一种电侧热隧道窑

技术领域

本发明涉及隧道窑技术领域，尤其是指一种电侧热隧道窑。

背景技术

窑车式隧道窑(简称隧道窑)是一种广泛应用于陶瓷、耐火材料、或金属制品热处理等领域的连续式生产的热工设备。窑车式隧道窑的炉体具有位于内部的隧道，在隧道的底部铺设有连续的轨道并且从隧道两端延伸出窑体外。炉体内配置有加热装置，可以将隧道内沿长度方向的不同的区域加热到不同的温度。隧道窑用于运载物料的工具为窑车(又称为台车)，窑车的底部安装有轮子，窑车的行进是依靠轮子在炉体隧道底部的轨道上的滚动。在轮式窑车的底部框架(车架)上铺设有耐火材料(窑车衬材)，窑车衬材与耐火材料制成的隧道窑的窑壁和窑顶形成一个封闭的高温空间，用于对产品进行高温煅烧。在窑车衬材之上放置待热处理的制品或材料，使窑车从炉体隧道的一端(窑头)进入隧道。窑车进入窑炉后，以顶进的方式行进，即后进入的窑车顶着前面的窑车，在窑炉的入口处有动力机构推着最后进入的窑车向前行进。窑车之间相互顶进，经过预热、烧成、冷却等工序，然后从隧道的另一端(窑尾)离开隧道窑完成热处理。

传统的隧道窑基本都是用燃料(比如天然气)喷入炉腔内燃烧，产生高温高速的烟气，用来加热物料，形成比较好的温场。而应用在对气氛敏感的材料煅烧的领域里(比如正极材料)，不能用这样的方式进行加热，只能用电加热器提供热源。

近年来，有技术人员尝试将传统的窑车式隧道窑进行改造后，应用于锂离子或钠离子电池的正、负极材料的高温煅烧，例如：公开号：EP3978854A1，发明名称：用于产品热处理的隧道炉、该隧道炉的操作方法及该隧道炉的用途的欧洲专利申请。在该专利中，发明人将隧道窑的炉腔设计成一个带有夹层的结构：由耐火材料形成了一个内炉腔，作为对加热对象进行热处理的空间，在内炉腔与窑炉的炉顶和两侧的炉壁之间构建一个夹层空间，作为气流通道。在窑炉两侧的夹层空间里设置有电加热器，用于加热气流。在内炉腔的顶部设置一个循环风机。循环风机将炉腔中的空气或者工艺气体吸入窑炉顶部的夹层，然后气流在循环风机的作用下从顶部夹层进入两侧炉壁的夹层中后，被其中设置的加热器加热。内炉腔与炉壁夹层空间之间的炉腔上开有小孔，小部分气流从夹层空间中通过小孔从侧面进入内炉腔。但是大部分加热过的气体通过夹层底部的开口进入炉腔，然后在炉腔中自下而上地流动，同时将热量传递给炉腔中摆放的加热对象。然后气流在炉顶被循环风机吸入炉顶的夹层，如此往复循环。该发明通过这样的方式，将炉腔内的气体与夹层内的气体循环流动起来，通过气体将夹层内加热器的热量传递给炉腔中的加热对象(对流加热)。然而，该专利揭示的技术存在下列几个重要问题：

首先，在流体力学中，根据雷诺数可知，当雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场。对于对流传热的模式来说，层流会造成温差的严重的差异，即热量在层流中不断的上升，造成上下空间的温度差异，相比之下紊流会形成较小的温差。该发明中炉内的气流只沿一个方向流动，即自下而上流动，就会形成层流现象，如果不对侧面进入的气流的方向和流速进行研究和精心设计，是无法在炉腔内形成良好的温度均匀性的。

第二，在该发明中，气流在炉腔和夹层中的循环过程中，需要排出一部分含废气的气体，同时向气流中补充一定的新鲜空气或者工艺气体。而该发明的进气口设置在炉壁夹层中的加热器下游位置(沿气流方向)。这样会造成冷空气或冷工艺气体直接进入内炉腔，不利于维持炉腔内稳定的温度场。

