专利名称：高炉喷油冶炼碳化钙工艺及装置的制作方法
这是一种新的冶炼[CaC2]工艺法。现冶炼是电炉冶炼法，发展历史近100年。电炉冶炼每吨CaC2需耗3500-5500度电，使成本高达2000元左右，而高炉喷油冶炼法能使成本降到1000元以下。
一、高炉喷油冶炼CaC2(电石)工艺及装置发明来源于以下构思和资料1、74年我研究汽车新能源动力，用电石[CaC2]的乙炔[C2H2]气代替汽油试验成功。燃化部批号74(58)号文说(1)冶炼每吨电石需耗3500-5000度电，成本昂贵；(2)电石是有机合成化学工业的基本原料，用电石作燃料使用太可惜等。因此我开始学习探索研究CaC2冶炼新工艺。
2、通过学习电石生产，得知(1)冶炼温度在1800℃以上；(2)质量取决于温度和CaC2的纯度；(3)为提高纯度减少灰分采用电能供热。根据得知条件探索无灰分燃料重油、轻油、气体燃体，给这些燃料的助燃剂一个特定条件能使实际燃烧温度上到1900℃以上，并经化学分析和CaC2液体喷油试验无影响CaC2反应生成和引起质量问题反应。
二、CaC2的基本用途碳化钙分子式CaC2，因世界上都是用电炉冶炼俗称电石，CaC2是有机合成化学工业基本原料，利用它为原料能合成一系列的有机化合物，不仅能解决人们吃穿住行等问题，而更重要的是能为国防工业、农业、医药工业及其它工业提供原料，如提制乙烯，要比石油工艺减少90％以上，而且质量要高于石油提制的乙烯质量。近期日本把粒状CaC2作为铁水脱硫剂使用的需要量正在不断扩大。CaC2能轻而一举的把水中氢提出与它生成乙炔易燃气体，所以也是新能源的开发，总之CaC2的用途相当广泛，其主要用途见
图1所示。
三、CaC2工业的现状目前CaC2仍是用电炉冶炼，因电耗高，成本昂贵和电力供应紧张等原因，至使许多电石厂被迫停产下马，直接制约着CaC2工业及其相关的工业发展。
四、发明高炉喷油冶炼CaC2的目的为降低CaC2生产成本，为发展CaC2工业及其相关的工业，为多快好省的发展国民经济，达到世界领先水平，特发明设计CaC2冶炼新工艺--高炉喷油冶炼CaC2。
高炉喷油冶炼CaC2，其主要原料CaCO3(石灰石)或CaO(白灰)、炭素材料(焦炭、无烟煤、石油焦)、重油或轻油或气体燃料。资源丰富，成本低廉，此工艺便于实现机械自动化。粗略计算，能源费降低483.33％，能源成本降低82.86％，总合成本降低60％左右，而生产效率可提高5-13倍(按炉容积对比)，经济及社会价值相当可观。
五、高炉喷油冶炼CaC2工艺技术本发明型冶炼工艺是集高炉冶炼、空气预热、喷吹燃烧、空气富氧、机械、电器及自动化等多学课高新技术为一体而形成的新冶炼工艺。它不但能冶炼CaC2，而且还能冶炼硅铁等铁合金产品。新工艺的诞生将带来冶炼工业的一次革命。详细工艺见以下说明(一)、高炉冶炼CaC2工艺概述1、电石(碳化钙)的生成及物理性质和化学性质(1)、世界上各式各样的物质都是由分子组成的。分子又是由不同的原子按照一定的排列组合而成的。电石为工业名称，其化学名称叫做碳化钙。分子式CaC2，分子量是64.10，它的结构式是
我们常称为电石(CaC2)产品，实际上是不纯的CaC2。它是由碳化钙和石灰及少量的其他杂质(氧化铝、硫化钙、磷化钙等) 共熔而成的物质。工业CaC2，纯度为85％左右的混合物其组成略如下(电炉冶炼)
