专利名称：用中频炉输入氢气冶炼高钛渣的方法
技术领域：
本发明是利用火法生产出高纯度二氧化钛(TiO2)的一种方法。并同属于用电能冶炼出高钛渣的方法。
背景技术：
现我国大多数冶炼高钛渣和钛渣的方法，都还是在用1996年从乌克兰引进的电弧炉用石墨电极产弧生成高温1800°C左右，一次性熔融冶炼出高钛渣、钛渣的方法。因电孤炉的电极难于密闭式冶炼，所以它的能耗高、质量差、污染严重、资源浪费大等等。
发明内容
本发明是用中频炉内加上耐热钢作的坩锅，它能耐热到1450°C左右的高温。把钛、 铁精矿和一定比例碳混合后，做成料球加入坩锅内后，盖好炉盖加以密闭式冶炼，盖上焊有一根Φ 32的出气管与水除尘器、抽风机成一个整体，能很好地除尘。当料球加满盖好盖后， 控制屏上启动开关向中频炉通电，使耐热钢坩锅和料球都在涡流作用下，把电能转变成热能，使料球产生高温，因坩锅和料球都是较好的导磁体。同时开启抽风机，把炉内所产生较少量的出炉气体抽出冶炼炉，经水除尘后排出。本发明的方法是在同一炉体内对铁、钛精矿进行的两步冶炼法第一步，当炉内温度升到近1080°C -1120°C时，我们开动全水煤气发生炉，由坩埚下面的全水煤气进口，向坩埚内输入全水煤气(H2+C0)，坩埚内的料球中的三氧化二铁、氧化镁、二氧化锰等温度在 IOSO0C -1120°C的温度内，与全水煤气中的高温氢气、煤气和炉内的碳，在固态下产生还原反应是Fi5203+3C0 = 2Fe0+3C02,Fe203+3C = 2Fe+3C0,Mg0+H2 = Mg+H20 (金属镁和水蒸气，都是成气态被抽风机抽出炉体外。因金属镁沸点是1090°C )。Mn02+2C0 = Mn+2C02 Mn02+2H2 = Mn+2H20等(还原出来成固态)，并把炉内冶炼温度保持在1100°C左右。这样所有炉内料球中的物质都在固态下进行很好的还原，特别是全水煤气中的高温氢气，能把现有冶炼炉内不能还原的矿如Mg0、Mn02···.还原成金属后，就从与钛、铁精矿中分离出来后除去，只留下的是高钛渣(TiO2)在炉内，这样使炉内的高钛渣中的TiO2高得94%-98%左右。可是现有技术是用一步熔融冶炼法，冶炼矿在熔融状态下进行，一步就还原出铁与高钛渣。要把其它氧化矿用现有技术冶炼金属，是根本不可能的。现有技术冶炼出高钛渣中的TiO2最高含量才94%，外还含有3%左右的铁，和其它氧化矿等杂质。现有技术因是用高温把TW2和氧化铁一起熔融冶炼，氧化铁在熔融状态下用碳去还原成铁，又因少数氧化铁被包裹在熔融下的T^2中，很难还原成铁，熔融体从炉体一起流出后，冷却去分选，细小的铁末就混在高钛渣中，所有高钛渣中含铁在3%左右，再加上不能还原的其他氧化矿，所以冶炼出的TiO2 质量差。现有技术中的氢气的来源，可以电解水或把含氢的甲烷、丙烷、氨气等裂变也能得到。可是他们得到后的是低温氢气，当氢气再升温过程中，是非常危险的。而裂变过程中， 所产生氢气都有一定危险性。
本发明用的全水煤气炉是碳电阻炉把碳通过电流后把电能转变成热能，使碳元素升高成高温850°C -1100°C的碳后，也可用高温耐热钢坩锅把坩锅中的碳升温到 8500C -1100°C后，都在密闭状态下输入水蒸气，生产出全水煤气(C+H20 = H2+C0)。再把全水煤气输入冶炼中频炉内。两步法的第一步是在一定时间段内保持中频炉坩埚内温度在1100°C左右，进行固态还原。当固态下还原反应基本完成后，再用第二步法升高中频炉控制屏的电压，使中频炉坩埚内升温到1300°C -1350°C (由温度表显示)，使坩埚内被还原出的生铁锰等融化变成液态后，开启炉底的出铁口流出液态生铁锰合金，这样使铁与渣(TiO2)很好的分离，炉内余下的是高含量的，真正较高纯度的高钛渣，TiO2含量在98%左右。上述方法，是冶炼过程中矿中的TiO2是不会参加反应的，因为炉内温度不低于 1100°C，不高于1150°C。这样能使矿中的其他杂质狗203、1%0、111102等都在固态下很好地被还原出来变成金属。