CN105001882B - 一种惰性气氛保护下的电热炉装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种惰性气氛保护下的电热炉装置，包括间壁回转窑、密封室、煤粉仓和气体回收利用单元。密封室为全密闭结构，密封室内填充惰性气体或为真空状态，惰性气体控制器控制惰性气体的浓度和压力。间壁回转窑的进料设备与煤粉仓连接。间壁回转窑的出料口通过一级加料器与一级电热炉连接，一级电热炉的气体出口依次通过一级金属冷凝回收器和一级真空泵连接到气体回收利用单元。一级电热炉的出料口通过二级加料器连接到二级电热炉，二级电热炉的出料口连接到成品储罐，二级电热炉的气体出口依次通过二级金属冷凝回收器和二级真空泵连接到气体回收利用单元。本发明在惰性气体保护和高温条件下用煤作原料生产洁净炭，避免设备和产品的氧化烧蚀，降低生产成本。
Description
技术领域
本发明属于真空反应设备技术领域，涉及一种惰性气氛保护下的电热炉装置。
背景技术
传统的石墨炉为立式结构，内筒为不锈钢做成的圆筒，外壳为碳钢制成，内部采用石墨耐材，生产操作时采用真空抽吸。由于设备不能绝对密封，会有少量的空气泄漏，其中的氧气在高温状态下极易氧化石墨耐材，减少寿命造成损失。
公开号为CN 102331175 A 发明专利申请公开 “一种高温真空烧结炉，包括炉架、滑动地设置于所述的炉架内的用于承载加工工件的工件车，驱动所述的工件车升降的升降机构、驱动所述的升降机构运动的具有电机轴的驱动电机，所述的升降机构包括具有驱动轴的减速机，所述的驱动电机驱动所述的驱动轴转动，所述的驱动轴伸出所述的炉架直接于所述的电机轴相连接”。但是该专利申请不能用于惰性气氛下生产洁净煤。
发明内容
本发明的目的是提供一种惰性气氛保护下电热炉装置，在高温和惰性气体的保护下，用煤作原料生产洁净煤，避免设备和产品的氧化烧蚀，降低生产成本。
本发明的技术方案是：惰性气氛保护下的电热炉装置，包括间壁回转窑、密封室、煤粉仓和气体回收利用单元，密封室设有密封门，间壁回转窑的进料设备与煤粉仓连接。密封室设有一级加料器、一级电热炉、一级金属冷凝回收器、一级真空泵、二级加料器、二级电热炉、二级金属冷凝回收器、二级真空泵、成品储罐和惰性气体控制器。间壁回转窑的出料口通过一级加料器与一级电热炉连接，一级电热炉的气体出口依次通过一级金属冷凝回收器和一级真空泵连接到气体回收利用单元。一级电热炉的出料口通过二级加料器连接到二级电热炉，二级电热炉的出料口连接到成品储罐，二级电热炉的气体出口依次通过二级金属冷凝回收器和二级真空泵连接到气体回收利用单元。密封室为全密闭结构，设有密封玻璃窗，密封室内填充惰性气体或为真空状态，惰性气体控制器控制惰性气体的浓度和压力。一级电热炉和二级电热炉为立式或卧式加热炉，一级电热炉和二级电热炉的两头有密封盖，外部为钢壳结构，一级电热炉和二级电热炉的炉体内部砌筑耐火材料。
惰性气体为氮、氦、氖、氩、氪或氙气，或上述气体的两种或多种气体的混合物。一级电热炉和二级电热炉内设有电弧设备、电感应设备或等离子加热设备，用电弧、电感应或等离子加热。一级电热炉加热温度为1200～2000℃，二级电热炉加热温度为2000～3000℃。一级加料器和二级加料器为连续加料器或间歇加料器。密封室内压力为0～100mm汞柱，通过惰性气体控制器调节，控制密封室内惰性气体的浓度和压力，保证气体微正压，低于下限开始补气、高于上限停止补气。耐火材料为酸性耐火材料、中性耐火材料或碱性耐火材料，所述酸性耐火材料为硅砖或粘土砖，中性耐火材料为刚玉、碳砖或石墨，碱性耐火材料为金属陶瓷。一级电热炉和二级电热炉为真空石墨炉。电热炉装置可设有2～20级电热炉，采用多级加热，每级电热炉对应各自的温度段。惰性气氛保护下的电热炉装置设有多级电热炉，采用多级加热，分别在不同级的电热炉内不同温度下发生反应，收集不同的纯金属。密封室设有2～5个保护层，每个保护层内填充惰性气体或为真空状态。
