CN102897784A - 碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺及设备，以冶炼炉炉体冷却水和/或烟气热量所制取的热水为溶剂，把碳化硼冶炼烟气排入溶剂中，粉尘中的硼矸溶解，再对溶液进行过滤，分离杂质，再将溶液降温进行结晶，再去除水分得到硼酸。所用设备是在碳化硼冶炼炉（1）烟道（3）的末端加设水解罐（5），水解罐（5）与压滤机（6）的相连通，压滤机（6）下面设有接液槽（7），接液槽（7）与结晶罐（8）的相连，结晶罐（8）通过管路与脱水机（9）相连。有益效果是：冶炼烟气直接入水净化，既可利用冶炼余热，又能回收粉尘中的硼矸，形成闭合回路，节水节电，避免了资源浪费和环境污染，工艺步骤简单，设备造价低廉，经济效益和环境效益显著双赢。

Description

碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺及设备
技术领域
本发明涉及一种碳化硼生产方法及设备，即一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺及设备。
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。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，这些原料混合后投入到大功率三相程控电弧精炼炉中进行冶炼制得。碳化硼的冶炼过程中，会产生大量的烟尘，每生产一吨碳化硼，就会产生1.3—1.4吨的粉尘，并且携带几百度的高温气体。为了降低排放污染，本公司曾采用布袋过滤法对烟气进行过滤，同时对烟气管道进行风冷或水冷，换取烟气的热量，显著降低了环境影响。可是，过滤留下的固体粉尘只能集中堆放，既占用场地，也会影响场地附近的环境。特别是粉尘当中含有70%左右的硼矸B2O3，吸水后就会成为硼酸，是制取碳化硼的优质原料，目前还没有得到很好的回收利用。据现有技术，回收硼矸最简单的方法就是把粉尘回炉。可是，粉尘当中还有大量的硅、炭杂质，回炉后影响冶炼的效果，降低产品质量，得不偿失。而要去除粉尘当中的杂质，现有的方法虽然很多，但成本都比较高，还不能用于生产。因此，如何以较低的成本去除粉尘中的杂质，提取高纯度硼矸，是业内技术人员追求的目标，也是同行公认的难题。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够去除碳化硼冶炼烟气中的杂质，提纯其中的硼矸，且成本低、效益高的方法及设备。
上述目的是由以下技术方案实现的：提供一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺，其特点是：以温度≥95℃的炉体冷却水和/或烟气热量所制取的温度≥95℃的水为溶剂，把碳化硼冶炼烟气排入热水溶剂中，烟气粉尘中的硼矸溶解得到硼矸溶液，再对硼矸溶液进行过滤分离杂质，再将滤得的硼矸溶液降温≤35℃进行结晶，再去除水分，得到硼酸。
一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，包括冶炼炉、吸烟罩和烟道，其特点是：所说的烟道的末端加设一种水解罐，水解罐的出口与压滤机的进料口相连通，压滤机下面设有接液槽，接液槽通过管路与结晶罐的入口相连，结晶罐的出料口通过管路与脱水机相连。
所说的脱水机的排水口通过管道与母液槽的进口相连，母液槽的出口通过管道与水解罐相连，脱水机的卸料口与烘干机相连。
所说的水解罐通过热水管与碳化硼冶炼炉的限温水套相连通。
所说的水解罐周围设有冷却水套。
所说的烟道通过装水的换热水箱，换热水箱的进水管和排水管与冷水源及水解罐相连通。
所说的烟道末端与过滤仓相连通，过滤仓里面设有过滤袋，过滤袋外面设有排气口，过滤仓下部设有排灰管，排灰管下端接入水解罐。
所说的烟道接入水解罐，水解罐上部设有雾化喷淋头和排放口。
所说的水解罐内的雾化喷淋头下方设有筛网。
所说的筛网设有振动器。
