CN103215403A - 一种密闭式冶炼系统及在高钛渣生产中的应用 - Google Patents

Abstract

一种密闭式冶炼系统涉及一种多种氧化金属混合矿的密闭式冶炼系统，还涉及到该系统在高钛渣生产中的应用，该密闭式冶炼系统主要包括密闭式还原炉和带高温熔液排料管的密闭式熔炼炉，还原炉所需的还原气体可在密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉中持续生成，本发明中还原和熔炼分开进行，还原温度低，还原效率高，安全隐患低，适合连续生产，每炉冶炼耗时60—90分钟，生产效率有效提高，每炉高钛渣耗电在1800KWH内。

Description

一种密闭式冶炼系统及在高钛渣生产中的应用

技术领域：本发明涉及一种多种氧化金属混合矿的密闭式冶炼系统，还涉及到该系统在高钛渣生产中的应用。

背景技术：

对多种氧化金属混合矿，目前国内大多采用电炉冶炼工艺，此工艺是通过三根电极，对电炉中的矿石进行高温熔炼，加入矿和焦炭的混和物在高温熔炼下混合矿中的金属氧化物与碳产生还原反应，比如：3C+2Fe₂O₃= 4Fe+3CO₂, C+CaO = Ca+CO。

在用钛精矿生产高钛渣的过程中，就采取钛精矿和焦炭的混和物在高温熔炼下让其中的其他金属氧化物产生还原反应。

多种氧化金属混合矿中的还原的Mg、Ca、Zn、Fe等金属容易与空气中的氧、氮反应又生成氧化物、氮化物，在未密闭环境下导致材料和能源的浪费，产品的品质也下降；当混合矿如钛精矿里的Fe₂O₃、MgO、CaO等氧化物质反应后生成大量的CO₂气体从炉底往上排气行成喷渣，目前冶炼技术对电能的消耗量非常大，而且设备中感性负载较多，有效功率较低。现有技术冶炼高钛渣每炉冶炼时间约为150分钟-240分钟，高钛渣的吨耗电量为3000度左右，电极消耗为吨高钛渣27kg左右。在冶炼前要进行压球、干燥等冶炼前的准备，这种工艺存在着炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、飞扬损失严重、电耗高、收率低、热辐射高、设备故障率高。

申请号为CN201010202936.4的中国专利申请提出一种用中频炉输入氢气冶炼高钛渣的方法，根据文中所述的方法无法实现发明目的，没有实用性，如文中所述“主体冶炼炉体中频炉(1)，炉胆是耐热钢做成的坩锅(2)”已知纯镍不锈钢板：熔点1455摄氏度，而高钛渣的熔点在1700多摄氏度，纯镍不锈钢不能形成涡流，现在还没有能耐如此高温的钢来做导磁坩埚。

文中所述的无论是用中频炉生产还原气还是用中频炉还原钛铁矿，坩埚内的煤炭、焦炭、钛铁矿都不导磁，无法形成涡流，只能靠耐热钢做成的坩锅发热传导给锅内的煤炭、焦炭、钛铁矿而升温，锅内的煤炭、焦炭、钛精矿的导热性很差，以坩埚传热给钛精矿，当坩埚壁的温度到达还原温度时，坩埚中心的温度却还很低，当中心的温度达到还原反应温度时，坩埚壁的温度已经超过熔点了，即使用上述中频炉靠延长加热时间能生产出少量的氢气和一氧化碳，由于中频线圈散热和炉体的散热，其电能的浪费非常大，制得的氢气和一氧化碳的成本也非常高;用中频炉还原加热，设备中感性负载随炉内的矿及其还原情况而变化，无法控制炉内的还原温度，电流波动大，有效功率较低，文中所给出的制造水煤气的方法、还原钛铁矿的方法在实践中均没有实用性。

传统水煤气的成份由氮气、氢气、一氧化碳、二氧化碳、氧气、甲烷组成，并含有少量的硫化氢和惰性气体，不能达到高纯的氢气和一氧化碳，其中（氮气、二氧化碳、氧气、甲烷硫化氢和惰性气体）对用于氧化矿物质还原不利。

现有的水煤气发生炉无法解决炉内温度恒定，也就无法生产出持续、高纯度的高温水煤气，也就影响了后续的还原反应效果。

发明内容

本发明为了克服现有技术中电炉冶炼多种氧化金属混和矿时容易喷渣、炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、飞扬损失严重、电耗高、收率低、污染严重、热辐射高、操作环境恶劣等缺陷及中国专利申请CN201010202936.4所述方法没有实用性的缺陷，提出一种新的冶炼系统，将还原和熔炼过程分由不同的设备来完成，同时用新的设备制得持续、高纯度的高温水煤气用于还原炉中的还原反应。

