CN1950659A - 用于松散材料脉冲热处理的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于松散材料短时间热处理和/或淬火的方法和装置，并且其可用于化工、食品、木器加工和其它工业。松散材料的脉冲热处理方法包括以下步骤：蒸发表面湿气；快速加热到所需温度并随后通过将颗粒进给到其温度超过100℃的旋转表面上进行冷却，其中在离心力的作用下颗粒与加热表面接触，接触时间和压力通过改变旋转速度来控制；并且颗粒淬火步骤在冷却器表面上通过快速冷却进行，并且收集成品到蓄料器内。移动的松散材料颗粒的处理在可旋转圆柱形和圆锥形热表面上进行，其上过量湿气蒸发步骤和加热到所述温度的步骤结合在一起。材料在重力的作用下沿加热表面的移动时间通过摩擦力控制，摩擦力通过改变旋转速度控制。还公开了一种用于实施所述方法的装置。

Description

用于松散材料脉冲热处理的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于松散材料短时间热处理和/或淬火的方法和装置，其可用于化工、食品、木器加工和其它工业制造催化剂、载体、吸附剂、脱水剂、填充材料、陶瓷制品、磁性材料、无机颜料、固体电解质、整容和化妆制剂等等的干燥/冷却阶段中热化学活化作用阶段。

背景技术

由于粉末颗粒与气流例如烟尘或固体热载体的接触(用于热化学活化作用的方法/TCA/)以数百和数千度/秒的速率通过快速加热粉末颗粒用于活化含氧化合物晶体的方法是已知的(秒U517564，C01F7/30，1975；秒U967028，C01F7/02，1981；RU2064435，C01F7/44，1994)。这种加热的结果是形成具有有价值的化学特性的分解产物。为了固定非晶状态，活化产物将在高温区域的出口处经受冷却淬火。这种方法的缺点是含尘气体排放物含有危害的混合物(NO_x，秒O_x，CO，烃)，由于燃料杂质以及不完全燃烧产物造成原始物质的污染，冷却淬火过程需要相对较长时间(每10分钟60℃)以及热载体的能量利用率低导致大功率的输入。

用于原始松散材料的热处理类似方法是通过沿振动凹槽表面在辐射气体燃烧器区域内移动而加热5-30秒，辐射气体燃烧器温度在400到600℃(秒U528733，C01F7/44，1973)。通过原始材料颗粒与热金属接触的热传递加热比通过它们之间的接触或由于热气流中的对流热交换的加热的效率更高。已知方法的缺点是材料沿凹槽的移动速度相对较低并且由于其振动很难沿凹槽的加热表面为提供均匀分布的原始松散材料。这些缺点在试图增加凹槽的尺寸以达到大于2kg/hour的输出时几乎不可能克服。

类似的解决方案是用于松散材料脉冲热处理的装置(专利RU2115634，C04B35/52，20.07.1998)。该装置包括用于原始材料的容器，加热器以及用于旋转的驱动。该发明中同样公开了一种用于松散材料的脉冲热处理的方法；该方法包括进料、分配和沿加热表面移动松散材料，其中材料颗粒处于相对运动和接触中，以及排放成品到蓄料器中。

该用于松散材料的脉冲热处理的装置和方法是与本发明最相关的(专利RU2186616，7B01J8/10，10.08.2002)。

根据最接近的现有技术的发明解决了以下问题：

控制松散材料的流动速率；沿加热表面均匀且密集分布；增加松散材料加热的速率；为固定热处理产物亚稳结构的快速冷却淬火；增加生产率；减小能耗。

以上的问题通过采用用于松散材料的脉冲热处理方法得到解决，该方法包括进料、分配和沿加热表面移动松散材料，其中材料颗粒处于相对移动和接触中，排放成品到蓄料器中。在进给原始材料后是混合并同时加热，然后计量，平均分布以及沿加热到100-1500℃的旋转表面移动，渗出过热的蒸汽，并在产品在离开加热表面的同时淬火。

材料的相对运动以及颗粒与随后加热表面的接触是由于离心力的原因，并且接触的时间以及抵着加热表面的挤压材料的力由旋转速度控制。原始材料颗粒的加热是由于其与板接触过程中的热传递。除重力外，颗粒由于离心力作用的压缩增加了其与板的操作加热表面相接触的紧密度并增强了热传递过程。这样的加热方法增加了颗粒相对运动的速度并由此提高工艺的生产率。

产品在离开加热表面时通过与装置冷却的侧表面相接触提供淬火。产品被冷却150℃不超过5秒。加热淬火过程占用0.5到5.0秒。在板区域按过热蒸汽的最大压力抽出蒸汽。为计量松散材料，控制该计量间隙区域。在计量中，当板的转数改变时，松散材料的流动速率依然不变。

