CN104613760A - 电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚 - Google Patents

Abstract

本发明是电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其特征是直径1200～2000mm，结构包括多组高纯石墨叠圈和一组高纯石墨底板；其中一组高纯石墨叠圈通过螺纹连接或迷宫连接方式固定在部分高纯石墨底板上，其余部分的高纯石墨叠圈2通过螺纹连接或迷宫连接方式依次互相连接。优点：1）适应变频感应矿渣熔炉的市场需求向大型化发展的趋势。2）高纯石墨坩埚电磁感应热效率高，无污染、耐酸度高。3）炉衬使用寿命长。4）耐酸、耐高温、耐侵蚀，熔炉装载容量大、热效率高、运行成本低。5）可较方便地调整熔体的成分、熔渣温度、性能优越、炉衬及电磁感应石墨质发热坩埚寿命长，是短流程生产矿棉的理想炉衬。

Description

电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚

技术领域

本发明涉及的是一种电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，属于矿渣熔融装备技术领域。

背景技术

“十二五”规划提出了节能减排的战略目标,建设资源节约型、环境友好型社会成为工业化、现代化发展战略的首要任务。钢铁行业作为工业化进程中的主力军同样面临着机遇与挑战。高炉炼铁的工序能耗约占钢铁工业总能耗的60%,是钢铁工业的能耗大户,其节能减排潜力巨大。高炉渣是高炉炼铁排放出的一种固体废弃物,其处理过程中不仅消耗大量的能源,同时也排出大量的有害物质。因此,开展高炉渣回收利用方面的研究十分必要，高炉渣一种工业固体废物。高炉炼铁过程中排出的渣，又称高炉矿渣，可分为炼钢生铁渣、铸造生铁渣、锰铁矿渣等。中国和苏联等国一些地区使用钛磁铁矿炼铁，排出钒钛高炉渣。依矿石品位不同，每炼1吨铁排出0.3～1吨渣，矿石品位越低,排渣量越大。中国目前每年约排放2000多万吨。矿渣弃置不用会占用土地,浪费资源,污染环境。1589年德国即开始利用高炉渣。20世纪中期以后,高炉渣综合利用迅速发展。目前美国、英国、加拿大、法国、德意志联邦共和国、瑞典、比利时等许多国家都已做到当年排渣,当年用完,全部实现了资源化。日本1980年利用率为85％，苏联1979年利用率在70％以上，中国1981年利用率为83％。

高炉渣是冶炼生铁时从高炉中排出的废物，当炉温达到1400—1600℃时，炉料熔融，矿石中的脉石、焦炭中的灰分和助溶剂和其他不能进入生铁中的杂质形成以硅酸盐和铝酸盐为主浮在铁水上面的熔渣。高炉矿渣中主要的化学成分是SiO₂，Al₂O₃，CaO，MgO，MnO，FeO，S等。此外，有些矿渣还含有微量的TiO₂，V₂O₅，Na₂O，BaO，P₂O₅，Cr₂O₃等。在高炉矿渣中CaO，SiO₂，Al₂O₃占重量的90%以上。

矿渣棉，用压缩空气或高压蒸汽喷吹纤细的熔渣流，可制取矿渣棉，矿渣棉可用作保温材料、吸音材料和防火材料等，由它加工的成品有保温板、保温毡、保温筒、保温带、吸音板、窄毡条、吸音带、耐火板及耐热纤维等。矿渣棉广泛用于冶金、机械、建筑、化工和交通等部门。

直接喷吹高炉熔渣，工艺简单，投资较少，但渣棉质量难以保证。以矿渣为主要原料,加入硅石、玄武岩、安山岩,有时还可加入石灰等调剂成分，再熔化后吹制，可得到优质矿渣棉。许多国家都在生产矿渣棉。 此外，高炉渣还可作为铸石、微晶玻璃、肥料、搪瓷、陶瓷等的原料。

在变频感应矿渣熔炉的开发过程中，急需一种耐高温、无污染、耐酸度高的炉衬材料，看来只有石墨被认为是较理想的炉衬材料。目前市场上适合于变频感应矿渣熔炉用的高密度石墨坩埚，最大直径均在1000mm以下。而变频感应矿渣熔炉的市场需求向大型化发展，例如西安的光伏材料提纯熔炉、宝钢高炉热熔渣提纯熔炉、芜湖新兴铸管的岩棉热熔渣调质熔炉等。均急需一种直径在1000mm以上的高密度石墨坩埚。开发大直径高密度石墨坩埚意义重大。

