技术领域
[0001] 本
发明属于有色金属
冶炼工艺设备技术领域，更具体地说，是涉及一种焙烧
回转窑结构的改进。
背景技术
[0002] 焙烧窑（即焙烧回转窑）是对散状或浆状物料进行加
热处理的热工设备，焙烧窑在有色金属生产中占有重要的地位；该设备用来对
矿石，精矿及中间产物进行
烧结，焙烧等加热处理。
[0003] 现有的焙烧窑为中空的卧式圆筒形设备，窑身
外壳由
钢板卷成，略倾斜与
水平面（倾斜度为每米长度为20～60毫米），绕纵轴转动，
炉料沿轴向借坡度的作用，窑的回转和料的推
力向前运动。焙烧窑的长度可以数十米至一百数十米，直径从3米至6米或6米以上，随工艺要求而任意
选定。筒体由钢板卷成，是物料完成物理化学变化的容器，因而是焙烧窑的基体。为了适应高温，故筒体内均砌筑耐火材料（即
内衬）起保护筒体和减少
散热的作用。按照物料的变化过程，筒体内划分成各个工作带，如烘干带、予热带、分解带、烧成带（或反应带）等。还包括
支撑装置、传动装置、
燃烧器和加料设备，支撑装置承受回转部分的全部重量，其套数称为窑的档数，一般有4～8档，物料入窑形态通常采用溜槽给料方式。现有的焙烧窑主要是用于处理易于流动的炉料。
[0004] 由于世界经济的高速发展及
不锈钢行业的巨大需求，全球对金属镍的需求不断增加。随着可经济利用、品位较高的硫化镍矿资源日益枯竭，全球镍行业将资源开发的重点转向储量丰富但品位较低的红土镍矿（
氧化镍矿）。这势必对品位较低红土镍矿的冶炼工艺方法、工艺设备提出了更高的要求。
[0005] 还原熔炼生产镍
铁工艺（常用于品位较高的硫化镍矿的还原焙烧）：回转窑电炉法、回转窑
高炉法、回转窑鼓
风炉法中的现有焙烧回转窑设备具有处理量大特点。虽然对现有焙烧窑的结构进行了不断的改进，使其结构越来越复杂，直径大、窑体长、外形庞大；在实际的使用过程中，热效率很低、占地庞大，并且操作、维护困难，大大增加了劳动强度，还原时间难以掌握。而且，现有焙烧窑的造价不断提高，使很多中小型企业根本无法承受。
[0006] 镍铁生产还有回转窑生产粒铁法，该工艺是将低品位的红土镍矿经干燥、
破碎、筛分处理后，按比例与熔剂、还原剂混合，加入回转窑进行熔烧。矿石在焙烧回转窑中被还原，生成海绵状的镍铁
合金。合金与渣的混合物经水淬、冷却、破碎、筛分、
磁选或重选等处理得到粗镍铁粒。采用该方法在现有焙烧窑中加工低品位镍矿也存在生产效率低、镍的回收率低等缺点，以前未得到推广。
发明内容
[0007] 本发明就是针对上述问题，弥补
现有技术的不足，提供一种小型的焙烧窑，该焙烧短窑具有螺旋往返快速均匀给料、液压倾翻的排料方式、还原时间可控、热效率高、使用范围广、成本低的特点。
[0008] 为实现本发明的上述目的，本发明采用如下技术方案。
[0009] 本发明包括窑体，窑体的底座上设置有支撑
定位机构和传动机构，其结构要点：底座的下方设置有液压倾翻机构，窑体出料端设置有固体出料口和熔体出料口，窑体入料端侧方设置有具有燃烧器的窑头罩体，窑头罩体的侧方为给料机构。
[0010] 具体地，所述固体出料口为一个和熔体出料口为两个；两熔体出料口和固定出料口同在一个圆周上，该圆周即为窑体圆柱状内腔的底面圆周，两熔体出料口与圆心连线所呈的夹
角为120°。
[0011] 所述窑体内衬
耐火砖层，窑体出料端内腔
侧壁的上端设置有固体出料口，下端设置有熔体出料口，窑体出料端内腔的侧壁中部设置有观察口；窑体外部采用大圆弧过渡的封头结构；窑体外壁上的齿圈与传动机构的
齿轮相
啮合，齿轮通过减速机同变频
电机相连；窑体外壁上、齿圈的两侧还设置有轮带；所述支撑定位机构包括平托辊和有沿托辊，窑体入料端的轮带设置在平托辊上，窑体出料端的轮带设置在有沿托辊上；窑体出料端底座的底部具有固定铰接支座，底座的另一侧通过活动铰接支座同下方液压倾翻机构的顶杆相连。