第三，某些物料在高温煅烧时，会有腐蚀性物质挥发进入循环气流中。例如，高温煅烧锂电或者钠电正极材料时，在高温下，会有含锂的强碱性物质从物料中挥发出来进入气流。而循环风机的叶片和转轴(通常是金属制成)在工作时，持续与高温且含有腐蚀性物质的气流接触，会导致叶片与转轴的快速腐蚀，寿命迅速减少。而且高温循环风机的价格十分昂贵，频繁更换循环风机或叶片和转轴，会造成生产成本过高。另外，腐蚀所产生的金属碎屑也会被气流带入高温煅烧的物料中，这对于有些煅烧产品例如锂电或者钠电的正、负极材料而言，是无法接受的，因为这样会导致严重的锂电池或者钠电池的安全问题。

发明内容

为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中隧道窑存在的实际问题，提供一种更加实用的电侧热隧道窑，在炉腔内喷入与主气流流动方向相反的扰动气流，对炉腔内的层流进行扰动，使炉腔内形成紊流，从而提高了有效的加热空间中的温度均匀性，有利于提高煅烧产品的质量和一致性。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种电侧热隧道窑，包括：

窑体；

隔板，设置在所述窑体内，在所述隔板内形成炉腔，在所述隔板和窑体之间形成夹层结构，所述夹层结构包括设置在所述隔板侧面与所述窑体之间的第一夹层、以及所述隔板顶面与所述窑体之间的第二夹层，在所述隔板侧面的底部设置有第一进气孔，所述第一进气孔与第一夹层连通，在所述隔板顶面设置有第二进气孔，所述第二进气孔与所述第二夹层连通，在所述隔板顶面设置有出气孔；

循环风机，设置在所述窑体的顶部，所述循环风机的抽气口与所述出气孔连通，所述循环风机的排气口与所述第二夹层连通，所述循环风机将所述炉腔内的气体抽入到第二夹层中，并驱动气体流向第一夹层；

加热器，设置在所述第一夹层中，对流动的气体进行加热处理；

其中，所述循环风机驱动气体从隔板底部的所述第一进气孔进入到炉腔中，再从所述炉腔顶部抽取气体，在炉腔中形成自下而上的第一气流，同时，所述循环风机驱动气体从隔板顶面的所述第二进气孔进入到炉腔中，在炉腔中形成自上而下的第二气流，所述第二气流在炉腔内对所述第一气流造成扰动。

在本发明的一个实施例中，还包括窑车，设置在所述炉腔中，在所述窑车上放置有多排物料堆垛，在物料堆垛与所述窑车之间设置有第一气流通道，所述第一气流通道正对所述第一进气孔设置，在物料堆垛与隔板之间、以及相邻两排物料堆垛之间均预留有第二气流通道，所述第二气流通道的一端与第一气流通道连通，所述第二气流通道的另一端正对所述第二进气孔设置。

在本发明的一个实施例中，在所述隔板的两侧面均设置有第一进气孔，位于两侧面的第一进气孔交错分布。

在本发明的一个实施例中，根据所述循环风机的压力和炉腔内的压力，控制所述第二进气孔的孔径，使所述第二气流的流速大于10m/s。

在本发明的一个实施例中，在所述隔板侧面的中部设置有第三进气孔，所述第三进气孔与第一夹层连通，所述循环风机驱动气体从隔板侧面的所述第三进气孔进入到隔板中，在隔板中形成第三气流，所述第三气流和所述第二气流在隔板内共同对所述第一气流造成扰动。

在本发明的一个实施例中，所述第三进气孔相对于水平面向下倾斜设置，所述第三气流自上而下流动。

在本发明的一个实施例中，根据所述循环风机的压力和炉腔内的压力，控制所述第三进气孔的孔径，使所述第三气流的流速大于10m/s。

在本发明的一个实施例中，在所述隔板的两侧面均设置有第三进气孔，位于两侧面的第三进气孔交错分布。

在本发明的一个实施例中，在所述窑体的顶部还开设有补充进气口和排气口，所述补充进气口与窑体的气体供应系统连通，所述补充进气口对应在循环风机的转轴和叶片位置设置。

在本发明的一个实施例中，所述隔板顶面为向所述窑体顶部方向突出的拱形结构，在所述炉腔顶部预留气流汇聚空间。

本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：

本发明所述的电侧热隧道窑，相比于传统技术的燃料隧道窑，提供了一种适用于气氛敏感材料煅烧的技术方案，采用加热器的电加热方式提供热源；相比于现有技术的电侧热隧道窑，在炉腔内喷入与主气流流动方向相反的扰动气流，对炉腔内的层流进行扰动，使炉腔内形成紊流，从而提高了有效的加热空间中的温度均匀性，有利于提高煅烧产品的质量和一致性。

