專利名稱：一種氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種推板窯，特別是涉及一種氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯。
背景技術：
氮在含釩非調質鋼中以化合物的形式存在，主要作用是加強了釩的沉淀強化和細化晶粒的效果，從而提高了鋼的強度和焊接等性能，節省了釩的用量。直接添加氮化釩可同時加入氮和釩，工藝簡單并且有較高收率，因此得到越來越多的應用。常規氮化釩的制備，采用在真空爐或常壓連續式電爐中進行高溫碳熱還原和滲氮處理。真空法工藝復雜，生產率低；常壓連續式電爐法雖然生產率高，工藝簡單，但是產品溫度不均勻，保溫材料損耗嚴重，同時電耗較高。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種反應速度快，處理材料品質高、加熱匹配性能高、能量效率高的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯。為了解決上述 技術問題，本發明提供的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，包括推板窯本體，在所述的推板窯本體上依次對接設有進窯氣密室、微波抑制爐體、微波干燥爐體、微波低溫升溫爐體、微波低溫保溫爐體、微波中溫升溫爐體、電加熱高溫升溫爐體、電加熱高溫保溫爐體、緩冷爐體、水冷爐體和出窯氣密室，所述的電加熱高溫升溫爐體與微波中溫升溫爐體連接處設有微波屏蔽裝置，在所述的微波干燥爐體、微波低溫升溫爐體、微波低溫保溫爐體和微波中溫升溫爐體上設有微波饋能系統，在所述的電加熱高溫升溫爐體和電加熱高溫保溫爐體上設有電加熱系統，所述的微波饋能系統連接有冷卻水系統，所述的推板窯本體設有測溫系統、保溫系統、耐火材料、排氣系統、氣氛系統和控制系統。所述的進窯氣密室和出窯氣密室的氣密門設計為雙重密封結構:第一橡膠密封圈進行氣密封，第二密封圈進行微波屏蔽，防止氣密門開啟時微波泄露。所述的進窯氣密室和出窯氣密室內分別設置有擺桿式行程開關機構:擺桿旋轉軸穿過氣密室爐壁，一部分在氣密室內，一部分在氣密室外，采用石墨作所述的擺桿旋轉軸的滑動支撐。所述的微波低溫升溫爐體、微波低溫保溫爐體的耐火材料采用抗堿性的耐火材料。所述的微波中溫升溫爐體的耐火材料采用95#剛玉陶瓷爐管，密度彡3.0g/cm3。所述的電加熱高溫升溫爐體的耐火材料采用石墨爐管。所述的緩冷爐體采用減薄爐體內保溫材料，增加保溫層散熱能力使物料緩慢降溫，同時為降低爐體表面溫升，采用爐體外表面加水冷套。所述的水冷爐體由爐腔、水套和滑條組成，所述的爐腔與所述的匣缽保持IOmm間隙，所述的匣缽在所述的滑條上滑動，滑條材料采用石墨，使所述的匣缽熱量快速地傳遞到爐腔，被冷卻水帶走。所述的保溫系統在微波加熱段采用氧化鋁陶瓷纖維板，微波穿透性好，自身發熱能力低，在電加熱段采用常規保溫材料，在微波加熱段和電加熱段對接處設置微波屏蔽，防止微波泄漏到常規保溫材料中加熱保溫材料。采用上述技術方案的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，由進窯氣密室、微波抑制爐體、微波干燥爐體、微波低溫升溫爐體、微波低溫保溫爐體、微波中溫升溫爐體、電加熱高溫升溫爐體、電加熱高溫保溫爐體、緩冷爐體、水冷爐體、出窯氣密室、微波饋能系統、電加熱系統、冷卻水系統、測溫系統、保溫系統、耐火材料、排氣系統、氣氛系統和控制系統組成。進、出窯氣密室的氣密門設計為雙重密封結構:橡膠密封圈進行氣密封，另一密封圈進行微波屏蔽，防止氣密門開啟時微波泄露。進、出窯氣密室內設置擺桿式行程開關機構:擺桿旋轉軸穿過氣密室爐壁，一部分在氣密室內，一部分在氣密室外，形成射頻天線，對外輻射微波。