[发明专利]一种安全环保高效的催化脱脂炉及其工艺

说明书

技术领域

本发明涉及催化脱脂技术领域，具体指一种安全环保高效催化脱脂炉,同时公开了使用该催化脱脂炉的工艺。

背景技术

粉末注射成型(PowderInjectionMolding，简写为PIM)由金属粉末注射成型(MetalInjectionMolding，简写为MIM)和陶瓷粉末注射成型(CeramicsInjectionMolding，简写为CIM)两部分组成，它是将现代塑料注射成型技术引入到粉末冶金领域而形成的一门新型粉末冶金近净成型技术。PIM的基本工艺流程是：选取符合PIM工艺要求的金属或陶瓷粉末和粘结剂，然后在一定温度下将粉末和粘结剂混合成均匀的喂料，经制粒后，在加热塑化状态下(～150℃)用注射成型机注入模具腔内成型而获得成型坯(GreenPart)，再利用化学或热分解方法脱除成型坯内的粘结剂，最后烧结致密化成为最终成品(WhitePart)。

PIM技术的关键在于粘结剂脱除工艺(又称脱脂工艺)，工业生产中主要应用的脱脂工艺有：热脱脂、溶剂脱脂、催化脱脂，其中20世纪90年代初BASF公司开发出的Metamold催化脱脂方法是目前应用于工业生产中最先进的PIM脱脂方法，其主要技术原理是采用聚甲醛作为主粘结剂并在硝酸或草酸的酸性气氛中快速催化裂解成甲醛气体而达到快速脱除粘结剂的效果。

现有的催化脱脂炉运行步骤：

①动电机让多翼片式离心风轮旋转并且炉膛加热升温到110℃～150℃，通入压缩空气和液化石油气或天然气点火燃烧，把废气管道排出的气体燃烧掉后排出大气中，同时通入氮气把炉膛内的空气通过废气管道全部吹赶出炉膛外，氮气流量用手动阀门、或电动伺服阀门调节，气体流量计检测流量。

②炉膛恒温，氮气继续通入炉膛内，待炉膛内的空气全部吹赶干净后(此过程需要的时间目前是通过设备设计计算而取保守值确定)，开始通入硝酸或草酸，硝酸或草酸流量通过酸泵转速调节，硝酸或草酸汽化成气体流动到待脱脂零件表面，与待脱脂零件内的聚甲醛粘结剂进行催化反应，聚甲醛裂解成甲醛气体随炉膛内的气流流动到废气管道，经燃烧后排出大气中。

③炉膛继续恒温，待脱脂零件内的聚甲醛粘结剂全部裂解完后(此化学反应过程需要的时间目前是通过生产经验、零件的材料、零件的厚度、所装入的零件总重量进行估算而确定的)，停止通入硝酸或草酸，此时氮气继续通入炉膛内，把炉膛内的硝酸或草酸蒸汽、反应出来的甲醛气体吹赶到废气管道燃烧。

④炉膛内的硝酸或草酸蒸汽、甲醛气体全部燃烧后排出炉膛外后(此过程需要的时间目前是通过设备设计计算而取保守值确定)。

这种催化脱脂炉及其工艺存在以下缺点：

1、安全隐患大。甲醛气体是易燃易爆、剧毒气体，其蒸气与空气形成爆炸性混合物，遇明火、高热能引起燃烧爆炸，在110℃～150℃温度下爆炸极限是5.4％～40.2％。目前的催化脱脂炉采取明火燃烧方式处理排放的甲醛气体，而且炉膛内的空气含量到目前为止未有其他技术可以检测，设备和液化石油气或天然气储罐、输送管道的使用、操作、管理稍有不慎容易引起爆炸事故。

2、环境危害大，不环保。炉膛排出的气体有甲醛、硝酸或草酸蒸气、氮气，而甲醛、草酸、液化石油气或天然气燃烧后变成二氧化碳CO2和水H2O，硝酸燃烧后变成二氧化氮NO2和水H2O，燃烧方式并不能将二氧化氮NO2还原为氮气N2和氧气O2，其中二氧化碳CO2和二氧化氮NO2是造成温室效应主要气体，且不断通入液化石油气或天然气燃烧会增加碳排放量。

3、生产成本高、效率低。由于炉膛内的空气含量不能监测，为了确保空气能完全排除，炉膛往往会长时间通入大量氮气，大大增加设备运行时间和氮气消耗量；同时，零件内的粘结剂脱除程度又不可以监测，生产中依据经验采用最保守的运行时间来处理，增加了硝酸或草酸、氮气、燃气等各种气体消耗量，延长了生产周期，降低了生产效率。

4、脱脂质量难以保证，生产过程难控制。如上述，由于零件的脱脂程度、脱脂速度不可检测，这会增加了生产过程参数(如硝酸或草酸输送速度、氮气流量、多翼片式离心风轮转速、脱脂时间等)控制难度，进而影响了脱脂质量。

因此，现有技术还有待于改进和提高。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的缺陷和不足，提供一种结构合理、操作方便、质量稳定、生产效率高的安全环保高效的催化脱脂炉及其工艺。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：