一种电石强化冶炼系统的制作方法

文档序号:15130524发布日期:2018-08-08 09:27

本实用新型涉及冶炼领域,更具体地,涉及一种电石强化冶炼系统。



背景技术:

传统的电弧法电石生产工艺是利用电弧产生的热能使碳素原料与石灰在约2000-2200℃温度条件下反应生产成电石,电石生产温度很高、反应吸热量很大,因此电弧法电耗很高,生产1t纯电石耗电4000kW·h。早期的电石生产使用廉价的水电,能耗不是重要问题。当今全球的水电比例很低,2012年我国水电仅占全部发电量的17.5%左右,电石生产基本全部依赖煤电,考虑到由煤到电的热效率还不到40%,电石生产能耗是电耗的 2.5倍以上。因此,降低能耗成为电石冶炼工艺发展的方向。

国内外很早就开始研究以含碳物质燃烧供热的氧热法电石生产工艺。如前联邦德国的巴登苯胺纯碱公司现在的巴斯夫公司)在1950~1958年间开发了以焦炭为燃料的氧热法电石工艺并进行了中试,此后,美国、荷兰和朝鲜等国家也进行了氧热法电石生产技术的中试,达到了比电弧炉法成本降低50%左右的效果,但是工程化过程中遇到了很多问题,比如需要独立的氧热反应的装置,或氧气的供应装置非常复杂。

综上所述,现有技术仍然有待改进。



技术实现要素:

针对上述问题,本实用新型提供了一种电石强化冶炼系统。

为达到上述目的,本实用新型采用如下技术方案:

根据本实用新型,提供一种电石强化冶炼系统,包含氧气复合电极以及电石炉,

氧气复合电极包含空心电极,以及设置在空心电极中的氧气管;

电石炉包含炉体以及设置在炉体上的炉盖,炉盖设置有用于安装氧气复合电极的安装孔;炉体底部设置有电石液出口;

其中,氧气复合电极穿过安装孔伸入至炉体,并且氧气复合电极是可上下移动的。

进一步地,氧气复合电极的氧气管与空心电极一起成型焙烧制成,氧气管下部与空心电极下部平齐,氧气管包含上部伸出于所述空心电极的伸出部,所述伸出部与制氧设备连通。

进一步地,氧气管与制氧设备之间设置有调节阀,氧气管内氧气流速为通过调节阀来进行调节。

进一步地,氧气管的材质可以是无缝钢管或陶瓷管。

进一步地,空心电极是石墨电极,氧气管预安装在电极中心随电极糊焙烧或预制成型。

进一步地,系统包含至少3个氧气复合电极和至少3个安装孔。

进一步地,氧气复合电极连接有电极加持装置,该电极加持装置控制氧气复合电极进行上下移动。

进一步地,电石炉炉盖上设置有排烟孔,排烟孔与炉外烟气管道连接,烟气通过管道排出,进行下一步的除尘净化。

另外,使用该系统的方法,包括以下步骤:

1)碳氧反应阶段:将石灰石与碳素材料的混合物料加入到电石炉内后,氧气复合电极下降插入混合物料内,通入氧气;氧气与碳素材料发生放热的碳氧反应;

2)当电石炉内的温度由于步骤1)中的碳氧反应放热使物料温度上升至1200℃以上时,切断氧气,碳氧反应结束;

3)电流通过氧气复合电极在混合物料中起弧,加热混合物料,此时石灰石和碳素原料发生电石反应,生成电石液;电石液从电石炉底部的电石液出口流出。

进一步地,步骤3)中加热混合物料的温度为2000~2200℃。

进一步地,步骤1)中石灰石与碳素材料按照CaO/C质量比为 (5~8)∶(3~4)进行混合。

进一步地,石灰石与碳素材料的粒径为5-20mm。

进一步地,碳氧反应产生烟气,烟气中的主要成分为一氧化碳。

进一步地,碳氧反应中氧气的流速为50-300m/s。

进一步地,碳氧反应中氧气为纯氧或者富氧空气,富氧空气的氧含量≥80%。

进一步地,烟气中还包含二氧化碳,碳氧反应中CO/CO2的体积比为 3以上。

进一步地,碳素材料是石墨或无定形碳;无定形碳包含炭黑和活性炭。

本实用新型的有益效果是:

1)本实用新型的电石炉的强化冶炼装置,氧气管设置在电极内,从而简化了吹氧装置的结构;

2)电极和氧气管始终插入炉料面以下,减少氧气和热量损耗,提高氧气利用率;

3)电极和氧气管始终插入炉料面以下,碳氧反应生成的大量的CO 气体,在CO气体上升的过程中,剧烈的搅拌和翻动混合物料,使物料温度均匀,防止出现局部过热和局部过冷的现象发生;