技术方案：

一种密闭式冶炼系统，所述冶炼系统主要包括下述密闭式还原炉和带高温熔液排料管的密闭式熔炼炉：

密闭式还原炉包括还原炉炉壁和还原炉炉腔，还原炉炉壁上有还原炉进料口、还原炉排气管、还原炉出料口与还原炉炉腔联通，还原炉炉腔中分布有还原炉发热电阻和还原气体输送管，还原气体输送管穿过还原炉炉壁进入还原炉炉腔，还原炉发热电阻穿过嵌在还原炉炉壁中的高温陶瓷绝缘管与外接电源相连，还原炉发热电阻表层有高温陶瓷绝缘涂层；

带有高温熔液排料管的熔炼炉，炉腔上部有熔炼炉进料口，熔炼炉炉壁上的熔炼炉废气排放口与熔炼炉炉腔联通，熔炼炉炉壁外是中频电源线圈，熔炼炉炉底有熔炼炉排料口与高温熔液排料管的液体流入端管腔联通；所述高温熔液排料管，主要包括由耐高温的带沉水弯结构的管壁和緾绕的中频电源线圈，沉水弯结构位于液体流入端管腔与液体排出端管腔之间；

密闭式还原炉的还原炉出料口通过耐高温物料输送管道与熔炼炉进料口联通。

上述的一种密闭式冶炼系统，还原炉进料口上有还原炉进料口阀门，还原炉排气管上有还原炉排气管阀门，还原炉出料口上有还原炉出料口阀门，还原气体输送管上有还原气体输气管阀门；熔炼炉进料口设有熔炼炉进料口阀门。

上述的一种密闭式冶炼系统，还原炉炉壁包括还原炉炉壁外层, 还原炉炉壁中间保温隔热层, 还原炉炉壁内层。

上述的一种密闭式冶炼系统，密闭式还原炉的出料口采用耐高温物料输送管道通过熔炼炉进料口与熔炼炉炉腔联通。

上述的一种密闭式冶炼系统，所述高温熔液排料管的管壁由氧化锆构成。

上述的一种密闭式冶炼系统，所述冶炼系统还包括还原气体发生装置，还原气体发生装置是水煤气发生炉，主要包括发生炉炉壁、发生炉炉腔、发生炉进料口、蒸汽管、发生炉排气管、发生炉排渣口、发生炉发热电阻；发生炉进料口、蒸汽管、发生炉排渣口和发生炉排气管分别与发生炉炉腔连通，发生炉电阻带穿过发生炉炉壁与发生炉炉壁外的电源接头相连接，炉桥位于发生炉炉腔下部、蒸汽进口上方，发生炉排渣口(110)有控制发生炉排渣口启闭的发生炉排渣口阀门，蒸汽管上有控制蒸汽进入及其流量的蒸汽阀门，发生炉进料口有控制其启闭的发生炉进料口阀门，发生炉排气管上有控制该管道启闭及其流量的阀门，发生炉发热电阻表面有耐高温绝缘材料涂层；水煤气发生炉的发生炉排气管与还原炉上的还原气体输送管相连接。

上述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，所述生产高钛渣包括以下步骤：

第一步：从还原炉进料口将钛精矿加入还原炉炉腔中，关闭还原炉进料口阀门和还原炉出料口阀门，启动电源，使还原炉发热电阻发热，还原炉炉腔内的温度升至950℃以上，不超过1050℃时，打开还原气体输气管阀门.输入还原气体H₂和/或CO，调节还原气体输气管阀门和还原炉排气管阀门使炉内压强升至1公斤 ~ 2公斤/平方厘米，调节输入电能使炉腔内的温度维持在950℃ ~ 1050℃，持续38-45分钟；

第二步：在与空气中的氧气不接触的情况下，将钛精矿还原所得粉末混和物输入高温熔炼炉中，将氧化钛与其他金属进行熔炼分离：待钛精矿充分还原后打开还原炉出料口阀门从还原炉出料口输送管道输入到高温熔炼炉，打开熔炼炉进料口阀门将还原后的钛精矿经熔炼炉进料口输入熔炼炉炉腔，启动熔炼炉中频炉电源升温进行熔炼分离；

第三步：将熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉。

上述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，所述还原气体来自以下还原气体发生炉排气管：

打开密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉的发生炉进料口阀门从发生炉进料口向炉腔中加入焦炭和/或木炭等炭素原料，关闭发生炉进料口阀门和发生炉排渣口阀门，打开发生炉排气口阀门；然后启动电源，发生炉发热电阻发热升温，在升温过程中所产生的废气经发生炉排气管排入废气处理装置，升温至850℃以上，打开蒸汽输送管阀门输入蒸汽，调节蒸汽流量和/或调节输入电量使反应温度维持在850℃ ~ 1050℃之间，蒸汽与碳反应生成氢气和一氧化碳经发生炉排气管输出到还原炉。

