用气流床反应器排放氮气生产氮化硅结合碳化硅制品的隧道窑

摘要

用气流床反应器排放氮气生产氮化硅结合碳化硅制品的隧道窑，隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成隧道式烧结通道，工作压力≤0.1MPa，隧道截面积是气流床截面积的0.5--4倍，长度是气流床高度5--20倍，形成预热带、烧成带、冷却带；装在窑车上的利用晶体硅加工废砂浆回收的二元砂为原料制备的陶瓷毛坯由窑头进入隧道窑预热带，与烧成段带过来的高温氮气换热，完成毛坯预热；预热后的毛坯与气流床反应器排出的温度≤1600℃的氮气发生氮化烧结反应；进入冷却带，与制氮系统制备的氮气换热降温到200--600℃时出隧道窑，成为氮化硅结合碳化硅陶瓷材料；完成预热换热的氮气温度在300--800℃，从隧道窑预热带前部的排气通道排出，进入硅粉滤饼干燥机干燥硅粉。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用气流床反应器排放氮气生产氮化硅结合碳化硅制品的隧道窑，属于太阳能光伏电池晶体硅加工废弃物综合利用领域。 

背景技术

氮化硅结合碳化硅陶瓷材料是一种先进的工程陶瓷材料，具有高的室温和高温强度、高硬度、耐腐蚀性、抗氧化性和良好的抗热冲击及机械冲击性能，被材料科学界认为是结构陶瓷领域中综合性能优良的，在高科技、高温领域中获得广泛应用的一种新材料。 

晶体硅加工废砂浆是太阳能光伏电池生产加工过程中形成的混有40～50％PEG(聚乙二醇切割液)、45～30％SiC(切割磨料)、1～3％的铁粉(切割线磨损)、14～17％Si粉(晶体硅磨屑)的四元混合物系。 

申请人从2006年开始关注太阳能光伏电池晶体硅加工废砂浆的处理问题，探索研究最优化的回收利用技术。2011年4月22日提出了申请号201110101064.7的《光伏电池晶体硅加工废砂浆综合处理新方法》的发明专利申请，2011年08月12日提出了申请号201110238197.9《光伏晶体硅加工废砂浆综合处理技术》的发明专利申请，对前一个专利申请进行了补充完善。2012年6月26日又申请号201110238197.9《光伏晶体硅加工废砂浆综合处理技术》为优先权提出了申请号为201210207989.4《无污水和固体废物排放的晶体硅加工废砂浆综合处理技术》提出了以含SiC、Si二元砂为原料，利用气流床氮化合成纳米氮化硅的技术方案；之后对此方案的工业化生产技术进行了深入研究，发明设计了《利用 晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅产品的机组》，《用晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅粉体的气流床反应器》，而利用气流床反应器合成氮化硅微粉的过程排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的氮气的处理与利用就成为必须解决的问题。 

发明内容

本发明是对申请号201210207989.4《无污水和固体废物排放的晶体硅加工废砂浆综合处理技术》和此次一起申请的《用晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅产品的机组》，《用晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅粉体的气流床反应器》发明专利申请的补充与完善；主要解决气流床反应器合成氮化硅微粉的过程排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的氮气的处理与利用问题。 

本发明的目的是提供一种利用晶体硅加工废砂浆回收硅粉制备氮化硅粉体的气流床反应器排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的氮气烧结氮化硅结合碳化硅陶瓷材料的隧道窑。 

本发明的目的是这样实现的：隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成隧道式烧结通道，工作压力≤0.1MPa，隧道截面积是气流床截面积的0.5--4倍，长度是气流床高度5--20倍，形成预热带、烧成带、冷却带；装在窑车上的利用晶体硅加工废砂浆回收的二元砂为原料制备的陶瓷毛坯由窑头进入隧道窑预热带，与烧成段带过来的高温氮气换热，完成毛坯预热；预热后的毛坯与气流床反应器排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的氮气完成氮化烧结反应；进入冷却带，与制氮系统制备的氮气换热降温到200--600℃时出隧道窑窑尾，成为氮化硅结合碳化硅陶瓷材料；完成预热换热的氮气温度在300--800℃，从隧道窑预热带前部的排气通道排出，进入硅粉滤饼干燥机干燥硅粉。 

隧道窑采用分体笼式框架结构，以隧道窑窑车轨道、槽钢枕木和枕木连接槽钢为底座，辅以型钢立柱、横梁、连接杆构成笼式框架，外包板材形成隧道窑箱体，多个箱体连接组成隧道窑整体框架箱体。 

隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成隧道式烧结通道，采用耐火纤维板砌筑，隧道底部与窑车之间采用组合沙封密封，保持窑内工作压力在0.01--0.1MPa，防止隧道窑能量损失。 

隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成隧道式烧结通道，采用耐火隔热材料砌筑，与窑车之间采用迷宫式密封与多道沙封密封相结合的方式，保持窑内工作压力在0.01--0.1MPa，防止隧道窑能量损失。 

隧道窑采用气流床反应器排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的高温氮气为热源，不设燃烧室；气流床反应器排出氮气分布器相当于顶燃式燃烧室。 

隧道窑窑头、窑尾分别设置窑门，以便在隧道窑无窑车进出时封闭窑头、窑尾，减少窑内氮气及和热量损失。 

隧道窑预热带前段左右两侧各设置一条氮气排放通道，用于排放预热换热后的氮气，排放的氮气输入硅粉滤饼干燥机。 

隧道窑冷却带后段设置冷却氮气喷管，利用制氮装置剩余氮气冷却产品。 

沿隧道窑长度方向设置2--20个检测孔，用于检测反应器内压力温度变化情况，并以此为参考对整个配套机组进行自动控制。 

用于隧道窑烧成的原料是晶体硅加工废砂浆回收的二元砂和气流床反应器排出的氮气，其中二元砂粒径≤30um，其成分为Si＝40--20％、SiC＝60--80％、Fe₂O₃≤0.1％；气流床反应器排出的氮气温度≤1600℃，压力0.01～1.0MPa。 

兹结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。 

附图说明

图1是包括窑车的迷宫密封隧道窑氮气进口剖面图。 

图2是迷宫密封隧道窑剖面图。 

图3是包括窑车的平面密封隧道窑氮气进口剖面图。 

图4是平面密封隧道窑剖面图。 

图5是隧道窑外形主视图。 

图6是隧道窑平面剖视图。 

图中数字表示隧道窑结构：1为隧道窑导轨，2为导轨槽钢枕木，3为枕木连接槽钢，1、2、3合在一起构成隧道窑笼式框架底座；4为立柱、5为横梁，6为连接杆，7为砌体底板，8为沙盘密封板条，1～8合在一起构成隧道窑笼式框架；9为笼式框架外包钢板，10为迷宫密封砌体，11为耐火纤维板砌体，12为气流床反应器排出氮气分布器，13为隧道窑烧结隧道，14为窑车，15为预热带氮气排气通道，16为冷却氮气喷入管，17为窑门、18为测温、测压孔。 

具体实施方式

以下为本发明的具体实施例，但本发明的方法并不完全受其限制，所属领域的技术人员可以根据需要对其中的结构进行变化或调整。 

实施例1： 

如图1包括窑车的迷宫密封隧道窑氮气进口剖面图、图2是迷宫密封隧道窑剖面图、图5是隧道窑外形主视图、图6是隧道窑平面剖视图所示：隧道窑与配套的隧道窑窑车14组合形成隧道式烧结通道13，隧道窑工作压力≤0.1MPa，隧道截面积是气流床截面积的0.5--4倍，长度是气流床高度5--20倍，形成预热带、 烧成带、冷却带；装在窑车14上的利用晶体硅加工废砂浆回收的二元砂为原料制备的陶瓷毛坯由窑头进入隧道窑烧结隧道13的预热带，与烧成段带过来的高温氮气换热，完成毛坯预热；预热后的毛坯与从气流床反应器排出氮气分布器12进入的温度≤1600℃的反应氮气完成氮化烧结反应；窑车14与产品进入冷却带，与冷却氮气喷入管16喷入的氮气换热降温到200--600℃时出隧道窑，成为氮化硅结合碳化硅陶瓷材料；完成预热换热的氮气温度在300--800℃，从隧道窑预热带前部的排气通道15排出，进入硅粉滤饼干燥机干燥硅粉。 

隧道窑体采用分体笼式框架结构组合而成，以隧道窑窑车轨道1、槽钢枕木2、连接槽钢3为底座，辅以型钢立柱4、横梁5、连接杆6构成笼式框架，外包板材9形成隧道窑箱体，多个箱体连接组成隧道窑整体框架箱体(图5、6)。 

隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成的烧结隧道13，下部采用耐火隔热材料砌筑成与窑车隔热材料曲线吻合的迷宫槽10，上部采用耐火纤维板砌筑成隔热体11，隧道底部与窑车之间采用组合沙封密封，保持窑内工作压力在0.01--0.1MPa，防止隧道窑能量损失。 

由于隧道窑采用气流床反应器排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的高温氮气为热源，不设燃烧室；气流床反应器排出氮气分布器12相当于顶燃式燃烧室。 

隧道窑窑头、窑尾分别设置窑门17，以便在隧道窑无窑车进出时封闭窑头、窑尾，防止窑内氮气自窑头、窑尾逸出，造成窑内氮气及和热量损失。 

隧道窑预热带前段左右两侧设置氮气排放通道15，用于排放预热换热后的氮气，排放的氮气输入硅粉滤饼干燥机。 

隧道窑冷却带后段设置冷却氮气喷管16，利用制氮装置剩余氮气冷却产品。 

沿隧道窑长度方向设置2--20个检测孔18，用于检测反应器内压力温度变化情况，并以此为参考对整个配套机组进行自动控制。 

用于隧道窑烧成的原料是晶体硅加工废砂浆回收的二元砂和气流床反应器排出的氮气，其中二元砂粒径≤30um，其成分为Si＝40--20％、SiC＝60--80％、Fe₂O₃≤0.1％；气流床反应器排出的氮气温度≤1600℃，压力0.01～1.0MPa。 

实施例2： 

如图3包括窑车的平面密封隧道窑氮气进口剖面图、图2是平面密封隧道窑剖面图、图5是隧道窑外形主视图、图6是隧道窑平面剖视图所示：隧道窑与配套的隧道窑窑车14组合形成隧道式烧结通道13，隧道窑工作压力≤0.1MPa，隧道截面积是气流床截面积的0.5--4倍，长度是气流床高度5--20倍，形成预热带、烧成带、冷却带；装在窑车14上的利用晶体硅加工废砂浆回收的二元砂为原料制备的陶瓷毛坯由窑头进入隧道窑烧结隧道13的预热带，与烧成段带过来的高温氮气换热，完成毛坯预热；预热后的毛坯与从气流床反应器排出氮气分布器12进入的温度≤1600℃的氮气完成氮化烧结反应；窑车14与产品进入冷却带，与冷却氮气喷入管16喷入的氮气换热降温到200--600℃时出隧道窑，成为氮化硅结合碳化硅陶瓷材料；完成预热换热的氮气温度在300--800℃，从隧道窑预热带前部的排气通道15排出，进入硅粉滤饼干燥机干燥硅粉。 

隧道窑体采用分体笼式框架结构组合而成，以隧道窑窑车轨道1、槽钢枕木2、连接槽钢3为底座，辅以型钢立柱4、横梁5、连接杆6构成笼式框架，外包板材9形成隧道窑箱体，多个箱体连接组成隧道窑整体框架箱体(图5、6)。 

隧道窑与配套的隧道窑窑车组合形成隧道式烧结通道13，采用耐火纤维板砌筑隔热体11，隧道底部与窑车之间采用组合沙封密封，保持窑内工作压力在0.01--0.1MPa，防止隧道窑能量损失。 

由于隧道窑采用气流床反应器排出的温度≤1600℃的夹带少量氮化硅微粉的高温氮气为热源，没有燃烧室；气流床反应器排出氮气分布器12相当于顶燃式燃烧室。 

隧道窑窑头、窑尾分别设置窑门17，以便在隧道窑无窑车进出时封闭窑头、窑尾，防止窑内氮气自窑头、窑尾逸出，造成窑内氮气及和热量损失。 

隧道窑预热带前段左右两侧设置氮气排放通道15，用于排放预热换热后的氮气，排放的氮气输入硅粉滤饼干燥机。 

隧道窑冷却带后段设置冷却氮气喷管16，利用制氮装置剩余氮气冷却产品。 

沿隧道窑长度方向设置2--20个检测孔18，用于检测反应器内压力温度变化情况，并以此为参考对整个配套机组进行自动控制。 

用于隧道窑烧成的原料是晶体硅加工废砂浆回收的二元砂和气流床反应器排出的氮气，其中二元砂粒径≤30um，其成分为Si＝40--20％、SiC＝60--80％、Fe₂O₃≤0.1％；气流床反应器排出的氮气温度≤1600℃，压力0.01～1.0MPa。