[0012] 进一步地，所述齿圈与窑体的连接方式采用若干切向
弹簧板与窑体的外壁
焊接。
[0013] 更进一步地，所述液压倾翻机构包括两个固定铰接支座，两个活动铰接支座，以及两个
液压缸；两个固定铰接支座对称地设置在窑体轴向两侧、窑体出料端底座的底部，固定铰接支座一端与底座的底部焊接，另一端通过预埋于
基础里的地脚
螺栓把合，铰接支座之间采用销轴联接；两个活动铰接支座对称地设置在窑体轴向两侧、底座中部的下方，活动铰接支座一端与底座的底部焊接，另一端通过销轴与液压缸的顶杆相连，液压缸的底部通过预埋于基础地坑内的
地脚螺栓把合。
[0014] 所述窑头罩体包括第一
支架和第一支架上部的内衬耐火砖层的罩体，罩体上设置有与窑体入料端窑体入口对应的排烟口和燃烧器的火焰进口，排烟口经罩体内的烟道同烟气回收处理系统相连。
[0015] 进一步地，所述窑体与罩体之间设置有间隙，间隙为40～50mm。
[0016] 所述给料机构包括螺旋给料装置、行走装置和第二支架，行走装置的轨道一端设置在第二支架上，行走装置轨道的另一端具有行程限位
开关，并设置在第一支架上；固定在螺旋给料装置下方的给料支架两侧分别设置有位于轨道上的一组具有行走电机的主动轮和一组从动轮；螺旋给料装置包括螺旋给料筒，螺旋给料筒的入口端侧设置有同螺旋给料筒相连的给料电机，入口端上方为给料斗，出口端的下方为下料口。
[0017] 作为本发明的另一种优选方案，螺旋给料装置的螺旋给料筒一端设置有给料电机，可伸入窑体的一端设置有耐热密封罩，螺旋给料筒内置给料电机驱动的螺旋给料杆，螺旋给料杆的另一端设置在耐热密封罩内的耐热
轴承上；从动轮与耐热密封罩之间的螺旋给料筒及螺旋给料杆均采用耐热钢。以使螺旋给料装置能够承受窑体内的高温环境。
[0018] 作为本发明的一种改进，轮带与窑体外壁之间设置有若干垫板，垫板的左端位于轮带外，与窑体外壁焊接，并且其上焊有与轮带一侧相应的第二销
块，垫板的右端也位于轮带外，并在该端两侧、窑体的同一外圆周上分别焊接有第一销块；相邻垫板的第二销块焊接在该垫板的右端，垫板的右端与窑体焊接，相邻垫板的两第一销块分别焊接在该垫板的上下两侧。
[0019] 本发明焙烧短窑的窑体长度为1.5～15m，φ3～6m。
[0020] 本发明焙烧短窑的电气控制部分满足焙烧短窑的供电、供气、供风、螺旋行走、螺旋给料、液压倾翻排料、测温元件等的各部件同步、顺序工作的控制要求即可。
[0021] 与现有技术相比本发明的有益效果。
[0022] 本发明的焙烧短窑不仅用于低品位镍铁料、高品位的硫化镍矿的焙烧还原，还可用于处理废
蓄电池、氧化锌矿等；既可处理固体，也可处理熔体有色金属物料；具有如下优点。
[0023] （1）螺旋往返快速均匀给料：通过控制螺旋给料装置及行走装置向本发明焙烧短窑窑体内快速输送、均匀分布物料（矿料或
煤），停止给料时，螺旋给料机退至焙烧短窑给料机构侧，从而避免焙烧短窑内高温（1250～1350℃）烧损螺旋给料装置。另外，合理填加
配重，确保行走装置平稳运行；充分考虑行走电机的布线问题，设置简易布线结构。此结构简单，小巧，便于加工制作；较以往的溜槽给料方式使用方便，使用效果好。
[0024] （2）液压倾翻排料方式：本发明焙烧短窑设备水平布置，为使窑内物料顺利排出，采用液压倾翻排料。根据此焙烧短窑窑体短小的特点，将窑体、传动机构、支撑定位机构、底座一同倾翻一定的角度，将物料排出后，平稳复位。液压倾翻机构采用了两个液压缸同步运动，保证了焙烧短窑的平稳起停及复位。而现有焙烧窑窑体较长、结构复杂、用于单一工艺方法、单一产品，不适合液压倾翻排料；本发明焙烧短窑的液压倾翻机构可通过电气控制，大大提高了设备的自动化水平，因此效率高。