上述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，所述熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉是通过与熔炼炉腔联通的高温熔液排料管排出。

上述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，所述升温熔炼分离是指：温度升至1200℃时还原后的金属Mg达到沸点形成气态从废气口排到金属冷却回收装置或废气处理装置;当温度升至1500℃时还原后的金属Ca达到沸点形成气态从废气口排到金属冷却回收装置或废气处理装置;1600℃时钛精矿里面的单质铁已充分熔化为液态铁;升温至1700℃左右时钛精矿里面的TiO₂充分熔化成液态;未蒸发的金属和高钛渣在熔炼炉内分层;钛精矿充分熔化后启动排料管中频电源线圈升温至1700℃沉水弯部凝固后的固态Fe和TiO₂熔化成液态从液体排出端管腔排出，待高温熔炼炉内的液态Fe和TiO₂溶液排完后，关闭出料口中频炉电源，让沉水弯部冷却至1100℃以下，沉水弯部的液体凝固成固态后自然堵塞出料口，重新加入还原后的钛精矿进入下一炉熔炼。

有益效果：一种密闭的冶炼系统，采用一种密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉产生的水煤气中不含氧气、氮气、二氧化碳等气体， 高温水煤气输入还原炉与其他多种金属氧化物混合矿（这儿以钛铁矿为例）中的固相金属氧化物进行还原反应，然后将还原铁及其他金属与氧化钛的混和物输入高温熔炼炉进行熔炼分离、分层后，再将铁、氧化钛分别从高温熔液排料管排出。

无论是一种在密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉、一种密闭式还原炉还是在一种带高温熔液排料管的密闭式熔炼炉中发生的物理、化学反应都是在与空气隔绝的状态下发生的，还原后的金属铁也不易再生成金属氧化物，安全隐患相对传统的方法要低得多；也没有喷渣、炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、飞扬损失严重、电耗高、收率低、污染严重、热辐射高、操作环境恶劣等缺陷；因一种在密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉、一种密闭式还原炉中采用安装在炉腔中的电阻带加热，从而克服了中国专利申请CN201010202936.4无实用性的缺陷，实现了对炉腔中的反应温度的恒定的控制，通过对蒸汽压力和还原炉排气口阀门的调节，还可调节输入还原炉的还原气体的温度。满足了金属冶炼中还原反应对高纯度高温还原气体的需求，氢气、一氧化碳纯度高，且温度比较恒定，也方便还原炉中温度的控制，还原效率也得到大幅提高。

本发明中还原和熔炼分开进行，还原温度低，还原效率高，部分或全部还原的氧化矿在熔炼炉中使用中频电源加热时，能够导磁产生涡流。适合连续生产，每炉冶炼耗时大约60分钟，生产效率有效提高，每吨高钛渣耗电在1800KWH内。

附图说明：

图1是一种密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉纵截面示意图；

图2是一种密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉炉壁纵截面结构示意图;

图3是一种密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉横截面示意图； 

图4是还原炉纵截面正投影示意图；

图5是还原炉横截面正投影示意图；

图6是带有高温熔液排料管的熔炼炉纵截面示意图；

101-发生炉炉壁、102-发生炉炉腔、103-发生炉进料口、104-发生炉进料口阀门、105-发生炉排气管、106-发生炉排气口阀门107-,蒸汽管、108-电源接头、109-炉桥、110-发生炉排渣口、111-发生炉排渣口阀门、112-蒸汽输送管阀门、113—发生炉发热电阻；

231-发生炉内壁，221-发生炉保温层，211-发生炉外壳

401-还原炉炉壁外层,402-还原炉炉壁中间保温隔热层,403-还原炉炉壁内层,404-还原炉发热电阻,405-高温陶瓷绝缘管,406-还原气体输气管,407-还原炉出料口408-还原炉出料口阀门,409-还原炉排气管, 410-还原炉排气管阀门，411-还原炉进料口,412-还原炉进料口阀门；513—还原气体输气管阀门

601-熔炼炉炉壁外层，602-熔炼炉炉壁中间层，603-熔炼炉炉壁内层，604-熔炼炉中频电源线圈，605-熔炼炉进料口，606-熔炼炉炉腔，607-排料管中频电源线圈，608-管壁，609-液体排出端管腔，610-沉积液液面线，611-熔炼炉废气排放口，612-液体流入端管腔。