本发明可以进行炭素材料的石墨化加工、提纯煤炭和金属还原等。
本发明惰性气氛保护下的电热炉装置在惰性气体的保护下，在高温条件下用煤作原料生产洁净碳，洁净碳的灰分含量小于0.02%，同时副产金属或者合金，避免设备和产品的氧化烧蚀，降低生产成本。采用惰性气体保护下的真空石墨炉，设备在真空状态下生产时，即使有少量泄漏也只是泄漏惰性气体，对设备的耐材没有损害，有利于延长耐材的使用寿命，减少设备费用。
附图说明
图1为本发明惰性气氛保护下的电热炉装置的工艺流程图；
图2为本发明另一实施方案的示意图；
其中：
1—间壁回转窑、2—一级加料器、3—一级电热炉、4—一级金属冷凝回收器、5—一级真空泵、6—气体回收利用单元、7-二级加料器、8—二级电热炉、9—二级金属冷凝回收器、10—二级真空泵、11—成品储罐、12—惰性气体控制器、13—密封室、14—密封门、15—煤粉仓、16—螺旋冷却器、17—真空泵、18—加料器、19—插板阀。
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明。本发明保护范围不限于实施例，本领域技术人员在权利要求限定的范围内做出任何改动也属于本发明保护的范围。
实施例1
本发明惰性气氛保护下的电热炉装置如图1所示，包括间壁回转窑1、密封室13、煤粉仓15和气体回收利用单元6，密封室设有密封门14，间壁回转窑的进料设备与煤粉仓连接。密封室设有一级加料器2、一级电热炉3、一级金属冷凝回收器4、一级真空泵5、二级加料器7、二级电热炉8、二级金属冷凝回收器9、二级真空泵10、成品储罐11和惰性气体控制器12。密封室为全密闭结构，设有密封玻璃窗，密封室内填充惰性气体或为真空状态，惰性气体控制器控制惰性气体的浓度和压力。惰性气体为氮气，密封室内压力为20～50mm汞柱。间壁回转窑的出料口通过一级加料器与一级电热炉连接，一级电热炉的气体出口依次通过一级金属冷凝回收器和一级真空泵连接到气体回收利用单元。一级电热炉的出料口通过二级加料器连接到二级电热炉，二级电热炉的出料口连接到成品储罐，二级电热炉的气体出口依次通过二级金属冷凝回收器和二级真空泵连接到气体回收利用单元。一级电热炉3设有电弧设备，一级电热炉加热温度为1200～2000℃。二级电热炉内设有等离子加热设备，二级电热炉加热温度为2000～3000℃。一级加料器和二级加料器为间歇加料器。耐火材料为酸性耐火材料粘土砖。
密封室13为全密闭结构，留有人员及物料进出的密封门14、密封室的多个密封玻璃窗便于观察，室内填充惰性气体氮气，除检修人员外不进入室内。一级电热炉和二级电热炉为立式炉，两头有密封盖，外部为钢壳内部有耐火材料砌筑，由电加热温度可以达到1200～3000℃。整套装置自动化操作。煤粉进入间壁回转窑进行高温干馏，干馏后的焦粉由加料器间歇定量加入到电热炉中，在电热炉内物料被加热到反应温度，一级电热炉发生化学反应（反应温度1200～2000℃）：
①MgO+C=Mg+CO
②CaO+C=Ca+CO
③Fe2O3+3C=2Fe+3CO
在此温度下发生以上反应，同时金属镁、钙、铁气化蒸发。
二级电热炉发生化学反应（反应温度2000～3000℃）：
①SiO+C=Si+CO
②Al2O3+3C=2Al+3CO
在此温度下发生以上反应，同时非金属硅和金属铝气化蒸发。
通过控制电热炉的反应温度，在2000℃以下一级电热炉发生反应挥发出来的主要是镁、钙、铁蒸气，一级金属冷凝回收器回收的是镁、钙、铁的合金。在2000~3000℃发生二级电热炉反应挥发出来的主要是硅、铝蒸气，二级金属冷凝回收器回收的是硅、铝的合金。真空泵的出口接到室外，将尾气外排。惰性气体控制器控制密封室内惰性气体的浓度和压力，保证气体微正压20～50mm汞柱，低于下限开始补气、高于上限停止补气。