生产矿渣棉的方法有喷吹法和离心法两种。原料在熔炉中熔化后流出，即用蒸汽或压缩空气喷吹成矿渣棉的方法叫做喷吹法。原料在熔炉中熔化后落在回转的圆盘上，用离心力制成矿渣棉的方法叫做离心法。

矿渣棉的主要原料是高炉矿渣，约占80%～90%，还有10%～20%的玄武岩、萤石或其他如红砖头、卵石等，生产矿渣棉的燃料是焦炭。生产分配料、熔化喷吹、包装3个工序。通常喷吹法生产矿渣棉的工艺流程如图1所示。

矿渣棉熔制设备通常由熔炉（冲天炉或燃气池炉等）、上料机、四辊离心机等组成。

通常生产矿渣棉的工艺均为干矿渣熔融成液态渣其方法如下：

1、将粉末燃料和原料在螺旋状湍流气体中燃烧,生成硅酸盐熔体,然后再将硅酸盐熔体成形为矿棉纤维。原料粉灰或矿渣是喷射入燃烧气体最高温度区的。原料配比是:每100份粉煤,50—300份矿棉原料,除此外矿棉原料还添加了3—9%的细粉状酸度；

2、焦炭熔炉（冲天炉）；

3、燃气池炉，池炉用耐火材料砌筑，由喷枪将然气喷入池内熔化渣料；

4、金属电极电弧熔化渣料（小型）。

将约占80%～90%的高炉热渣直接装入电磁感应矿渣熔炉(15t) ，还有10%～20%的玄武岩、萤石或其他如红砖头、卵石等矿石料作为添加料，加热升温到1550度左右调整矿渣成分及确保矿渣恒温为下属工序提供恒定流量的熔渣流。

需要解决的技术问题：电磁感应矿渣熔炉的内径2000mm炉衬寿命。炉衬损耗率是生产高质量低成本岩棉的关键。

磁感应矿渣熔炉常用耐材炉衬受酸性高炉渣侵蚀烧损快的难题，只有高纯石墨被认为是较理想的炉衬材料，它具有耐高温、无污染、耐酸度高的特点。目前市场上适合于变频感应矿渣熔炉用的高密度石墨坩埚，最大直径均在1000mm以下。而变频感应矿渣熔炉的市场需求向大型化发展为生产高质量低成本岩棉提供更优质的电磁感应矿渣熔炉。

短流程生产矿渣棉的工艺流程如图2所示。

熔融调质热渣熔炉，由电磁感应炉体(3t---60t)、变频电源 (1000---20000kw),可升降、旋转的炉盖、可升降、旋转的感应电极、计算计、plc控制系统等组成。

短流程生产矿棉的工艺是将高炉热渣直接或转运热渣包车装入熔融调质热渣熔炉，（热渣装入节能效果显著），高炉热渣约1500度左右，装入熔融调质热渣熔炉后会降温到大约1200度左右，通过熔融调质热渣熔炉的电磁感应升温到大约1500度左右，再在80%～90%的高炉热渣中添加10%～20%的玄武石等进行调质升温到大约1500度左右（加入玄武石的目的是调质提高渣棉的品位，将高炉渣棉变为质量高的矿棉，）。

调质升温到大约1500度左右的熔融矿渣，通过流槽将热矿渣流装入矿渣恒温保温炉，矿渣恒温保温炉有二个可控制流量的液渣流嘴，热渣流嘴流出的矿渣流进入下一道制棉设备制成矿棉。（有二种制棉法喷吹法和离心法）。

高炉渣的组成包括化学组成和矿物组成。

化学组成：高炉渣中通常含15种以上的化学成分。高炉渣全分析的项目为SiO₂、Al₂O₃、CaO、MgO、MnO、Fe₂O₃、S。一些特殊的矿渣还分析TiO₂、V₂O₅、P₂O₅、Na₂O、BaO、Cr₂O₃、Ni₂O₃等。所有这些化学成分中，CaO、SiO₂、Al₂O₃、MgO四种成分是主要的，它们约占总重量的95％。SiO₂和Al₂O₃来自矿石中的脉石和焦炭中的灰分，CaO和MgO主要来自熔剂，高炉渣主要就是由这四种氧化物组成的硅酸盐和铝酸盐。

发明内容

本发明提出的是一种电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其目的旨在提高电磁感应矿渣熔炉的内径2000mm炉衬寿命，降低炉衬损耗率，减慢受酸性高炉渣侵蚀烧损速度。