具体实施方式

实施例1：第一步，打开密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉发生炉进料口阀门104从上端发生炉进料口103向发生炉炉腔中加入焦炭和/或木炭等炭素原料，关闭发生炉进料口阀门104和发生炉排渣口阀门111，打开发生炉排气口阀门106；然后启动电源，开始升温，在升温过程中所产生的废气经发生炉排气管105排入废气处理装置，升温至950℃以上，打开蒸汽输送管阀门（112）输入蒸汽，调节蒸汽流量和/或调节输入电量使反应温度维持在950℃ ~ 1050℃之间，蒸汽与碳反应生成氢气和一氧化碳经发生炉排气管105输出，关闭与发生炉排气管105相连接的废气排放管上的阀门，向还原炉输送水煤气；

第二步，打开密闭式还原炉的还原炉进料口阀门412从上端还原炉进料口411将钛精矿粉末加入还原炉炉腔中，关闭还原炉进料口阀门412和还原炉出料口阀门408，启动电源，使还原炉发热电阻404发热，炉腔内的温度升至950℃以上，不超过1050℃时，打开还原气体输气管阀门513.输入还原气体H₂和/或CO，调节还原气体输气管阀门（513）和还原炉排气管阀门（410）使炉内压强升至1公斤 ~ 2公斤/平方厘米，调节输入电能使炉腔内的温度维持在950℃ ~ 1050℃，持续38-45分钟；

上述第一步和第二步只是方便表述，实际上两者同时操作，至少还原炉腔内的物料应先比气体发生炉腔内的温度达到950℃以上；

第三步，待钛精矿充分还原后打开还原炉出料口阀门408从还原炉出料口407输送管道输入到高温熔炼炉，打开熔炼炉进料口阀门将还原后的钛精矿经进料口605输入炉腔606，此时钛精矿温度在950℃左右，启动熔炼炉中频电源604升温，至1200℃时还原后的金属Mg达到沸点形成气态从熔炼炉废气排放口611排到金属冷却回收装置或废气处理装置;当温度升至1500℃时还原后的金属Ca达到沸点形成气态从熔炼炉废气排放口611排到金属冷却回收装置或废气处理装置;1600℃时钛精矿里面的单质铁已充分熔化为液态铁;升温至1800℃左右时钛精矿里面的TiO₂充分熔化成液态;钛精矿充分熔化后启动排料管中频电源线圈607升温至1700℃沉水弯部凝固后的固态Fe和TiO₂熔化成液态从液体排出端管腔609排出，待高温熔炼炉内的液态Fe和TiO₂熔液排完后，剩余的熔液沉积在沉水弯形成沉积液液面线610，关闭排料管管壁608外的中频炉电源，让沉水弯部冷却至1100℃以下，沉水弯部的液体凝固成固态后自然堵塞出料口，重新加入还原后的钛精矿进入下一炉熔炼。

（其化学反应方程式为：3H₂+Fe₂O₃=高温＝2 Fe+3H₂O；3CO+ Fe₂O₃=高温=2 Fe+3CO₂； H₂+S=加热＝H₂S；CO+MgO＝高温=Mg+CO₂； H₂+ MgO =加热＝H₂O+Mg；CO +CaO = Ca+CO₂； H₂+ CaO =高温=H₂O+Ca）。

在实施例1中：还原气体发生炉中的发生炉发热电阻113和还原炉中的还原炉发热电阻404选用能耐1050摄氏度以上高温的材料，表面都有相应耐高温绝缘涂层。

在实施例1中：发生炉炉壁内层103、蒸汽输送管107采用310S耐高温不锈钢。310S不锈钢是奥氏体铬镍不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，使得拥有好得多蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。因镍(Ni)、铬(Cr)含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，耐高温钢管专用于制造电热炉管等场合，奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高，奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素，由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。发生炉炉壁内层103和蒸汽输送管（107）采用310S不锈钢可承受较高压强。

在实施例1中：一种密闭式还原炉的还原炉炉壁内为还原炉炉腔，炉壁上有还原炉进料口411、还原炉排气管409、还原炉出料口407与炉腔联通，还原炉进料口411上有还原炉进料口阀门412，还原炉排气管409上有还原炉排气管阀门410，还原炉出料口407上有还原炉出料口阀门408，还原炉炉腔中分布有还原炉发热电阻404和还原气体输送管406，还原气体输送管406穿过还原炉炉壁，还原炉发热电阻404通过高温陶瓷绝缘管405，与外接电源相连。

在实施例1中：高温陶瓷绝缘管405紧密地嵌在还原炉炉壁中。

在实施例1中：还原气体发生炉中的发生炉发热电阻113和还原炉中的还原炉发热电阻404表层的耐高温绝缘涂层为耐高温绝缘陶瓷。

在实施例1中：还原炉炉壁包括还原炉炉壁外层401、还原炉炉壁中间保温隔热层402和还原炉炉壁内层403。

在实施例1中：还原炉炉壁外层（401）采用普通钢板，还原炉炉壁中间保温隔热层（402）采用耐高温陶瓷纤维板.

