CN105861855B - 一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉 - Google Patents

Abstract

一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，炉壳是由筒状炉侧壁和球冠状炉底板构成的一体结构；外墙体和内墙体为圆筒状；中间墙体与耐火混凝土墙体为一体结构；位于石墨电极、内墙体和外墙体之间的空间作为用于填充电阻发热体的主料室；所述的电阻发热体为放置有多个石墨柱体的铝电解槽废阴极炭块碎块，或放置有多个石墨柱体的石油焦碎块，电阻发热体填充在主料室内。本发明的装置操作方便，分离效率高，工艺成本低，具有良好的应用前景。

Description

一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉

技术领域

本发明属于冶金环境技术领域，特别涉及一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉。

背景技术

铝工业有电解槽废阴极炭块、电解槽废耐火材料内衬、阳极炭渣和铝灰等固体废料；铝工业也使用较大量的石油焦用以制作消耗性炭阳极，平均每生产一吨电解铝消耗0.6吨左右的石油焦；石油焦中平均含有的硫高达5%左右，这些硫如果以SO₂的形式排放到大气中会对环境造成极大的影响。

金属铝是用冰晶石-氧化铝熔盐电解的方法生产的，在从原铝到原铝净化、制成金属锭和合金材料的整个生产过程中，产生如下几种废料：

1.在铝电解槽大修过程中产生的如下固体废料：(1)含钠和电解质的废阴极炭块；(2)含有渗透了电解质、金属钠与耐火材料反应生成硅铝酸钠的废耐火材料内衬；(3)含有电解质的氮化硅结合碳化硅的废阴极内衬；(4)阴极钢棒被铝侵蚀后生成的Fe-Al合金；

2.在铝电解生产过程中产生的含有电解质的阳极炭渣；

3.原铝净化、铸锭和合金材料制作过程中产生的铝灰渣。

专利CN105088274A和专利CN104894601A发明了一种处理及回收铝电解槽固体废料以及石油焦高温真空分离的方法和装置；在这两种装置中，虽然在收集钠和电解质的装置上有所不同，但其电阻发热体形式是类似的，但由这种电阻发热体形式所形成的电阻炉由于是长方体型箱体，在高温真空条件下受外部大气压的影响下容易产生变形而使炉体受到破坏；使用圆筒型炉体可以使这一问题得到大大地改善，但使用圆筒型炉体将会使以铝电解槽废阴极炭块的碎块料或石油焦的碎块料组成的电阻发热体内的电流分布严重地偏向于炉心，从而使炭电阻发热体的温度严重地不均衡。

发明内容

针对铝电解槽固体废料回收技术存在的上述问题，本发明提供一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，采用铝电解槽废阴极炭块或石油焦与人造石墨圆柱体共同作为电阻发热体，并将电阻发热体设置为圆筒状结构，石墨圆柱体间断地排列在电阻发热体的中间偏外，同时将炉体外壳和外壳内的侧部内衬设置为圆筒状结构，保证电阻发热体受热均匀并顺利实施生产。

本发明的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉包括炉壳、球冠状炉盖（3）、炉内衬（8）、耐火混凝土墙体（9）、耐火混凝土顶板（11）、保温盖板（10）和两个电极加热装置；炉壳是由筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）构成的一体结构，炉壳的顶部与球冠状炉盖（3）密封连接；炉壳内壁连接炉内衬（8），炉内衬（8）位于耐火混凝土墙体（9）、筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）之间，耐火混凝土顶板（11）覆盖在耐火混凝土墙体（9）顶部，保温盖板（10）覆盖在耐火混凝土顶板（11）上；其中耐火混凝土墙体（9）是由外墙体、底墙板和内墙体（13）构成的一体结构，外墙体和内墙体（13）为圆筒状，外墙体顶部与耐火混凝土顶板（11）连接，外墙体和内墙体（13）底部连接底墙板；底墙板上还设有一个中间墙体（20），与耐火混凝土墙体（9）为一体结构，中间墙体（20）同时与外墙体和内墙体（13）连接；每个电极装置包括装配在一起的金属电极（17）、电极密封装置（19）和石墨电极（16），金属电极（17）通过电极密封装置（19）固定在炉壳的筒状炉侧壁（1）上，石墨电极（16）穿过外墙体，并且石墨电极（16）的前端与内墙体连接，后端与炉内衬（8）连接；两个石墨电极（16）分别位于中间墙体（20）的两侧并与中间墙体（20）连接；位于石墨电极（16）、内墙体和外墙体之间的空间作为用于填充电阻发热体的主料室（21），主料室（21）上方设有环形的主料室盖板（22）；内墙体（13）内部的空间作为副料室（23）；内墙体（13）的侧壁上设有通孔（14），内墙体（13）的顶面上设有凹槽（15），通孔（14）和凹槽（15）将主料室（21）和副料室（23）连通；在外墙体内部，主料室（21）、副料室（23）和耐火混凝土顶板（11）之间的空间作为电解质结晶室（24），靠近电解质结晶室顶部的外墙体上同时设有碱金属-硫蒸汽通道（25）和石油焦挥发份通道（26），碱金属-硫蒸汽通道（25）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的碱金属-硫结晶器连通，石油焦挥发份通道（26）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的石油焦挥发份收集器连通；所述的电阻发热体为放置有多个石墨柱体（27）的铝电解槽废阴极炭块碎块（21）或放置有多个石墨柱体（27）的石油焦碎块，电阻发热体填充在主料室（21）内。