本发明的技术解决方案：电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其特征是直径1200～2000mm，结构包括多组高纯石墨叠圈和一组高纯石墨底板；其中一组高纯石墨叠圈中的一部分通过螺纹连接或迷宫连接方式固定在部分高纯石墨底板上，其余部分的高纯石墨叠圈通过螺纹连接或迷宫连接方式依次互相连接。

本发明的优点：1）适应变频感应矿渣熔炉的市场需求向大型化发展的趋势。2）高纯石墨坩埚电磁感应热效率高，无污染、耐酸度高。3）解决了电磁感应矿渣熔炉常用耐材炉衬受酸性高炉渣侵蚀快、炉衬寿命短难题。4）将电磁感应发热坩埚和炉衬的耐酸、耐高温、耐侵蚀优点集于一体，熔炉装载容量大、热效率高、运行成本低。5）可较方便地调整熔体的成分、熔渣温度、性能优越、炉衬及电磁感应石墨质发热坩埚寿命长，是短流程生产矿棉的理想炉衬。

附图说明

附图1是通常喷吹法生产矿渣棉的工艺流程图。

附图2是短流程生产矿渣棉的工艺流程图。

附图3-1是?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚的装配完成示意图。

附图3-2是?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚的装配示意图。

附图4-1是?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚以螺纹连接方式装配的分解立面图。

附图4-2是?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚以迷宫连接方式装配的分解立面图。

图中的1是高纯石墨叠圈、2是高纯石墨底板。

具体实施方式

电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其特征是直径1200～2000mm，结构包括多组高纯石墨叠圈1和一组高纯石墨底板2；其中一组高纯石墨叠圈1通过螺纹连接或迷宫连接方式固定在部分高纯石墨底板2上，其余部分的高纯石墨叠圈2通过螺纹连接或迷宫连接方式依次互相连接。

所述的多组高纯石墨叠圈1之间以及高纯石墨叠圈1与高纯石墨底板2之间的叠装连接处加填高纯石墨粘结剂，以保证接缝处的密封。

电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚的制作方法，其特征是包括如下工艺步骤：

1）将装配好的?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚，置入电磁感应矿渣熔炉内；

2）感应线圈通电；

3）高纯石墨叠圈1和高纯石墨底板2感应发热温度可达2500℃；

4）矿渣熔化。

由于高纯石墨叠圈1和高纯石墨底板2在全程加热熔化矿渣过程中，其位置一直处于渣液面以下，故被氧化损耗小。同时，高纯石墨材质所具有的耐酸、耐高温、耐侵蚀的优点，使得熔炉装载容量大、热效率高、运行成本低，又可较方便地调整熔体的成分，且坩埚寿命长，是短流程生产矿棉的理想炉衬。

短流程生产矿棉的工艺是将高炉热渣直接或转运热渣包车装入熔融调质热渣熔炉。熔炉采用变频电源，可利用熔炉中的电磁感应专用的大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚产生的高温，熔融矿渣。将高炉热渣约占80%～90%，还有10%～20%的玄武石、萤石或其他如红砖头、卵石等矿石料，加热升温到1550度左右，调整矿渣成分将热渣作升温调质处理，后通过流糟流人矿渣恒温熔炉，并为下属工序提供恒定温度、可控流量的熔渣流。

为了解决电磁感应矿渣熔炉常用耐材炉衬受酸性高炉渣侵蚀烧损快的难题，高纯石墨是较理想的炉衬材料，它具有耐高温、电磁感应热效率高，无污染、耐酸度高的特点。

Claims (3)

1.电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其特征是直径1200～2000mm，结构包括多组高纯石墨叠圈和一组高纯石墨底板；其中一组高纯石墨叠圈中的一部分通过螺纹连接或迷宫连接方式固定在部分高纯石墨底板上，其余部分的高纯石墨叠圈通过螺纹连接或迷宫连接方式依次互相连接。

2.根据权利要求1所述的电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚，其特征是所述的多组高纯石墨叠圈之间以及高纯石墨叠圈与高纯石墨底板之间的叠装连接处加填高纯石墨粘结剂，以保证接缝处的密封。

3.如权利要求1的电磁感应矿渣熔炉用大直径圆环叠装式高纯石墨坩埚的使用方法，其特征是包括如下工艺步骤：

1）将装配好的?1200～?2000mm圆环叠装式高纯石墨坩埚，置入电磁感应矿渣熔炉内；

2）感应线圈通电；

3）高纯石墨叠圈1和高纯石墨底板2感应发热温度可达2500℃；

4）矿渣熔化。