[0025] （3）还原时间可控：由于本发明焙烧短窑的窑体较为短小，而且密闭性好；因此，物料在窑体内腔的还原时间，可依据不同试验、不同的工艺要求，适度调节，通过人为调节电气程序实现还原时间的变化，即在焙烧短窑内还原的物料其还原时间可控。而现有焙烧窑窑体长，大致分为烘干带、予热带、分解带、烧成带（或反应带）；物料在还原带反应时，由于窑容积较大，作为还原剂的一氧化
碳气体的含量变化较大，还原时间也随之变化，很难掌握。
[0026] （4）热效率高：焙烧短窑设备只在窑头罩体与窑体之间有微量的间隙，该间隙与现有的回转窑设备相比较，微乎其微；因此，由燃烧器供给的热量几乎全部用于物料的还原焙烧，热量损失少，热效率高。
[0027] （5）使用范围广、成本低：本发明焙烧短窑不仅用于低品位镍铁料、高品位的硫化镍矿的焙烧还原，还可用于处理废
蓄电池、氧化铅锌矿等，既可处理固体，也可处理熔体有色金属物料，大大提高工业化设备的综合利用率；而且整个设备占地面积小、体积小，结构较为简单，因此造价低，对于中小型有色
金属加工企业尤为适合。
附图说明
[0028] 下面结合附图和具体实施方式对本发明的焙烧短窑作进一步说明。
[0029] 图1是本发明的结构示意图。
[0030] 其中，1为液压倾翻机构、2为底座、3为传动机构、4为支撑定位机构、501为固体出料口、502为窑体出料端、503为熔体出料口、5为窑体、504为窑体入料端、6为窑头罩体、602为燃烧器、7为给料机构。
[0031] 图2是图1的左视图。
[0032] 其中，601为第一支架、603为测温装置、604为火焰进口、505为弹簧板、605为进料通道、606为罩体、607为排烟口、608为烟道。
[0033] 图3是图1的俯剖视图。
[0034] 其中，506为观察口、507为窑体入口、8为间隙、710为给料斗、712为给料电机、715为轨道、714为第二支架。
[0035] 图4是本发明给料机构的结构示意图。
[0036] 其中，701为下料口、702为耐热轴承、703为耐热密封罩、704为行程限位开关、705为螺旋给料杆、706为螺旋给料装置、707为行走装置、708为从动轮、709为给料支架、711为主动轮、713为行走电机。
[0037] 图5是图4的A-A剖视图。
[0038] 其中，716为螺旋给料筒、717为配重。
[0039] 图6是本发明液压倾翻机构的结构示意图。
[0040] 其中，101为地脚螺栓、102为固定铰接支座、103为活动铰接支座、104为顶杆、105为液压缸、106为基础地坑。
[0041] 图7是本发明焙烧短窑倾翻排料时的工作状态图。
[0042] 其中，301为弹性柱销齿式
联轴器、302为齿轮支座、303为齿轮、304为变频电机、305为减速电机、401为平托辊、402为有沿托辊、403为沿、404为托辊支座、9为旋盖式油杯、10为耐火砖层、508为泥炮、509为圆钢件、510为齿圈、511为轮带、610为烟气出口。
[0043] 图8是本发明轮带的结构示意图。
[0044] 其中，512为第二销块、513为第一销块、514为垫板。
[0045] 图9是窑体出料端的结构示意图。
具体实施方式
[0046] 如图1所示为本发明焙烧短窑的结构示意图。本发明包括窑体5，窑体5的底座2上设置有支撑定位机构4和传动机构3，底座2的下方设置有液压倾翻机构1，窑体出料端502设置有固体出料口501和熔体出料口503，窑体入料端504侧方设置有具有燃烧器602的窑头罩体6，窑头罩体6的侧方为给料机构7。
[0047] 本发明焙烧短窑的窑体5长度为1.5m～15m，φ3～6m，内部砌筑耐火砖层10的厚度为230～300mm；附图1～9的焙烧短窑可用低品位红土镍铁矿制备高镍精矿所采用的设备，其长度为2.3m，φ1.9m。窑体5内衬耐火砖层10，窑体出料端502内腔圆形侧壁的外缘上分别有固体出料口501和熔体出料口503；固体出料口501和熔体出料口503为倾斜设置，固体出料口501内有耐火砖，并设置出料
