[發(fā)明專利]基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐及合成方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911374606.0
• 申請(qǐng)日: 2019-12-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111141145B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-11-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 鄭華德;艾樹(shù)鶴;張明;朱志勇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南協(xié)同創(chuàng)新研究院
• 主分類號(hào): F27B17/00
• 分類號(hào): F27B17/00;F27D11/02;F27D17/00;F27D3/18;F27D3/14;C01G37/14;C01F17/206;B82Y30/00;B82Y40/00
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 付茵茵

1.基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐，其特征在于：包括中間殼體、若干燃燒合成器、落料斗、氣流輸送器、粉末分離器和二級(jí)粉末收集桶；若干燃燒合成器分別與中間殼體連接，落料斗連接在中間殼體的下部，中間殼體與落料斗連通構(gòu)成的容腔為合成爐內(nèi)腔；落料斗、氣流輸送器、粉末分離器和二級(jí)粉末收集桶依次連接，粉末分離器的上端與落料斗連通；

燃燒合成器包括熱電偶、電阻加熱絲和由內(nèi)向外依次設(shè)置的陶瓷管、陶瓷纖維加熱套、陶瓷纖維保溫氈；電阻加熱絲沿陶瓷纖維加熱套的內(nèi)側(cè)壁螺旋布置；陶瓷管的一端插入中間殼體，熱電偶的前端延伸至陶瓷纖維加熱套的內(nèi)側(cè)壁；

粉體合成爐還包括一級(jí)粉末收集桶，一級(jí)粉末收集桶與氣流輸送器的尾端連接；

氣流輸送器包括氣流輸送器殼體、導(dǎo)流板和壓縮氣噴管；氣流輸送器殼體相對(duì)的兩端均設(shè)有閥門(mén)，導(dǎo)流板和壓縮氣噴管從上至下依次、相對(duì)連接在兩個(gè)閥門(mén)之間的氣流輸送器殼體內(nèi)壁上；壓縮氣噴管水平延伸；導(dǎo)流板傾斜向下延伸，導(dǎo)流板的一端與氣流輸送器殼體內(nèi)壁連接、另一端向壓縮氣噴管的連接端延伸。

2.按照權(quán)利要求1所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐，其特征在于：陶瓷管遠(yuǎn)離插入中間殼體的一端安裝有陶瓷堵頭，陶瓷堵頭和陶瓷管之間通過(guò)高溫粘結(jié)劑封閉縫隙。

3.按照權(quán)利要求1所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐，其特征在于：中間殼體和安裝在中間殼體四周的若干燃燒合成器構(gòu)成一個(gè)合成器單元，所述粉體合成爐包括若干個(gè)依次層疊連接的合成器單元；最上部的合成器單元的中間殼體的上端設(shè)有頂蓋，頂蓋上設(shè)有尾氣過(guò)濾盒。

4.按照權(quán)利要求1所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐，其特征在于：粉末分離器包括粉末分離器殼體和水平設(shè)置在粉末分離器殼體內(nèi)的三層不同目數(shù)的濾網(wǎng)，粉末分離器殼體的上部設(shè)置有氣體管道，下部設(shè)置有入料管道；氣體管道位于濾網(wǎng)上方，與落料斗連通；入料管道正對(duì)壓縮氣噴管的噴口與氣流輸送器殼體連接。

5.按照權(quán)利要求2所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐，其特征在于：還包括供料系統(tǒng)，供料系統(tǒng)包括供料泵和供料管路，供料管路與陶瓷管設(shè)有陶瓷堵頭的一端連接。

6.按照權(quán)利要求1所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐的粉體合成方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）配制硝酸鹽溶液：根據(jù)所需制取的粉體總量計(jì)算所需各類硝酸鹽用量，稱取硝酸鹽并加入去離子水加熱溶解制得硝酸鹽溶液，將硝酸鹽溶液過(guò)濾除去不溶性雜質(zhì)；

或者根據(jù)所需制取的粉體總量計(jì)算出的各類硝酸鹽用量，采用氧化物、氫氧化物、碳酸鹽與硝酸反應(yīng)制成含相同量硝酸鹽的水溶液，將硝酸鹽溶液過(guò)濾除去不溶性雜質(zhì)；

(2)配制可燃燒溶液：將步驟(1)所得硝酸鹽溶液加熱至70~80℃保溫，加入尿素、聚乙二醇、檸檬酸、甘氨酸和蔗糖中的一種或多種作為燃燒劑，并繼續(xù)加熱至70~90℃蒸發(fā)濃縮，得到可燃燒溶液；

(3)連續(xù)自蔓延燃燒：開(kāi)啟所述粉體合成爐，將燃燒合成器加熱溫度設(shè)定為500℃~800℃，溫度穩(wěn)定后，將步驟（2）得到的可燃燒溶液連續(xù)輸入燃燒合成器，可燃燒溶液于陶瓷管中發(fā)生連續(xù)自蔓延燃燒，燃燒產(chǎn)生的粉末落入落料斗；

(4)粉末收集：當(dāng)燃燒產(chǎn)物為蓬松粉末時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟氣流輸送器的上下部閥門(mén)，粉末落入一級(jí)粉末收集桶；當(dāng)燃燒產(chǎn)物含有結(jié)渣時(shí)，開(kāi)啟氣流輸送器的上部閥門(mén)、保持下部閥門(mén)關(guān)閉，輸入壓縮氣，蓬松粉末被輸送至粉末分離器并落入二級(jí)粉末收集桶；

(5)煅燒處理：使用高溫窯爐對(duì)自蔓延燃燒產(chǎn)生的粉末進(jìn)行煅燒處理，調(diào)整煅燒工藝參數(shù)可得到易分散、晶粒尺寸為納米、亞微米或微米級(jí)的目標(biāo)粉體。

7.按照權(quán)利要求6所述的基于低溫自蔓延燃燒原理的粉體合成爐的粉體合成方法，其特征在于：步驟（4）中，當(dāng)合成過(guò)程中可燃燒溶液燃燒完全，燃燒產(chǎn)物為均勻、蓬松的絮狀粉末且不含結(jié)渣時(shí)，同時(shí)開(kāi)啟氣流輸送器的上下部閥門(mén)并停止輸入壓縮氣，此時(shí)粉末落入一級(jí)粉末收集桶；一定時(shí)間后預(yù)計(jì)桶內(nèi)即將裝滿粉末后快速關(guān)閉上部閥門(mén)，拆下并清空一級(jí)粉末收集桶，或直接用空的粉末收集桶替換，替換完成后再次開(kāi)啟上部閥門(mén)，粉末仍落入一級(jí)粉末收集桶；

當(dāng)合成過(guò)程中有可燃燒溶液燃燒不充分導(dǎo)致的液滴落下或者燃燒產(chǎn)物中有少量結(jié)渣時(shí)，開(kāi)啟氣流輸送器的上部閥門(mén)、保持下部閥門(mén)關(guān)閉，輸入壓縮氣，此時(shí)蓬松粉末被輸送至粉末分離器并落入二級(jí)粉末收集桶，一定時(shí)間后預(yù)計(jì)二級(jí)粉末收集桶內(nèi)裝滿粉末后，停止輸入壓縮氣并關(guān)閉氣流輸送器的上部閥門(mén)，迅速更換二級(jí)粉末收集桶后再開(kāi)啟上部閥門(mén)、輸入壓縮氣；每間隔5~10min進(jìn)行下部閥門(mén)開(kāi)關(guān)操作使結(jié)渣或團(tuán)聚物進(jìn)入一級(jí)粉末收集桶。