CN102234726A - 中频炉冶炼精铝法 - Google Patents
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Abstract
本发明中频炉冶炼精铝法是用精氧化铝粉与小量石油沥青混合压制成料球和焦碳块按比例加入电中频炉石墨坩锅内，利用通电后的铜线圈产生涡流使坩锅升温到1300℃以上，再把热能传导给料球与碳块升温到1200℃以上后，再把A碳阻炉内高温焦碳块(1000℃-1200℃)与水蒸气分解成高温(880℃-1100℃)全水煤气(H2+CO)，输入石墨坩锅内使高温的氧化铝与高温氢气产生还原反应，生成液态金属铝与水蒸气，把液态铝铸锭成产品的，新型金属铝的冶炼方法。并且还是不用加多种氟盐就能冶炼出铝的新方法。
Description
技术领域：现有技术、发明的目的。
本发明是用火法把氧化铝一次冶炼精铝的方法，同属于火法冶炼金属铝的工程之类。
目前现有冶炼铝法，是用电解氧化铝，冶炼出铝，电解铝是用电极把氧化铝加热，原料中加入多种氟化盐等，才能使电解炉熔融氧化铝，提取冶炼出铝的方法。
用氧化铝精矿粉与石油沥青，搅拌后，压制成团产出料球φ25-40，在和冶金焦炭块(50-80)混合后，再把它们干燥后加入密闭式电中频炉内，电能把原料升温到1000℃-1200℃，烧水锅炉烧出水蒸气，输送到A碳电阻炉内，电能把冶金焦煤升温到880℃-1200℃使水H2O分解成全水煤气(H2O+C＝H2+CO)后，一同输入电中频炉内和赤热的氧化铝，被氢气直接置换出氧化铝中的氧原子，形成3H2+Al2O32Al+3H2O把氧化铝冶炼出来成液态铝，流出铸锭成产品。不用加多种氟盐，减去了，有毒氟气排放，并得到节约电能的炼铝法。
与背景技术相比的效果：
1、本发明冶炼精铝的方法和工艺、设备都在密闭的条件下进行，比电解氧化铝工艺流程简单可靠，运行安全性和环保、节能都比现有技术好得多。
2、本发明比电解熔融氧化铝用电量小，现有技术要加入多种氟化盐所以产生很多氟气，氟气是很有害的气体。本发明又环保又节能，并一次性冶炼出精铝，是铝冶炼法中独一无二的技术。
3、电中频炉把电能转化成热能，是最简单又最实用的方法，背景技术中是没有的，全水煤气中的氢气是最好的还原剂，它只有在本发明的电中频炉中才能很好地把氧化铝冶炼出液态铝，所以背景技术不能相比配的。
4、本发明中的烧水锅炉把水烧成水蒸气，是非常简单又科学的，水蒸气进入A电阻炉内后，与A碳阻炉把电能转化成热能使焦碳块中的碳元素控制升温到880℃-1200℃在最佳水煤气发生温度内，是最节能的生产高温氢气的方法，并又是最廉价地制造出氢气的方法，背景技术是没有的。
5、用全水煤气中的氢气法置换出高温氧化铝中的氧原子是非常科学与简单的，因为氢气是最好的还原剂之一，成本也很低，背景技术是办不到的。
6、背景技术用氟盐等去电解氧化铝成金属铝，工艺流程复杂，电能用量非常之大，污染严重等。本发明工艺流程简单，好操作等比背景技术好。
本发明的内容：原理、方案、工艺过程。
因为铝金属是很活泼的金属之一，又是轻有色金属之一，用氧化铝和石油沥青混合压制成料球，原理是非常科学的，这样才能进入电中频炉内混合在焦碳块的空穴中，焦碳块与料球都装在石墨坩锅内，它能很好地在通过铜线圈的大电流所产生的涡流，就把电能转化成热能，把料球(氧化铝)升温到880℃-1200℃之间，控制屏控制电压高低和电流量的大小，使电中频阻炉、A碳电阻炉、在最佳参数内，又因水蒸气在与高温的碳层混合就会分解成全水煤气(H2O(蒸气)+C＝H2+CO)也是本冶炼法中最关键、最科学，连续制造出高温氢气的方法。