阅读说明：本技术 一种用于物料连续热处理的装置及方法 (Device and method for continuous heat treatment of materials ) 是由 李向明 朱小涛 宋远明 任桂娜 于 2020-08-31 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种用于物料连续热处理的装置,包括回转装置、加料装置和管式炉体；回转装置包括支撑架、支撑筒和刚玉炉管,支撑架位于管式炉体的两侧,支撑架上安装有转动的左支撑筒和右支撑筒,支撑筒之间设有刚玉炉管,支撑筒与刚玉炉管的连接处设有氧化铝棉,左支撑筒上设有进料口,进料口下部的左支撑筒内设有倾斜的导料块,右支撑筒上设有出料口；加料装置包括支架、集料筒、下料调节模板和导料板,集料筒通过支架安装在支撑架上,集料筒上设有加料口和下料口；下料调节模块的一端插装在下料口内,另一端与导料板铰接,铰接处设有弹性元件；导料板的一端插装在支架的侧壁上,另一端搭接在左支撑筒上。本发明还包括用于物料连续热处理的方法。(The invention relates to a device for continuous heat treatment of materials, which comprises a rotating device, a feeding device and a tubular furnace body; the rotary device comprises a support frame, support cylinders and a corundum furnace tube, wherein the support frame is positioned on two sides of the tubular furnace body, a left support cylinder and a right support cylinder which rotate are arranged on the support frame, the corundum furnace tube is arranged between the support cylinders, alumina cotton is arranged at the joint of the support cylinders and the corundum furnace tube, a feed inlet is arranged on the left support cylinder, an inclined guide block is arranged in the left support cylinder at the lower part of the feed inlet, and a discharge outlet is arranged on the right support cylinder; the feeding device comprises a support, a material collecting barrel, a blanking adjusting template and a material guide plate, wherein the material collecting barrel is arranged on the support frame through the support, and a feeding opening and a blanking opening are formed in the material collecting barrel; one end of the blanking adjusting module is inserted into the blanking port, the other end of the blanking adjusting module is hinged with the material guide plate, and an elastic element is arranged at the hinged position; one end of the material guide plate is inserted on the side wall of the bracket, and the other end of the material guide plate is lapped on the left support cylinder. The invention also includes a method for continuous heat treatment of a material.)

一种用于物料连续热处理的装置及方法

技术领域

本发明涉及高温热处理电炉行业，具体涉及一种用于物料连续热处理的装置及方法。

背景技术

回转炉是一种用于锻烧、焙烧、干燥颗粒状或粉末状物料的热工设备，被广泛用于建材、冶金、化工、环保、新材料等领域中。在建材行业中，回转炉是水泥熟料生产的主要设备，是粘土陶粒和石灰石生产的关键设备；在耐火材料生产中，采用回转炉锻烧的原料更稳定、强度更高、成型性更佳；在选矿过程中，回转炉被广泛用于矿渣的烘干，利用回转炉对贫铁矿进行磁化焙烧，使矿石原来的弱磁性变为强磁性，以利于磁选；在化工行业中，回转炉被广泛用于苏打、磷肥、硫化钡等化工原料的生产；在环保方面，回转炉是垃圾焚烧处理及余热发电的关键设备。

工业回转炉技术成熟，能显著提高物料的热处理均匀性，但工业回转炉由于尺寸过大，只适合用于物料的大批量热处理，对于小批量物料的热处理并不适合。在实验室中，科研人员对小批量物料进行热处理的常规做法是将物料放入高温炉中，经过升温、保温、降温过程后，将物料取出。这种做法虽然技术成熟，但其缺点在于，受炉子的升温和降温速率所限，物料热处理时间所需时间太长，而且物料在高温炉中是静态放置的，无法进行高温翻动，所以对于一些高温容易结块或需要充分接触空气的物料来说，其热处理均匀性并不算优异。

管式炉是通过炉体内的发热体对炉管进行加热的，因此管式炉的炉管一般采用耐高温性能优异的刚玉管。刚玉管的最大缺点是脆性大，在管式炉中静态使用时，其脆性大的缺点尚不明显，若用在回转炉中由齿轮带动进行回转时，极易会因为传动系统振动而产生裂纹，继而发生破坏。尤其是在高温时，刚玉管的中部和两端较大温差导致的热应力会将其脆性大的缺点进一步放大，从而使刚玉管更容易损坏。另外，若向处于高温状态的刚玉管中直接投料，物料与刚玉管之间的巨大温差会导致刚玉管炸裂，因此采用刚玉管的回转炉很难实现在高温时进行物料的进出。

