專利名稱：連續(xù)高溫碳化爐及連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的方法
連續(xù)高溫碳化爐及連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的方法技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于難熔金屬及超硬材料技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)碳化設(shè)備及相應(yīng)的生產(chǎn)方法。
背景技術(shù)：
碳化物粉末的生產(chǎn)方法一般是先將金屬粉末與炭黑按一定的比例混合，然后將金屬粉末和炭黑的混合物用石墨舟皿盛裝后、放入碳化設(shè)備中，在一定溫度下進行碳化處理。根據(jù)碳化設(shè)備不同，可將碳化物粉末的生產(chǎn)方法分為間歇式和連續(xù)式兩種。間歇式生產(chǎn)采用的設(shè)備一般是立式中頻碳化爐，裝盛金屬粉末和炭黑混合物的石墨舟皿分爐次裝入爐中，一爐次的裝料量較大，爐溫可以達到2000°C以上，可以用于粗顆粒碳化物粉末的生產(chǎn)，但是爐內(nèi)上下左右不同部位的溫度相差較大，造成同一爐次生產(chǎn)的物料性能不一致，另外，需要升溫和降溫，能耗較大。連續(xù)式生產(chǎn)是將裝料舟皿以一定的速度逐個從爐頭的進料口推入爐管，進入爐管內(nèi)的舟皿一個挨一個逐漸被推移到爐尾，最后從爐尾的出料口推出。 從能源節(jié)約的角度來看，連續(xù)式生產(chǎn)比間歇式生產(chǎn)更節(jié)能。連續(xù)式生產(chǎn)的設(shè)備主要有傳統(tǒng)的碳管碳化爐、連續(xù)鑰絲碳化爐以及連續(xù)高溫碳化爐等等。傳統(tǒng)的碳管碳化爐是直熱式加熱，發(fā)熱體就是過裝料舟皿的爐管，爐溫可以達到2200°C左右，可以用于粗顆粒碳化物粉末的生產(chǎn)，但其加熱不能分區(qū)控制，其軸向溫度中部高兩端低，高溫區(qū)短且不均勻，并且爐管壽命短，更換麻煩；連續(xù)鑰絲碳化爐是隧道型、舟皿推進式結(jié)構(gòu)，采用鑰絲加熱，爐管和耐火保溫材料的材質(zhì)為氧化鋁，可分區(qū)控制加熱，有較長且均勻的高溫區(qū)，產(chǎn)品的性能均勻性較好，缺點是工作溫度在1650°C以下，不適用于粗顆粒碳化物粉末的生產(chǎn)；連續(xù)高溫碳化爐是近幾年推出來的碳化設(shè)備，專利CN 201413033 Y公布了這種碳化爐的結(jié)構(gòu)特征，其結(jié)構(gòu)類似于連續(xù)鑰絲碳化爐，也是一種隧道型、舟皿推進式結(jié)構(gòu)，其主體由爐頭、高溫碳化區(qū)、爐尾等三部分構(gòu)成。連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳化區(qū)的爐管處于中央橫穿保溫體和爐殼，爐管兩端伸出爐殼后分別與爐頭、爐尾相接，發(fā)熱體分布在爐管外面的保溫體里面，可以分多個區(qū)獨立控制加熱。由于這種設(shè)備高溫部位的所有材料(如發(fā)熱體、爐管、主要保溫材料) 以及裝料舟皿等等都是采用碳/石墨材料，因此工作溫度高于連續(xù)鑰絲碳化爐，可以達到 2000°C以上，比較適合于生產(chǎn)性能均勻性較好的粗顆粒碳化物粉末。
但是在正常工作狀態(tài)下，裝滿粉末物料的舟皿由連續(xù)高溫碳化爐爐頭的進料口進入爐管并被逐漸推送到高溫碳化區(qū)的過程中，舟皿中粉末物料從外面環(huán)境所帶入(包括粉末顆粒表面吸附以及粉末顆粒之間的空隙中滯留)的O2以及H2OXO2等氣體分子逐漸被爐管內(nèi)的保護性氣體介質(zhì)置換并釋放出來，在 高溫下容易與碳/石墨發(fā)生下述反應(yīng)
C+02=C02(I)
C+C02=2C0(2)
C+H20=C0+H2(3)
碳/石墨反應(yīng)后生成CO而快速消耗，所消耗的這些碳/石墨有的來自于粉末中所配入的碳，有的來自于爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱體、保溫體等碳/石墨材料，其結(jié)果一方面是影響碳化物粉末的含碳量，另一方面是導(dǎo)致爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱體、保溫體等碳/石墨材料的使用 壽命大大縮短，有時甚至廣2個月左右就要修爐，更換損耗的碳/石墨材料，設(shè)備維護成本 增加，而頻繁地修爐也影響生產(chǎn)。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有連續(xù)高溫碳化生產(chǎn)方法的不足，提出一種生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末 的連續(xù)碳化爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計及相應(yīng)的生產(chǎn)方法，既可以保證所生產(chǎn)的碳化物粉末的碳含量符 合要求，也可以防止爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱體、保溫體等碳/石墨材料被損耗而縮短使用壽命。