又因氢气是现有工业生产中最好的，还原性最强的物质之一，氢气它能在高温下和高温的氧化铝，产生化学的夺氧反应，用全水煤气去冶炼出液态铝。同时水蒸气高温状态下，又与电中频炉内的高温碳原子反应生成全水煤气H2O(蒸气)十C＝H2+CO又能连续与氧化铝反应，水蒸气起到催化剂的功能，是本发明最理想的效果是把液态精铝流出铸成铝锭并把出炉气体中烟尘除去后冷却降温到100℃以下，得到既除尘、又除去了水份，水份被排出。又很好的降温是非常科学的，把清洁的煤气抽入煤气柜后，煤气送到用户。得到清洁安全的效果。
原料本身就是氧化铝粉，直接倒入搅拌机内外加一定量的石油沥青，混合搅拌后，再送入成团机压制成料球中φ25-40，后再与冶金焦碳块(φ50-80)混合，按重量比(1∶0.2-1∶0.3)进入干燥炉干燥后，送入密闭式电中频炉内，电中频炉通上电源后，由电能把石墨坩锅、碳、氧化铝等共同升温到1000℃-1200℃，电中频炉升温的原理和方法是，石墨坩锅是耐高温的导体，当电流通过的中空通水的铜导线使电能产生涡流转换成热能，坩锅内的料球，在焦矿块共同升温到1000℃-1200℃时，再由烧水锅炉，把水烧成水蒸气，送入A碳电阻炉内，电阻炉通电后炉内的焦碳块(50-80)迅速升温到880℃-1200℃以上，水蒸气和赤热的焦碳层，产生热化学反应生成全水煤气(H2O+C＝H2+CO)一同输送到电中频炉内，高温氢气和高温的氧化铝反应生成液态铝，3H2+Al2O3＝2Al+3H2O高温的水蒸气再度被电中频炉内赤热的碳层分解成氢气和煤气(H2O+C＝H2+CO)，本发明方法用小量的水蒸气就能把较多的氧化铝冶炼成液态铝。等于水蒸气就是催化剂也，液态铝流出外铸锭成产品。电中频炉内的煤气(CO)被抽风机抽入水除尘器洗涤后输送到煤气柜内，再输送到用煤气的地方，输一部份煤气到烧水锅炉用。炉渣定期排出后，这就是全程冶炼全过程。
本发明一用的原料是精氧化铝粉做原料，倒入搅拌机内，加入一定量的石油沥青，混合搅拌后输入成团机内，压制成(φ25-40)的料球，而把料球和焦碳块(φ50-80)混合(比例1∶0.2-1∶0.3)送入干燥机内烘干后，装入内密闭式的电中频炉内，由密闭式加料，电中频炉外壳是用铝制成圆筒型，内是扁型空心通水的铜导线连接控制屏电源，铜线圈内有耐高温涂料和石棉板保温层，保温层内是耐高温的和石墨坩锅的炉胆，外是用铜空心扁管能通水通电后，电力变压器与电源连通后，再连通控制屏与铜线圈连接组成回路。中频阻炉的炉腔大、小和高、矮是由设计者设计的中频炉能冶炼出铝产量多少而定。年产3000吨铝的中频炉变压器总功率为4800KVA左右。电中频炉上部的炉盖是用钢板与下部铝炉体壳法兰连接形成密闭式，上有密闭式加料斗，由盖和阀门组成，炉体中上部外有出炉气管与炉体上部相连，出炉气的烟道管与水除尘器相连，除尘器与水源管相连，内安装有除尘喷水龙头，把水喷成细珠壮，喷向烟尘，内还有3-4道隔板，上有小孔的钢板焊接成的隔板，用于增加水和烟尘气的接作次数的功能，得到更好地除尘与降低出炉气体的温度，并把出炉气中的水蒸气变成水后，使出炉气低于100℃，也好保护抽风机等，抽风机把清洁的煤气送入煤气柜内至用户。