附图说明

为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本发明的电侧热隧道窑的正面剖面结构示意图；

图2是本发明的电侧热隧道窑的炉内侧面剖面结构示意图；

图3是本发明的电侧热隧道窑的炉体侧面剖面结构示意图。

说明书附图标记说明：1、窑体；101、补充进气口；102、排气口；2、隔板；201、第一进气孔；202、第二进气孔；203、出气孔；204、第三进气孔；3、炉腔；401、第一夹层；402、第二夹层；5、循环风机；501、转轴；502、叶片；6、加热器；7、第一气流；8、第二气流；9、窑车；10、物料堆垛；11、立柱；12、第一气流通道；13、第二气流通道；14、第三气流。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

实施例1

参照图1所示，本发明提供一种电侧热隧道窑，包括：窑体1和设置在所述窑体1内的隔板2，所述窑体1和所述隔板2均为耐火材料制成，通过所述隔板2将所述窑体1的内腔分为双层结构，在所述隔板2内形成炉腔3，在所述隔板2和窑体1之间形成夹层结构，所述夹层结构包括设置在所述隔板2侧面与所述窑体1之间的第一夹层401、以及所述隔板2顶面与所述窑体1之间的第二夹层402，在所述隔板2侧面的底部设置有第一进气孔201，所述第一进气孔201与第一夹层401连通，在所述隔板2顶面设置有第二进气孔202，所述第二进气孔202与所述第二夹层402连通，在所述隔板2顶面设置有出气孔203；

本实施例的电侧热隧道窑还包括：循环风机5和加热器6，所述循环风机5设置在所述窑体1的顶部，所述循环风机5具有抽气口和排气口，设置所述循环风机5的抽气口与所述出气孔203连通，设置所述循环风机5的排气口与所述第二夹层402连通，这样，所述循环风机5将所述炉腔3内的气体抽入到第二夹层402中，并驱动气体流向第一夹层401；所述加热器6设置在所述第一夹层401中，所述加热器6为电加热器6；所述循环风机5驱动气体经过第一夹层401，在第一夹层401中，所述加热器6能够对所述循环风机5吹入的气体进行加热处理。气体加热后，从隔板2底部的所述第一进气孔201进入到炉腔3中，所述循环风机5再从所述炉腔3顶部抽取气体，在炉腔3中形成自下而上的第一气流7；同时，所述循环风机5驱动气体从隔板2顶面的所述第二进气孔202进入到炉腔3中，在炉腔3中形成自上而下的第二气流8，所述第二气流8在炉腔3内对所述第一气流7造成扰动。

根据在流体力学中的雷诺数可知，当雷诺数较小时，黏滞力对流场的影响大于惯性力，流场中流速的扰动会因黏滞力而衰减，流体流动稳定，为层流；反之，若雷诺数较大时，惯性力对流场的影响大于黏滞力，流体流动较不稳定，流速的微小变化容易发展、增强，形成紊乱、不规则的紊流流场，对于对流传热的模式来说，层流会造成温差的严重的差异，即热量在层流中不断的上升，造成上下空间的温度差异，相比之下紊流会形成比较小的温差。本申请正是利用了这一原理，在炉腔3内喷入与主气流流动方向相反的扰动气流，相当于增大了流体的雷诺数，对炉腔3内的层流进行扰动，使炉腔3内形成紊流，从而提高了有效的加热空间中的温度均匀性，有利于提高煅烧产品的质量和一致性。

具体地，为了实现物料在炉腔3中的运输，在所述炉腔3内设置有轨道，在所述轨道上还设置有窑车9，在所述窑车9上放置有多排物料堆垛10。为了实现第一气流7和第二气流8在物料堆垛10之间的流动，在本实施例中，在所述窑车9上设置有多排支撑物料堆垛10的立柱11，通过所述立柱11将所述物料堆垛10从所述窑车9上顶起，这样，在所述物料堆垛10与所述窑车9之间就形成了第一气流通道12。所述第一气流通道12正对所述第一进气孔201设置，第一气流7能够从第一进气孔201直接进入到第一气流通道12中。多排立柱11间隔设置，这样使物料堆垛10与隔板2之间、以及相邻两排物料堆垛10之间均预留有第二气流通道13。所述第二气流通道13的一端与第一气流通道12连通，所述第二气流通道13的另一端正对所述第二进气孔202设置，第二气流8经过第二进气孔202后能够直接喷射入第二气流通道13中。尽量保持第二气流8的流速，在第二气流通道13中与第一气流7相遇，造成第一气流7的剧烈扰动。