在实施例1中：还原炉炉壁内层103、发生炉炉壁内层403采用310S耐高温不锈钢板，蒸汽输送管107采用310S不锈钢材质。 310S不锈钢是奥氏体铬镍不锈钢，具有很好的抗氧化性、耐腐蚀性，因为较高百分比的铬和镍，使得拥有好得多蠕变强度，在高温下能持续作业，具有良好的耐高温性。因镍(Ni)、铬(Cr)含量高，具有良好耐氧化、耐腐蚀、耐酸碱、耐高温性能，耐高温钢管专用于制造电热炉管等场合，奥氏体型不锈钢中增加碳的含量后，由于其固溶强化作用使强度得到提高，奥氏体型不锈钢的化学成分特性是以铬、镍为基础添加钼、钨、铌和钛等元素，由于其组织为面心立方结构，因而在高温下有高的强度和蠕变强度。炉壁内层（103，203）采用310S不锈钢可承受较高压强。

在实施例1中：发生炉发热电阻113、还原炉发热电阻113在各自的炉腔中与炉底平行或垂直均匀分布；可根据实际情况选用电阻带或电阻丝。

在实施例1中：一种密闭式还原炉可用于高钛渣生产过程中对钛精矿里含有的其他金属氧化物的还原：打开还原炉进料口阀门412从上端还原炉进料口411将钛精矿加入炉腔中，关闭还原炉进料口阀门412启动电源，使发热电阻404发热，炉腔内的温度升至950℃以上，不超过1050℃时，打开还原气体输气管阀门513.输入还原气体H₂和/或CO，调节还原气体输气管阀门513和还原炉排气管阀门510使炉内压强升至1公斤 ~ 2公斤/平方厘米，调节输入电能使炉腔内的温度维持在950℃ ~ 1050℃，持续35-45分钟，待钛精矿充分还原后打开还原炉出料口阀门408从还原炉出料口407输送管道输入到高温熔炼炉继续进行冶炼。

（其化学反应方程式为：3H₂+Fe₂O₃=高温＝2 Fe+3H₂O；3CO+ Fe₂O₃=高温=2 Fe+3CO₂； H₂+S=加热＝H₂S；CO+MgO＝高温=Mg+CO₂； H₂+ MgO =加热＝H₂O+Mg；CO +CaO = Ca+CO₂； H₂+ CaO =高温=H₂O+Ca）。

在实施例1中：位于炉腔内的还原气体输送管406面对炉底方向的管壁上均匀分布有还原气体通气口，保证还原气体均匀输入炉腔。

在实施例1中：炉壁外的还原气体输送管406上有还原气体输气管阀门513，用于控制还原气体的输入和对输入气体流量的调节。 

在实施例1中：一种密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉包括发生炉炉壁101、发生炉炉腔102、发生炉进料口103、蒸汽管107、发生炉排气管105、发生炉排渣口110、发生炉发热电阻113，等结构，发生炉进料口103、蒸汽管107、发生炉排渣口110和发生炉排气管105分别与发生炉炉腔102连通，发生炉发热电阻113，穿过发生炉炉壁101与炉壁外的电源接头108，相连接，炉桥109位于发生炉炉腔102下部、蒸汽进口上方，发生炉排渣口110有控制排渣口启闭的发生炉排渣口阀门111，蒸汽管107上有控制蒸汽进入及其流量的蒸汽阀门112，发生炉进料口103有控制其启闭的发生炉进料口阀门104，发生炉排气管105上有控制该管道启闭及其流量的发生炉排气管阀门106。

在实施例1中：水煤气发生炉是采用电阻带加热，电阻带表面有高温绝缘材料涂层。

在实施例1中：打开发生炉进料口阀门104从上端发生炉进料口103加入碳，关闭进发生炉料口阀门104和发生炉排渣口阀门111，打开发生炉排气口阀门106，然后启动电源，开始升温，在升温过程中所产生的废气经发生炉排气管105排入废气处理装置。

在实施例1中：升温至950℃以上，打开蒸汽输送管阀门112输入蒸汽，调节蒸汽流量和/或调节输入电量使反应温度维持在950℃ ~ 1050℃之间，蒸汽与碳反应生成氢气和一氧化碳经发生炉排气口105输出。

在实施例1中：采用废弃植物，例：稻壳、秸杆、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米秆、高粱杆、豆秆、锯末、木屑、刨花、竹屑、松粒壳、椰子壳等皆可制作机制木炭，灰份明显低于煤炭，有利于禁止野外焚烧的环保政策。