上述的两个金属电极（17）的轴线之间有夹角或互相平行。

上述的保温盖板（10）的顶面为球冠状，其形状与球冠状炉盖（3）相对应。

上述的石墨柱体（27）材质为人造石墨，多个石墨柱体（27）在主料室（21）内环绕副料室（23）排成一条弧线，均匀地埋在铝电解槽废阴极炭块碎块料或石油焦碎块料内，相邻的两个石墨柱体（27）之间有间隙。

上述的金属电极（17）上设置有电极水冷装置（18）。

上述的内墙体（13）的顶面位于碱金属-硫蒸气通道（25）和石油焦挥发份通道（26）的下方。

上述装置中，底墙板上内墙体（13）的内部设有耐火混凝土套筒（12），与耐火混凝土的墙体（9）为一体结构，耐火混凝土套筒（12）套筒顶部与耐火混凝土顶板（11）接触；耐火混凝土套筒（12）套在冷却器（5）外，冷却器（5）与炉壳为一体结构；冷却器（5）内设有进气管（6）和出气管（7），进气管（6）延伸至冷却器（5）上方靠近冷却器（5）顶部。

上述装置中，进气管（6）与空气压缩装置连在一起，出气管（7）与热回收利用装置连接。

上述装置中，炉壳外部的上方设有水冷套。

本发明的装置的使用方法为：

1、将铝电解槽废阴极炭块碎块和石油焦碎块放置在主料室（21）内，同时将石墨柱体（27）沿电阻发热体埋在铝电解槽废阴极炭块碎块或石油焦碎块中，在主料室（21）内形成电阻发热体；其中石墨柱体（27）位于电阻发热体所在圆环的轴线处或轴线偏外侧；

2、采用的碱金属-硫结晶器连通和石油焦挥发份收集器均设有水冷装置，并与真空系统装配在一起；通过真空装置对炉体内抽真空；

3、向水冷套内通入冷却水，并通过电源对两个电极加热装置通电，两个电极加热装置与电阻发热体构成通电回路，使电阻发热体升温，温度逐步上升；

4、在电阻发热体为铝电解槽废阴极炭块碎块和石墨柱体的情况下，碱金属-硫蒸汽通道（25）开启，石油焦挥发份通道（26）关闭；铝电解槽废阴极炭块碎块中的电解质被蒸发，通过小孔（14）和凹槽（15）进入副料室（23）后，再进入电解质结晶器（24），并在电解质结晶室（24）中结晶；而从铝电解槽废阴极炭块碎块中蒸发的碱金属则经过电解质结晶室（24）之后，再通过碱金属-硫蒸汽通道（25）进入到外部的碱金属-硫结晶器中结晶；

在电阻发热体为石油焦碎块和石墨柱体的情况下，先将石油焦挥发份通道（26）开启，碱金属-硫蒸汽通道（25）封闭；石油焦挥发份首先被挥发，进入到电解质结晶室之后经由通道（26）进入挥发份集收器；随后关闭石油焦挥发份通道（26），开启碱金属-硫蒸汽通道（25）；石油焦碎块中的硫被蒸发，通过小孔（14）和凹槽（15）进入副料室（23），然后进入电解质结晶室（24），再通过碱金属-硫蒸汽通道（25）进入碱金属-硫结晶器中结晶。

上述方法中，在电阻发热体为铝电解槽废阴极炭块碎块和石墨柱体的情况下，在副料室内放置铝电解槽耐火材料内衬固体废料，或者放置铝电解槽耐火材料内衬固体废的磨细料与铝灰混合压团后形成的球团料。