本發(fā)明的連續(xù)高溫碳化爐，為隧道型、舟皿推進式，主要由爐頭、高溫碳化區(qū)、爐尾 依序構(gòu)成，其特征在于所述爐頭、高溫碳化區(qū)之間設(shè)置一個低溫脫氧區(qū)；低溫脫氧區(qū)的爐 管分別通過第一法蘭和第二法蘭與爐頭的爐管和高溫碳化區(qū)的爐管連接。
低溫脫氧區(qū)的爐管材質(zhì)為耐熱鋼或陶瓷，利用電熱元件加熱，保溫材料為無機非 金屬耐火材料。
作為改進，低溫脫氧區(qū)的溫度單獨控制，其工作溫度低于高溫碳化區(qū)的工作溫度， 其溫度單獨控制便于工藝控制；低溫脫氧區(qū)爐管內(nèi)送入還原性氣體H2作為工作介質(zhì)，該氣 體入口位于低溫脫氧區(qū)和高溫碳化區(qū)之間。
高溫碳化區(qū)的爐管內(nèi)輸入非氧化性氣體作為保護氣體。保護氣體的流向依次為爐 尾——高溫碳化區(qū)——低溫脫氧區(qū)——爐頭。
利用本發(fā)明的連續(xù)高溫碳化爐連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的方法，依次包括
(A)配料、混合將質(zhì)量百分比為6. 13%的炭黑與余量粗晶金屬鎢粉末混合均勻；
(B)裝舟、送舟將混合粉末物料用石墨舟皿裝盛，送入連續(xù)高溫碳化爐爐頭的進 料口，并按一定進舟速度推入爐管；
(C)低溫脫氧裝載粉末物料的石墨舟皿被逐漸推送經(jīng)過連續(xù)高溫碳化爐的低溫 脫氧區(qū)，粉末物料從外面環(huán)境所帶入的氣體逐漸被爐管內(nèi)的工作氣體置換并釋放出來，其 中的O2在低溫脫氧區(qū)與還原性氣體H2反應(yīng)生成H2O并隨同爐內(nèi)氣體從尾氣出口排出；
(D)高溫碳化裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進，在連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳 化區(qū)的爐管內(nèi)、非氧化性氣體保護下完成高溫碳化；
(E)出爐裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進，從爐尾的出口推出，得到粗顆粒碳 化物粉末。
低溫脫氧區(qū)的溫度升至600°C，從還原性氣體入口送入2m3/h的還原性氣體H2 ;低 溫脫氧區(qū)的溫度最高為800°C。
高溫碳化區(qū)的溫度升至2400°C，從保護性氣體入口送入O. 5m3/h的非氧化性氣體 Ar或N2或H2 ;高溫碳化區(qū)的最高溫度為2500°C。
所述進舟速度最好為每隔10分鐘進I個料舟。
由于在連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳化區(qū)前面設(shè)置一個低溫脫氧區(qū)，盛裝金屬粉末和 炭黑混合物的石墨舟皿經(jīng)過低溫脫氧區(qū)之后再進入高溫碳化區(qū)，這樣石墨舟皿中的粉末物 料從外面環(huán)境所帶入的氣體(包括可消耗碳/石墨的o2、H2o、co2)逐漸被爐內(nèi)的工作氣體置 換并釋放出來，其中的O2在低溫脫氧區(qū)與還原性氣體如H2反應(yīng)生成H2O,所有這些氣體隨 同爐內(nèi)的工作氣體介質(zhì)一起流向爐頭的尾氣出口而排出爐外，防止02、H2O, CO2等進入高溫碳化區(qū)，既可以保證所生產(chǎn)的碳化物粉末的碳含量符合要求，也可以防止爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱 體、保溫體等碳/石墨材料被損耗而縮短使用壽命，延長了碳化爐的修爐周期。


圖1是本發(fā)明的連續(xù)高溫碳化爐的剖面結(jié)構(gòu)示意圖2是圖1中低溫脫氧區(qū)2的橫剖面結(jié)構(gòu)示意圖(順時針旋轉(zhuǎn)90° );
圖3是利用本發(fā)明的連續(xù)高溫碳化爐連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的流程圖。
其中1—爐頭，2——低溫脫氧區(qū)，21——低溫脫氧區(qū)爐管，22——低溫脫氧區(qū) 保溫材料，23——電熱元件，3——高溫碳化區(qū)，31——高溫碳化區(qū)石墨爐管，4——爐尾， 5——石墨舟皿，6——尾氣出口，7——低溫脫氧區(qū)還原性氣體入口，8——保護性氣體入 口，9——第一法蘭，10——第二法蘭，11——第三法蘭具體實施方式