为了解决实验室用回转炉的炉管容易损坏的问题，有研究人员还尝试将刚玉炉管换成钢制炉管。钢制炉管由于具有很好的韧性，不易发生破坏，能够在高温环境中随时进行投料和出料，满足高温连续生产的要求。但是钢制炉管由于高温极易氧化，只能用于一些热处理温度不高的情况。

发明内容

本发明针对现有技术中回转炉的炉管容易损坏以及管式炉对小批量物料热处理不理想的问题，提供一种用于物料连续热处理的装置及方法。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于物料连续热处理的装置，包括回转装置、加料装置和管式炉体；

所述回转装置包括支撑架、支撑筒和刚玉炉管，所述支撑架位于管式炉体的两侧，所述支撑架上安装有转动的左支撑筒和右支撑筒，所述左支撑筒和右支撑筒之间设有刚玉炉管，所述左支撑筒和右支撑筒与刚玉炉管的连接处设有氧化铝棉，所述左支撑筒上设有进料口，所述进料口下部的左支撑筒内设有倾斜的导料块，所述右支撑筒上设有出料口；

所述加料装置包括支架、集料筒、下料调节模板和导料板，所述支架安装在支撑架上，所述集料筒安装在支架上，所述集料筒的两端分别设有加料口和下料口；所述下料调节模块的一端插装在下料口内，另一端与导料板的中部铰接，铰接处设有用于驱动导料板和下料调节模块移动的弹性元件；所述导料板的一端插装在支架的侧壁上，另一端搭接在左支撑筒上。

本发明的有益效果是：通过使用本发明的回转装置和加料装置，可以实现管式炉在高温不停炉的情况下，物料连续不断的加入回转装置左支撑筒的加料口中，然后随着回转装置的转动，进入回转装置的物料一边翻动一边向右缓慢移动。在此过程中，物料会依次经过升温、保温和降温过程，最终由回转装置右端的出料口卸出。通过在刚玉炉管与支撑筒的连接处设置氧化铝棉，可以增加两者之间的摩擦力，避免刚玉炉管转动时发生偏摆，保证刚玉炉管与支撑筒同步转动；同时保证刚玉炉管在高温膨胀时能够自由伸缩，避免刚玉炉与支撑筒之间刚性接触产生过大的应力而导致刚玉炉管破裂的情况。通过设置导料块可避免支撑筒转动时，物料从加料口洒出。

在上述技术方案的基础上，本发明为了达到使用的方便以及装备的稳定性，还可以对上述的技术方案作出如下的改进：

进一步，所述的下料调节模块包括调节螺杆和滑动安装在调节螺杆上的上调节块和下调节块。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：可通过调节调节块之间的距离控制左支撑筒的单次物料的加入量。

进一步，所述的上调节块和下调节块上设有锥面，所述上调节块和下调节块的锥面相对设置。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过设置锥面可使物料沿着锥面滑动，使进料更加顺畅。

进一步，所述的导料块的长度与加料口的长度相适配。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过将导料块的长度与加料口的长度相适配，可保证进入支撑筒的物料后可全部沿着导料块进入支撑筒内，避免物料洒出。

进一步，所述的左支撑筒穿过左轴承座与减速电机连接，所述右支撑筒插装在右轴承座上。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：通过将左支撑筒与减速电机连接，可实现对左支撑筒旋转速度的控制，从而控制物料的进入量。

进一步，所述刚玉炉管通过卡槽与左支撑筒和右支撑筒连接。

采用上述进一步技术方案的有益效果是：将刚玉炉管与支撑筒通过卡槽安装在一起，安装方便。

本发明还包括一种用于物料连续热处理的方法，包括以下步骤：

步骤S1:将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上的2个调节块的间距为9～11mm，将物料粉倒入集料筒中，调节管式炉体使回转装置与水平面夹角呈0.5°～1°；

步骤S2:将管式炉升温至设定温度并保持恒温，启动减速电机，减速电机的转速为1.0r/min～2.5r/min，左支撑筒在减速电机的带动下开始转动；

步骤S3:在左支撑筒的转动下，加料装置的导料板交替搭接在左支撑筒的进料口和左支撑筒的侧壁上，加料装置开始工作，物料粉连续不断的进入回转装置中。

进一步，所述步骤S2中管式炉的设定温度为1250℃。

进一步，所述步骤S3中，当导料板搭接在左支撑筒的侧壁上时，集料筒内的物料进入下料调节模块的上调节块和下调节块之间；当导料板搭接在左支撑筒的进料口处时，上调节块和下调节块之间的物料掉落至导料板上，并沿着导料板进入左支撑筒的进料口内。