本发明的有益效果是：冶炼烟气直接入水净化，既可利用冶炼余热，又能回收粉尘中90%以上的硼矸，形成闭合回路，节水节电，避免了资源浪费和环境污染，工艺步骤简单，设备造价低廉，经济效益和环境效益显著双赢。
附图说明
图1是第一种实施例的设备简图；
图2是第二种实施例的设备局部简图；
图3是第三种实施例的设备局部简图；
图4是第四种实施例的局部设备简图；
图5是第五种实施例的设备局部简图；
图6是第六种实施例的设备局部简图；
图7是第七种实施例的设备局部简图。
图中可见：冶炼炉1，吸烟罩2，烟道3，引风机4，水解罐5，压滤机6，接液槽7，结晶罐8，脱水机9，烘干机10，储料仓11，母液槽12，冷却水管13，冷却水套14，溶液输出管15，热水管16，限温水套17，换热水箱18，过滤仓19，过滤袋20，排气口21，排灰爪22，排灰管23，截止阀24，排放口25，雾化喷淋头26，筛网27，振动器28。
具体实施方式
本发明总的构思是：根据硼矸≥95℃水中溶解和≤35℃结晶的规律，在碳化硼冶炼炉的烟道终端设置水解罐，且以冶炼余热制取热水，烟尘直接进水使硼矸溶解为硼酸，再通过压滤，去除杂质，再经过冷却使硼酸结晶，成为碳化硼冶炼原料。下面围绕这一构思，介绍七个实施例。
第一种实施例：如图1所示，碳化硼冶炼炉1的上方设有吸烟罩2，吸烟罩2上面有烟道3和引风机4，烟道3的末端伸入一个水解罐5，水解罐5的出口接压滤机6，压滤机6的下面设有接液槽7，接液槽7通过管道与结晶罐8相连接，结晶罐8可以设一个，也可以设两个或更多，结晶罐8与离心脱水机9相连。
作业时，水解罐5内装水，烟气进入水中，因烟气温度很高，水温迅速上升，经冷却调节到95℃左右，硼酐（B2O3）即可溶解为硼酸溶液。而硅、石墨等其它成分的化合物仍然为固态，水解罐5中形成了以硼酸溶液为主的固溶物。将固溶物通过初滤器，滤除较大颗粒杂质，然后再进入压滤机6过滤。压滤机6可采用市售的板框式压滤机，其机体是由可折叠的多皱褶滤布围成的容器，盛装液体后，通过压缩使液体挤出，落到下面的接液槽7里面，杂质留在压滤机6内适时取出。再把接液槽7中的液体泵入结晶罐8。通过冷却措施使结晶罐8降温，当罐内液体温度达到30—35℃，硼酸即可形成固态的晶体，然后把结晶液送入离心脱水机9脱水，即可得到优质硼酸原料。
这里，为了缩短脱水时间，离心脱水机9的后面可连接烘干机10，可对晶体进行快速干燥，最后得到含水4%—7%左右的硼酸，存入储料仓11，即可用于碳化硼结晶块的生产。
结晶后的溶液里面还含有少量硼矸，可以在脱水机9下接通管道，送往母液槽12储存，在适当的时候通过管道泵入水解罐5，补充作业用水，再次参与循环。这样即可形成一个烟气回收的闭合回路，硼矸不会流失，排出的烟气是常温的洁净气体。
第二种实施例：如图2所示，水解罐5的外围设有双层冷却水套14，通过冷却水管13打入循环水，可以调节水解罐5内的水温，防止沸腾。
此外，结晶罐5下部设有溶液输出管15，可以把结晶混合液送到离心脱水机10。水解罐5与碳化硼冶炼炉1的限温水套17之间通过热水管16相连通，用冶炼炉1周围的冷却水作为水解罐的工作用水。冶炼炉1周围的限温水套17里面的水是为了防止炉体过热而采用的循环水，不超过100℃，非常适用于用于水解罐5，既可保证水解罐5的用水，又进一步节约了热能。
第三种实施例：如图3所示，在烟道3的外面套装多片换热片，并设置一个换热水箱18，并且通过循环水管，可以把烟道多余的热量带走，防止水解罐5内的水沸腾。在循环水管上还接有伸入水解罐5的散热管，在水解罐5内温度较低时，可以打开阀门，把烟道外围热水的热量传递到水解罐5内。
第四种实施例：如图4所示，烟道3的末端进入过滤仓19的下部，过滤仓19里面设有多个过滤袋20，通过过滤袋20的烟气经排气口21排出，留下烟气中的粉尘，经排灰管23进入水解罐5。为了增强作业的可靠性，在排灰管23的里面设有排灰爪22，转动排灰爪22，可以把粉尘强行推出。在排灰管23上还设有截止阀24，可以控制粉尘的通过量，同时防止过滤仓19里面的脉冲气流影响水解罐5的稳定工作。当然也是为了避免水分回冲过滤仓19，保持仓内干燥，避免粉尘沾挂堵塞。
