CN107500295A - 冶炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冶炼炉，包括：炉体、进料装置和电极装置，炉体内限定出反应室，进料装置用于向反应室内输入原料，原料至少包括生石灰和碳素料，电极装置设在炉体上以对反应室内的原料进行电加热，生石灰和碳素料在加热至设定条件下可生成电石液及一氧化碳气体，原料中含有杂质，杂质加热后可与碳素料生成硅铁液，炉体上设有连通反应室且间隔开的电石液出口和硅铁液出口，电石液出口的高度大于硅铁液出口的高度。根据本发明实施例的冶炼炉，通过在炉体上设置高度不同的电石液出口和硅铁液出口，实现了炉体内的电石液和硅铁液的分流，从而可以得到高纯度的电石，冶炼炉的结构简单，易于操作，节约了生产成本，提高了生产效率。
Description
技术领域
本发明涉及冶炼技术领域，尤其是涉及一种冶炼炉。
背景技术
在电石生产过程中，生石灰和碳素材料在电石炉内发生化学反应生成电石。由于石灰中掺杂着一些杂质，在生石灰和碳素材料在电石炉内发生化学反应的同时，生石灰中的杂质也会进行相关的化学反应。杂质在进行化学反应时，既吸收炉内热量，又消耗碳素材料，使电石的冶炼成本大大增高，降低了资源的利用率。
为解决上述问题，相关技术中，首先将原材料中的生石灰进行加工，除去生石灰内的杂质，然后再在冶炼炉内和含碳原料进行化学反应生成电石，最后对电石进行冷却、破碎后进行包装。但是，对生石灰进行加工大大降低了生产效率，增加了生产成本，由于生石灰内的杂质不能够完全去除，生成的电石中还会掺杂着一些杂质，影响了电石的纯度，为后续的加工造成很大的困难。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种冶炼炉，所述冶炼炉具有操作简单、可以得到纯净电石的优点。
根据本发明实施例的冶炼炉，包括：炉体、进料装置和电极装置，所述炉体内限定出反应室，所述进料装置用于向所述反应室内输入原料，原料至少包括生石灰和碳素料，所述电极装置设在所述炉体上以对所述反应室内的原料进行电加热，生石灰和碳素料在加热至设定条件下可生成电石液及一氧化碳气体，所述原料中含有杂质，杂质加热后可与碳素料生成硅铁液，所述炉体上设有连通所述反应室且间隔开的电石液出口和硅铁液出口，所述电石液出口的高度大于所述硅铁液出口的高度。
根据本发明实施例的冶炼炉，通过在炉体上设置高度不同的电石液出口和硅铁液出口，实现了炉体内的电石液和杂质生成的硅铁液的分流，从而可以得到高纯度的电石，冶炼炉的结构简单，易于操作，节约了生产成本，提高了生产效率。
根据本发明的一些实施例，所述电石液出口和所述硅铁液出口分布在所述冶炼炉径向上的两侧。
根据本发明的一些实施例，所述电极装置的电极高度可调地伸入到所述反应室内。
根据本发明的一些实施例，所述电极装置包括三根电极，所述进料装置为两个且设在所述电极装置的两侧。
根据本发明的一些实施例，所述炉体具有炉衬，所述炉衬为高铝砖或者碳砖砌筑而成。
在本发明的一些实施例中，所述炉体在所述电石液出口和所述硅铁液出口处均设有出口炉衬，所述出口炉衬由刚玉砖砌筑而成。
根据本发明的一些实施例，所述进料装置由所述炉体的顶部向下输入原料。
根据本发明的一些实施例，所述进料装置加入的原料为生石灰和碳素料的混合料。
根据本发明的一些实施例，所述电极装置将生石灰和碳素料加热至2000度进行反应。
根据本发明的一些实施例，所述碳素料包括焦炭、无烟煤和石油焦中的至少一种。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明实施例的冶炼炉的整体结构示意图。
附图标记：
