一種安全環(huán)保高效的催化脫脂爐及其工藝的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及催化脫脂技術(shù)領(lǐng)域，具體指一種安全環(huán)保高效催化脫脂爐，同時公開了使用該催化脫脂爐的工藝。
【背景技術(shù)】
[0002]粉末注射成型(Powder Inject1n Molding，簡寫為PIM)由金屬粉末注射成型(Metal Inject1n Molding，簡寫為MIM)和陶瓷粉末注射成型(Ceramics Inject1nMolding，簡寫為CM)兩部分組成，它是將現(xiàn)代塑料注射成型技術(shù)引入到粉末冶金領(lǐng)域而形成的一門新型粉末冶金近凈成型技術(shù)。PIM的基本工藝流程是:選取符合PM工藝要求的金屬或陶瓷粉末和粘結(jié)劑，然后在一定溫度下將粉末和粘結(jié)劑混合成均勻的喂料，經(jīng)制粒后，在加熱塑化狀態(tài)下(?150°C)用注射成型機注入模具腔內(nèi)成型而獲得成型坯(GreenPart)，再利用化學(xué)或熱分解方法脫除成型坯內(nèi)的粘結(jié)劑，最后燒結(jié)致密化成為最終成品(White Part)ο
[0003]PIM技術(shù)的關(guān)鍵在于粘結(jié)劑脫除工藝(又稱脫脂工藝)，工業(yè)生產(chǎn)中主要應(yīng)用的脫脂工藝有:熱脫脂、溶劑脫脂、催化脫脂，其中20世紀(jì)90年代初BASF公司開發(fā)出的Metamold催化脫脂方法是目前應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中最先進(jìn)的PM脫脂方法，其主要技術(shù)原理是采用聚甲醛作為主粘結(jié)劑并在硝酸或草酸的酸性氣氛中快速催化裂解成甲醛氣體而達(dá)到快速脫除粘結(jié)劑的效果。
[0004]現(xiàn)有的催化脫脂爐運行步驟:
①動電機讓多翼片式離心風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)并且爐膛加熱升溫到110°C?150°C，通入壓縮空氣和液化石油氣或天然氣點火燃燒，把廢氣管道排出的氣體燃燒掉后排出大氣中，同時通入氮氣把爐膛內(nèi)的空氣通過廢氣管道全部吹趕出爐膛外，氮氣流量用手動閥門、或電動伺服閥門調(diào)節(jié)，氣體流量計檢測流量。
[0005]②爐膛恒溫，氮氣繼續(xù)通入爐膛內(nèi)，待爐膛內(nèi)的空氣全部吹趕干凈后(此過程需要的時間目前是通過設(shè)備設(shè)計計算而取保守值確定)，開始通入硝酸或草酸，硝酸或草酸流量通過酸栗轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，硝酸或草酸汽化成氣體流動到待脫脂零件表面，與待脫脂零件內(nèi)的聚甲醛粘結(jié)劑進(jìn)行催化反應(yīng)，聚甲醛裂解成甲醛氣體隨爐膛內(nèi)的氣流流動到廢氣管道，經(jīng)燃燒后排出大氣中。
[0006]③爐膛繼續(xù)恒溫，待脫脂零件內(nèi)的聚甲醛粘結(jié)劑全部裂解完后(此化學(xué)反應(yīng)過程需要的時間目前是通過生產(chǎn)經(jīng)驗、零件的材料、零件的厚度、所裝入的零件總重量進(jìn)行估算而確定的)，停止通入硝酸或草酸，此時氮氣繼續(xù)通入爐膛內(nèi)，把爐膛內(nèi)的硝酸或草酸蒸汽、反應(yīng)出來的甲醛氣體吹趕到廢氣管道燃燒。
[0007]④爐膛內(nèi)的硝酸或草酸蒸汽、甲醛氣體全部燃燒后排出爐膛外后(此過程需要的時間目前是通過設(shè)備設(shè)計計算而取保守值確定)。
[0008]這種催化脫脂爐及其工藝存在以下缺點:
1、安全隱患大。甲醛氣體是易燃易爆、劇毒氣體，其蒸氣與空氣形成爆炸性混合物，遇明火、高熱能引起燃燒爆炸，在110 °C?150 °C溫度下爆炸極限是5.4 %?40.2 %。目前的催化脫脂爐采取明火燃燒方式處理排放的甲醛氣體，而且爐膛內(nèi)的空氣含量到目前為止未有其他技術(shù)可以檢測，設(shè)備和液化石油氣或天然氣儲罐、輸送管道的使用、操作、管理稍有不慎容易引起爆炸事故。