电中频阻炉的炉身和A碳电阻炉内都安装有高温温度计，用来测量与控制炉温用，在电中频阻炉的底部安装有3个进水煤气孔，成φ120弧长直通到电阻炉的炉腔内。A碳电阻炉与电中频阻炉的构造不相同，不同之处，A电阻炉头上有一个密闭式加碳斗，碳从加碳斗密闭加入炉体内用电阻发热，升温成1000℃以上的赤热的焦碳块。相同之处都用电能转换成热能把冶金焦碳块升温到1000℃以上，当A碳电阻炉底送入了水蒸气，碳电阻炉内高温的碳，与水蒸气进行热化学分解反应，生成全水煤气后，直送电中频炉底的炉腔内，(H2O+C＝H2+CO)，水煤气中的氢气把电中频内高温的氧化铝矿中的氧原子夺走，冶炼出液态铝。A碳热电阻炉的直径小，内炉腔φ在600-800，上三个孔与电中频炉炉底相通直到电中频炉腔内。烧水锅炉的底部也有三个水蒸气管道，同样直通A碳阻炉内。这样A碳电阻炉才能产生全水煤气(H2+CO)。利用控制屏的高温温度计装置，显示有多少高的温度，再用控制电压高低和电流的大小，来控制供给水蒸气量的多少，得到控制所产生水煤气量的多少。同样的方法控制电中频炉参数，共同得到最佳参数冶炼精铝的过程和效果。中频炉底部成8°一10°的小斜面，斜口处有一个出铝管口，与铝锭模相连，流出液体铝铸锭成产品。
附图说明
图1为本发明说明图说明书的长度数字单位是mm。
1、控制屏 20、阀门
2、电弧炉变压器 21、料斗盖
3、铜导线 22、加料斗
4、耐火砖 23、水隔板
5、石墨碳砖电极 24、喷水龙头
6、烧水锅炉 25、进水管
7、A碳电阻炉 26、水蒸气管与全水煤气管
8、电中频炉 27、烟尘管
9、钢板，S6-18 28、液态出铝口
10、抗氧化保温层 29、锅炉管
11、水除尘器 30、出渣口
12、石墨坩锅 31、进出煤气管
13、通水铜线圈 32、电力变压器
14、抽风机 33、煤气柜
15、直流电正负极 34、炉体支座
16、石墨坩锅铝外壳 35、铜导电瓦
17、鼓风机 36、水除尘器体支架
18、法兰盘 37、高温温度计
19、加碳斗 38、螺栓
具体实施方式：
1、一种用氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，是用电能、水煤气和冶金焦炭把氧化铝矿，一次性冶炼出铝、煤气和炉渣与水蒸气的冶炼铝法，包括步骤为，用制团机将搅拌后的氧化铝粉和石油沥青混合物压制成料球，φ为25-40mm与焦碳块按比例混合干燥后加入电中频炉炉体(8)中，加以密闭，电中频炉体放在炉体支座(34)上，烧水锅炉(6)通水、通过煤气燃烧后产生水蒸气，由水蒸气管(26)输送到A碳电阻炉(7)内，电阻炉内有耐火砖(4)和石墨电极(5)砌成的炉腔，铜导电瓦(35)与铜导电线(3)和石墨碳砖电极(5)连接，并连接电弧变压器(2)与控制屏(1)的电源，用电能把A碳电阻炉中的焦碳块升温由高温温度计(37)显示出，880℃-1200℃以上，与水蒸气产生分解反应，生成全水煤气H2O蒸气+C＝H2+CO，再由水煤气管(26)输送入电中频炉(8)的炉腔内，A碳电阻炉，是由料斗(22)装入的是焦碳块，电中频炉(8)的通水铜线圈(13)，由控制屏(1)的直流电正负极(15)与它相连，组成回路，使用中频电能把炉体中石墨坩锅(12)的焦碳块和料球升温，温度计(37)上显示到1000-1200℃，水煤气中的氢气，H2在高温下去置换高温料球中的氧化铝中的氧元子，生成水蒸汽与液态铝、炉渣和煤气，液态铝由液态出铝管口(28)流出铸成铝锭，炉渣由出渣口(30)定期排出，除尘器放在支架(36)上，水蒸气、煤气和粉尘一同被抽风机(14)经烟尘管(27)抽入除尘器(11)内，由水源进水管(25)把水流入水龙头(24)喷水除尘，隔板(23)的孔把烟尘和水多次混合后得到降温除尘的效果，煤气抽入煤气柜(33)内后由煤气管(31)输送到用户，金属铝铸锭后出厂成产品。
一种氧化铝矿直接冶炼成精铝方法是：水经过进水管(25)流进烧水锅炉(6)后，燃气燃烧锅炉管(29)升温到100℃以上成水蒸气后又经水蒸汽管(26)输送A碳电阻炉的底炉腔内。