采用石墨作擺桿旋轉軸的滑動支撐，使它與爐體形成等勢體，不對外輻射微波。微波抑制爐體使微波加熱爐體輻射來的微波在微波抑制爐體內得到衰減，有效降低氣密室微波輻射強度。微波干燥爐體根據氮化釩合成燒成原料與微波耦合特性設計。原料中所含水分在這一爐體段得到充分揮發，干燥。微波干燥爐體饋入微波能與生產能力相適應，干燥溫度控制在100°c以下，升溫速度5°C /min，通過對微波源的開啟和關閉，實現對干燥溫度的控制。微波干燥爐體在干燥過程中物料失重速率快，失重大，揮發物排出爐腔的排出口要求大。為防止微波自排氣口泄漏，設計具有微波屏蔽裝置的排氣口。微波干燥爐體在干燥過程中揮發物呈堿性，對耐火材料的腐蝕性強，采用抗堿性的耐火材料筑砌爐腔。微波低溫升溫爐體加熱溫度從100°C到600°C，包括三個升溫區段:100 200°C高溫干燥階段、200 40(TC排膠階段、400 60(TC高價釩碳還原為低價釩升溫階段。微波低溫升溫爐體升溫區段100 200°C高溫干燥階段，100 200°C高溫干燥階段的升溫速率為3°C /min。微波低溫升溫爐體升溫區段200 400°C排膠階段，200 400°C高溫干燥階段的升溫速率為5°C /min。微波低溫升溫爐體升溫區段400 600°C高價釩碳還原為低價釩升溫階段，400 600°C高溫干燥階段的升溫速率為3°C /min。微波低溫保溫爐體加熱溫度從600°C到600°C，保溫lOmin。微波中溫升溫爐體加熱溫度從600°C到1300°C，包括二個升溫區段:600 900°C低價釩碳化階段、900 1300°C低價碳化釩氮化階段。微波中溫升溫爐體升溫區段600 900°C低價釩碳化階段，600 900°C低價釩碳化階段的升溫速率為5°C /min。微波中溫升溫爐體升溫區段900 1300°C低價碳化釩氮化階段，600 1300°C低價碳化釩氮化階段的升溫速率為3°C /min。電加熱高溫升溫爐體的加熱溫度溫度從1300 1520°C，升溫速率為6°C /min。緩冷爐體采用減薄爐體內保溫材料，增加保溫層散熱能力使物料緩慢降溫，同時為降低爐體表面溫升，采用爐體外表面加水冷套。微波饋能系統由微波電源、磁控管、環行器和水負載組成。根據爐腔內負載特征及溫度曲線設計微波饋入口位置，優化微波場在窯爐內的分布。微波饋能系統可實現磁控管的在線更換。電加熱系統由硅鑰棒及整流變壓器組成。微波被限制在石墨爐管中，硅鑰棒加熱管被安裝在爐管外。冷卻水系統由閥門、壓力表、管道、水流開關等組成，維持多點供水壓力和流量一致，自動控制磁控管的開關，保護磁控管在冷卻水保護的情況下工作。保溫系統在微波加熱段采用氧化鋁陶瓷纖維板，微波穿透性好，自身發熱能力低，在電加熱段采用常規保溫材料，在微波加熱段和電加熱段對接處設置微波屏蔽，防止微波泄漏到常規保溫材料中，加熱保溫材料。耐火材料由氧化鋁、氧化硅和碳化硅按一定比例混合燒成而成，包括爐管和匣缽，其低溫介電常數在15 25之間，在低溫時耐火材料作為輔助加熱材料吸收微波發熱，使物料快速升溫。另一方面由于其介電常數較少，微波能穿透匣缽，對物料進行微波輻射加熱。排氣系統具有微波屏蔽裝置，防止微波由排氣口泄漏。所述的氣氛系統采取多點供氣，調節個供氣點的流量，控制窯爐內腔氣氛壓力曲線。所述的控制系統采用隔離技術，隔離微波供電電源和控制電源，屏蔽微波對控制系統的干擾。微波加熱是近年來發展迅速的一種材料制備手段。微波加熱具有直接體加熱特性和非熱效應，能夠活化反應物，降低反應溫度，特別是避免了常規加熱條件下碳熱還原反應中物料內部由于碳氣化過程形成的冷區域，能快速使物料內部和外部同時加熱；物料反應徹底而均勻，從而生成單一均勻的物相。同時，工業微波爐設備簡單，自動化程度高，易于維護；微波加熱的效率高，比傳統方法省電30% 70%，大大降低了生產成本。氮化釩在合成燒成過程中，當溫度達到1300°C以后，金屬化嚴重，微波吸收能量差，在高溫段微波加熱能源利用率降低。