[0009]2、環(huán)境危害大，不環(huán)保。爐膛排出的氣體有甲醛、硝酸或草酸蒸氣、氮氣，而甲醛、草酸、液化石油氣或天然氣燃燒后變成二氧化碳C02和水H20，硝酸燃燒后變成二氧化氮N02和水H20，燃燒方式并不能將二氧化氮N02還原為氮氣N2和氧氣02，其中二氧化碳C02和二氧化氮N02是造成溫室效應(yīng)主要氣體，且不斷通入液化石油氣或天然氣燃燒會增加碳排放量。
[0010]3、生產(chǎn)成本高、效率低。由于爐膛內(nèi)的空氣含量不能監(jiān)測，為了確保空氣能完全排除，爐膛往往會長時間通入大量氮氣，大大增加設(shè)備運行時間和氮氣消耗量；同時，零件內(nèi)的粘結(jié)劑脫除程度又不可以監(jiān)測，生產(chǎn)中依據(jù)經(jīng)驗采用最保守的運行時間來處理，增加了硝酸或草酸、氮氣、燃?xì)獾雀鞣N氣體消耗量，延長了生產(chǎn)周期，降低了生產(chǎn)效率。
[0011]4、脫脂質(zhì)量難以保證，生產(chǎn)過程難控制。如上述，由于零件的脫脂程度、脫脂速度不可檢測，這會增加了生產(chǎn)過程參數(shù)(如硝酸或草酸輸送速度、氮氣流量、多翼片式離心風(fēng)輪轉(zhuǎn)速、脫脂時間等)控制難度，進(jìn)而影響了脫脂質(zhì)量。
[0012]因此，現(xiàn)有技術(shù)還有待于改進(jìn)和提高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術(shù)的缺陷和不足，提供一種結(jié)構(gòu)合理、操作方便、質(zhì)量穩(wěn)定、生產(chǎn)效率高的安全環(huán)保高效的催化脫脂爐及其工藝。
[0014]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案:
本發(fā)明所述的一種安全環(huán)保高效的催化脫脂爐，包括機架和催化爐，所述機架內(nèi)懸空設(shè)有稱重架，稱重架通過稱重模塊與機架連接，且催化爐固定安裝在稱重架上;所述機架上設(shè)有尾氣回收裝置，催化爐上設(shè)有與尾氣回收裝置連接的尾氣管。
[0015]根據(jù)以上方案，所述尾氣回收裝置包括水箱、水動力栗和中繼裝置，水箱上連接有供水閥和排污閥，所述中繼裝置連接在水箱的頂板上，且水動力栗輸出端和尾氣管分別與中繼裝置連接，水動力栗輸入端連接在水箱上。
[0016]根據(jù)以上方案，所述中繼裝置包括真空栗，真空栗固定連接在水箱的頂板上，真空栗的兩端分別與水動力栗輸出端和水箱連接;所述真空栗上連接有止回閥，止回閥與尾氣管連接。
[0017]根據(jù)以上方案，所述水箱內(nèi)設(shè)有緩沖器，緩沖器呈上大下小的喇叭狀設(shè)置，且緩沖器的下端口設(shè)于水箱的工作液面下方，緩沖器的上端口與真空栗連接。
[0018]根據(jù)以上方案，所述水箱的一側(cè)壁上連接有溢流三通，緩沖器下端口的水平高度低于溢流三通，溢流三通的另外兩端口上分別設(shè)有廢氣管和溢流管。
[0019]根據(jù)以上方案，所述水箱的頂板上設(shè)有循環(huán)氣管，循環(huán)氣管兩端分別連通水箱和尾氣管。
[0020]根據(jù)以上方案，一種安全環(huán)保高效的催化脫脂爐工藝，工藝步驟如下:
a、首先計算催化爐內(nèi)的待脫脂零件所含的粘結(jié)劑聚甲醛總重量為J，得出脫脂反應(yīng)所需的硝酸用量為X，氫氧化鈣粉末的使用量為C，以摩爾濃度比J+X: C = 1:1的比例在水箱內(nèi)投入氫氧化鈣粉末;再打開供水閥向水箱內(nèi)注水使液面與逆流口持平，啟動水動力栗、真空栗、水箱之間的管道通路使水箱內(nèi)的水和氫氧化鈣粉末充分?jǐn)嚢?0-15分鐘，得到飽和的氫氧化鈣溶液且該溶液的PH值在11-14之間；
b、啟動催化脫脂爐并使其爐膛內(nèi)的溫度上升至110°C?150°C，同時給催化爐內(nèi)通入氮氣使?fàn)t膛內(nèi)的空氣從尾氣管排出；水動力栗、真空栗、水箱之間的循環(huán)通路工作使尾氣管產(chǎn)生真空效應(yīng)，從而催化爐內(nèi)排出的空氣和氮氣混合氣體從真空栗進(jìn)入水箱并使氫氧化鈣溶液加熱到50°C-60°C，該部分混合氣體通過溢流三通排出且溢流三通通過廢氣管和溢流管分別連接廢氣污水處理系統(tǒng)進(jìn)行后處理;所述催化爐運行產(chǎn)生的排氣量與水動力栗驅(qū)動的真空栗吸氣量之間存在氣量差，該氣量差通過循環(huán)氣管連接水箱和廢氣管得以平衡；