一种氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，是用水蒸气进入A碳电阻炉后，电阻炉由钢板(9)卷制成圆筒型，上由加碳斗(19)、盖(21)与阀门(20)组成，预热后的焦碳块从碳斗(19)密闭式加入炉腔中，炉腔由耐火砖(4)和石墨电极(5)卷砌而成，外有保温层(10)再外是钢板(9)，石墨电极(5)与铜导电瓦(35)、铜导电线(3)、电弧炉变压器(2)、控制屏(1)电源连接成一个通电体，当控制屏开关开起后，石墨电极(5)与焦碳块通电形成回路电流，使焦碳块升温到880℃-1100℃以上，水蒸气与高温赤热碳层产生分解反应，生成全水煤气H2O蒸气+C＝H2+CO，全水煤气经煤气管(26)被输送到电中频炉(8)腔内。
氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，是用水煤气由进煤气管(26)送入电中频炉(8)后，炉腔是用石墨坩锅(12)外有抗氧化材料做成的保温层(10)，外是中频炉的扁型通水铜线圈(13)组成，外壳(16)是铝做成的，上部是用钢板(9)焊成的炉壳，用法兰盘(18)与铝炉壳(16)的法兰盘(18)用螺栓(38)连接，中间加石棉板密封，钢炉壳(9)内是耐火砖(4)砌在石墨坩锅(12)之上，在上部是加料斗(22)加料盖(21)与阀门(20)组成，电力变压器(32)与电源相连接后，低压端与控制屏(1)相连接后，改变成直流中频电源与电中频炉铜线圈(13)组成回路后，电中频炉的电流产生涡流使石墨坩锅(12)发热升温到1200℃-1300℃再把热传导给坩锅(12)内的氧化铝和碳同时升温到1000℃-1200℃以上，使料球中的氧化铝矿中的氧原子被高温的全水煤气中氢原子置换出来，冶炼出液态精铝，3H2+Al2O3＝2Al+3H2O(蒸气)液体从炉底的液态出铝管口(28)流出铸成铝锭成产品内，水蒸气、烟尘与煤气由抽风机(14)经烟尘管(27)抽入水除尘器(11)除尘后，煤气抽入煤气柜(33)内由进出煤气管(31)输出加以利用。
氧化铝矿直接冶炼成金属铝，碳电阻炉与电中频炉都在密闭状态下运行，全是用电能，全炉其它的如：材料运输系统、原料成型系统、供排水系统、供电系统等......不直接属于本发明之内，所以在此不在多加说明。氧化铝矿直接冶炼成金属铝的方法的冶炼炉分大、中、小型，大型年产1万吨，中型年产量在5000吨，小型年产量在3000吨铝。
以上是本发明最优选实例，是用电能高温水蒸气外，A碳电阻炉，B电中频炉，都是以用石墨与耐高温的石墨坩锅。又都是用电能作为能源，在密闭状态下，直接把精氧化铝粉冶炼出精铝、煤气、炉渣和水蒸气的冶炼炉，用此方法冶炼出有色轻金属的镁、铝、钙与重金属的铅、锌、铜、锰、锑等有色与黑色金属......，不管炉的容积大小与各种形态的变形炉都属于本发明的范围内。
同时利用本专利技术中的电中频炉冶炼出非金属：如人造花岗石、珍珠岩等......都在本发明保护范围之内。
Claims (4)
1.一种用氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，其特征是：用电能、水煤气和冶金焦炭把氧化铝矿，一次性冶炼出铝、煤气和炉渣与水蒸气的冶炼铝法，包括步骤为，用制团机将搅拌后的氧化铝粉和石油沥青混合物压制成料球，φ为25-40mm与焦碳块按比例混合干燥后加入电中频炉炉体(8)中，加以密闭，电中频炉体放在炉体支座(34)上，烧水锅炉(6)通水、通过煤气燃烧后产生水蒸气，由水蒸气管(26)输送到A碳电阻炉(7)内，电阻炉内有耐火砖(4)和石墨电极(5)砌成的炉腔，铜导