本发明方法的有益效果是：本发明通过配合调节回转装置的转速、炉体的倾角、加料装置的单次加料量，可以对物料的热处理工艺和热处理速率进行有效调节。采用本发明提供的方法不但能显著提高物料的热处理均匀性，而且能实现对物料进行连续热处理，省去采用常规管式炉对物料热处理的升温和降温过程，具有大幅缩短生产周期，降低生产成本，提高生产效率的优点。

附图说明

图1为为本发明的结构示意图；

图2为本发明回转装置的结构示意图；

图3为本发明加料装置的结构示意图；

图4为本发明加料装置加料时的原理图。

附图标记记录如下：1、回转装置，1-1、左支撑架，1-2、右支撑架，1-3、左轴承座，1-4、右轴承座，1-5、左支撑筒，1-6、右支撑筒，1-7、减速电机，1-8、联轴套，1-9、刚玉炉管，2、加料装置，2-1、支架，2-2、集料筒，2-3、下料调节模块，2-4、导料板，2-5、拉伸弹簧，2-3-1、上调节块，2-3-2、下调节块，2-3-3、上固定螺母，2-3-4、下固定螺母，2-3-5、调节螺杆，3、炉体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

一种用于物料连续热处理的装置(参见图1至图4)，包括回转装置1、加料装置2和管式炉体；

所述回转装置1包括支撑架、支撑筒和刚玉炉管，所述支撑架包括左支撑架1-1和右支撑架1-2，所述支撑架位于管式炉体的两侧，所述支撑架上安装有转动的左支撑筒1-5和右支撑筒1-6，所述左支撑筒1-5和右支撑筒1-6之间设有刚玉炉管1-9，所述左支撑筒1-5和右支撑筒1-6与刚玉炉管1-9的连接处设有氧化铝棉，氧化铝棉可耐1600℃高温，支撑筒与刚玉炉管1-9之间还可以设置其它耐高温材质，在此不再赘述。所述左支撑筒1-5上设有进料口，所述进料口下部的左支撑筒1-5内设有倾斜的导料块，所述右支撑筒1-2上设有出料口；

所述加料装置2包括支架2-1、集料筒2-2、下料调节模板2-3和导料板2-4，所述支架2-1安装在支撑架上，所述集料筒2-2安装在支架2-1上，所述集料筒2-2的两端分别设有加料口和下料口；所述下料调节模块2-3的一端插装在下料口内，另一端与导料板2-4的中部铰接，铰接处设有用于驱动导料板2-4和下料调节模块2-3移动的弹性元件；所述导料板2-4的一端插装在支架2-1的侧壁上，另一端搭接在左支撑筒1-5上。所述弹性元件为拉伸弹簧，拉伸弹簧的一端固定在支架2-1的下部，另一端与导料板2-4与下料调节模块2-3的铰接处连接。

所述的下料调节模块2-3包括调节螺杆2-3-5和滑动安装在调节螺杆2-3-5上的上调节块2-3-1和下调节块2-3-2。上调节块2-3-1通过上固定螺母2-3-3固定在调节螺杆2-3-5上和下调节块2-3-2通过下调节螺母2-3-4固定在调节螺杆2-3-5上。

所述的上调节块2-3-1和下调节块2-3-2上设有锥面，所述上调节块2-3-1和下调节块2-3-2的锥面相对设置。

所述的导料块的长度与加料口的长度相适配。

所述的左支撑筒1-5穿过左轴承座1-3与减速电机1-7连接，所述右支撑1-6筒插装在右轴承座1-4上。左支撑筒1-5通过联轴套1-8与减速电机连接。

所述刚玉炉管1-9通过卡槽与左支撑筒1-5和右支撑筒1-6连接。

本发明的工作原理如下：

(a)当下料调节模块2-3位于图3所示的状态时，集料筒2-2中的物料会进入下料调节模块2-3的上下调节块之间；

(b)当左支撑筒1-5转至进料口朝上时，加料装置2中的拉伸弹簧会将下料调节模块2-3和导料板2-4快速拽至如图4所示的位置。此时，下料调节模块2-3的上下调节块之间的物料会掉落至导料板2-4上，然后沿着导料板2-4进入左支撑筒1-5的进料口内。