在实施例1中：水煤气发生炉炉腔102在输入蒸汽前的升温阶段所产生的气体以废气形式从排气管105排到废气处理装置 。 

在实施例1中：一种高温熔液排料管，包括带沉水弯结构的管道，管道壁外緾绕的用于加热的中频电源线圈;管道壁采用耐高温材料;在管道壁608外緾绕中频电源线圈607;该管状结构的一端经冶炼炉炉体的底部和/或下部与炉腔连通;在冶炼开始时，熔液流入沉水弯部液面线610以下部位沉积冷却凝固后堵塞管道，当炉腔中的熔液需排出炉腔时，给緾绕在管道上的中频电源线圈607输电，使沉水弯部的熔炼材料迅速熔化，则炉腔中的熔液从管道排出，然后关闭该管道上的中频电源，使积结在沉水弯部的熔液冷却凝固。

在实施例1中：构成管壁608的耐高温材料可根据冶炼的温度选用能耐相应温度的氧化锆、三氧化二铝、氧化镁、石墨、耐热钢、钢玉等材料。比如：铅的熔点是327.5摄氏度，管壁材料可用耐热钢，生产高钛渣时，其中二氧化钛的熔点是1800摄氏度左右，铁的最高熔点是1535摄氏度，氧化锆管能耐温2200摄氏度，在熔炼生产高钛渣时管壁材料最好选用氧化锆。

在实施例1中：炉壁外层601采用耐高温陶瓷纤维板，炉壁中间层602采用三氧化二铝浇铝，炉壁内层603采用氧化锆。

在实施例1中：沉水弯管管壁608外涂耐高温保温材料再緾绕中频电源线圈。

在实施例1中：在沉水弯管壁608外即液面线610以下的部分管道外緾绕中频电源线圈107;在不考虑高温熔液排料管的液体流入端管腔612和液体排出端管腔609的壁上积存物的清理问题时，一般只需在积存液面线610以下的部位即沉水弯管壁外緾绕中频电源线圈就能实现控制熔炼炉内的液体流出的目的;

在实施例1中：位于炉腔内的还原气体输送管406，面对炉底方向的管壁上均匀分布有还原气体通气口。

在实施例1中：还原气体发生炉到还原炉之间的还原气体输送管、还原炉到熔炼炉之间的还原后矿粉输送管道最好是密闭的、耐压的。

在实施例1中：温度传感器分别安装在还原炉、还原气体发生炉、熔炼炉的炉腔顶部，温度传感器嵌在炉壁（顶）中的耐高温陶瓷管中，感应探头伸入炉腔内，与炉壁外的电源、显示器相连接。

在实施例1中：上海产ocr27AI7Mo2发热电阻可耐温度1200摄氏度，耐高温涂料XZ-T001，耐温度1200摄氏度，短时可耐1500摄氏度。也可选用其他耐高温的发热电阻丝，外面涂上上述耐高温涂料或其他耐高温涂料。

在实施例1中：在氧化矿混合物中可加入相应反应催化剂。

在实施例1中：在密闭的环境下持续生成高纯度的水煤气采用稻壳、秸杆、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米秆、高粱杆、豆秆、锯末、木屑、刨花、竹屑、松粒壳、椰子壳等废弃植物，制作的机制木炭作为炭素原料。

在密闭的环境下持续生成高纯度的水煤气采用稻壳、秸杆、花生壳、棉壳、玉米芯、玉米秆、高粱杆、豆秆、锯末、木屑、刨花、竹屑、松粒壳、椰子壳等废弃植物作为炭素原料。

在实施例1中：还原气体发生装置可由其他还原所体供给装置代替，比如：氢气瓶。

实施例2：一种密闭式冶炼系统在生产高钛渣中的应用，特所述生产高钛渣包括以下步骤：

第一步：从还原炉进料口411将钛精矿加入还原炉炉腔中，关闭还原炉进料口阀门412和还原炉出料口阀门408，启动电源，使还原炉发热电阻404发热，还原炉炉腔内的温度升至950℃以上，不超过1050℃时，打开还原气体输气管阀门513，输入还原气体H₂和/或CO，调节还原气体输气管阀门513和还原炉排气管阀门410使炉内压强升至1公斤 ~ 2公斤/平方厘米，调节输入电能使炉腔内的温度维持在950℃ ~ 1050℃，持续38-45分钟；

第二步：在与空气中的氧气不接触的情况下，将钛精矿还原所得粉末混和物输入高温熔炼炉中，将氧化钛与其他金属进行熔炼分离：待钛精矿充分还原后打开还原炉出料口阀门408，从还原炉出料口407输送管道输入到高温熔炼炉，打开熔炼炉进料口阀门将还原后的钛精矿经熔炼炉进料口605输入熔炼炉炉腔606，启动熔炼炉中频炉电源604升温进行熔炼分离；

