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。