窑车4进行冷却，产生的烟气通过第一管道20排向干燥炉5内；流向干燥炉5内的烟气对物料进行干燥，排烟风机14工作，干燥炉5内的烟气再通过第四管道29排入预热段15内，为预热段15的窑内提高温度；整个过程形成烟气流动循环。

另外，窑车4经过预热段15和抑制段17时，助燃风机13工作，通过第一管道21和第一通风口23向预热段15内通入空气对物料加热进行助燃，通过第一管道21和第二通风口24向抑制段17内通入空气对物料加热进行助燃。

在第一轨道1上还设置有步进电机12，步进电机12由PLC控制，在轨道上有多辆窑车4行走，步进电机12上设置有传感器，控制窑车4的行走速度，使得相邻两辆窑车4之间间隔一定的距离。

本实用新型提微波加热生产合金的生产线装置能够生产钨系合金、镍系合金、铬系合金和锰系合金。以锰系合金为例，利用碳粉和贫锰矿粉对微波吸收能力强的特点，采用微波能补偿碳还原MnO₂和FeO所需的热量，进行碳热还原反应，并回收还原尾气对粉料预热，提高微波能的利用效率。采用微波法加热还原含碳贫锰矿粉，可以充分利用我国大量的贫锰矿粉资源，简化锰合金工艺流程，实现全流程的自适应化。