并且在第二次升温变成液态，被迫从炉底流出后，得到铁与高钛渣的很好分离。使炉内冶炼出来的TiO纯度更高。并且还不用再升温到1800°C左右熔融TiO2，就减少了能耗，节约了电能，把坩埚上的盖打开后，转动中频炉，从炉顶的出钛渣口倒出高品位的高钛渣，并且减少了现在技术的粉碎后，去分选等工艺。这样就完成了整个冶炼过程， 再次加入料球开始下一炉的冶炼。具体实施本发明的主体冶炼炉体是中频炉(1)，炉胆是耐热钢做成的坩锅(2)。外层有石英沙作成的外套(3)，外套外是通水的扁铜线圈G)，它与中频炉控制屏(5)连接，控制屏(5) 又与电力变压器(6)的低压端都用铜导电线04)去连接，变压器(6)再与电网电源连接后，构成一个供电主体。耐热钢坩锅(2)上有炉盖(7)用来密闭坩锅的，盖上有一根出炉气管(8)，它与冷凝器(9)连接，冷凝器是用钢板(10)卷制而成，冷凝器上有喷水龙头(11)与水源连接，冷凝器中分成两半，在喷水龙头(11)下部是钻有多孔钢隔板(1 四片，焊在冷凝器中，使出炉气好与冷却水很好接触，得到冷却、除尘的效果。冷凝器下面是积尘器(13) 与出水口(14)出炉气经除尘冷却后经冷凝器输入进气管(8)，它连接抽风机(1 再用输气管(14)连接储气柜(16)把出炉气装入并作处理，耐热钢坩锅底部有一个出铁口(17)它与炉底的石英沙的出铁口(18)相通，石英沙铁口可用耐火泥在平时是堵住的，在要出铁时打开，出完后又堵住。耐热钢坩锅( 下部还有一个全水煤气输入口(19)它用来把全水煤气发生炉00)所产生的全水煤气输入冶炼中频炉的耐热钢钳锅O)内，与高温的氧化矿反应还原成金属。如(Mg0+H2 = Mg+H20) (Mn02+2H2 = Mn+2H20)。本发明的全水煤气发生炉00)的结构与冶炼矿石的中频炉(1)相同，只是体积小得多，电功率是冶炼中频炉的1/2-1/3左右。它的耐热钢钳O)内只装冶金焦煤，当通电后， 炉体把电能由耐热钢坩锅( 转变成热能，高温温度计上显示使钳锅内冶金焦煤升温到850°C -1100°C后，外有烧水蒸汽锅炉0 所产生的水蒸汽经出气管(8)输进由坩锅底部的进水蒸气口输入水蒸气，水蒸气被高温焦煤分解成全水煤气(H20+C = 4+C0)，再由坩锅顶部的出气管(8)输入冶炼中频炉底的全水煤气口(19)输入冶炼坩锅内，使坩锅内高温料球中的氧化矿产生还原反应(H2+Mg0 = Mg+H20)(都成蒸气被抽出炉外)(Mr^2+2H2 = Mn+2H20)、(3C0+Fe203 = 2Fe+3C02)、(3C+Fe203 = 2Fe+3C0)，都在固态下反应，生成固态金属铁、锰。还原反应基本完全反应完后，把冶炼中频炉由控制屏调高电压，高温温度计03)上显示，使钳锅( 升温到1300°C -1350°C左右，这样炉内固态的生铁、锰被熔化成液态生铁锰合金，坩锅出铁口流出(17)被打开石英出铁口(18)后把液态的生铁锰合金铸绽后成产品，等液态流出完后，打开坩锅盖，再转动中频炉体，把产品高钛渣倒出，等冷却后包装成产品。就完成全冶炼过程。再次打开冶炼中频炉盖(7)加入料球后盖好炉盖(7)与再次加入冶金焦炉到水煤气发生炉00)的钳锅O)内，盖好炉盖(7)再进行下一炉冶炼，周而复始地进行。钛铁金矿直接冶炼成高钛渣、生铁锰合金，都是在密闭状态下进行。全炉的材料成型系统、运输系统、起重系统、供水、供电系统等不直接属于本发明之内，所以在此不用多说。钛铁金矿直接冶炼成铁锰合金与高钛渣冶炼炉，可分为大、中、小型，年产高钛渣为3万吨、1万吨、3000吨等。以上是本发明最佳优选实例，用电作为能源的冶炼矿石中频炉与全水煤气中频炉。并用两步法冶炼出生铁、锰合金，同进冶炼出高品位高钛渣，用此方法去冶炼铜、锑、锌、 镁、钼、铅等金属，或用多种方法产生氢气用来冶炼各种形态的大小变形炉都说明本发明范围内。
1、冶炼中频炉
2、耐热钢坩锅
3、石英沙外套
4、通水扁铜线圈
5、控制屏
6、电力变压器
7、坩锅炉盖
