CN103374663A - 一种密闭式还原炉及其在高钛渣生产中的应用 - Google Patents
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Abstract
一种密闭式还原炉及其在高钛渣生产中的应用所述的还原炉包括炉壁和炉腔，炉壁上有进料口、排气管、出料口与炉腔联通，进料口上有进料口阀门，排气管上有排气管阀门，出料口上有出料口阀门，炉腔中分布有电阻发热带和还原气体输送管，还原气体输送管穿过炉壁与炉壁外的还原气体输送管相连接，炉壁外的还原气体输送管上有还原气体输气管阀门，电阻发热带穿过紧密地嵌在炉壁中的高温陶瓷绝缘管与外接电源相连，电阻发热带表层有高温陶瓷绝缘涂层；在高钛渣生产中用于对钛精矿的还原；用所述炉子对矿石粉末中的金属氧化物进行还原时还原温度低，无喷渣，不翻渣结壳，生产环境有很大改善，无石墨电极损耗，电损低，炉腔内的温度容易控制。
Description
技术领域
一种密闭式还原炉及其在高钛渣生产中的应用涉及一种金属冶炼用炉子，具体地说涉及一种高钛渣冶炼中用的固相还原炉及采用这种还原炉对钛精矿中的其他金属氧化物进行固相还原的方法。
背景技术
在现有的金属冶炼中，特别是高钛渣冶炼中将煤粉与钛精矿粉按比例混和造球烘干后装入冶炼炉升温，在高温熔融状态下对其中的钙、铁、镁、锌、铝等金属氧化物进行还原反应，目前国内大多采用电炉冶炼工艺，此工艺是通过三根石墨电极，对炉池中的钛精矿粉进行高温熔炼反应，石墨电解在钛精矿中产生短路行成高温熔炼钛精矿，加入混合钛精矿碳粉在高温熔炼下产生还原反应3C+2Fe2O3 = 4Fe+3CO2 ,C+ MgO＝高温 = Mg + CO , C+CaO = Ca+CO；现有技术中的各种炉子在还原过程中有以下缺点：
一、炉腔未密闭，还原后的Mg、Ca等金属与空气中的氧反应又生成MgO、CaO等氧化物,故此反应在不密闭环境下导致材料和能源的浪费，产品的品质也下降。
二、当钛精矿里的Fe2O3、MgO、CaO等氧化物质与碳反应后生成大量的CO2气体从炉底往上排气形成喷渣，炉壁挂渣，导致翻渣结壳、经常塌料，不得不捣炉，生产环境也十分恶劣。
三、设备中感性负载较多，自然功率因数较低，电流波动大。
四、在冶炼前要进行压球、干燥等冶炼前的准备。
五、石墨电解消耗为吨高钛渣27kg左右。总之现有工艺存在着炉况不稳、翻渣结壳、经常塌料、电流波动大、劳动条件差、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。
发明内容
本发明为了克服现有炉子在金属冶炼中特别是高钛渣冶炼中所导致的上述缺点，采用密闭的炉腔中加入矿石粉末，电阻带加热升温，通入还原性气体，使固相状态的矿石粉末中的金属氧化物在密闭的环境下进行还原反应。
技术方案：一种密闭式还原炉包括炉壁和炉腔，炉壁上有进料口、排气管、出料口与炉腔联通，进料口上有进料口阀门，排气管上有排气管阀门，出料口上有出料口阀门，炉腔中分布有电阻发热带和还原气体输送管，还原气体输送管穿过炉壁与炉壁外的还原气体输送管相连接，炉壁外的还原气体输送管上有还原气体输气管阀门，电阻发热带穿过紧密地嵌在炉壁中的高温陶瓷绝缘管与外接电源相连，电阻发热带表层有耐高温绝缘涂层;
位于炉腔内的还原气体输送管面对炉底方向的管壁上均匀分布有还原气体通气口;
炉壁内层采用310S不锈钢板;
蒸汽输送管采用310S不锈钢管;
电阻发热带在炉腔中与炉底平行/或垂直均匀分布;
炉壁中间保温隔热层采用耐高温陶瓷纤维板。
本发明所述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：打开进料口阀门从上端进料口将钛精矿粉末加入炉腔中，关闭进料口阀门启动电源，使电阻发热带发热，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.输入还原气体H2和/或CO，调节还原气体输气管阀门和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，待钛精矿充分还原后打开出料口阀门从出料口经输送管道输入到高温熔炼炉继续进行冶炼。
有益效果：用本发明所述炉子对矿石粉末中的金属氧化物进行还原时因为在固态下还原，还原温度低，无喷渣，也就不翻渣结壳、塌料，不需捣炉，生产环境有很大改善。
在冶炼前不需进行压球、干燥等冶炼前的准备，也无石墨电极损耗。
还原过程中炉腔与空气隔绝，还原后的Mg、Ca等金属不再生成MgO、CaO等氧化物。
采用电阻带升温，电阻发热带（104，204）表层有高温绝缘涂层，电流负载不受炉腔内的矿渣及其还原情况的影响，所以电流负载稳定，电损低。
电阻发热带在炉腔中与炉底平行/或垂直均匀分布，电阻发热带与矿粉紧密接触加热，升温快，受热均匀，炉腔内的温度容易控制。
附图说明：图1是还原炉纵截面正投影示意图，其中101-炉壁外层,102-炉壁中间保温隔热层,103-炉壁内层,104-电阻发热带,105-高温陶瓷绝缘管,106-还原气体输气管,107-出料口,108-出料口阀门,109-排气管, 110-排气管阀门，111-进料口,112-进料口阀门。
图2是还原炉横截面正投影示意图，其中201-炉壁外层,202-炉壁中间保温隔热层,203-炉壁06-还原气体输气管，213-内层,204-电阻发热带,205-高温陶瓷绝缘管,2还原气体输气管阀门。
具体实施方式
实施例1：一种密闭式还原炉的炉壁（101，102，103，201，202，203）内为炉腔，炉壁上有进料口（111）、排气管（109）、出料口（107）与炉腔联通，进料口（111）上有进料口阀门（112），排气管（109）上有排气管阀门（110），出料口（107）上有出料口阀门（108），炉腔中分布有电阻发热带（104，204）和还原气体输送管（106，206），还原气体输送管（106，206）穿过炉壁，电阻发热带（104，204）通过高温陶瓷绝缘管（105，205）与外接电源相连。
实施例2：高温陶瓷绝缘管（105，205）紧密地嵌在炉壁（101，102，103，201，202，203）中。
实施例3：电阻发热带（104，204）表层有高温陶瓷绝缘涂层。
实施例4：炉壁（101，102，103，201，202，203）包括炉壁外层（101，201）、炉壁中间保温隔热层（102，202）和炉壁内层（103，203）。
实施例5：炉壁外层（101，201）采用普通钢板，炉壁中间保温隔热层（102，202）采用耐高温陶瓷纤维板.
