[发明专利]一种用于还原氮化反应的直热式回转窑

说明书

一种用于还原氮化反应的直热式回转窑，用于生产钒氮合金、氮化钒铁、还原铁、氮化铬铁等产品，其包括回转管、耐材、驱动轮、承重轮、电加热系统、窑头箱和窑尾箱等部件。耐材围成的圆柱形或者棱柱形的内腔为窑膛。其电加热系统包含有一个正极和一个负极，加热电源在正极和负极上施加直流电压，通过电极与回转窑内部被加热的物料接触，电流经由正极流经物料再到负极，使得物料自身作为电阻发热，以完成对物料的加热。通过在所述的窑膛内壁上设有高度1cm以上的凸起，优化加热段的长径比，在进料通道或者窑膛出料口增加料位保持装置等措施，提高了窑膛内部物料的填充率、降低对加热电源电压等级的需求，提高了直热式回转窑产能、降低能耗。

技术领域

本发明涉及一种直热式回转窑，属于高温窑炉技术领域。

背景技术

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。本发明人提交的中国专利CN103335513B披露了一种直热式回转窑，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一般被分为预热段(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，处于回转管内部的电极（正极和/或负极，电源可以是交流电，也可以是直流电。是直流电的时候，一个或者一组电极为正极，另外一个或者一组电极为负极；是交流电的时候，无所谓正负极，但为了方便起见本发明中还是以正负极指称）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)。

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，窑膛内的物料自身直接发热，省却了热量从回转管内壁或者窑膛内气氛传递到物料的过程，可以尽量增加加热段物料填充率，提高回转窑产能，降低单位产品的能耗(因为无论产能大小，只要温度相同，同一回转窑通过回转管向周围环境的散热量基本上是一定的，产能大，则单位产量分摊的这个热损失就小)，当然也提高了生产效率。一般直热式回转窑在运转过程中，填充率都控制在25%以上，最好控制在50%左右，对流动性好、结块不严重的物料，可以控制在70%甚至更高，提高产能至少一倍以上。

虽然发明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，发现不同原料、加热温度、所加工的产品规模、物料电阻率的大小范围对直热式回转窑的结构尺寸提出了更高的要求。比如还原铁粉等大宗产品的大规模工业生产，在直热式回转窑的结构特性上提出了不同的要求。再比如冶金炉料的氮化，如生产氮化锰、氮化锰铁、氮化硅铁、微碳氮化铬铁等等，原料和产品的电阻率都很小。这些产品的生产，如果采用更加节能和自动化程度更高的直热式回转窑设备，就对直热式回转窑提出了适应低电阻率的物料的要求。对于例如用氧化铝生产氮氧化铝，原料和产品的电阻率都比较大，这需要直热式回转窑适应大电阻率物料。过大的电阻率造成加热段物料电阻过大，电流过小，而物料的发热功率等于电压*电流，从而发热功率也过小，不能有效发热，就好比给绝缘体通电一样。过小的电阻率，造成加热段物料电阻过小从而电压过小，同理物料也不能有效发热，就好比给导电性能良好的铜排通电一样。过大的电流或过高的电压也不安全，电源制造的成本也比较高。