根据最接近的现有技术的目标是通过采用用于松散材料的脉冲热处理装置达到的，该装置包括具有驱动装置的竖直轴和设置在壳体中的连接板；用于原始材料的在其下部具有流量调整器的容器；蓄料器外壳。该装置备有加热器、过热蒸汽排出系统、用于脉冲热处理产品的冷却-淬火系统，其中板的操作(上部)表面为圆锥形或具有提供向上加宽的曲率。

板式加热器可以置于板上或设置在其上方。热源为电加热器、气体或其他燃料燃烧器。加热器固定在装置壳体的隔热基部中。该装置的隔热壳体的上部被设计成相对于板的操作面在轴向上形成凹槽；所述凹槽转变为冷却区域。用于脉冲热处理产品的冷却区域为由壳体侧部和装置底面限定的空腔。壳体侧部和底面经受强制冷却。冷却区域与用于收集产品的蓄料器内部相连。装置壳体的侧表面为圆锥形或具有向下变窄的其他形状。原始材料流量调整器是在轴向可移动的衬套，其与延伸到板的进料表面中的圆锥形(或其他形状)部分相互作用。用于原始松散材料的蓄料器备有加热器。在板和壳体上部间的凹槽与用于排出的过热蒸汽和用于加热原始产品用的蓄料器的空腔连接。

流量调节器在衬套下端和竖直轴的圆锥形部分之间的轴向移动允许控制松散材料的流量。

底部的侧表面和壳体的侧表面限定冷却空腔并且他们备有冷却液体供给系统。冷却空腔转变为储蓄产品的圆锥形空腔。

已知的解决方法具有以下缺点：由于热载体(板)的复杂结构，其不能在加热表面上提供均匀分布的被处理材料，松散材料脉冲热处理的效率低。此外，已知的装置在加热/冷却方面具有高度惯性。如果壳体的隔热层很厚(重)并且板的尺寸大(直径1m并且厚1cm)，在加热器功率是50kw时，从20℃加热到300℃所需时间大约1小时。在根据现有技术装置的停机操作情况下，它只有在板冷却几个小时之后才可以开启。此外，在加热/冷却过程中，板必须继续旋转以防止歪斜。

发明内容

本发明的目的是解决提高松散材料脉冲热处理效率的问题。

本发明提供了一种用于粉末状松散材料脉冲热处理的方法，由于具有同样结果的优化处理方法在低温下允许为旋转加热表面采用大范围的高温和防腐材料以及采用简单的离心活化器设计，因此在实施时所述方法不存最接近的现有技术和类似技术中所具有的缺点。此外，它可以在在一个步骤中处理干燥的和湿的松散材料。它使处理方法经济并且有竞争性。由于用于湿材料的处理过程比用于干燥材料的更复杂，更多描述将集中处理湿材料上。用于干燥材料的处理装置和方法是类似的，但是方法更简单并且根据特别选择模式实行。

附图说明

图1是用于松散材料脉冲热处理的装置

具体实施方式

该目的通过使用用于实现该目的的权利要求所述的方法和装置实现。

松散材料的脉冲热处理方法包括以下步骤：蒸发表面湿气；快速加热到所需温度并随后冷却同时将颗粒进给到加热到温度为100℃以上的旋转表面，在离心力的作用下使颗粒与加热表面接触，其中接触时间和颗粒抵靠表面的压力通过改变旋转速度来控制；以及通过快速冷却在冷却器表面上对颗粒淬火的步骤，然后收集成品到蓄料器内。

移动的松散材料颗粒的处理在绕竖直轴线旋转的圆柱形或圆锥形表面上进行，蒸发和加热到所述温度的步骤结合在一起。材料在重力的作用下在加热表面上移动的时间通过摩擦力控制，摩擦力通过改变旋转速度控制。

湿气含量为5.0wt％的松散材料以挤压颗粒的形式进给。脉冲热处理过程在具有竖直旋转的圆柱形或圆锥形的转筒内表面上进行，并且材料从其上方进给。当旋转速度增加时，被处理材料在旋转加热表面上的移动时间增加。在接触时间预定的情况下，如果转筒的直径增加并且旋转速度降低，那么活化器的生产率将增加。根据为已定生产率选择的转筒直径，原始材料从上方进给到分配环的一个或多个扇形区。扇形区的数量取决于沿转筒表面的分配面积，其中分配面积不重叠。淬火步骤在位于转筒下方的冷却器表面上通过在不多于3秒的时间内冷却到不高于150℃的温度的快速冷却实现。所有步骤的整个处理时间不少于1秒。