上述方法中，当反应结束后，需要加速降温时，通过向设置在内墙体中心处的冷却管通入空气，使炉壳内的温度加速降温。

本发明的原理及效果是：将主体结构设置为圆筒形，并且顶部和底部为球冠状，保证整个炉体受力均匀，不易变形；同时采用石墨柱体沿电阻发热体的轴线方向间断地排列在电阻发热体中，即可起到导流的作用，也可降低电阻发热体的电阻，防止整个电阻发热体温度温差过大。

本发明的装置操作方便，分离效率高，工艺成本低，具有良好的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例1中的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉剖面结构示意图；

图2为图1的C-O-C面剖面结构示意图；

图3为图1的A-O-A面剖面结构示意图；

图4为本发明实施例2中用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉剖面结构示意图；

图5为本发明实施例3中用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉剖面结构示意图；

图中，1、筒状炉侧壁，2、球冠状炉底板，3、球冠状炉盖，4、真空垫圈，5、冷却器，6、进气管，7、出气管，8、炉内衬，9、耐火混凝土墙体，10、保温盖板，11、耐火混凝土顶板，12、耐火混凝土套筒，13、内墙体，14、通孔，15、凹槽，16、石墨电极，17、金属电极，18、电极水冷装置，19、电极密封装置，20、中间墙体，21、主料室（填充电阻发热体），22、主料室盖板，23、副料室，24、电解质结晶室，25、碱金属-硫蒸汽通道，26、石油焦挥发份通道，27、石墨柱体，28、真空压力表。

具体实施方式

本发明实施例中金属电极的材质为铜质或钢质材料。

本发明实施例中炉壳和球冠状炉盖的材质为钢质材料。

本发明实施例中的主料室盖板的材质为耐火混凝土。

本发明实施例中保温盖板的材质为轻质耐火保温材料。

本发明实施例中炉内衬的材质为耐火保温材料。

本发明实施例中的石油焦为生焦或煅后石油焦。

本发明实施例中，主料室和副料室内的物料粒径≤8cm；工作时，炉体内抽真空至气压≤80Pa；在电阻发热体为铝电解槽废阴极炭块碎块和石墨柱体的情况下，控制副料室内的温度在1100±30℃；在电阻发热体为石油焦碎块和石墨柱体的情况下，加热至电阻发热体温度达到1500~1700℃。

实施例1

用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉结构如图1、2和3所示，包括炉壳、球冠状炉盖（3）、炉内衬（8）、耐火混凝土墙体（9）、耐火混凝土顶板（11）、保温盖板（10）和两个电极加热装置；炉壳是由筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）构成的一体结构，炉壳的顶部与球冠状炉盖（3）密封连接，上下法兰之间设有密封垫圈（4）；炉壳内壁连接炉内衬（8），炉内衬（8）位于耐火混凝土墙体（9）、筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）之间，耐火混凝土顶板（11）覆盖在耐火混凝土墙体（9）顶部，保温盖板（10）覆盖在耐火混凝土顶板（11）上；其中耐火混凝土墙体（9）是由外墙体、底墙板和内墙体（13）构成的一体结构，外墙体和内墙体（13）为圆筒状，外墙体顶部与耐火混凝土顶板（11）连接，外墙体和内墙体（13）底部连接底墙板；底墙板上还设有一个中间墙体（20），与耐火混凝土墙体（9）为一体结构，中间墙体（20）同时与外墙体和内墙体（13）连接；每个电极装置包括装配在一起的金属电极（17）、电极密封装置（19）和石墨电极（16），金属电极（17）通过电极密封装置（19）固定在炉壳的筒状炉侧壁（1）上，石墨电极（16）穿过外墙体，并且石墨电极（16）的前端与内墙体连接，后端与炉内衬（8）连接；两个石墨电极（16）分别位于中间墙体（20）的两侧并与中间墙体（20）连接；位于石墨电极（16）、内墙体和外墙体之间的空间作为用于填充电阻发热体的主料室（21），主料室（21）上方设有环形的主料室盖板（22）；内墙体（13）内部的空间作为副料室（23）；内墙体（13）的侧壁上设有通孔（14），内墙体（13）的顶面上设有凹槽（15），通孔（14）和凹槽（15）将主料室（21）和副料室（23）连通；在外墙体内部，主料室（21）、副料室（23）和耐火混凝土顶板（11）之间的空间作为电解质结晶室（24），靠近电解质结晶室顶部的外墙体上同时设有碱金属-硫蒸汽通道（25）和石油焦挥发份通道（26），碱金属-硫蒸汽通道（25）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的碱金属-硫结晶器连通，石油焦挥发份通道（26）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的石油焦挥发份收集器连通；所述的电阻发热体为放置有多个石墨柱体（27）的铝电解槽废阴极炭块碎块（21），电阻发热体填充在主料室（21）内；