电瓦(35)与铜导电线(3)和石墨碳砖电极(5)连接，并连接电弧变压器(2)与控制屏(1)的电源，用电能把A碳电阻炉中的焦碳块升温由高温温度计(37)显示出，880℃-1200℃以上，与水蒸气产生分解反应，生成全水煤气H2O蒸气+C＝H2+CO，再由水煤气管(26)输送入电中频炉(8)的炉腔内，A碳电阻炉，是由料斗(22)装入的是焦碳块，电中频炉(8)的通水铜线圈(13)，由控制屏(1)的直流电正负极(15)与它相连，组成回路，使用中频电能把炉体中石墨坩锅(12)的焦碳块和料球升温，温度计(37)上显示到1000-1200℃，水煤气中的氢气，H2在高温下去置换高温料球中的氧化铝中的氧元子，生成水蒸汽与液态铝、炉渣和煤气，液态出铝管口由液态铝管(28)流出铸成铝锭，炉渣由出渣口(30)定期排出，除尘器放在支架(36)上，水蒸气、煤气和粉尘一同被抽风机(14)经烟尘管(27)抽入除尘器(11)内，由水源进水管(25)把水流入水龙头(24)喷水除尘，隔板(23)的孔把烟尘和水多次混合后得到降温除尘的效果，煤气抽入煤气柜(33)内后由煤气管(31)输送到用户，金属铝铸锭后出厂成产品，
2.如权利要求1所述的一种氧化铝矿直接冶炼成精铝方法特征是：水经过进水管(25)流进烧水锅炉(6)后，燃气燃烧锅炉管(29)升温到100℃以上成水蒸气后又经水蒸汽管(26)输送A碳电阻炉的底炉腔内，
3.如权利要求2所述的一种氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，其特征在于：水蒸气进入A碳电阻炉后，电阻炉由钢板(9)卷制成圆筒型，上由加碳斗(19)、盖(21)与阀门(20)组成，预热后的焦碳块从碳斗(19)密闭式加入炉腔中，炉腔由耐火砖(4)和石墨电极(5)卷砌而成，外有保温层(10)再外是钢板(9)，石墨电极(5)与铜导电瓦(35)、铜导电线(3)、电弧炉变压器(2)、控制屏(1)电源连接成一个通电体，当控制屏开关开起后，石墨电极(5)与焦碳块通电形成回路电流，使焦碳块升温到880℃-1100℃以上，水蒸气与高温赤热碳层产生分解反应，生成全水煤气H2O蒸气+C＝H2+CO，全水煤气经煤气管(26)被输送到电中频炉(8)腔内，
4.权利要求3所述，氧化铝矿直接冶炼成精铝方法，其特征在于：水煤气由进煤气管(26)送入电中频炉(8)后，炉腔是用石墨坩锅(12)外有抗氧化材料做成的保温层(10)，外是中频炉的扁型通水铜线圈(13)组成，外壳(16)是铝做成的，上部是用钢板(9)焊成的炉壳，用法兰盘(18)与铝炉壳(16)的法兰盘(18)用螺栓(38)连接，中间加石棉板密封，钢炉壳(9)内是耐火砖(4)砌在石墨坩锅(12)之上，在上部是加料斗(22)加料盖(21)与阀门(20)组成，电力变压器(32)与电源相连接后，低压端与控制屏(1)相连接后，改变成直流中频电源与电中频炉铜线圈(13)组成回路后，电中频炉的电流产生涡流使石墨坩锅(12)发热升温到1200℃-1300℃再把热传导给坩锅(12)内的氧化铝和碳同时升温到1000℃-1200℃以上，使料球中的氧化铝矿中的氧原子被高温的全水煤气中氢原子置换出来，冶炼出液态精铝，3H2+Al2O3＝2Al+3H2O(蒸气)液体从炉底的液态出铝管口(28)流出铸成铝锭成产品内，水蒸气、烟尘与煤气由抽风机(14)经烟尘管(27)抽入水除尘器(11)除尘后，煤气抽入煤气柜(33)内由进出煤气管(31)输出加以利用。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20111109 |