以下結(jié)合附圖和具體實施例，對本發(fā)明的粗顆粒碳化鎢粉生產(chǎn)用連續(xù)高溫碳化 爐，及粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)式生產(chǎn)方法作進一步的說明。
如圖1和圖2所示，本發(fā)明的粗顆粒碳化鎢粉生產(chǎn)用連續(xù)高溫碳化爐為隧道型、舟 皿推進式，主要由爐頭1、低溫脫氧區(qū)2、高溫碳化區(qū)3、爐尾4依序構(gòu)成，低溫脫氧區(qū)2位于 爐頭1、高溫碳化區(qū)3之間。低溫脫氧區(qū)的爐管21分別通過第一法蘭9和第二法蘭10與爐 頭I的爐管和高溫碳化區(qū)的爐管31連接。
低溫脫氧區(qū)2的爐管21材質(zhì)為耐熱鋼或陶瓷，利用電熱元件23加熱，保溫材料22 為無機非金屬耐火材料。低溫脫氧區(qū)2的溫度單獨控制，工作溫度低于高溫碳化區(qū)3的工 作溫度，其溫度單獨控制便于工藝控制，其爐管21內(nèi)送入還原性氣體如H2作為工作介質(zhì)， 該氣體入口 7位于低溫脫氧區(qū)2和高溫碳化區(qū)3之間。
高溫碳化區(qū)3的爐管內(nèi)輸入非氧化性氣體如Ar、N2或H2作為保護氣體，保護氣體 的流向依次為爐尾4——高溫碳化區(qū)3——低溫脫氧區(qū)2——爐頭I。
利用本發(fā)明的連續(xù)高溫碳化爐連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的方法，依次包括配 料、混合將質(zhì)量百分比為6. 13%的炭黑與余量粗晶金屬鎢粉末混合均勻；裝舟、送舟將混 合粉末物料用石墨舟皿裝盛，送入連續(xù)高溫碳化爐爐頭I的進料口，并按一定進舟速度推 入爐管，進舟速度最好為每隔10分鐘進I個料舟；低溫脫氧裝載粉末物料的石墨舟皿被 逐漸推送經(jīng)過連續(xù)高溫碳化爐的低溫脫氧區(qū)2，粉末物料從外面環(huán)境所帶入的氣體逐漸被 爐管內(nèi)的工作氣體置換并釋放出來，其中的O2在低溫脫氧區(qū)2與還原性氣體如H2反應(yīng)生 成H2O并隨同爐內(nèi)氣體從尾氣出口 6排出；高溫碳化裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進， 在連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳化區(qū)3的爐管31內(nèi)、非氧化性氣體保護下完成高溫碳化；出爐 裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進，從爐尾的出口推出，得到粗顆粒碳化物粉末。
低溫脫氧區(qū)2的溫度升至600°C，從還原性氣體入口 7送入2m3/h的還原性氣體如 H2 ;低溫脫氧區(qū)2的溫度最高為800°C。
高溫碳化區(qū)3的溫度升至2400°C，從氣體入口 8送入O. 5m3/h的非氧化性氣體如 Ar或N2或H2 ;高溫碳化區(qū)3的最高溫度為2500°C。
由于在連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳化區(qū)3前面設(shè)置一個低溫脫氧區(qū)2，盛裝金屬粉末和炭黑混合物的石墨舟皿經(jīng)過低溫脫氧區(qū)2之后再進入高溫碳化區(qū)3，這樣石墨舟皿中 的粉末物料從外面環(huán)境所帶入的氣體(包括可消耗碳/石墨的02、H20、C02)逐漸被爐內(nèi)的工 作氣體置換并釋放出來，其中的O2在低溫脫氧區(qū)2與還原性氣體如H2反應(yīng)生成H2O,所有這 些氣體隨同爐內(nèi)的工作氣體介質(zhì)一起流向爐頭的尾氣出口 6而排出爐外，這樣就可以防止02、H2O, CO2等進入高溫碳化區(qū)3，既可以保證所生產(chǎn)的碳化物粉末的碳含量符合要求，即所 生產(chǎn)的粗顆粒碳化鎢粉末的總碳為6. 13%，游離碳為O. 01% ;也可以防止爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱 體、保溫體等碳/石墨材料被損耗而縮短使用壽命，延長了碳化爐的修爐周期，使得高溫碳 化區(qū)3的爐管、發(fā)熱體、保溫體等碳/石墨材料的使用壽命達到10個月以上。
權(quán)利要求