CaC2----85.17％CaO ----10.60％SiO2----2.34％Fe2O3+Al2O3----2.55％MgO----0.15％工业CaC2系生石灰和炭素原料(焦炭、无烟煤、石油焦)在电炉内于高温条件下按照下面化学方程式反应而制得
(2)、外观化学纯的CaC2几乎是无色透明结晶体，极纯的CaC2是天兰色大晶体，和淬火的钢颜色一样。
工业品CaC2按其纯度分有灰色的、棕黄色的或黑色的，其结晶断面呈灰色，纯度高时则呈紫色。CaC2新断裂面是有光泽的表面，若断面暴露在空气中，则CaC2吸收空气中的水份失去光泽而呈白色。
(3)、比重工业CaC2的比重随CaC2的含量减少而增大。
(4)、熔点熔点为CaC2的一个重要性质，它随组成改变而改变。纯CaC2熔点为2300℃；工业产品CaC2一般含CaC280％其熔点常在1900-2000℃之间，含69％的CaC2的混合物的熔点最低，即1750℃，CaC2含量继续减少时，熔点反而又升高，后来又降低到1800℃，此温度相当于含35.6％的CaC2的混合物，在此二个最低熔点间(1750-2000℃)有一最大值1980℃，它相当含52.5％的CaC2的混合物，随CaC2含量的继续减少(低于35.6％)混合物的熔点又升高。(见图表1-1)
CaC2含量图表1-1工业碳化钙熔点与其中CaC2含量的关系(5)、化学性CaC2的化学性质非常活泼，它能与许许多多的气体、溶液在适当温度之下发生化学反应。
①CaC2遇水激烈分解产生乙炔气和氢氧化钙，并放出大量热量，其反应式
电石 水 乙炔 氢氧化钙 放出热量②加热电石与氮气反应时生成氰氨化钙，其反应式
电石氮气氰氨化钙 炭放出热量其它如氯、氯化氢、硫、磷、乙醇等在高温下与CaC2接触均能产生激烈化学反应。
2、高炉高炉是一个竖式的圆筒形炉子。高炉本体包括炉基、炉壳、炉衬及其冷却设备。高炉炉型即高炉内部工作空间的形状，一般要分五段炉喉、炉身、炉腰、炉腹、炉缸。炉缸部分设有喷吹口和CaC2口。炉壳是用钢板焊接成，它起承受负荷，强固炉体，密封炉墙等作用。高炉基础由上下两部分组成，上面的耐热混凝土制的圆柱形块体称做基墩，下面用钢筋混凝土打成基座。炉衬用耐火砖砌成，它是在高温条件下工作。为了延长炉衬寿命，对其进行冷却，冷却介质多采用水，可采用冷气。冷却设备种类很多，如光面冷却壁、镶砖冷却壁、铸钢水平冷却板，支梁式冷却箱等，它们都是内有水管子的金属铸件。
3、喷吹燃烧燃料从风口处喷吹入炉缸，其主要燃料是液体燃料和气体燃料。液体燃料是重油或轻油，也可喷固体炭素材料。
喷吹燃烧是本发明工艺中的重点技术，它的喷吹燃烧技术必须使炉缸温度达到1900℃以上。达到1900℃以上有两项技术(1)、氧气喷吹氧气喷吹包括纯氧喷吹和富氧喷吹两类，前者是燃烧时所需要的氧气全部使用高纯度氧，后者是在燃烧时用空气添加一部分氧。氧气或富氧喷吹燃烧，由于无用氮含量降低直至消失。因而燃烧生成物减少或很少，所以燃烧温度依据富氧增加而提高。
①纯氧喷吹燃烧使用纯氧喷吹燃烧时，轻油的理论燃烧温度约为2830℃；重油约为2850℃。
②空气富氧喷吹燃烧图表3--1表示燃烧轻油时助燃空气中含氧量与理论燃烧温度的关系。2000℃以上的高温燃烧生成物中H2O、CO2等会分解，因此燃烧生成物中含有大量的分解潜热。它一和低温的工件接触便把这部分热量急剧地放出来，因而在局部范围内传热过程迅速进行。利用这个特点使快速加热或快速熔化成为可能。
助燃空气中的氧量％图表3-1含氧量和理论燃烧温度的关系使用普通空气的喷嘴，火焰负荷在106-107Kcal/m3h范围内，纯氧喷嘴则为103Kcal/m3h，可见进行着异乎寻常的快速燃烧。