粉末状松散材料的脉冲热处理方法包括：进给湿气含量大于20wt％的湿材料，利用加热到温度高于100℃的旋转表面上的热脉冲从颗粒中去除表面湿气；随后通过在不超过3秒内冷却到温度不高于150℃而快速淬火，然后收集成品到蓄料器内。下面是实施本方法的步骤的要求：

1.湿材料以直径达3mm的不是非常坚固的微颗粒的形态进给，该颗粒通过任何已知方法制成(例如，通过螺旋挤压机挤出)。颗粒沿凹槽按断流方式(以避免由于拖延而堵塞)移动至加热旋转表面。

2.湿颗粒与加热到600-700℃的表面接触导致颗粒迅速加热，并且由于颗粒内颗粒间的结合(附着力)不是很强，通过湿气蒸汽从颗粒表面蒸发而使颗粒破裂。实验已经证明，为断开直径达3mm的颗粒，使他们从设置在一定高度处的凹槽落到加热旋转表面就足够了。蒸发和热脉冲的持续时间为大约1秒。

这个过程利用热脉冲在一个步骤内为湿材料提供连续热处理。

3.在权利要求所述方法以及在最接近的现有技术中，基础部分是颗粒在重力和离心力的作用范围内在加热旋转表面上的处理，但权利要求所述方法的不同是，重力对于颗粒沿加热表面的移动具有决定性影响并且离心力用于在表面上产生摩擦力，摩擦力控制粉末运动的速度，即控制接触时间。粉末材料的重量不取决于接触表面的形状，并且总是作用在一个垂直于旋转轴线方向上的离心力在该接触中实际上一样。这意味着这种力的分解可以不在水平表面上实现而在竖直表面上实现，该竖直表面为将颗粒从上方进给在内表面上对应高度处的圆柱形转筒的形状。由于离心力垂直于该表面并且与颗粒重量成比例，将颗粒压靠到转筒上的力以及颗粒的滑动速度可以通过改变转筒旋转速度简单控制，并且决定颗粒接触时间的离心力对任何圆柱形表面都是恒定的。

已知离心力的公式是F_c＝mω²r，其中m是颗粒质量，ω是角速度(旋转速度)以及r是转筒圆周半径。如果F_c和m的值不变，r会随着ω＝2πn例如每单位时间转数n的减少而增加。

采用离心力而不是重力导致有益的结果：通过转筒直径的增加以及同时旋转速度的减少，重力和离心力对颗粒的作用依然相同。因此离心活化器的生产率只取决于转筒的尺寸和其转数：转筒直径越大，转数越低。对于设计这是一种合理可靠的解决办法。其同样允许利用大参数范围对用于松散材料的热处理的过程进行灵活控制。转筒尺寸的选择受到从加热器传递预定热量所需的表面积以及在大尺寸转筒内它们的布置的限制。

4.材料被均匀进给到在转筒上部的一个或多个扇形区(取决于为产量所选的转筒的直径)。如果存在多个供给位置，每个颗粒流沿螺旋曲线在表面上滑动并且当离开转筒边缘时沿淬火冷却表面分散在一定长度的扇形区中。如果当沿转筒表面分散时没有任何重叠，扇形区不应该有重叠。其决定在最初用于粉末进给的地点数。

5.转筒的设计非常简单并且可由薄板制成以便快速加热(在活化器启动时很重要)并且在停止时快速冷却。用于转筒的材料可以为任何耐热不锈钢。当不能用时，转筒可以快速更换。

6.在离开热表面后，材料通过与冷却表面的接触淬火。冷却通过调节制冷剂的供给控制。产品在不超过3秒内冷却到温度不高于150℃。

7.松散材料颗粒的蒸发-加热-淬火的整个过程在大时间范围内进行。其可以是0.5-1.0秒的短时热处理，也可以是超过1秒的长时间热处理。温度借助于布置于加热器区、产品存储区、冷却剂入口和出口以及蒸汽出口处的热电偶区域地控制。

本发明的方法通过采用用于松散材料的脉冲热处理的装置(离心活化器)实施。该装置包括设置在壳体内并利用远程电驱动装置驱动其旋转的竖直操纵轴，轴上的一端安装在冷却的轴承箱壳体封盖中；用于将原始材料进给到旋转表面上的一个或更多输送管；用于脉冲热处理的竖直圆柱形或圆锥形表面；在脉冲热处理后冷却-淬火产品的单元；以及用于产品的蓄料器单元。活化器备有转筒的加热器以及用于排放过热蒸汽的单元。

