CN101074098A - 碳化硼原料预处理方法及设备 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种化工产品碳化硼的制造工艺及设备，即碳化硼的原料预处理方法及设备。目前，生产碳化硼的方法是将原料混合后投入三相电弧程控精炼炉中进行冶炼。在冶炼过程中产生大量的蒸汽，浪费电能，降低产品质量。为了解决这个问题，本发明采用专用设备，先对原料进行一次动态煅烧，然后再进入电弧炉进行精炼。由于事先完成了脱水过程，避免了蒸汽产生的各种弊端，提高了产品质量，大幅度降低了电耗和生产成本。
Description
技术领域 本发明涉及一种化工产品的制造工艺及设备，即碳化硼原料预处理方法及设备。
背景技术 碳化硼是一种非金属难熔化合物，以B4C为常用品，是超硬的人造磨料之一，硬度仅次于金刚石，金刚石莫氏硬度为10，碳化硼为9.36。且具有适于磨削、理化性质稳定、质量轻、研磨性能好等特点，与酸碱几乎不起反应，还具有半导体性和吸收中子的性能，是金刚石理想的代用材料，碳化硼微粉及碳化硼制品被广泛应用到航空、军工、核工业、耐磨、耐火材料等领域。
目前，生产碳化硼的主要原料是硼酸和碳素材料，这些原料不经特殊处理，只需要简单的混合，然后投入到大功率三相程控电弧精炼炉中进行冶炼。其反应过程是：
2H3BO3＝B2O3+3H2O↑ 2B2O3+7C＝B4C+6CO↑ B2O3+3CO＝2B+3CO2↑4B+C＝B4C
由于该工艺过程简单，因而被称为一步法。随着产品标准的提高，一步法生产工艺暴露出许多弊端。例如：在冶炼过程中，硼酸遇热脱水，产生大量高温蒸汽，高温蒸汽从物料中散出的同时会带走部分B2O3，使原料比例失调，同时造成物料状态不稳，导致电流不稳和电能损失。此外，高温蒸汽还会带走大量热量，间接损失大量电能。因此，一步法工艺耗电量很大，吨耗电高达30000度以上。更为严重的是，由于炉内原料处于相对静止的状态，原料脱水产生的高温气体不能及时排除，造成碳化硼结晶块气孔多，密度低，气孔周围出现过烧现象，原料中的硫等物质在游离过程中进入产品中，对产品质量造成负面影响，致使产品质量低于国际同类产品。
发明内容 本发明的目的是提供一种能避免蒸汽的影响，电耗少、成本低、质量好的碳化硼原料的预处理方法和设备。
上述目的是由以下技术方案实现的：提出一种碳化硼原料预处理方法，其特点是：所说的制造碳化硼的原料在进入三相程控电弧精炼炉之前，先经过一个煅烧过程。
所说的煅烧过程，是指碳化硼的原料在运动状态下通过一段高温区。
所说的煅烧过程中碳化硼的原料在运动状态下通过一段高温区，是指碳化硼的原料与高温区之间的相对运动。
所说的煅烧过程中，碳化硼原料所通过的高温区的温度在1000-1300℃之间，通过时间为5-10分钟。
所说的原料是硼酸与炭素的混合物及添加剂。
所说的添加剂是粒径0.2-0.4毫米石油焦颗粒。
所说的添加剂是粒径2-4毫米的碳化硼颗粒，添加量为硼酸的1％。
一种专用于碳化硼原料预处理的煅烧设备，其特点是：这种煅烧设备的主体是一支非水平放置的长管，长管的高端为排气口和进料口；长管的低端为出料口，燃气输送管通入长管，长管上设有物料搅动装置。工作时，首先向长管内通入煤气并点燃，原料从长管高端的进料口送入炉内，并在物料搅动装置的作用下翻动下滑，从下端的出料口排出，即可完成脱水过程。
所说的煅烧设备的主体是一支倾斜放置的长管，长管的外面至少套有两个圆环形的支撑带，每个支撑带的下方两侧各有一个承重的托轮，托轮都通过转轴装在下面的支架上；长管的高端有排气口和进料口；长管的低端有出料口，且与燃气输送管相通；其物料搅动装置是在长管的外面套装一个被动齿轮，被动齿轮与支架上的主动齿轮相啮合，主动齿轮由动力机带动，致使长管在转动中抛搅物料。
采用上述工艺及设备，碳化硼原料在精炼之前，首先在分散流动的状态下进行煅烧，不仅迅速完成了脱水过程，而且实现了蒸汽与其他固体原料的自然分离，避免了蒸汽在后来的冶炼当中将产生的各种弊端，用这种经过预处理的原料进行电弧精炼，使电耗和生产成本大幅度降低，产品质量显著提高。