电解质结晶室（24）与真空压力表（28）连通；

两个金属电极（17）的轴线之间有夹角；

保温盖板（10）的顶面为球冠状，其形状与球冠状炉盖（3）相对应；

石墨柱体（27）材质为人造石墨，多个石墨柱体（27）在主料室（21）内环绕副料室（23）排成一条弧线，均匀地埋在铝电解槽废阴极炭块碎块内，相邻的两个石墨柱体（27）之间有间隙；

金属电极（17）上设置有电极水冷装置（18）；

内墙体（13）的顶面位于碱金属-硫蒸气通道（25）和石油焦挥发份通道（26）下方40cm；

底墙板上内墙体（13）的内部设有耐火混凝土套筒（12），与耐火混凝土的墙体（9）为一体结构，耐火混凝土套筒（12）套筒顶部与耐火混凝土顶板（11）连接；耐火混凝土套筒（12）套在冷却器（5）外，冷却器（5）与炉壳为一体结构；冷却器（5）内设有进气管（6）和出气管（7），进气管（6）延伸至冷却器（5）上方靠近冷却器（5）顶部；

进气管（6）与压缩空气装置连在一起，出气管（7）与热回收利用装置连在一起；

炉壳外部的上方设有水冷套；

上述装置的使用方法为：

1、将铝电解槽废阴极炭块碎块放置在主料室（21）内，同时将石墨柱体（27）沿电阻发热体埋在铝电解槽废阴极炭块碎块中，在主料室（21）内形成电阻发热体；其中石墨柱体（27）位于电阻发热体所在圆环的轴线处；

2、采用的碱金属-硫结晶器连通和石油焦挥发份收集器均设有水冷装置，并与真空系统装配在一起；通过真空装置对炉体内抽真空；

3、向水冷套内通入冷却水，并通过电源对两个电极加热装置通电，两个电极加热装置与电阻发热体构成通电回路，使电阻发热体升温，温度逐步上升；

4、碱金属-硫蒸汽通道（25）开启，石油焦挥发份通道（26）关闭；铝电解槽废阴极炭块碎块中的电解质被蒸发，通过小孔（14）和凹槽（15）进入副料室（23）后，再进入电解质结晶器（24），并在电解质结晶室（24）中结晶；而从铝电解槽废阴极炭块碎块中蒸发的碱金属则经过电解质结晶室（24）之后，再通过碱金属-硫蒸汽通道（25）进入到外部的碱金属-硫结晶器中结晶；

在副料室内放置铝电解槽耐火材料内衬固体废料，或者放置铝电解槽耐火材料内衬固体废的磨细料与铝灰混合压团后形成的球团料；

当反应结束后，需要加速降温时，通过向设置在内墙体中心处的冷却管通入空气，使炉壳内的温度加速降温。

实施例2

用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉结构如图4所示，与实施例1的装置的不同点在于：

1、两个金属电极（17）的轴线之间有夹角或互相平行；

2、内墙体（13）的顶面位于碱金属-硫蒸气通道（25）和挥发份通道（26）的下方10cm；

3、所述的阻发热体为放置有多个石墨柱体（27）的石油焦碎块；

装置使用方法同实施例1，不同点在于：

1、将石油焦碎块放置在主料室（21）内，同时将石墨柱体（27）沿电阻发热体埋在石油焦碎块中，在主料室（21）内形成电阻发热体；其中石墨柱体（27）位于电阻发热体所在圆环的轴线偏外侧；

2、先将石油焦挥发份通道（26）开启，碱金属-硫蒸汽通道（25）封闭；石油焦挥发份首先被挥发，进入到电解质结晶室之后经由通道（26）进入挥发份集收器；随后关闭石油焦挥发份通道（26），开启碱金属-硫蒸汽通道（25）；石油焦碎块中的硫被蒸发，通过小孔（14）和凹槽（15）进入副料室（23），然后进入电解质结晶室（24），再通过碱金属-硫蒸汽通道（25）进入碱金属-硫结晶器中结晶。