加热器可以设置在转筒的外侧和/或内侧。在隔热壳体内采用电加热器。产品冷却淬火单元为包括一个或多个冷却室的圆柱形淬火冷却器，每个室的制冷剂供给分别控制。蓄料器单元是冷却体的沿伸，在其间具有2-3mm环形槽用以避免在冷却器壳体和蓄料器壳体间的热传递。如果不设置这样的槽，蓄料器的上部可能因为颗粒的粘附而冷却。蓄料器具有设置在外侧的分配环，其具有通向其区域的开口。

用于松散材料的处理方法在以下装置(离心活化器)中实现，如图1所示是本设计的两个变型：一个具有圆锥形旋转转筒8，显示在轴线左侧，以及另一具有圆柱形转筒6，显示在右侧。活化器包括具有可移除的封盖2的主体1、淬火冷却器3、具有闸式锁闭装置5的蓄料器4、具有圆锥形轴环7的圆柱形可旋转转筒6或圆锥形转筒8，其中电加热器9安装在转筒外侧或/和内侧(如虚线所示)。电驱动轴11(图中没有示出)固定在冷却器轴承壳体10中，该壳体安装在活化器上。在轴11的下端处，分配环14在筋13的帮助下设置在毂12上。在转筒6、8和环14之间有间隙15。通过具有封盖17的管道16进给至分配环14的松散材料通过间隙15抛入可旋转转筒6、8。由通过固体隔板分开的多个室(图中示出一个室)构成的淬火冷却器3设置在具有电加热器的转筒6、8的下面。每个室具有用于制冷剂的入口和出口。冷却器通过金属罩18从内侧保护。该罩被设置有5-7mm间隙19用于颗粒在冷却器3表面上自由滑动。蓄料器4布置在冷却器3下方以便在储藏器和冷却器之间存在间隙20。储藏器通过筋固定在冷却器上。具有开口22和空气入口的分配收集器21设置在蓄料器的外侧。孔通过罩23保护。可分离的包装24(聚乙烯袋等等)固定在蓄料器上并且置于地称25上。在壳体1的上部有配备有通风器的出口管26用于排出过热水蒸汽。其相对一端是具有可控闸门28的进口管27用于对轴11供给空气用于其额外的冷却。壳体1具有隔热层29，封盖2具有隔热层30以及蓄料器4具有隔热层31。

该装置按以下方式操作：

首先将制冷剂注入淬火冷却器3和轴承壳体10中并从底部固定包装24。然后转筒6、8通过电加热器9加热到预定温度。下一步，接通轴11的驱动装置，接通蒸汽出口处的通风器，并且使湿的松散材料颗粒流通过管26通到旋转的分配环14。在离心力的作用下，松散材料的颗粒被挤压在转筒的内表面并且沿螺旋曲线轨迹以旋转-平移运动向下运动。颗粒处于竖直重力以及由离心力控制(旋转数量)的摩擦力的作用下。摩擦力决定颗粒沿表面的滑动速度从而提供预定的接触时间。当离开转筒下边缘时，粉末保留其获得的圆周速度分量并落到淬火冷却器3的圆锥表面上。从颗粒排出的湿蒸汽通过分配环14的中央开口以及进一步通过出口管26排出。

材料进一步沿处于通过制冷剂的供给控制的温度下的冷却器3的表面滑动，并冷却到所需温度。

蓄料器4的区域是冷却器3的区域的沿续。在这些区域之间有间隙20(3-5mm)用于防止通过冷却器和区域中的颗粒的粘附而冷却蓄料器上部。然后产品累集在蓄料器4的闸门5(关闭)上并且最终流入包装24。在包装填充到由地称25决定的重量之后，蓄料器4通过闸门5关闭同时更换包装。

外部空气通过入口管27提供用于为轴11提供附加冷却(在壳体10内进行基本冷却)。根据操作模式，空气或者通过蒸汽通风器排出或者和在蒸汽通过通风器罩抽出时强制排出。

在一些模式的操作期间，用于活化器内部局部通风的干燥空气通过分配收集器21中的开口22提供。

通过以下实施例下进一步说明本发明：

实例1.