附图说明 本发明的方法及专用设备的具体实施例由以下附图给出：
图1是本发明的工艺流程图；
图2是原有技术的工艺流程图；
图3是专用设备的一种实施例的主视图；
图4是这种实施例的俯视图；
图5是这种实施例的A-A断面图；
图6是这种实施例的B-B断面图。
图3-6中可见：低端罩1，长管2，支撑带3，被动齿轮4，托轮5，排气口6，进料口7，高端罩8，支架9，电机10，变速箱11，主动齿轮12，出料口13，燃气输送管14，煤气发生炉15，挡轮16。
具体实施方式 下面结合附图介绍一种实施例：
通过图1和图2的对照，可以看出，本发明的主要内容就是把图2所示的的一步法改为图1所示的两步法，原料在进入大功率三相程控电弧精炼炉之前，先进行一次高温煅烧，使原料在流动并抛转的运动状态下通过高温区，以达到脱水除杂的目的。其反应过程是：
第一步：H3BO3＝B2O3+3H2O↑
第二步：2B2O3+7C＝B4C+6CO↑ B2O3+3CO＝2B+3CO2↑ 4B+C＝B4C
其具体过程如下：
1.设备采用自行研制的煅烧设备，如图3、4、5、6所示，这种煅烧设备的主体是一支直径约1.5米、长约11米的长管(2)，倾斜放置，倾斜角度不大于15度。长管(2)的外面前后套有两个环形的支撑带(3)，每个支撑带(3)的下方都有两个托轮(5)，托轮(5)通过转轴与下面的支架相连，托轮(5)的轮心与长管断面的圆心的连线与长管断面的圆心的垂线呈30度角，托轮(5)的外缘与长管的支撑带(3)的外缘相抵，支承着炉体重量。由于设备主体倾斜放置，受重力作用会向前下方滑动，为了防止设备主体前移，在支撑环的前下方还设有一个挡轮(16)，挡轮(16)的竖立转轴装在支架(9)上，在与支撑带前侧面摩擦中限制长管(2)的前移。在设备主体的外面还套有一个被动齿轮(4)，与下面的主动齿轮(12)相啮合，主动齿轮(12)通过齿轮轴装在支架上面，可在无级变速电机(10)及变速箱(11)的带动下，带动长管(2)绕轴线转动。长管(2)的高端设有箱式的高端罩(8)，高端罩(8)上设有排气口(6)和进料口(7)；长管(2)的低端设有箱式低端罩(1)，低端罩(1)下面是出料口(13)。煤气发生炉(15)的送气管(14)通过低端罩(1)的一侧与长管(2)低端的管口相通。
2.备料。将硼酸与碳素材料按比例混合。碳素材料可选用电解石墨和添加剂。其中，添加剂可选用粒径0.5毫米以细的石油焦颗粒，添加量为硼酸的5％。
3.煅烧。首先向煅烧设备内通入煤气并点燃，炉内温度控制在1000-1300℃之内，开动电机(10)，带动炉体转动，将原料用上料机从长管(2)高端的进料口(7)送入炉内，并随长管的转动而在翻动中下滑，经过5-10分钟的时间，干燥料在另一端出料口(14)排出，蒸汽、沥青和硫等杂质从排气口(6)排出，进入净化处理装置。长管(2)由无级变速电机带动，转速可根据原料的脱水需要来调整，从而可以较好的控制原料通过的时间。当然，也可以设置高度可调的支架(9)，通过调整炉体倾斜角度来达到上述目的。
4.精炼。把经过预处理的原料加入添加剂，添加剂采用粒径0.2-0.4毫米的碳化硼颗粒，添加量为硼酸的1％。混匀后投入立式电弧冶炼炉，在2100-2300℃的温度下进行精炼，得到碳化硼结晶块成品。
为了证明本发明的效果，2004年以来，在严格保密的前提下，先后在大连金玛科技产业集团等国内碳化硼生产企业进行了大量的实验。实验证明，上述的两步法比传统的一步法具有显著的进步。一步法把粗加工和精加工两个阶段放到一起来进行，既加大了成本，又造成了危害。分开以后，使粗加工在一个低成本的环境下进行，加之采用了物料翻动的措施，并加入了添加剂，使干燥过程中产生的有益成分得到中和而保留，煅烧后混合料中结晶水基本脱净，石油焦的固定碳含量由原来的85％提高到95％，导电性和透气性显著增强，为下一步的精炼提供了良好的条件。因此，精炼的碳化硼产品的晶型更加规整，产品纯度提高了2％以上，达到了国际先进水平，同时原材料消耗也降低了10％左右，吨节电三分之一以上。其产品各项指标见下表：