门，熔体出料口503内为简易的泥炮508结构，泥炮508内置一圆钢件509；出料时人工敲击圆钢件509，通过设置的泥炮508将熔体物料从熔体出料口503排出；窑体出料端502内腔的圆形侧壁中部设置有观察口506。
[0048] 窑体5外部采用大圆弧过渡的封头结构，采用该结构避免了物料在窑体5内还原焙烧的过程中粉化，有利于还原焙烧。箍在窑体5筒身中部的外壁上的齿圈510与传动机构3的齿轮303相啮合，齿轮303通过齿轮支座302固定在底座2上，并通过弹性柱销齿式联轴器301依次同底座2上的减速机305和变频电机304相连，来驱动窑体5的旋转；采用变频电机304使本发明焙烧短窑窑体5转速在0.5～2.3r/min可调，从而满足不同试验工艺流程的需要。窑体5内的
工作温度通常在1000℃以上，窑体5内壁衬有耐火砖层10，窑体5外壁的温度约100℃左右，为避免窑体5外壁直接与支撑定位机构4的
接触，保护窑体5结构，在窑体5外壁上、齿圈510的两侧还设置有轮带511。
[0049] 所述支撑定位机构4包括平托辊401和有沿托辊402，两组平托辊401和两组有沿托辊402分别对称地设置在窑体5底部的两侧，平托辊401和有沿托辊402通过托辊支座404固定在底座2上，支撑窑体5的全部重量；托辊轴承采用滑动轴瓦结构，轴瓦采用
铸造锌合金材质。窑体入料端504的轮带511设置在平托辊401上，窑体出料端502的轮带511设置在有沿托辊402上；有沿托辊402是在托辊的两侧带有沿403，窑体出料端502的轮带511被限位于有沿托辊402的两沿403之间，防止窑体5在出料倾翻时，窑体5在支撑定位机构4上发生下滑。在齿轮支座302和两托辊支座404的上部设置有旋盖式油杯9，定期注油润滑，而齿圈510和齿轮303之间的润滑采用定时定量手动润滑方式，满足试验设备的功能要求。
[0050] 窑体出料端502的底座2底部、在窑体5的轴向两侧对称地设置有两组固定铰接支座102，底座2的另一侧通过活动铰接支座103同下方液压倾翻机构1的顶杆104相连。活动铰接支座103也是以窑体5轴向为中心线对称地设置有两组，相应地，液压倾翻机构1也为两组。
[0051] 如图2所示为本发明焙烧短窑的窑头罩体6的结构示意图。结合图1，窑头罩体6包括第一支架601和固定在第一支架601上部的罩体606，罩体606是由6mm厚的钢板焊接而成的圆形罩体606，其内衬耐火砖层10。与窑体入料端504相对的罩体606上设置有与窑体入口507对应的排烟口607和燃烧器602的火焰进口604，横贯罩体606的进料通道605与排烟口607相通，进料通道605可通过螺旋给料装置706的螺旋给料筒716，使螺旋给料筒716能够伸入窑体5内腔。排烟口607与罩体606内的烟道608相通，烟道608通过罩体606侧方的烟气出口610与具有离心式抽风机的烟气回收处理系统相连。在罩体606的下部还设置有测温装置603，测温装置603是由测温
热电偶及安装
法兰构成，用来测量窑体5内部的还原温度。
[0052] 另外，从图2中还可以看出，齿圈510与窑体5的连接方式采用若干切向弹簧板505与窑体5的外壁焊接，大大减轻了劳动强度。采用弹簧板505联结吸震能力好，不影响该处耐火砖的使用寿命。