采用微波、電混合加熱可以在低溫時利用碳熱還原微波吸收能力強，反應迅速、效率高節能，高溫時直接利用電加熱。微波加熱具有即時性、整體性、選擇性、高效性和安全性等特點。相對于傳統加熱方式，微波加熱可縮短反應時間，簡化工藝，綜合能耗僅為傳統電熱法的30 40%。采用微波合成工藝的合成機理與常規工藝有本質的不同。微波加熱能夠活化反應物降低反應活化能、增強擴散機制，同時加熱使物料的內部和外部同時加熱，無熱滯后，避免了常規加熱條件下碳熱還原反應中物料內部由于碳氣化過程形成的冷區域。物料反應徹底而且均勻，從而生成單一均勻的物相。本發明綜合了微波加熱和電加熱的優點:在溫度低于1300°C，氮化釩合成燒成揮發物多，對耐火材料和保溫材料的損害嚴重。采用電加熱升溫速度慢，揮發物排出時間長，排氣系統所占窯爐長，采用微波加熱可克服以上缺點，氮化釩的合成原料中含碳，與微波耦合性能好，升溫迅速，揮發物揮發快，能耗低。當溫度高于1300°C時，氮化釩金屬化，形成導體，與微波耦合性能差，微波能利用率降低，能耗高，在這一溫度段采用電加熱有利于溫度場的均勻、穩定和節能。本發明是一種反應速度快，處理材料品質高、加熱匹配性能高、能量效率高的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，降低窯爐的熱容量及熱慣性、減少窯爐在使用過程升溫和降溫的時間、提高了保溫材料和耐火材料的使用壽命。
圖1為本發明結構主視圖。圖2為本發明結構俯視圖。圖3為進出窯氣密室密封裝置結構示意圖。圖4為進出窯氣密室擺桿式行程開關機構結構示意圖。圖5為進窯端微波抑制爐體裝置結構示意圖。
圖6爐膛內微波屏蔽裝置結構示意圖。圖7為排氣口微波屏蔽裝置結構示意圖。圖8為冷卻水設計原理示意圖。
具體實施例方式下面結合附圖就具體實施方式
對本發明做進一步詳細的說明。參見圖1和圖2，在推板窯本體上依次對接設有進窯氣密室1、微波抑制爐體2、微波干燥爐體3、微波低溫升溫爐體4、微波低溫保溫爐體5、微波中溫升溫爐體6、電加熱高溫升溫爐體7、電加熱高溫保溫爐體8、緩冷爐體9、水冷爐體10和出窯氣密室11，電加熱高溫升溫爐體7與微波中溫升溫爐體6連接處設有微波屏蔽裝置，在微波干燥爐體3、微波低溫升溫爐體4、微波低溫保溫爐體5和微波中溫升溫爐體6上設有微波饋能系統12，在電加熱高溫升溫爐體7和電加熱高溫保溫爐體8上設有電加熱系統13，微波饋能系統12連接有冷卻水系統14,推板窯本體21設有測溫系統15、保溫系統16、耐火材料17、排氣系統18、氣氛系統19和控制系統20。在各段爐體的連接處密封墊，屏蔽連接處的微波和對氣進行密封；在進出窯處安裝有微波在線檢測器，微波泄漏超標報警；推板窯動力采用液壓站驅動。進窯氣密室I和出窯氣密室11的氣密門設計為雙重密封結構，參見圖3，第一橡膠密封圈22進行氣密封，第十密封圈23進行微波屏蔽，防止氣密門開啟時微波泄露。進窯氣密室I和出窯氣密室11內分別設置擺桿式行程開關機構，參見圖4,擺桿旋轉軸31穿過氣密室爐壁32，一部分在氣密室內，一部分在氣密室外，形成射頻天線，對外輻射微波。采用石墨33作擺桿旋轉軸31的滑動支撐，使它與爐體形成等勢體，不對外輻射微波。微波抑制爐體2參見圖5，在爐腔內焊接多片微波抑制片41，微波抑制片41之間間距L=X /4+nX /2mm(n=0，I, 2，3-), A為需抑制的微波的波長，使微波加熱爐體輻射來的微波在微波抑制爐體內得到衰減，有效降低氣密室微波輻射強度。微波干燥爐體3根據氮化釩合成燒成原料與微波耦合特性設計。原料中所含水分在這一爐體段得到充分揮發，干燥。微波干燥爐體3饋入微波能與生產能力相適應，干燥溫度控制在100°C以下，升溫速度5°C /min，通過對微波源的開啟和關閉，實現對干燥溫度的控制。