c、保持催化爐的爐膛恒溫，并加入硝酸或草酸進(jìn)行脫脂反應(yīng)，脫脂過程中產(chǎn)生的氮氣、硝酸或草酸蒸汽、甲醛混合廢氣經(jīng)過真空栗進(jìn)入水箱內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)，真空栗下端的緩沖器出口在水箱內(nèi)氫氧化鈣溶液液面下方400-500mm，從而使混合廢氣與氫氧化鈣溶液得以充分反應(yīng)；
d、上述過程中待脫脂零件的隨著脫脂反應(yīng)的進(jìn)行其上的粘結(jié)劑不斷減少，待脫脂零件的總重量通過稱重模塊連接PLC控制系統(tǒng)監(jiān)測，PLC控制系統(tǒng)根據(jù)失重曲線變化調(diào)節(jié)硝酸或草酸的輸送速度、氮氣流量、催化爐內(nèi)風(fēng)機轉(zhuǎn)速，以提高脫脂反應(yīng)效果；當(dāng)失重曲線停止變化時由PLC控制系統(tǒng)延時60分鐘后切斷硝酸或草酸的供應(yīng)，等待90-120分鐘用氮氣將催化爐內(nèi)的硝酸或草酸蒸汽、甲醛混合廢氣排空；
e、關(guān)停催化爐使其常溫冷卻、切斷氮氣輸送，尾氣回收裝置繼續(xù)運行60-120分鐘，最后將水箱內(nèi)的溶液通過排污閥連接到廢氣污水處理系統(tǒng)進(jìn)行處理并排放。
[0021]本發(fā)明有益效果為:本發(fā)明結(jié)構(gòu)設(shè)置合理，安全可靠，脫脂尾氣處理過程無明火避免甲醛的易燃易爆風(fēng)險，經(jīng)過處理的尾氣無二氧化碳和二氧化氮排放，減少溫室氣體的排放，可實時監(jiān)控脫脂過程，縮減生產(chǎn)周期和助劑消耗量，有效提高生產(chǎn)效率和脫脂質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的整體正視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是本發(fā)明的立體視角結(jié)構(gòu)示意圖；
圖3是本發(fā)明的尾氣回收裝置部分結(jié)構(gòu)示意圖；
圖4是本發(fā)明的尾氣回收裝置內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023]圖中:
1、機架;2、催化爐;3、水箱；11、稱重架；12、稱重模塊;21、尾氣管;22、循環(huán)氣管;31、水動力栗；32、供水閥；33、排污閥；34、真空栗;35、止回閥；36、； 37、溢流三通；38、廢氣管；39、
溢流管。
【具體實施方式】
[0024]下面結(jié)合附圖與實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說明。
[0025]如圖1-4所示，一種安全環(huán)保高效的催化脫脂爐，包括機架I和催化爐2，所述機架I內(nèi)懸空設(shè)有稱重架11，稱重架11通過稱重模塊12與機架I連接，且催化爐2固定安裝在稱重架11上;所述催化爐2以及其組件均固定安裝在稱重架11上與其呈一體，稱重架11通過4個稱重模塊12分別與機架11組裝連接，稱重模塊12上的重量傳感器與外部PLC控制系統(tǒng)連接，從而獲得催化爐2內(nèi)的待脫脂零件實時重量變化數(shù)據(jù)，進(jìn)一步根據(jù)預(yù)設(shè)測算得知催化脫脂過程中，零件上所含的粘結(jié)劑消耗情況，縮減生產(chǎn)周期和助劑消耗量，提高脫脂效率和質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本。
[0026]所述機架I上設(shè)有尾氣回收裝置，催化爐2上設(shè)有與尾氣回收裝置連接的尾氣管21 ；所述尾氣回收裝置包括水箱3、水動力栗31和中繼裝置，水箱3上連接有供水閥32和排污閥33，所述中繼裝置連接在水箱3的頂板上，且水動力栗31輸出端和尾氣管21分別與中繼裝置連接