[0053] 如图3所示为图1的俯剖视图。可以看到，给料机构7的螺旋给料装置706依次经罩体606上的进料通道605、窑体入口507伸入窑体5内腔，螺旋给料装置706端部的耐热密封罩703与窑体出料端502内腔侧壁之间的最小距离为700mm。固定在罩体606上的燃烧器602采用油气两用燃烧器602，以满足不同物料焙烧，以及不同工艺方法的需要；燃烧器602与窑体5轴线所呈的夹角为12.5°，该角度能够使燃烧器602喷入窑体5内的火焰直接与窑体5内底部物料层充分加热，更利于窑体5内物料的还原反应。窑体5与罩体606之间设置有间隙8，间隙8为40～50mm；其作用是：1）使旋转的窑体5与固定的罩体606之间保持适当距离，防止其因摩擦而造成设备磨损；2）通过此间隙8的调节，使本发明焙烧短窑窑体5内部形成适当的微
负压气氛，此气氛为物料还原的最佳气氛。也正是由于窑体5与罩体606之间存在微量间隙8，所以窑体5内腔的废气只有极少量从间隙8进入外部大气，大部分则进入烟气回收处理系统，由烟气回收处理系统收集，并处理回收；不仅环保，而且有效地
回收利用废气中的贵重稀有金属粉尘。
[0054] 如图4和图5所示分别为本发明给料机构7的结构示意图和其侧向视图。所述给料机构7包括螺旋给料装置706、行走装置707和第二支架714，行走装置707的轨道715位于罩体606的第一支架601和第二支架714之间，并固定在其上端；轨道715的上方为螺旋给料装置706，螺旋给料筒716的一端设置有给料电机712，可伸入窑体5的一端设置有耐热密封罩703，螺旋给料筒716内置由给料电机712驱动的螺旋给料杆705，螺旋给料杆705设置在耐热密封罩703内的耐热轴承702上；螺旋给料筒716于给料电机712端具有给料斗710，螺旋给料筒716于耐热密封罩703端具有开口向下的下料口701。螺旋给料筒
716与轨道715之间设置有给料支架709，螺旋给料筒716固定在给料支架709上端；给料支架709一端的两侧相对地设置有一组从动轮708，另一端的两侧相对地设置有一组主动轮711，主动轮711由固定在给料支架709侧方上的行走电机713驱动，在行走电机713相对的另一侧的给料支架709上设置有配重717，以使给料支架709平衡、稳定。在窑头罩体
6处的轨道715两侧上还分别设置有行程限位开关704，确保螺旋给料装置706在规定的行程内行走。
[0055] 如图6所示为本发明液压倾翻机构1的结构示意图。液压倾翻机构1包括两个固定铰接支座102，两个活动铰接支座103，以及两个液压缸105；两个固定铰接支座102对称地设置在窑体5轴向两侧、窑体出料端502底座2的底部，固定铰接支座102一端与底座2的底部焊接，另一端通过预埋于基础里的地脚螺栓101把合，铰接支座之间采用销轴联接；两个活动铰接支座103对称地设置在窑体5轴向两侧、底座2中部的下方，活动铰接支座
103一端与底座2的底部焊接，另一端通过销轴与液压缸105的顶杆104相连，液压缸105的底部通过预埋于基础地坑106内的地脚螺栓101把合。两组液压倾翻机构1确保了本发明焙烧短窑窑体5倾翻排料时，稳定地同步运行。液压倾翻机构1能够倾翻的角度为10～
15°。
[0056] 本发明液压倾翻机构1的液压缸105设置在基础地坑106内，以减少本发明焙烧短窑设备所占空间高度，减少投资。如果液压缸105设置在地面上，则势必须要同时提高底座前端
支点的高度，使整个焙烧短窑及相应设备的结构均要作以改变，会造成不必要的浪费。再如果液压缸105直接设置在底座2上，那么支点也应在底座2的上方，倾翻的部件是窑体5；然而，窑体5为圆筒形，若是一个液压缸105支撑窑体5翻转，显然不够稳定，则至少要对称地在窑体5两侧设置两个或两个以上，若要达到平稳翻转，液压缸105与窑体5之间的设置会比较复杂；而且，如果翻转窑体5会使齿圈510与传动机构3的齿轮303分离，在复位时由于
精度不好控制造成的机械误差，往往会使齿轮间出现啮合不佳的问题，长时间使用，存在安全隐患。