8、出炉气管
9、冷凝器
10、钢板
11、喷水龙头
12、多孔钢隔板
13积尘器
14、出水口
15、抽风机
16、储气柜
17、坩锅出铁口
18、石英沙出铁口
19、全水煤气输入管
20、全水煤气中频炉
21、进水蒸汽口
22、烧水蒸汽锅炉
23、尚温温度计
24、铜导电线
权利要求
1. 一种中频炉输入氢气冶炼出高钛渣的方法其特征是1以主体冶炼炉体中频炉(1)，炉胆是耐热钢做成的坩锅O)。外层有石英沙作成的外套(3)，外套外是通水的扁铜线圈G)，它与中频炉控制屏(5)连接，控制屏(5)又与电力变压器(6)的低压端用铜导电线04)连接变压器(6)再与电网电源连接后，构成一个供电主体，耐热钢坩锅(2)上有炉盖(7)用来密闭坩锅的，盖上有一根出炉气管(8)，它与冷凝器 (9)连接，冷凝器是用钢板(10)卷制而成，冷凝器上有喷水龙头(11)与水源连接，冷凝器中分成两半，在喷水龙头(11)下部是钻有多孔钢隔板(1 四片，焊在冷凝器中，使出炉气好与冷却水很好接触，得到冷却、除尘的效果。冷凝器下面是积尘器(13)与出水口(14)出炉气经除尘冷却后经冷凝器输入进气管(8)，它连接抽风机(1 再用输气管(14)连接储气柜 (16)把出炉气装入并作处理，耐热钢坩锅底部有一个出铁口(17)它与炉底的石英沙的出铁口(18)相通，石英沙铁口可用耐火泥在平时是堵住的，在要出铁时打开，出完后又堵住。 耐热钢坩锅(2)下部还有一个全水煤气输入口(19)它用来把全水煤气发生炉OO)所产生的全水煤气输入冶炼中频炉的耐热钢钳锅O)内，与高温的氧化矿反应还原成金属。如 (Mg0+H2 = Mg+H20) (Mn02+2H2 = Mn+2H20)，
2.权利要求2 如权利要求1中所述的一种中频炉输入氢气冶炼出高钛渣的方法其特征在于是本发明的全水煤气发生炉OO)的结构与冶炼矿石的中频炉(1) 本发明的全水煤气发生炉OO)的结构与冶炼矿石的中频炉(1)相同，只是体积小得多，电功率是冶炼中频炉的1/2-1/3左右。它的耐热钢钳O)内只装冶金焦煤，当通电后， 炉体把电能由耐热钢坩锅( 转变成热能，在高温度计上显示，使钳锅内冶金焦煤升温到850°C-110(TC后，外有烧水蒸汽锅炉0 所产生的水蒸汽经出气管(8)输进由坩锅底部的进水蒸气口输入水蒸气，水蒸气被高温焦煤分解成全水煤气(H20+C = H2+C0), 再由坩锅顶部的出气管(8)输入冶炼中频炉底的全水煤气口(19)输入冶炼坩锅内，使坩锅内高温料球中的氧化矿产生还原反应(H2+Mg0 = Mg+H20)(都成蒸气被抽出炉外)(Mn02+2H =Mn+H20)、(3C0+Fe203 = 2Fe+3C02)、(3C+Fe203 = 2Fe+3C0)，都在固态下反应，生成固态金属铁、锰。还原反应基本完全反应完后，把冶炼中频炉由控制屏调高电压，在高温度计03) 上显示，使钳锅( 升温到1300°C -1350°C左右，这样炉内固态的生铁、锰被熔化成液态生铁锰合金，坩锅出铁口流出(17)被打开石英出铁口(18)后把液态的生铁锰合金铸绽后成产品，等液态流出完后，打开坩锅盖，再转动中频炉体，把产品高钛渣倒出，等冷却后包装成产品。就完成全冶炼过程。再次打开冶炼中频炉盖(7)加入料球后盖好炉盖(7)与再次加入冶金焦炉到水煤气发生炉OO)的钳锅O)内，盖好炉盖(7)再进行下一炉冶炼，周而复始地进行。
全文摘要
本发明主体是冶炼中频炉与全水煤气发生炉；是用高温氢气与一氧化碳在固态下还原出氧化矿物中的氧，成金属后第二步再次升温到1300℃-1350℃去熔化还原出来的金属，成液态金属流出铸绽后成新产品。再倒出未熔化固态的高品位高钛渣，冷却后包装成产品的冶炼方法。本发明的冶炼法是资源节约型、能源节约型、环保友好型的方法。
文档编号C21C5/54GK102286653SQ20101020293
公开日2011年12月21日 申请日期2010年6月18日 优先权日2010年6月18日
发明者赖成章 申请人:赖成章