1.一種連續(xù)高溫碳化爐，為隧道型、舟皿推進式，主要由爐頭(I)、高溫碳化區(qū)(3)、爐尾(4)依序構(gòu)成，其特征在于所述爐頭(I)、高溫碳化區(qū)(3)之間設(shè)置一個低溫脫氧區(qū)(2);低溫脫氧區(qū)的爐管(21)分別通過第一法蘭(9)和第二法蘭(10)與爐頭(I)的爐管和高溫碳化區(qū)的爐管(31)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)高溫碳化爐，其特征在于所述低溫脫氧區(qū)(2)的爐管(21)材質(zhì)為耐熱鋼或陶瓷，利用電熱元件(23)加熱，保溫材料(22)為無機非金屬耐火材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)高溫碳化爐，其特征在于所述低溫脫氧區(qū)(2)的溫度單獨控制，其工作溫度低于高溫碳化區(qū)(3)的工作溫度；低溫脫氧區(qū)爐管(21)內(nèi)送入還原性氣體作為工作介質(zhì)，該還原性氣體入口(7)位于低溫脫氧區(qū)(2)和高溫碳化區(qū)(3)之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的連續(xù)高溫碳化爐，其特征在于所述高溫碳化區(qū)(3)的爐管內(nèi)輸入非氧化性氣體作為保護氣體；所述連續(xù)高溫碳化爐內(nèi)保護氣體的流向依次為爐尾(4)—高溫碳化區(qū)(3)—低溫脫氧區(qū)(2)—爐頭(I)。
5.利用權(quán)利要求1-4之一所述的連續(xù)高溫碳化爐的連續(xù)生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的方法，依次包括 (A)配料、混合將質(zhì)量百分比為6.13%的炭黑與余量粗晶金屬鎢粉末混合均勻； (B)裝舟、送舟將混合粉末物料用石墨舟皿裝盛，送入連續(xù)高溫碳化爐爐頭(I)的進料口，并按一定進舟速度推入爐管； (C)低溫脫氧裝載粉末物料的石墨舟皿被逐漸推送經(jīng)過連續(xù)高溫碳化爐的低溫脫氧區(qū)(2)，粉末物料從外面環(huán)境所帶入的氣體逐漸被爐管內(nèi)的工作氣體置換并釋放出來，其中的O2在低溫脫氧區(qū)(2)與還原性氣體H2反應(yīng)生成H2O并隨同爐內(nèi)氣體從尾氣出口(6)排出； (D)高溫碳化裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進，在連續(xù)高溫碳化爐的高溫碳化區(qū)(3)的爐管(31)內(nèi)、非氧化性氣體保護下完成高溫碳化； (E)出爐裝載粉末物料的石墨舟皿繼續(xù)推進，從爐尾的出口推出，得到粗顆粒碳化物粉末。
6.如權(quán)利要求5所述的粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)式生產(chǎn)方法，其特征是低溫脫氧區(qū)(2)的溫度升至600°C，從還原性氣體入口(7)送入2m3/h的還原性氣體H2 ;低溫脫氧區(qū)(2)的溫度最高為800°C。
7.如權(quán)利要求5所述的粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)式生產(chǎn)方法，其特征是高溫碳化區(qū)的溫度升至2400°C，從保護性氣體入口(8)送入O. 5m3/h的非氧化性氣體Ar或N2或H2 ;高溫碳化區(qū)的最高溫度為2500°C。
8.如權(quán)利要求5所述的粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)式生產(chǎn)方法，其特征是所述進舟速度為每隔10分鐘進I個料舟。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生產(chǎn)粗顆粒碳化物粉末的連續(xù)碳化爐及方法，該爐為隧道型、舟皿推進式，由爐頭、低溫脫氧區(qū)、高溫碳化區(qū)、爐尾依序構(gòu)成；低溫脫氧區(qū)的爐管材質(zhì)為耐熱鋼或陶瓷，利用電熱元件加熱，保溫材料為無機非金屬耐火材料，其溫度單獨控制，低于高溫碳化區(qū)的工作溫度，送入還原性氣體H2作為工作介質(zhì)；高溫碳化區(qū)的爐管內(nèi)輸入非氧化性氣體作為保護氣體。保護氣體的流向依次為爐尾—高溫碳化區(qū)—低溫脫氧區(qū)—爐頭；生產(chǎn)方法包括配料、混合，裝舟、送舟，低溫脫氧，高溫碳化，出爐，得到粗顆粒碳化物粉末；本發(fā)明既可以保證所生產(chǎn)的碳化物粉末的碳含量符合要求，也可以防止爐內(nèi)的爐管、發(fā)熱體、保溫體等碳/石墨材料被損耗而縮短使用壽命。
文檔編號C01B31/30GK103033044SQ201210578780
公開日2013年4月10日 申請日期2012年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月27日
發(fā)明者吳湘?zhèn)? 羅勁松, 皮志明, 陸必志, 曾鳴, 曠仲池 申請人:株洲硬質(zhì)合金集團有限公司