冶炼炉100，
炉体10，炉盖110，反应室120，电石液出口130，硅铁液出口140，
进料装置20，
电极装置30，电极310，
原料40，
电石锅50，
钢包60。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”“内”、“外”、“径向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
下面参考图1描述根据本发明实施例的冶炼炉100，该冶炼炉100可以将生石灰和碳素料冶炼得到电石。
如图1所示，根据本发明实施例的冶炼炉100，包括：炉体10、进料装置20和电极装置30。具体而言，如图1所示，冶炼炉100上部设有炉盖110，炉盖110对炉体10 进行封闭，炉体10内限定出反应室120。可以理解的是，当冶炼炉100进行工作时，原料40在反应室120内进行反应。进料装置20用于向反应室120内输入原料40，原料 40至少包括生石灰和碳素料。可以理解的是，进料装置20用于将原料40输送至炉体 10的反应室120内，其中输送的原料40中至少包括生石灰和碳素料。电极装置30设在炉体10上以对反应室120内的原料40进行电加热，生石灰和碳素料在加热至设定条件下可生成电石液及一氧化碳气体，原料40中含有杂质，杂质加热后可与碳素料生成硅铁液。
如图1所示，电极装置30设置在炉体10的上部并与炉盖110装配在一起，电极装置30的上部伸出炉盖110，电极装置30的下部深入到原料40中。当进行电石的冶炼时，电极装置30通电，电极装置30中的电极电弧和原料40(生石灰和碳素料)的电阻产生的热量对原料40进行加热，当还原室内温度上升到一定值，生石灰和碳素料开始发生化学反应：CaO+3C＝CaC2+CO+10800Kcal，其中由于石灰中含有一定比例的杂质(SiO2和Fe2O3)，在高温下SiO2和Fe2O3也会和碳素材料发生化学反应：SiO2+2C＝Si+2CO-574KJ， Fe2O3+3C＝2Fe+3CO-452KJ。高温熔融状态下的CaC2组成电石液，还原得到的单质硅和单质铁在高温下熔融形成硅铁溶液。
需要说明的是，电石冶炼过程中形成的副产品硅铁合金溶液的量以及成分，与原料 40中的SiO2的含量有关。
如图1所示，炉体10上设有连通反应室120且间隔开的电石液出口130和硅铁液出口140，电石液出口130的高度大于硅铁液出口140的高度。需要进行说明的是，电石液和硅铁液的密度不同，电石液的密度比硅铁液的密度小得多，当冶炼炉100进行冶炼时，炉体10内的电石液和硅铁液会出现分层，其中电石液分布在上层，硅铁液分布在下层。通过在炉体10上设置高度不同的电石液出口130和硅铁液出口140，其中电石液出口130的高度大于硅铁液出口140的高度，电石液可以通过电石液出口130流出炉体 10，硅铁液可以通过硅铁液出口140流出炉体10，实现了电石液和硅铁液的分流，电石液冷却后就可以得到纯净的电石。可以理解的是，冶炼炉100可以包括电石锅50和钢包60，其中电石锅50设置在炉体10外的电石液出口130的下端，用于收集从炉体10 内流出的电石溶液，钢包60设置在炉体10外的硅铁液出口140的下端，用于收集从炉体10内流出的硅铁液。
由于原料40中杂质也可在电石生成过程中参与反应，且反应后的产物可与电石液自动分离开，因此本发明实施例中冶炼炉100对原料40的要求较低，可以采用低品位的生石灰和碳素材料作为原料40。原料40无需在反应前去除杂质，大大降低了生产成本。
根据本发明实施例的冶炼炉100，通过在炉体10上设置高度不同的电石液出口130和硅铁液出口140，实现了炉体10内的电石液和杂质反应得到的硅铁液的分流，从而可以得到高纯度的电石，冶炼炉100的结构简单，易于操作，节约了生产成本，提高了生产效率。