第三步：将熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉。

上述的一种密闭式冶炼系统在生产高钛渣中的应用，所述还原气体来自以下还原气体发生炉的排气管105：

打开密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉阀门104从发生炉进料口103向炉腔中加入焦炭和/或木炭等炭素原料，关闭发生炉进料口阀门104和发生炉排渣口阀门111，打开发生炉排气口阀门106；然后启动电源，开始升温，在升温过程中所产生的废气经发生炉排气管105排入废气处理装置，升温至850℃以上，打开蒸汽输送管阀门112输入蒸汽，调节蒸汽流量和/或调节输入电量使反应温度维持在850℃ ~ 1050℃之间，蒸汽与碳反应生成氢气和一氧化碳经发生炉排气管105输出到还原炉。

上述的一种密闭式冶炼系统在生产高钛渣中的应用，所述熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉是通过与熔炼炉腔联通的高温熔液排料管排出。

上述的一种密闭式冶炼系统在生产高钛渣中的应用，所述升温熔炼分离是指：温度升至1200℃时还原后的金属Mg达到沸点形成气态从废气口611排到金属冷却回收装置或废气处理装置;当温度升至1500℃时还原后的金属Ca达到沸点形成气态从废气口611排到金属冷却回收装置或废气处理装置;1600℃时钛精矿里面的单质铁已充分熔化为液态铁;升温至1700℃左右时钛精矿里面的TiO₂充分熔化成液态;未蒸发的金属和高钛渣在熔炼炉内分层;钛精矿充分熔化后启动排料管中频电源线圈607升温至1700℃沉水弯部凝固后的固态Fe和TiO₂熔化成液态从液体排出端管腔609排出，待高温熔炼炉内的液态Fe和TiO₂溶液排完后，关闭出料口中频炉电源，让沉水弯部冷却至1100℃以下，沉水弯部的液体凝固成固态后自然堵塞出料口，重新加入还原后的钛精矿进入下一炉熔炼。

在实施例2中：还原炉炉腔中的温度为950摄氏度，压强为2公斤/平方厘米，还原气体与钛精矿反应时间为38分钟。

在实施例2中：还原炉炉腔中的温度为1050摄氏度，压强为1公斤/平方厘米，还原气体与钛精矿反应时间为45分钟。

在实施例2中：还原炉炉腔中的温度为1000摄氏度，压强为1.5公斤/平方厘米，还原气体与钛精矿反应时间为40分钟。

Claims (10)

1.一种密闭式冶炼系统，特征在于：所述冶炼系统主要包括下述密闭式还原炉和带高温熔液排料管的密闭式熔炼炉：

密闭式还原炉包括还原炉炉壁和还原炉炉腔，还原炉炉壁上有还原炉进料口（411）、还原炉排气管（409）、还原炉出料口（407）与还原炉炉腔联通，还原炉炉腔中分布有还原炉发热电阻（404）和还原气体输送管（406），还原气体输送管（406）穿过还原炉炉壁进入还原炉炉腔，还原炉发热电阻（404）穿过嵌在还原炉炉壁中的高温陶瓷绝缘管（405）与外接电源相连，还原炉发热电阻（404）表层有高温陶瓷绝缘涂层；

带有高温熔液排料管的熔炼炉，炉腔上部有熔炼炉进料口（605），熔炼炉炉壁上的熔炼炉废气排放口(611)与熔炼炉炉腔联通，熔炼炉炉壁外是中频电源线圈(604)，熔炼炉炉底有熔炼炉排料口与高温熔液排料管的液体流入端管腔（612）联通；所述高温熔液排料管，主要包括由耐高温的带沉水弯结构的管壁（608）和緾绕的中频电源线圈（607），沉水弯结构位于液体流入端管腔（612）与液体排出端管腔（609）之间；

密闭式还原炉的还原炉出料口（407）通过耐高温物料输送管道与熔炼炉进料口（605）联通。

2.根据权利要求1所述的一种密闭式冶炼系统，特征在于：还原炉进料口（411）上有还原炉进料口阀门（412），还原炉排气管（409）上有还原炉排气管阀门（410），还原炉出料口（407）上有还原炉出料口阀门（408），还原气体输送管（406）上有还原气体输气管阀门（413）；熔炼炉进料口（605）设有熔炼炉进料口阀门。