微波干燥爐體3在干燥過程中物料失重速率快，失重大，揮發物排出爐腔的排出口要求大。為防止微波自排氣口泄漏，設計具有微波屏蔽裝置的排氣口，參見圖7，排氣孔內焊數個微波截止波導管51，屏蔽微波泄漏。微波干燥爐體3在干燥過程中揮發物呈堿性，對耐火材料的腐蝕性強，采用抗堿性的耐火材料。微波低溫升溫爐體4加熱溫度從100°C到600°C，包括三個升溫區段:100 200°C高溫干燥階段、200 40(TC排膠階段、400 60(TC高價釩碳還原為低價釩升溫階段。微波低溫升溫爐體4升溫區段100 200°C高溫干燥階段階段的升溫速率為3°C /min。微波低溫升溫爐體4升溫區段200 400°C排膠階段，升溫速率為5°C /min。微波低溫升溫爐體4升溫區段400 600°C高價釩碳還原為低價釩升溫階段，升溫速率為3°C /min。微波低溫保溫爐體5加熱溫度從600 V到600 V，保溫IOmin。微波中溫升溫爐體6加熱溫度從600°C到1300°C，包括二個升溫區段:600 900°C低價釩碳化階段、900 1300°C低價碳化釩氮化階段。微波中溫升溫爐體6升溫區段600 900°C低價釩碳化階段，升溫速率為5°C /min。微波中溫升溫爐體6升溫區段900 1300°C低價碳化釩氮化階段，升溫速率為3°C /min。微波中溫升溫爐體6耐火材料采用95#剛玉陶瓷爐管，密度> 3.0g/cm3。電加熱高溫升溫爐體7，加熱溫度溫度從1300 1520°C，升溫速率為6°C /min。電加熱高溫升溫爐體7，耐火材料采用石墨爐管。電加熱高溫升溫爐體7與微波中溫升溫爐體6連接處設有微波屏蔽裝置，參見圖6。緩冷爐體9采用減薄爐體內保溫材料，增加保溫層散熱能力使物料緩慢降溫，防止在高溫下急劇冷卻造成匣缽開裂。同時為降低爐體表面溫升，采用爐體外表面加水冷套。水冷爐體10由爐腔、水套和滑條組成，爐腔與匣缽保持IOmm間隙，匣缽在滑條上滑動，滑條材料采用石墨，使匣缽熱量快速地傳遞到爐腔，被冷卻水帶走。微波饋能系統12由微波電源、磁控管、環行器和水負載組成。根據爐腔內負載特征及溫度曲線設計微波饋入口位置，優化微波場在窯爐內的分布。微波饋能系統12可實現磁控管的在線更換。電加熱系統13由硅鑰棒及整流變壓器組成。微波被限制在石墨爐管中，硅鑰棒加熱管被安裝在爐管外，石墨爐管屏蔽微波對硅鑰棒加熱元件的影響。冷卻水系統14由閥門、壓力表、管道、水流開關等組成，維持多點供水壓力和流量一致，自動控制磁控管的開關，保護磁控管在冷卻水保護的情況下工作。參見圖8，為維持多點供水壓力和流量一致，采用進水順序和出水順序相反，即先進后出原則，各進出水管路安裝閥門，便于在線維護。保溫系統16在微波加熱段采用氧化鋁陶瓷纖維板，微波穿透性好，自身發熱能力低。在電加熱段采用常規保溫材料，在微波加熱段和電加熱段對接處設置微波屏蔽。耐火材料17由氧化鋁、氧化硅和碳化硅按一定比例混合燒成而成。包括爐管和匣缽。其低溫介電常數在15 25之間,在低溫時耐火材料作為輔助加熱材料吸收微波發熱，使物料快速升溫。另一方面由于其介電常數較少，微波能穿透匣缽，對物料進行微波輻射加熱。排氣系統18具有微波屏蔽裝置，參見圖7，排氣孔內焊數個微波截止波導管51，屏蔽微波泄漏，防止微波由排氣口泄漏。氣氛系統19采取多點供氣，調節個供氣點的流量，控制窯爐內腔氣氛壓力曲線。控制系統20采用隔離技術，微波供電電源和控制電源采用隔離變壓器隔離，屏蔽微波對控制系統的干擾。
權利要求