实施例6：炉壁内层（103，203）采用310S耐高温不锈钢板。 [0023] 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。
实施例7：蒸汽输送管采用310S不锈钢材质。
实施例8：一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：打开进料口阀门（112）从上端进料口（111）将钛精矿粉末加入炉腔中，关闭进料口阀门（112）启动电源，使电阻发热带（104，204）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（213）.输入还原气体H2和/或CO，调节还原气体输气管阀门（213）和排气管阀门（110）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出料口阀门（108）从出料口（107）输送管道输入到高温熔炼炉继续进行熔炼分离或排到炉外磁选分离。
（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）。
实施例9：位于炉腔内的还原气体输送管（106，206）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。
实施例10：炉壁外的还原气体输送管（106，206）上有还原气体输气管阀门（213）。用于控制还原气体的输入和对输入气体流量的调节。
实施例11：温度传感器安装在炉腔顶部，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。
实施例12：电阻发热带及其表层的耐高温绝缘涂层应选用能耐1050摄氏度以上材料。
实施例13：电阻发热带表层的耐高温绝缘涂层为耐高温陶瓷绝缘涂层。
实施例14：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。
实施例15：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。
实施例16：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。
实施例17：电阻发热带上海产ocr27AI7Mo2电阻发热带可耐温度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。
实施例18：多金属氧化物混和矿（包括钛铁矿）用此还原炉还原后，可进行熔炼分离，也可磁选分离。
Claims (9)
1.一种密闭式还原炉包括炉壁（101，102，103，201，202，203）和炉腔，其特征在于炉壁上有进料口（111）、排气管（109）、出料口（107）与炉腔联通，进料口（111）上有进料口阀门（112），排气管（109）上有排气管阀门（110），出料口（107）上有出料口阀门（108），炉腔中分布有电阻发热带（104，204）和还原气体输送管（106，206），还原气体输送管（106，206）穿过炉壁与炉壁外的还原气体输送管相连接，炉壁外的还原气体输送管上有还原气体输气管阀门（213），电阻发热带（104，204）穿过紧密地嵌在炉壁（101，102，103，201，202，203）中的高温陶瓷绝缘管（105，205）与外接电源相连，电阻发热带（104，204）表层有高温绝缘涂层。
2.根据权利要求1所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：位于炉腔内的还原气体输送管（106，206）面对炉底方向的管壁上均匀分布有还原气体通气口。
3.根据权利要求2所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：炉壁（101，102，103，201，202，203）包括炉壁外层（101，201）、炉壁中间保温隔热层（102，202）和炉壁内层（103，203）。
4.根据权利要求3所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：炉壁内层（103，203）采用310S不锈钢板。
5.根据权利要求4所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：蒸汽输送管采用310S不锈钢管。
6.根据权利要求1，2，3，4或5权利要所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：电阻发热带（104，204）在炉腔中与炉底平行/或垂直均匀分布。
7.根据权利要求6所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：炉壁中间保温隔热层（102，202）采用耐高温陶瓷纤维板。
8.根据权利要求7所述的一种密闭式还原炉，其特征在于：电阻发热带表层的耐高温绝缘涂层为耐高温陶瓷绝缘涂层。
9.权利要求1-8任一权利要求所述的一种密闭式还原炉在高钛渣生产中的应用，其特征在于：所述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,打开进料口阀门（112）从上端进料口（111）将钛精矿粉末加入炉腔中，关闭进料口阀门（112）启动电源，使电阻发热带（104，204）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（213）.输入还原气体H2和/或CO，调节还原气体输气管阀门（213）和排气管阀门（110）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，待钛精矿充分还原后打开出料口阀门（108）从出料口（107）经输送管道输入到高温熔炼炉进行熔炼分离或排到炉外磁选分离。
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