锰锌铁氧体回转窑设计探讨

1 引言
为了获得相对稳定的电磁特性、显微结构及机械性能的MnZn铁氧体产品，预烧工序必不可少，行业内大都采用回转窑设备进行预烧。目前国内锰锌铁氧体回转窑设计侧重点主要在能耗、产量、设备结构等，较少考虑氯离子含量、磁化度等质量因素。加大工艺对设计的参与度，可以把控制产品质量的工作延伸至设备制造阶段。
2 预烧的作用
2.1 消除生成ZnFe2O4时的异常膨胀的不良影响
生成ZnFe2O4的固相反应约在620℃~900℃之间进行。反应时，不是发生收缩，而是产生膨胀，由此形成的应力会导致磁芯产生裂纹。预烧后，生成ZnFe2O4的异常膨胀影响已经消除。
2.2 减小产品烧结收缩率和变形
固相反应生成铁氧体，使粉料得到了收缩，使得粉料在压制成型时的压缩比减小，从而给模具设计带来方便。在产品烧结时，产品的收缩率和变形也小，有利于控制产品的外形尺寸。
2.3 改善粉料的压缩性
预烧后的粉料松装密度增大，流动性好，易于在模具中填充，压缩比减小。
2.4 去除酸根和杂质
预烧能使原材料预先除去由于热分解而产生的气体，去除了酸根和非金属杂质，消除了部分组成变动，促进了成分的均匀化，从而减少了它们对产品性能的影响。
3 回转窑种类
实施预烧工艺的设备经历了由间歇式箱形炉、连续式推板窑至现代式回转窑的演变过程。箱形炉的生产量小、预烧周期长、温度重复精度低等缺点是显而易见的，而推板隧道窑虽然产量大、机械化程度高，但因其匣式装料方式的限制，预烧均匀性自然难以保证，于是回转窑预烧工艺得到广泛应用。软磁铁氧体预烧使用的回转窑结构通常有两种类型，一体式结构和分段式结构。
3.1 一体式结构
所谓一体式结构，即是加热管和冷却管联成一体并置于同一支座之上，前段为加热部分，后段为冷却部分，用一套驱动装置同步驱动运行。它的主要优点是制造与运行成本均低，而且整体占地面积小。但是它存在诸多缺点，例如：预烧料冷却效果较差，预烧处理能力有限等。
3.2 分段式结构
分段式结构是指加热管和冷却管分成两段，各自独立，分为加热窑和冷却窑两部分，分别有各自的托架支撑和传动装置驱动，且炉管也是各自控制调节，两段窑体之间由通道接口互联起来。相比于一体式结构，分段式回转窑因为冷却管独立，所以冷却效果极大的提升；同时加热管内外温差减小，延长了加热管的使用寿命。
3.3 回转窑工艺设计
现以上海宝钢磁业有限公司新设计的6000t/a粉体生产线为例，具体探讨软磁铁氧体粉料生产线的回转窑工艺设计。
3.4 上海宝磁公司老线预烧工序现状
1)老线单台回转窑产能较低，提高产能就必须增加设备数量，因此会产生多台设备同时生产一批料的情况，从而容易发生由于设备单体差异，使产品的一致性降低的现象。
2)由于采用干粉预烧工艺，原料呈粉末状，在炉管内流动性差；靠近管内壁的原料受热较快，而炉管中央的原料受热慢，容易产生粘壁，炉管内需要放置刮壁器，对炉管损伤较大；预烧温度偏高(>1000℃)，不仅电能消耗大，预烧料磁化度也偏高，影响质量。
3)预烧工序冷却效果较差，预烧料排出时温度超过300℃，需要继续放置一段时间，自然冷却后才能进入下一道工序，影响生产物流和效率。
3.5 设计思路
结合宝磁公司新制粉线生产工艺，预烧设备设计主要考虑：①采用分段式回转窑，物料经冷却后可至常温，不需要存放降温，提高生产效率；②回转窑产能提升；③降低Cl离子含量；④控制磁化度。
3.6 设计要点
1)炉管直径
炉管直径根据物料流量和填充率进行设计，填充率是指回转窑内物料所占容积与回转窑总容积之比，实际操作中填充率要选取得当，若过高则物料层过厚，不利于热传导，影响预烧质量；填充率过小则造成能源浪费，影响窑产量。回转窑填充率一般在3%~9%，以产能1吨/小时计算，当填充率为6%时，炉管直径D≈1.2m。
2)保温段长度
预烧的主要目的之一是消除生成ZnFe2O4时的异常膨胀对烧结带来的不良影响；生成ZnFe2O4的固相反应约在620℃~900℃之间进行，为使锌铁氧体充分生成，预烧料在该温度区域内要保证足够的停留时间，通常30~40min。
T = 0.433 x L / ( D x N ) x ( B / A )0.85
式中：T——物料滞留时间，min；
　L——炉管保温段长度，m；
　D——炉管直径，m；
　N——转速，rpm；
　B——物料流动角，度；
　A——炉管倾斜角，度；
其中炉管内径D=1.2m，转速N=1.0rpm，流动角B=28°，倾角A=1.5°，因此当滞留时间T≈40min时，保温段长度L≈10m。