包括尺寸在0-150μm以及湿度为17wt％的颗粒的技术水合氧化铝Al(OH₃)(泥岩)湿粉末在以2-3mm的颗粒的形式从螺旋挤压机排出后连续地沿加热到650±10℃的直径为200mm的旋转转筒的斜槽进给。粉末在分配环的一点处以5kg/h的量进给。转筒和分配环之间的间隙是5mm。为使粉末与转筒操作面的接触大约1秒，旋转速度通过试验确定在90rev/min。水在淬火冷却器的冷却系统内的流量是1501/h，每个室501/h。该装置的能耗是6.8kW。冷却后，粉末进入蓄料器。在运转1小时后，蓄料器内活化产品的总量是4.2kg。X光相位分析显示热处理的产品具有非晶体的结构并且通过在碱中的溶解速度是原始物质的5倍显示出增强的反应性。原始物质(水化氧化铝(III))在产物内总量少于5％。

实例2

实例2类似实例1。不同之处仅在于处理的是泥岩的初步干燥的非颗粒粉末。在环和转筒间的间隙为2mm。颗粒热处理的结果与实例1相同，并且原始物质在产物内的总量不超过3％。

Claims (20)

1.一种用于松散材料脉冲热处理的方法，包括以下步骤：蒸发表面湿气；快速加热到所需温度并随后冷却，其中颗粒进给到被加热到温度超过100℃的旋转表面，由于离心力的作用，颗粒与加热表面接触；接触时间和颗粒压靠表面的力通过改变旋转速度来控制；以及通过快速冷却在冷却器表面上进行的淬火并且然后收集成品到蓄料器中的步骤，其特征在于：移动的松散材料颗粒的处理在竖直圆柱形或竖直圆锥形表面上进行，其中蒸发过量湿气和加热到所需温度的步骤结合在一起；材料在重力的作用下沿加热表面移动的时间通过摩擦力控制，并且摩擦力通过改变旋转速度控制。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于，湿气含量不超过5.0wt％的松散材料以挤压颗粒的形式进给。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，脉冲热处理在圆柱形或圆锥形的竖直旋转的转筒内表面上进行，且材料从上方在转筒的上端处进给。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于，被处理材料沿旋转加热表面移动的时间随旋转速度增加而增加。

5.如权利要求3所述方法，其特征在于，在预定接触时间的条件下，通过增加转筒直径并同时降低旋转速度来增加活化器的生产率。

6.如权利要求1所述方法，其特征在于，根据为已定生产率选择的转筒直径，原始材料从上方进给到分配环的一个或多个扇形区，其中扇形区的数量取决于材料在转筒表面上的散布，其中散布区域彼此不重叠。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于，淬火步骤在布置在转筒下方的冷却器表面上通过在不超过3秒快速冷却到温度不高于150℃进行。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于，所有步骤处理的总时间不少于3秒。

9.一种用于松散材料脉冲热处理的装置，所述装置包括：具有封盖的隔热壳体；具有电驱动装置的竖直轴；固定在轴上并通过相连的加热元件加热的表面；用于计量原始材料进给以及水蒸汽排出的单元；以及淬火冷却器和在壳体下部内的蓄料器，其特征在于，具有分配环的中空转筒在下方装配到毂上的竖直可旋转轴上，所述轴被布置在冷却壳体内，所述冷却壳体具有布置在封盖上的轴承；在环和转筒之间有间隙；原始松散材料通过一个或多个斜管进给到间隙区域中。

10.如权利要求9所述装置，其特征在于，加热元件设置在转筒的外侧和/或内侧。

11.如权利要求9所述装置，其特征在于，分配环的直径比转筒直径小2-5mm的间隙尺寸并且以与水平线成0-30°角倾斜到转筒。

12.如权利要求9所述装置，其特征在于，转筒、分配环与毂通过筋连接从而形成坚固单元。

13.如权利要求9所述装置，其特征在于，淬火冷却器表面为向下倾斜的圆锥形或在顶部成圆锥形加宽的圆柱形。

14.如权利要求9所述装置，其特征在于，淬火冷却器在内部通过固体隔板沿其高度分成具有入口和出口的两个或多个部分，所述部分具有用于每个部分中的制冷剂的入口和出口连接管。

15.如权利要求14所述装置，其特征在于，在空腔内的冷却器表面由沿整个高度的平行遮蔽罩保护。

16.如权利要求9所述装置，其特征在于，蓄料器的壁是冷却器内壁的沿续，其具有外侧隔热层以及在侧壁之间的间隙以避免在它们之间的热传递。

17.如权利要求9所述装置，其特征在于，在蓄料器外侧壁存在带有通到蓄料器中的开口的分配环；所述开口具有从上方的保护轴环。

18.如权利要求9所述装置，其特征在于，存在用于排除过热蒸汽的出口管，所述管定位在封盖下方并连接到通风器。

19.如权利要求18所述装置，其特征在于，与所述出口管相对地设置具有控制闸门的进口管，用于为局部冷却轴提供空气和/或控制活化器中的压力。

20.如权利要求18所述装置，其特征在于，具有驱动装置的闭塞出口计量装置的装置设在蓄料器下部区域。

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