一级品碳化硼结晶大块化学成分标准
| 产品型号 | B4C(％) | T·B(％) | F·B(％) | B2O3(％) | T·C(％) | F·C(％) | Fe2O3(％) | Si(％) |
| 一级品 | ＞95 | ＞77 | ＜0.4 | ＜0.6 | 19.5～21 | ＜1.5 | ＜0.2 | ＜0.1 |
二级品碳化硼结晶大块化学成分标准
| 产品型号 | B4C(％) | T·B(％) | F·B(％) | B2O3(％) | T·C(％) | F·C(％) | Fe2O3(％) | Si(％) |
| 二级品 | ＞93.5 | ＞75 | ＜0.5 | ＜1 | 19～22 | ＜2 | ＜0.3 | ＜0.2 |
Claims (9)
1.一种碳化硼原料预处理方法，其特征在于：所说的制造碳化硼的原料在进入三相程控电弧精炼炉之前，先经过一个煅烧的过程。
2.根据权利要求1所述的碳化硼原料预处理方法，其特征在于：所说的煅烧过程，是指碳化硼的原料在运动状态下通过一段高温区。
3.根据权利要求1或2所述的碳化硼预处理方法，其特征在于：所说的煅烧过程，是指碳化硼的原料与高温区之间的相对运动。
4.根据权利要求1所述的碳化硼预处理方法，其特征在于：所说的煅烧过程中，碳化硼原料通过的高温区温度在1000-1300℃之间，通过时间为5-10分钟。
5.根据权利要求1所述的碳化硼预处理方法，其特征在于：所说的原料是硼酸与碳素的混合物及添加剂。
6.根据权利要求5所述的碳化硼预处理方法，其特征在于：所说的添加剂是粒径0.2-0.4毫米石油焦或石油焦的煅后焦颗粒，其添加量为硼酸的5％。
7.根据权利要求5所述的碳化硼预处理方法，其特征在于：所说的添加剂是粒径2-4毫米碳化硼颗粒，添加量为硼酸的1％。
8.一种碳化硼原料预处理设备，其特征在于：这种设备是一种煅烧设备，设备的主体是一支非水平放置的长管(2)，长管(2)的高端有排气口(6)和进料口(7)；长管(2)的低端有出料口(13)，燃气输送管(14)通入长管(2)，长管(2)上设有物料搅动装置。
9.根据权利要求8所述的碳化硼原料预处理设备，其特征在于：所说的煅烧设备，其主体是一支倾斜放置的长管(2)，长管(2)的外面至少套有两个圆环形的支撑带(3)，每个支撑带(3)的下方两侧各有一个承重的托轮(5)，托轮(5)都通过转轴装在下面的支架(9)上；长管(2)的高端有排气口(6)和进料口(7)；长管(2)的低端有出料口(13)，且与燃气输送管(14)相通；所说的物料搅动装置是在长管(2)的外面还套有一个被动齿轮(4)，被动齿轮(4)与主动齿轮(12)相啮合，动力机(10)可通过主动齿轮(12)带动长管(2)转动而抛搅物料。
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|---|---|---|---|---|
| CN103072989A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-01 | 烟台同立高科新材料股份有限公司 | 一种蓝宝石用抛光废浆中的碳化硼回收利用的方法 |
| CN103072988A (zh) * | 2013-01-09 | 2013-05-01 | 烟台同立高科新材料股份有限公司 | 一种蓝宝石用研磨废浆中的碳化硼回收利用的方法 |
| CN103803551A (zh) * | 2013-11-06 | 2014-05-21 | 溧阳市江大技术转移中心有限公司 | 一种研磨材料的制造方法 |
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| CN103072989B (zh) * | 2013-01-09 | 2014-07-09 | 烟台同立高科新材料股份有限公司 | 一种蓝宝石用抛光废浆中的碳化硼回收利用的方法 |
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