(c)随着左支撑筒1-5的转动，上述步骤(a)和(b)会交替执行，从而实现不断的向左支撑筒1-5中进料。

本发明所有实施例中使用管式炉的炉体长度为800mm，炉膛长度为600mm，炉膛的恒温区长度为500mm；所用刚玉炉管、左支撑筒和右支撑筒的内径均为78mm；刚玉炉管总长度为830mm，左支撑筒的进料口与刚玉炉管左端的最近距离为200mm，右支撑筒的进料口与刚玉炉管右端的最近距离为200mm；集料筒下方的下料口直径为33mm，下料调节模块的调节螺杆直径为10mm，上下2个调节块的直径为32mm。

为了评价本发明所述方法对物料的热处理效果，所有实施例均采用氮化硅粉体作为热处理物料，每个实施例的热处理效果以氮化硅粉体的氧化率为依据。为了与常规管式炉的热处理效果对比，将氮化硅粉体盛于刚玉坩埚中，放置于常规的管式炉中进行热处理，热处理时的升温速率为10℃/min，保温时间与每个实施例测算的保温时间一致。氮化硅粉体的氧化率根据能谱(EDS)测定其内部氧元素的含量计算得出。为了消除测试误差，随机从每组热处理后的氮化硅粉体中取8组样品测试取范围值。

实施例1

一种用于物料连续热处理的方法，步骤如下：

(1)将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上2个调节块的间距为9mm，将氮化硅粉倒入集料筒中，调节炉体使回转装置与水平面夹角成0.5度。

(2)将管式炉升温至1250℃并保持恒温，启动减速电机，将其转速控制在1.0r/min；

(3)将加料装置的导料板搭在左支撑筒的进料口处，加料装置开始工作，氮化硅粉连续不断的进入回转装置中。

通过测算，氮化硅粉在由进料口进入左支撑筒后，经过约184min由出料口卸出。如表1所示，假设氮化硅粉在支撑筒和刚玉炉管中向右移动的速度恒定，计算得出氮化硅由室温(25℃)升至1250℃需用约55min，平均升温速率为22.3℃/min，在1250℃的保温时间约为75min，最终测得氮化硅粉的氧化率为86～88％。

对比例1：常规管式炉的热处理温度和保温时间也分别为1250℃和75min时，氮化硅粉的氧化率为71～90％，常规热处理方法由室温升温至1250℃需要122.5min，为了保证刚玉炉管不发生热震破坏，必须由1250℃降至200℃，需约390min，加上保温时间75min，即常规热处理方法的总耗时约为588min。经计算，常规热处理方法是本发明提供热处理方法总耗时的3.2倍。

实施例2

一种用于物料连续热处理的方法，步骤如下：

(1)将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上2个调节块的间距为11mm，将氮化硅粉倒入集料筒中，调节炉体使回转装置与水平面夹角成1.0度。

(2)将管式炉升温至1250℃并保持恒温，启动减速电机，将其转速控制在1.0r/min；

(3)将加料装置的导料板搭在左支撑筒的进料口处，加料装置开始工作，氮化硅粉连续不断的进入回转装置中。

通过测算，氮化硅粉在由进料口进入左支撑筒后，经过约107min由出料口卸出。如表1所示，假设氮化硅粉在支撑筒和刚玉炉管中向右移动的速度恒定，计算得出氮化硅由室温(25℃)升至1250℃需用约32min，平均升温速率为38.3℃/min，在1250℃的保温时间约为44min，最终测得氮化硅粉的氧化率为64～65％。

对比例2：常规管式炉的热处理温度和保温时间也分别为1250℃和44min时，氮化硅粉的氧化率为45～66％，常规热处理方法由室温升温至1250℃需要122.5min，为了保证刚玉炉管不发生热震破坏，必须由1250℃降至200℃，需约390min，加上保温时间44min，即常规热处理方法的总耗时约为557min。经计算，常规热处理方法是本发明提供热处理方法总耗时的5.2倍。

实施例3

一种用于物料连续热处理的方法，步骤如下：

(1)将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上2个调节块的间距为11mm，将氮化硅粉倒入集料筒中，调节炉体使回转装置与水平面夹角成1.0度。

(2)将管式炉升温至1250℃并保持恒温，启动减速电机，将其转速控制在2.0r/min；

(3)将加料装置的导料板搭在左支撑筒的进料口处，加料装置开始工作，氮化硅粉连续不断的进入回转装置中。

通过测算，氮化硅粉在由进料口进入左支撑筒后，经过约54min由出料口卸出。如表1所示，假设氮化硅粉在支撑筒和刚玉炉管中向右移动的速度恒定，计算得出氮化硅由室温(25℃)升至1250℃需用约16min，平均升温速率为76.6℃/min，在1250℃的保温时间约为23min，最终测得氮化硅粉的氧化率为47～49％。