实施例3

用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉结构如图5所示，与实施例1的装置的不同点在于：

1、底墙板上不设置耐火混凝土套筒，炉壳内也不设置冷却器；

2、内墙体的顶面位于碱金属-硫蒸气通道（25）和挥发份通道（26）的下方30cm；

装置使用方法同实施例1，不同点在于：

石墨柱体位于电阻发热体所在圆环的轴线偏外侧；

不进行加速降温。

Claims (8)

1.一种用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于包括炉壳、球冠状炉盖（3）、炉内衬（8）、耐火混凝土墙体（9）、耐火混凝土顶板（11）、保温盖板（10）和两个电极加热装置；炉壳是由筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）构成的一体结构，炉壳的顶部与球冠状炉盖（3）密封连接；炉壳内壁连接炉内衬（8），炉内衬（8）位于耐火混凝土墙体（9）、筒状炉侧壁（1）和球冠状炉底板（2）之间，耐火混凝土顶板（11）覆盖在耐火混凝土墙体（9）顶部，保温盖板（10）覆盖在耐火混凝土顶板（11）上；其中耐火混凝土墙体（9）是由外墙体、底墙板和内墙体（13）构成的一体结构，外墙体和内墙体（13）为圆筒状，外墙体顶部与耐火混凝土顶板（11）连接，外墙体和内墙体（13）底部连接底墙板；底墙板上还设有一个中间墙体（20），与耐火混凝土墙体（9）为一体结构，中间墙体（20）同时与外墙体和内墙体（13）连接；每个电极装置包括装配在一起的金属电极（17）、电极密封装置（19）和石墨电极（16），金属电极（17）通过电极密封装置（19）固定在炉壳的筒状炉侧壁（1）上，石墨电极（16）穿过外墙体，并且石墨电极（16）的前端与内墙体连接，后端与炉内衬（8）连接；两个石墨电极（16）分别位于中间墙体（20）的两侧并与中间墙体（20）连接；位于石墨电极（16）、内墙体和外墙体之间的空间作为用于填充电阻发热体的主料室（21），主料室（21）上方设有环形的主料室盖板（22）；内墙体（13）内部的空间作为副料室（23）；内墙体（13）的侧壁上设有通孔（14），内墙体（13）的顶面上设有凹槽（15），通孔（14）和凹槽（15）将主料室（21）和副料室（23）连通；在外墙体内部，主料室（21）、副料室（23）和耐火混凝土顶板（11）之间的空间作为电解质结晶室（24），靠近电解质结晶室顶部的外墙体上同时设有碱金属-硫蒸汽通道（25）和石油焦挥发份通道（26），碱金属-硫蒸汽通道（25）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的碱金属-硫结晶器连通，石油焦挥发份通道（26）将电解质结晶室（24）与炉壳外部的石油焦挥发份收集器连通；所述的电阻发热体为放置有多个石墨柱体（27）的铝电解槽废阴极炭块碎块（21）或放置有多个石墨柱体（27）的石油焦碎块，电阻发热体填充在主料室（21）内。

2.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的两个金属电极（17）的轴线之间有夹角或互相平行。

3.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的保温盖板（10）的顶面为球冠状，其形状与球冠状炉盖（3）相对应。

4.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的内墙体（13）的顶面位于碱金属-硫蒸气通道（25）和石油焦挥发份通道（26）的下方。

5.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的底墙板上内墙体（13）的内部设有耐火混凝土套筒（12），与耐火混凝土的墙体（9）为一体结构，耐火混凝土套筒（12）套筒顶部与耐火混凝土顶板（11）接触；耐火混凝土套筒（12）套在冷却器（5）外，冷却器（5）与炉壳为一体结构；冷却器（5）内设有进气管（6）和出气管（7），进气管（6）延伸至冷却器（5）上方靠近冷却器（5）顶部。

6.根据权利要求5所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的进气管（6）与压缩空气装置连接，所述的出气管（7）与热回收与利用装置连接。

7.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的炉壳外部的上方设有水冷套。

8.根据权利要求1所述的用于真空分离铝工业废料和石油焦脱硫的电阻炉，其特征在于所述的石墨柱体（27）材质为人造石墨，多个石墨柱体（27）在主料室（21）内环绕副料室（23）排成一条弧线，均匀地埋在铝电解槽废阴极炭块碎块或石油焦碎块内，相邻的两个石墨柱体（27）之间有间隙。