在本实施例中，参照图2所示，在所述隔板2的两侧面均设置有多个第一进气孔201，位于两侧面的多个第一进气孔201交错分布(分别是图2中的实线和虚线)，这样能使高速进入炉腔3的第一气流7交错分布，形成一个循环旋转的气流，可以使气流温度分布更加均匀。

在本实施例中，为了尽量增大流场中的雷诺数，使主气流能够剧烈扰动，设置第二进气孔202的直径要小于第一进气孔201，并且根据所述循环风机5的压力和炉腔3内的压力，控制所述第二进气孔202的孔径，使所述第二气流8的流速大于10m/s。尽可能的增大第二气流8的流速，形成剧烈的气流扰动，才能形成更好的温度均匀性。

实施例2

参照图1所示，在实施例1的基础上，为了尽可能的增大对第一气流7的扰动效果，在所述隔板2侧面的中部设置有第三进气孔204。所述第三进气孔204与第一夹层401连通，所述循环风机5驱动气体从隔板2侧面的所述第三进气孔204进入到隔板2中，在隔板2中形成第三气流14。所述第三气流14和所述第二气流8在隔板2内共同对所述第一气流7造成扰动。

具体地，设置所述第三进气孔204相对于水平面向下倾斜设置，使所述第三气流14自上而下流动，与炉腔3内自上而下的第二气流8方向相同，与炉腔3内自下而上的第一气流7方向相逆，对第一气流7进行扰动，提高炉腔3中的温度均匀性。

同理，为了尽量增大流场中的雷诺数，使主气流能够剧烈扰动，设置第三进气孔204的直径要小于第一进气孔201，并且根据所述循环风机5的压力和炉腔3内的压力，控制所述第三进气孔204的孔径，使所述第三气流14的流速大于10m/s。尽可能的增大第三气流14的流速，形成剧烈的气流扰动，才能形成更好的温度均匀性。

参照图3所示，在所述隔板2的两侧面均设置有多个第三进气孔204，位于两侧面的多个第三进气孔204交错分布(分别是图3上的空心和实心点)，这样能使高速进入炉腔3的第三气流14立体交错分布，加强对炉腔3中自下而上的第一气流7的扰动，可以使气流温度分布更加均匀。

实施例3

参照图1所示，在实施例1和2的基础上，在所述窑体1的顶部还开设有补充进气口101和排气口102。所述补充进气口101与窑体1的气体供应系统连通，将冷的新鲜空气或者工艺气体输入隧道窑内，并且，设置所述补充进气口101对应在循环风机5的转轴501和叶片502位置。冷的空气或者工艺气体从补充进气口101进入炉腔3后，可以对循环风机5的转轴501和叶片502进行一定程度的局部降温，同时，进入的新鲜气体也稀释了与循环风机5和转轴501接触的局部空间内的气流中腐蚀性物质的浓度，这两者对于缓解循环风机5的腐蚀，提高使用寿命起到很大的作用。

在本实施例中，冷的补充气体首先进入到第二夹层402中，然后再进入第一夹层401，被设置第一夹层401中的加热器6加热，才会进入炉腔3。这样就消除了进气对于炉腔3内稳定温场的影响，保证进入到炉腔3内的气体均为加热后的气体，有利于提高炉腔3内的温度均匀性。

具体地，为了消除或者大幅减缓腐蚀性气氛对循环风机5的影响，可以用陶瓷材料(例如氧化铝或者氧化锆)制成叶片502，或者，对叶片502和转轴501的表面进行陶瓷膜涂附，例如碳化钨陶瓷膜，这样可以大幅提升循环风机5的使用寿命。

在上述三个实施例中，设置所述隔板2的顶面为向所述窑体1顶部方向突出的拱形结构，在所述炉腔3顶部预留气流汇聚空间，这样更有利于气流在顶部的汇聚，减少了隔板2顶面和隔板2侧面连接处形成的气流死区，有利于提高炉腔3中的温度均匀性，而且这样也避免了废气在气流死区积聚，对高温煅烧的产品质量产生影响。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。