对比例3：常规管式炉的热处理温度和保温时间也分别为1250℃和23min时，氮化硅粉的氧化率为29～50％，常规热处理方法由室温升温至1250℃需要122.5min，为了保证刚玉炉管不发生热震破坏，必须由1250℃降至200℃，需约390min，加上保温时间30min，即常规热处理方法的总耗时约为536min。经计算，常规热处理方法是本发明提供热处理方法总耗时的9.9倍。

实施例4

一种用于物料连续热处理的方法，步骤如下：

(1)将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上2个调节块的间距为10mm，将氮化硅粉倒入集料筒中，调节炉体使回转装置与水平面夹角成0.8度。

(2)将管式炉升温至1250℃并保持恒温，启动减速电机，将其转速控制在2.5r/min；

(3)将加料装置的导料板搭在左支撑筒的进料口处，加料装置开始工作，氮化硅粉连续不断的进入回转装置中。

通过测算，氮化硅粉在由进料口进入左支撑筒后，经过约49min由出料口卸出。如表1所示，假设氮化硅粉在支撑筒和刚玉炉管中向右移动的速度恒定，计算得出氮化硅由室温(25℃)升至1250℃需用约15min，平均升温速率为81.2℃/min，在1250℃的保温时间约为21min，最终测得氮化硅粉的氧化率为42～44％。

对比例4：常规管式炉的热处理温度和保温时间也分别为1250℃和21min时，氮化硅粉的氧化率为24～45％，常规热处理方法由室温升温至1250℃需要122.5min，为了保证刚玉炉管不发生热震破坏，必须由1250℃降至200℃，需约390min，加上保温时间21min，即常规热处理方法的总耗时约为534min。经计算，常规热处理方法是本发明提供热处理方法总耗时的10.9倍。

实施例5

一种用于物料连续热处理的方法，步骤如下：

(1)将回转装置和加料装置安装好，调节下料调节模块上2个调节块的间距为9mm，将氮化硅粉倒入集料筒中，调节炉体使回转装置与水平面夹角成0.5度。

(2)将管式炉升温至1200℃并保持恒温，启动减速电机，将其转速控制在1.0r/min；

(3)将加料装置的导料板搭在左支撑筒的进料口处，加料装置开始工作，氮化硅粉连续不断的进入回转装置中。

通过测算，氮化硅粉在由进料口进入左支撑筒后，经过约184min由出料口卸出。如表1所示，假设氮化硅粉在支撑筒和刚玉炉管中向右移动的速度恒定，计算得出氮化硅由室温(25℃)升至1200℃需用约55min，平均升温速率为21.4℃/min，在1200℃的保温时间约为75min，最终测得氮化硅粉的氧化率为51～53％。

对比例5：常规管式炉的热处理温度和保温时间也分别为1200℃和75min时，氮化硅粉的氧化率为35～54％，常规热处理方法由室温升温至1200℃需要117.5min，为了保证刚玉炉管不发生热震破坏，必须由1200℃降至200℃，需约390min，加上保温时间74.8min，即常规热处理方法的总耗时约为583min。经计算，常规热处理方法是本发明提供热处理方法总耗时的3.2倍。

表1实施例与对比例对氮化硅粉进行热处理的情况对比表

由表1可以看出，在保温时间相同的情况下，上述5个实施例中热处理后的氮化硅粉的氧化率范围波动很小，仅为2％；而5个对比例中热处理后的氮化硅粉的氧化率范围波动很大，约为20％。对比例中所有的氮化硅粉在炉管内静态堆积在坩埚中，堆积在表面的氮化硅粉与空气接触充分，氧化速率自然较快，而堆积在内部的氮化硅粉与空气接触不充分，氧化速率自然较慢，因此对比例中氮化硅粉的氧化率范围波动很大；由于实施例中的氮化硅粉在炉管内一直处于翻动状态，所有的氮化硅粉与空气接触的机会相同，因此实施例中氮化硅粉的氧化率范围波动很小。这充分说明本发明的方法能够显著提高物料的热处理均匀性。实际上，根据氮化硅粉的性状也可以看出，实施例中热处理后的氮化硅粉分散性非常好，而对比例中热处理后的氮化硅粉有明显的结块现象。

另外，在保温时间相同的情况下，每个实施例的总耗时均远小于每个对比例的总耗时，尤其是实施例4的总耗时还不到对比例4总耗时的1/10，充分说明本发明的方法具有大幅缩短生产周期，降低生产成本，提高生产效率的显著优点。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。