1.一種氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，包括推板窯本體，其特征是:在所述的推板窯本體上依次對接設有進窯氣密室(I)、微波抑制爐體(2)、微波干燥爐體(3)、微波低溫升溫爐體(4)、微波低溫保溫爐體(5)、微波中溫升溫爐體(6)、電加熱高溫升溫爐體(J)、電加熱高溫保溫爐體(8)、緩冷爐體(9)、水冷爐體(10)和出窯氣密室(11)，所述的電加熱高溫升溫爐體(7)與微波中溫升溫爐體(6)連接處設有微波屏蔽裝置，在所述的微波干燥爐體(3)、微波低溫升溫爐體(4)、微波低溫保溫爐體(5)和微波中溫升溫爐體(6)上設有微波饋能系統(12)，在所述的電加熱高溫升溫爐體(7)和電加熱高溫保溫爐體(8)上設有電加熱系統(13)，所述的微波饋能系統(12)連接有冷卻水系統(14)，所述的推板窯本體設有測溫系統(15)、保溫系統(16 )、耐火材料(17 )、排氣系統(18 )、氣氛系統(19 )和控制系統(20)。
2.根據權利要求1所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的進窯氣密室(I)和出窯氣密室(11)的氣密門設計為雙重密封結構:第一橡膠密封圈(22)進行氣密封，第二密封圈(23)進行微波屏蔽，防止氣密門開啟時微波泄露。
3.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的進窯氣密室(I)和出窯氣密室(11)內分別設置有擺桿式行程開關機構:擺桿旋轉軸(31)穿過氣密室爐壁(32)，一部分在氣密室內，一部分在氣密室外，采用石墨(33)作所述的擺桿旋轉軸(31)的滑動支撐。
4.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的微波低溫升溫爐體(4)、微波低溫保溫爐體(5)的耐火材料采用抗堿性的耐火材料。
5.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的微波中溫升溫爐體(6)的耐火材料采用95#剛玉陶瓷爐管，密度> 3.0g/cm3。
6.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的電加熱高溫升溫爐體(7)的耐火材料采用石墨爐管。
7.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的緩冷爐體(9)采用減薄爐體內保溫材料，增加保溫層散熱能力使物料緩慢降溫，同時為降低爐體表面溫升，采用爐體外表面加水冷套。
8.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的水冷爐體(10)由爐腔、水套和滑條組成，所述的爐腔與所述的匣缽保持IOmm間隙，所述的匣缽在所述的滑條上滑動，滑條材料采用石墨，使所述的匣缽熱量快速地傳遞到爐腔，被冷卻水帶走。
9.根據權利要求1或2所述的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，其特征在于:所述的保溫系統(16)在微波加熱段采用氧化鋁陶瓷纖維板，微波穿透性好，自身發熱能力低，在電加熱段采用常規保溫材料，在微波加熱段和電加熱段對接處設置微波屏蔽，防止微波泄漏到常規保溫材料中加熱保溫材料。
全文摘要
本發明公開了一種氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯，在推板窯本體上依次對接設有進窯氣密室(1)、微波抑制爐體(2)、微波干燥爐體(3)、微波低溫升溫爐體(4)、微波低溫保溫爐體(5)、微波中溫升溫爐體(6)、電加熱高溫升溫爐體(7)、電加熱高溫保溫爐體(8)、緩冷爐體(9)、水冷爐體(10)和出窯氣密室(11)。本發明是一種反應速度快，處理材料品質高、加熱匹配性能高、能量效率高的氮化釩微波、電混合加熱合成燒成推板窯。
文檔編號F27B9/30GK103105060SQ201310039880
公開日2013年5月15日 申請日期2013年2月1日 優先權日2013年2月1日
發明者徐助要, 鄧賤牛, 羅軍勝 申請人:湖南省中晟熱能科技有限公司