本发明的另一个实施例是：采用五级电热炉、加料器、真空泵，使镁、钙、铁、硅、铝物质，分别在不同的电热炉内不同温度下发生反应，收集不同的纯金属。
实施例2
本发明另一种实施方式如图2所示，包括加料器18、密封室13、一级金属冷凝回收器4、一级真空泵5、二级加料器7、二级电热炉8、螺旋冷却器16、成品储罐11和真空泵17，密封室设有一级电热炉3和二级电热炉8。加料器通过闸板阀19与一级电加热炉连接，一级电加热炉的出料口通过闸板阀与二级电热炉连接，二级电加热炉的出料口通过闸板阀依次与螺旋冷却器连接，螺旋冷却器的出口通过闸板阀与成品储罐连接。一级电热炉的气体出口依次通过一级金属冷凝回收器和一级真空泵连接到气体回收利用单元。二级电热炉的气体出口依次通过二级金属冷凝回收器和二级真空泵连接到气体回收利用单元。真空泵与密封室连接。密封室为全密闭结构，设有密封玻璃窗，密封室内填充惰性气体，惰性气体控制器控制惰性气体的浓度和压力。
Claims (7)
1.一种惰性气氛保护下的电热炉装置，包括间壁回转窑（1）、密封室（13）、煤粉仓（15）和气体回收利用单元（6），所述密封室设有密封门（14），所述间壁回转窑的进料设备与煤粉仓连接，其特征是：所述密封室设有一级加料器（2）、一级电热炉（3）、一级金属冷凝回收器（4）、一级真空泵（5）、二级加料器（7）、二级电热炉（8）、二级金属冷凝回收器（9）、二级真空泵（10）、成品储罐（11）和惰性气体控制器（12）；所述间壁回转窑的出料口通过一级加料器与一级电热炉连接，一级电热炉的气体出口依次通过一级金属冷凝回收器和一级真空泵连接到气体回收利用单元；所述一级电热炉的出料口通过二级加料器连接到二级电热炉，二级电热炉的出料口连接到成品储罐，二级电热炉的气体出口依次通过二级金属冷凝回收器和二级真空泵连接到气体回收利用单元；所述密封室为全密闭结构，设有密封玻璃窗，密封室内填充惰性气体或为真空状态，惰性气体控制器控制惰性气体的浓度和压力；所述一级电热炉和二级电热炉为立式或卧式加热炉，一级电热炉和二级电热炉的两头有密封盖，外部为钢壳结构，一级电热炉和二级电热炉体内部砌筑耐火材料。
2.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述惰性气体为氮、氦、氖、氩、氪或氙气，或上述气体的两种或多种气体的混合物。
3.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述一级电热炉（3）和二级电热炉（8）内设有电弧设备、电感应设备或等离子加热设备，用电弧、电感应或等离子加热；一级电热炉加热温度为1200～2000℃，二级电热炉加热温度为2000～3000℃。
4.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述一级加料器（2）和二级加料器（7）为连续加料器或间歇加料器。
5.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述密封室（13）内压力为0～100mm汞柱，通过惰性气体控制器调节，控制密封室内惰性气体的浓度和压力，保证气体微正压，低于下限开始补气、高于上限停止补气。
6.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述耐火材料为酸性耐火材料、中性耐火材料或碱性耐火材料，所述酸性耐火材料为硅砖或粘土砖，所述中性耐火材料为刚玉、碳砖或石墨，所述碱性耐火材料为金属陶瓷。
7.根据权利要求1所述惰性气氛保护下的电热炉装置，其特征是：所述一级电热炉（3）和二级电热炉（8）为真空石墨炉。
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