[0057] 如图7所示为本发明焙烧短窑倾翻排料时的工作状态图，结合图1的给料时的工作状态图，本发明的使用过程如下。
[0058] 在对低品位红土镍矿料进行还原焙烧时，传动机构3中的变频电机304启动，窑体5开始运转，燃烧器602首先采用柴油供热，测温装置603监测温度在工艺要求的范围内。
启动行走装置707的行走电机713及螺旋给料装置706的给料电机712，物料从给料斗710进入螺旋给料装置706的螺旋给料筒716内，由螺旋给料杆705向前端的下料口701输送，行走电机713驱动主动轮711，主动轮711带动给料支架709上的螺旋给料装置706，依次经罩体606上的进料通道605、排烟口607、窑体入口507，进入窑体5内腔；当螺旋给料装置706的螺旋给料筒716端部刚进入窑体5内腔，即开始由下料口701下料，并在螺旋给料装置706前行过程中物料不断由下料口701进入窑体5内腔，当从动轮708行至行程限位开关704处，此时螺旋给料装置706的耐热密封罩703与窑体5内腔侧壁的间距到达最小距离，行走电机713驱动主动轮711向后行驶，螺旋给料装置706的螺旋给料筒716从窑体5内腔抽出；根据工艺需要，在螺旋给料筒716抽出过程中可以继续给料，以及一次往复给料不够，可以多次往复给料。停止给料过程后，螺旋给料装置706退至窑头罩体6侧。在
1250～1350℃的温度条件下，还原80～100min，物料在窑体5内腔充分还原后，人工打开窑体出料端502的固体出料口501的出料门；液压倾翻机构1开始工作，底座2以固定铰接支座102为支点向前翻转，底座2上的传动机构3和支撑定位机构4随窑体5同时倾翻，物料从固体出料口501排后，转入水淬工艺；液压倾翻机构1复位，关闭固体出料口501的出料门，开始下一批物料的还原焙烧。
[0059] 在对低品位氧化铅锌矿料进行还原焙烧时，或处理废蓄电池时，给料工作过程以及翻转窑体5的过程同上。只是在排料时，人工敲击圆钢件509，通过设置的泥炮508将熔体物料从熔体出料口503排出。
[0060] 如图8所示为本发明焙烧短窑轮带511的结构示意图。为使焙烧短窑的窑体5耐高温，在高温条件下不
变形且正常运转；轮带511与窑体5外壁之间设置有若干垫板514，垫板514的左端位于轮带511外，与窑体5外壁焊接，并且其上焊有与轮带511一侧相应的第二销块512，垫板514的右端也位于轮带511外，并在该端两侧、窑体5的同一外圆周上分别焊接有第一销块513；相邻垫板514的第二销块512焊接在该垫板514的右端，垫板514的右端与窑体5焊接，相邻垫板514的两第一销块513分别焊接在该垫板514的上下两侧。通过上述结构，其优点是：1）将垫板514的一端同窑体5焊接一体，垫板514的另一端不与窑体5固定连接，通过设置第一销块513将垫板514轴向定位，在垫板514上安装第二销块
512，起到固定轮带511的作用；其安装方法简单，大大提高设备的安装效率。2）垫板514与窑体5固定的一端交替设置于轮带511的两侧，其上的第二销块512同样也交替设置于轮带511的两侧；由于第一销块513的厚度小于垫板514的厚度，在需要更换轮带511时，仅需将轮带511一侧的第二销块512卸下，即可将轮带511拆下了,故易于更换轮带511。
[0061] 如图9所示为本发明焙烧短窑窑体出料端502的结构示意图。由于固态物料出料较容易，因此在窑体出料端502上设置一个固体出料口501即可；而液态物料出料较为困难，因此在窑体出料端502上设置两个熔体出料口503，两熔体出料口503和固定出料口501同在一个圆周上，该圆周即为窑体5圆柱状内腔的底面圆周，两熔体出料口503与圆心连线所呈的夹角为120°。窑体出料端502的中部还设置有观察口506，正由于观察口506的开闭，因此不能再设置第三个熔体出料口503。