(2)、空气预热喷吹空气预热是采用热风炉将空气加热到1000℃左右。使喷吹燃烧温度达到1900℃以上的第2方案。高炉产生的煤气量很多，CO占有相当比例，将高炉煤气送入热风炉第二次燃烧把热风炉加热后，有鼓风机鼓风通过热风炉把空气加热到1000℃左右送入高炉，这样能使理论喷吹重油燃烧温度达到2800℃以上。如80号重油的燃烧，大气自然温度只能使它的理论燃烧温度到2200℃，而空气的预热温度到1000℃时，就能使理论燃烧温度提高600℃达2800℃以上。见图280号重油QPH＝9470千卡/标米3燃烧计算图。
(二)、高炉喷油冶炼CaC2工艺生产时CaCo3或CaO和炭素材料(焦炭、无烟煤、石油焦)通过上料系统从炉顶装入高炉。高炉炉缸上部设喷吹口，从喷吹口喷入燃料(轻油、重油、气体燃料)，同时吹入助燃剂(氧气、富氧空气、预热空气)燃烧，使炉缸温度达到1900℃以上。燃烧产生大量的热和炽热的还原性气体。炽热的煤气以高速不断上升，炉料从上部不断下降，受到燃煤气的加热还原等化学作用，使CaCO3加热生成CaO，CaO在高温下与碳结合生成CaC2，反应式如下
或CaC2由CaC2口定期放出。燃煤气中的CO2、CO和H2从炉顶导出，经除尘处理送入热风炉或送入再利用处。高炉喷油冶炼CaC2工艺流程见图3或图4。
权利要求
1.用于冶炼工业的“高炉喷油冶炼CaC2”(电石)工艺及装置，发明的其特点在于是由高炉、热风炉、燃料喷吹、制氧机(用于空气富氧)、除尘净化、机械、电器及自动化等冶炼、机械设备组成的冶炼工艺。
2.根据权利要求1所说的工艺，其特征在于此工艺过程能使高炉炉温达到1900℃以上。
3.根据权利要求1和2所说的工艺，其特征在于此工艺不但要冶炼CaC2，而且要冶炼铁合金如硅铁等。碳化钙生成反应式第一步反应第二步反应或碳化钙生成反应式
4.根据权利要求1所说的工艺，其特征在于喷吹的燃料是重油、轻油和可燃气体燃料。
5.根据权利要求1、2、4所说的工艺，其特征在于燃料喷吹工艺中液体燃料或气体燃料的助燃剂可纯氧喷吹也可空气预热或不预热富氧喷吹，使燃烧温度达到1900℃以上。
6.根据权利要求1、2、4所说的工艺，其特征在于燃料喷吹工艺中液体燃料或气体燃料的空气助燃剂预热，使燃烧温度达到1900℃以上。
7.根据权利要求1所说的工艺，其特征在于可通过高炉炉缸喷吹口往CaC2液态中直喷固体炭粉参入CaC2反应生成。
8.根据权利要求1所说的工艺，其特征在于高炉燃煤气经除尘器处理后，能作为热风炉气体燃料，也可送入其它用气体燃料处利用。
9.根据权利要求1和8所说的工艺，其特征在于高炉燃煤气中的灰尘经除尘器处理后，能再次作为CaC2的原料，通过高炉喷吹口喷入炉缸反应生成CaC2。
10.根据权利要求1和8所说的工艺，其特征在于冶炼CaC2时使用的原料是CaCo3配炭素材料(焦炭、无烟煤、石油焦)或CaO配炭素材料经混合成球烧结后使用。
全文摘要
高炉喷油冶炼碳化钙(电石)工艺及装置,是冶炼电石的新工艺。原工艺是电炉冶炼,所以俗称电石,高炉喷油冶炼比电炉冶炼成本降低60%以上,产量提高十倍左右。高炉喷油冶炼工艺,能把高炉温度提高到1900℃以上,是当今高炉冶炼产品的最高温度。它不但能冶炼CaC
文档编号C01B31/32GK1191845SQ97100780
公开日1998年9月2日 申请日期1997年2月27日 优先权日1997年2月27日
发明者岳书才 申请人:岳书才, 张书明