第五种实施例：如图5所示，冶炼炉1、吸烟罩2、烟道3和引风机4与前例一样，其改进是：烟道3末端进入水解罐5，水解罐5很高，上部设有排放口25和雾化喷淋头26，可向下喷出水雾。当烟气进入水解罐5时，立即处于水雾之中，粉尘被水雾捕捉下行。因烟气很热，雾水升温很快，烟气中的硼矸迅速溶解，然后按照第一种实施例的工艺过程进行过滤和结晶，得到硼酸原料，低温洁净的烟气从排放口25排出。
第六种实施例：如图6所示，在第五种实施例的基础上，在烟道3的外面加装换热水箱18，换热水箱18里面的循环水既可以带走烟道3多余的热量，又可以作为雾化喷淋头26的水源，用以调节水解罐内的水温保持在95℃左右，100℃以下，不出现沸腾，为硼矸溶解提供稳定的环境条件。
第七种实施例：如图7所示，在第六种实施例的基础上，加高水解罐5，并在雾化喷淋头26的下面增设一层或多层筛网27，网眼直径约1mm，可在喷淋的雾水的协助下，对上升的颗粒物进行拦阻。
在筛网27上加装振动器28，产生一定的振动，既可以防止筛网27的堵塞，又可以增加对颗粒物的阻拦效果。

Claims (10)

1.一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收工艺，其特征在于：以温度≥95℃的冶炼炉冷却水和/或烟气热量所制取的温度≥95℃的水为溶剂，把碳化硼冶炼炉的烟气排入热水溶剂中，烟气粉尘中的硼矸溶解得到硼矸溶液，再对硼矸溶液进行过滤分离杂质，再将去除杂质的硼矸溶液降温到≤35℃进行结晶，再去除水分，得到硼酸。
2.一种碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，包括碳化硼冶炼炉（1）、吸烟罩（2）和烟道（3）其特征在于：所说的烟道（3）的末端加设水解罐（5），水解罐（5）的出口与压滤机（6）的进料口相连通，压滤机（6）下面设有接液槽（7），接液槽（7）通过管路与结晶罐（8）的入口相连，结晶罐（8）的出料口通过管路与脱水机（9）相连。
3.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的脱水机（9）的排水口通过管道与母液槽（12）的进口相连，母液槽（12）的出口通过管道与水解罐（5）相连，脱水机（9）的卸料口与烘干机（10）相连。
4.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的水解罐（5）通过热水管（16）与碳化硼冶炼炉（1）的限温水套（17）相连通。
5.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的水解罐（5）周围设有冷却水套（14）。
6.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的烟道（3）通过装有冷却水的换热水箱（18），换热水箱（18）的进水管和排水管与冷水源及水解罐（5）相连通。
7.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的烟道（3）末端与过滤仓（19）相连通，过滤仓（19）里面设有过滤袋（20），过滤袋（20）外面设有排气口（21），过滤仓（19）下部设有排灰管（23），排灰管（23）下端接入水解罐（5）。
8.根据权利要求2所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的烟道（3）接入水解罐（5），水解罐（5）上部设有雾化喷淋头（26）和排放口（25）。
9.根据权利要求8所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的水解罐内的雾化喷淋头下方设有筛网（27）。
10.根据权利要求9所述的碳化硼冶炼炉烟气闭路回收设备，其特征在于：所说的筛网设有振动器（28）。
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