4)在碳氧反应阶段,产生的烟气中CO含量很高,可以经过简单的处理后,作为其他工序的原料使用;

5)通过向炉内吹氧,发生碳氧反应放出大量热量,使炉料升温到 1200℃,之后再通电进行电石反应。利用化学能加热炉料,可以节省电能消耗50%以上,降低电石成本。

附图说明

图1是按照本实用新型的实施例的电石的强化冶炼的系统的示意图;

图2是按照本实用新型的实施例的电石的强化冶炼的方法流程图。

附图标记

1氧气管、2空心电极、3炉盖、4炉体、5电石液出口、6氧气复合电极。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白,下面结合附图及实施例,对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型,并不用于限定本实用新型。

如图1-2所示,提供电石强化冶炼方法,包括以下步骤:

1)碳氧反应阶段:将按照CaO/C质量比为(5~8)∶(3~4)进行混合石灰石与碳素材料,将上述混合物料加入到电石炉内后,氧气复合电极6下降插入混合物料内,通入氧气;氧气与碳素材料发生放热的碳氧反应;

2)当电石炉内的温度由于步骤1)中的碳氧反应放热使物料温度上升至1200℃以上时,切断氧气,碳氧反应结束;

3)电流通过氧气复合电极6在混合物料中起弧,加热混合物料至 2000~2200℃,此时石灰石和碳素原料发生电石反应,生成电石液;电石液从电石炉底部的电石液出口5流出。

石灰石与碳素材料的粒径为5-20mm。

碳氧反应产生烟气,烟气中的主要成分为一氧化碳。烟气中还包含二氧化碳,碳氧反应中CO/CO2的体积比为3以上。

碳氧反应中氧气的流速为50-300m/s。碳氧反应中氧气为纯氧或者富氧空气,富氧空气的氧含量≥80%。

碳素材料是石墨或无定形碳;无定形碳包含炭黑和活性炭。

如图1所示是实现如上所述的方法的系统,包含氧气复合电极6以及电石炉,

氧气复合电极6包含空心电极2,以及设置在空心电极2中的氧气管 1;氧气复合电极6的氧气管1与空心电极2一起成型焙烧制成,氧气管1 下部与空心电极2下部平齐,包含上部伸出于空心电极2的伸出部,伸出部与制氧设备连通。氧气管1与制氧设备之间设置有调节阀,氧气管1 内氧气流速可以通过调节阀来进行调节。氧气复合电极6连接有电极加持装置,该电极加持装置控制氧气复合电极6进行上下移动。

电石炉包含炉体4以及设置在炉体4上的炉盖3,炉盖3设置有用于安装氧气复合电极6的安装孔;炉体4底部设置有电石液出口5;

其中,氧气复合电极6穿过安装孔伸入至炉体4,并且氧气复合电极 6是可上下移动的。

氧气管1的材质可以是无缝钢管或陶瓷管。

空心电极2可以是石墨电极,氧气管预安装在电极中心随电极糊焙烧或预制成型。

该系统包含3个氧气复合电极6和3个对应的安装孔。在其它实施例中,根据混合物料的质量,还可以设置4个、5个以及多个氧气复合电极 6和对应的安装孔。

电石炉炉盖上设置有排烟孔,排烟孔与炉外烟气管道连接,烟气通过管道排出,进行下一步的除尘净化。

电石的强化冶炼具体方法流程和原理如下:

首先,部分碳素材料与氧气发生不完全燃烧反应,放出大量的热量,将混合物料温度加热。然后电极通电起弧将物料加热电石反应温度,石灰石与碳素材料发生反应生成电石液,主要化学反应如下:

C+O2=CO

CaO+3C=CaC2+CO

本实用新型的使用电石炉的电石的强化冶炼方法共分为两个阶段,

第一个阶段为碳氧反应阶段,石灰石与碳素材料等混合物料加入到炉内之后,氧气管1随着空心电极2下降插入混合物料中,打开氧气阀门,氧气从氧气制氧设备通过软管与氧气管1连接,从氧气管1以一定的速度喷出,通过电极内部的氧气管1直接喷入物料中,与物料中的部分碳素材料发生不完全燃烧反应,放出热量,使混合炉料的温度升高,并且释放出大量的CO气体。由于氧气管1道随着石墨电极直接插入混合原料中,氧气出口埋在混合原料中,喷出的氧气与物料能够充分接触,并且生成的大量的CO气体;同时,碳氧反应释放出大量的热量来加热物料温度,CO 气体在不断上升的过程中,对混合物料形成翻动和搅拌物料,扩大反应的接触面积,提高氧气利用率,使整个炉内的混合料温度均匀。当温度加热到1200℃时,切断氧气,碳氧反应阶段结束。