3.根据权利要求1所述的一种密闭式冶炼系统，特征在于：还原炉炉壁包括还原炉炉壁外层（401）, 还原炉炉壁中间保温隔热层（402）, 还原炉炉壁内层（403）。

4.根据权利要求1所述的一种密闭式冶炼系统，特征在于：密闭式还原炉的出料口（407）采用耐高温物料输送管道通过熔炼炉进料口（605）与熔炼炉炉腔（606）联通。

5..根据权利要求1所述的一种密闭式冶炼系统，特征在于：所述管壁（608）由氧化锆构成。

6.根据权利要求1-5任一权利要求所述的一种密闭式冶炼系统，特征在于：所述冶炼系统还包括还原气体发生装置，还原气体发生装置是水煤气发生炉，主要包括发生炉炉壁（101）、发生炉炉腔（102）、发生炉进料口（103）、蒸汽管（107）、发生炉排气管（105）、发生炉排渣口（110）、发生炉发热电阻（113）；发生炉进料口（103）、蒸汽管（107）、发生炉排渣口（110）和发生炉排气管（105）分别与发生炉炉腔（102）连通，发生炉发热电阻（113）穿过发生炉炉壁（101）与发生炉炉壁外的电源接头（108）相连接，炉桥（109）位于发生炉炉腔（102）下部、蒸汽进口上方，发生炉排渣口(110)有控制发生炉排渣口启闭的发生炉排渣口阀门(111)，蒸汽管(107)上有控制蒸汽进入及其流量的蒸汽阀门(112)，发生炉进料口(103)有控制其启闭的发生炉进料口阀门(104)，发生炉排气管(105)上有控制该管道启闭及其流量的阀门(106)，发生炉发热电阻(113)表面有高温绝缘材料涂层；水煤气发生炉的发生炉排气管（105）与还原炉上的还原气体输送管（406）相连接。

7.权利要求1-6任一权利要求所述的一种密闭式冶炼系统在生产高钛渣中的应用，特征在于所述生产高钛渣包括以下步骤：

第一步：从还原炉进料口（411）将钛精矿加入还原炉炉腔中，关闭还原炉进料口阀门（412）和还原炉出料口阀门（408），启动电源，使还原炉发热电阻（404）发热，还原炉炉腔内的温度升至950℃以上，不超过1050℃时，打开还原气体输气管阀门（513）.输入还原气体H₂和/或CO，调节还原气体输气管阀门（513）和还原炉排气管阀门（410）使炉内压强升至1公斤 ~ 2公斤/平方厘米，调节输入电能使炉腔内的温度维持在950℃ ~ 1050℃，持续38-45分钟；

第二步：在与空气中的氧气不接触的情况下，将钛精矿还原所得粉末混和物输入高温熔炼炉中，将氧化钛与其他金属进行熔炼分离：待钛精矿充分还原后打开还原炉出料口阀门（408）从还原炉出料口（407）输送管道输入到高温熔炼炉，打开熔炼炉进料口阀门将还原后的钛精矿经熔炼炉进料口（605）输入熔炼炉炉腔（606），启动熔炼炉中频炉电源（604）升温进行熔炼分离；

第三步：将熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉。

8.根据权利要求7所述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，特征在于：所述还原气体来自以下还原气体发生炉的排气管（105）：

打开密闭的、连续化高纯度水煤气发生炉阀门（104）从发生炉进料口（103）向炉腔中加入焦炭和/或木炭等炭素原料，关闭发生炉进料口阀门（104）和发生炉排渣口阀门（111），打开发生炉排气口阀门（106）；然后启动电源，开始升温，在升温过程中所产生的废气经发生炉排气管（105）排入废气处理装置，升温至850℃以上，打开蒸汽输送管阀门（112）输入蒸汽，调节蒸汽流量和/或调节输入电量使反应温度维持在850℃ ~ 1050℃之间，蒸汽与碳反应生成氢气和一氧化碳经发生炉排气管（105）输出到还原炉。

9.根据权利要求7或8所述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，特征在于：所述熔炼后分层的金属铁、TiO₂熔液排出熔炼炉是通过与熔炼炉腔联通的高温熔液排料管排出。

10.根据权利要求9所述的一种密闭式冶炼系统在高钛渣生产中的应用，特征在于：所述升温熔炼分离是指：温度升至1200℃时还原后的金属Mg达到沸点形成气态从废气口（611）排到金属冷却回收装置或废气处理装置;当温度升至1500℃时还原后的金属Ca达到沸点形成气态从废气口（611）排到金属冷却回收装置或废气处理装置;1600℃时钛精矿里面的单质铁已充分熔化为液态铁;升温至1700℃左右时钛精矿里面的TiO₂充分熔化成液态;未蒸发的金属和高钛渣在熔炼炉内分层;钛精矿充分熔化后启动排料管中频电源线圈（607）升温至1700℃沉水弯部凝固后的固态Fe和TiO₂熔化成液态从液体排出端管腔（609）排出，待高温熔炼炉内的液态Fe和TiO₂溶液排完后，关闭出料口中频炉电源，让沉水弯部冷却至1100℃以下，沉水弯部的液体凝固成固态后自然堵塞出料口，重新加入还原后的钛精矿进入下一炉熔炼。

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