之后,接通电源开启第二阶段-电石反应阶段。电流通过电极在混合物料中起弧,电弧加热物料至2000~2200℃时,石灰石和碳素原料发生电石反应,生成电石液,电石液聚集到一定量时从电石炉下部的电石液出口 5流出。

碳氧反应阶段生成的烟气中CO含量很高,通过除尘处理之后作为燃料用于其他的工序中,电石反应阶段生成的烟气,温度较高,通过后续的烟气处理工序回收显热。

本实用新型电石的强化冶炼的整个冶炼过程中,氧气复合电极6始终保持插入到混合物料面以下的位置。

实施例1

CaO/C质量比为5∶3的石灰石与碳素材料(本实施例为炭黑)通过加料装置进入到电石炉的炉体4内,氧气复合电极6下降插入到混合物料中,打开氧气阀门通入纯氧(氧含量=100%),氧气从氧气管1中以一定的速度喷出,在该过程中,控制氧气在管内的流速控制在:60m/s,控制CO/CO2为3。氧气管1为无缝钢管,空心电极2为石墨电极。氧气与炉体4内的部分碳素原料发生碳氧反应放出大量的热量,同时生成的CO气体造成混合物料的翻动和搅拌,混合物料被加热到1200℃,停止供氧气。接通电源,电流通过氧气复合电极6与混合物料间产生电弧,混合物料迅速升温,温度达到2000℃,电石反应发生,生成电石液,通过炉体4底部的电石液出口5流出。整个冶炼过程中,氧气复合电极6始终插入混合物料中。

实施例2

CaO/C质量比为8∶4的石灰石与碳素材料(本实施例为活性炭)通过加料装置进入到电石炉的炉体4内,氧气复合电极6下降插入到混合物料中,打开氧气阀门通入富氧空气(氧含量≥80%),富氧空气从氧气管1 中以一定的速度喷出,在该过程中,控制富氧空气在管内的流速控制在: 300m/s,控制CO/CO2为4。氧气管1为陶瓷管,空心电极2为石墨电极。富氧空气与炉体4内的部分碳素原料发生碳氧反应放出大量的热量,同时生成的CO气体造成混合物料的翻动和搅拌,混合物料被加热到1300℃,停止供富氧空气。接通电源,电流通过氧气复合电极6与混合物料间产生电弧,混合物料迅速升温,温度达到2100℃,电石反应发生,生成电石液,通过炉体4底部的电石液出口5流出。整个冶炼过程中,氧气复合电极6 始终插入混合物料中。

实施例3

CaO/C质量比为6∶3的石灰石与碳素材料(本实施例为石墨)通过加料装置进入到电石炉的炉体4内,氧气复合电极6下降插入到混合物料中,打开氧气阀门通入纯氧,氧气从氧气管1中以一定的速度喷出,在该过程中,控制氧气在管内的流速控制在:50m/s,控制CO/CO2为3。氧气管1 为陶瓷管,空心电极2为石墨电极。氧气与炉体4内的部分碳素原料发生碳氧反应放出大量的热量,同时生成的CO气体造成混合物料的翻动和搅拌,混合物料被加热到1250℃,停止供氧气。接通电源,电流通过氧气复合电极6与混合物料间产生电弧,混合物料迅速升温,温度达到2200℃,电石反应发生,生成电石液,通过炉体4底部的电石液出口5流出。整个冶炼过程中,氧气复合电极6始终插入混合物料中。

实施例4

CaO/C质量比为7∶4的石灰石与碳素材料(本实施例为石墨)通过加料装置进入到电石炉的炉体4内,氧气复合电极6下降插入到混合物料中,打开氧气阀门通入纯氧,氧气从氧气管1中以一定的速度喷出,在该过程中,控制氧气在管内的流速控制在:100m/s,控制CO/CO2为3。氧气管1为陶瓷管,空心电极2为石墨电极。氧气与炉体4内的部分碳素原料发生碳氧反应放出大量的热量,同时生成的CO气体造成混合物料的翻动和搅拌,混合物料被加热到1350℃,停止供氧气。接通电源,电流通过氧气复合电极 6与混合物料间产生电弧,混合物料迅速升温,温度达到2000℃,电石反应发生,生成电石液,通过炉体4底部的电石液出口5流出。整个冶炼过程中,氧气复合电极6始终插入混合物料中。

以上仅为本实用新型的较佳实施例,并非用来限定本实用新型的实施范围;如果不脱离本实用新型的精神和范围,对本实用新型进行修改或者等同替换,均应涵盖在本实用新型权利要求的保护范围当中。

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