根据本发明的一些实施例，电石液出口130和硅铁液出口140分布在冶炼炉100径向上的两侧，可以更加方便炉体10内的电石液和硅铁液的分流，避免距离得太近导致流出过程形成激烈扰动而混流。例如，如图1所示，电石液出口130设置在炉体10的左侧，硅铁液出口140设置在炉体10的右侧，当冶炼炉100进行冶炼时，炉体10内的电石液会从左侧的电石液出口130流出炉体10进入电石锅50内，炉体10内的硅铁液会从右侧的硅铁液出口140流出炉体10进入钢包60内，实现电石液和硅铁液的分流。
在高度方向上，电石液出口130位于硅铁液出口140的上侧，两个出口的具体高差根据原料40的成分和冶炼制度来确定。
根据本发明的一些实施例，电极装置30的电极310高度可调地伸入到反应室120内。可以理解的是，当冶炼炉100工作时，电极装置30对生石灰和碳素料进行加热，生石灰和生石灰内的杂质分别与碳素料发生化学反应生成硅铁液和电石液，随着硅铁液和电石液流到炉体10外，炉体10内的生石灰和碳素料会越来越少，原料40的料面会逐渐下降，当原料40与电极装置30分离时，电极装置30不能对原料40进行加热。通过将电极装置30设置成高度可调，可以根据反应室120内原料40的多少调整电极装置 30的高度，提升生产效率。优选地，电极310向下调节可以止抵炉体10的底部，可以使炉体10内的原料40完全反应。可选地，可以在电极装置30的底部设置感应传感器(图中未示出)，感应传感器可以感应电极装置30与原料40的接触，并能够自动控制电极装置30的升降，由此可以提升冶炼炉100的智能性，进一步地提升了生产效率。
如图1所示，根据本发明的一些实施例，电极装置30包括三根电极310，进料装置20为两个且设在电极装置30的两侧。可以理解的是，电极装置30中电极310的数目并不局限于三根，可以根据实际生产需求增加或者减少电极310的数目。优选地，将进料装置20设置在电极装置30的两侧，既能够完成将原料40输送至炉体10内的反应室120内，又不干涉电极装置30的高度的调整。进一步地，进料装置20由炉体10 的顶部向下输入原料40。当冶炼炉100工作时，随着电石液和硅铁液流出炉体10，反应室120内的原料40的料面会下降，此时将混匀的原料40通过进料装置20陆续输入反应室120内，使电机10与原料40保持接触。采用从炉体10的顶部向下输入原料40 的方式，可以借助原料40自身的重力作用将原料40输入至反应室120内，不用额外设置专门的输送设备，操作简单，节约生产成本。
如图1所示，根据本发明的一些实施例，进料装置20加入的原料40为生石灰和碳素料的混合料。可选地，碳素料包括焦炭、无烟煤和石油焦中的至少一种，碳素料中的碳元素在高温状态下可以将生石灰中的CaO进行还原，生产CaC2组成的电石液。
具体地，冶炼炉100可以使用含铁含氧化硅的低品位生石灰和含铁含氧化硅的高灰分兰炭作为原料40。
进一步地，电极装置30将生石灰和碳素料加热至2000度进行反应。具体而言，冶炼炉100在工作时，电极装置30中的电极310插入到原料40内，电极装置30通电后，电极310的电极电弧与原料40的电阻会产生大量的热量，由此可以为反应室120内的原料40进行化学反应提供热量。
根据本发明的一些实施例，炉体10具有炉衬，炉衬为高铝砖或者碳砖砌筑而成。可以理解的是，炉衬组成冶炼炉100的炉体10的内壁，炉衬应该选用耐热性能好的材料，当然，炉衬也可以由其他耐磨和耐高温的材料砌筑而成。在本发明的一些实施例中，炉体10在电石液出口130和硅铁液出口140处均设有出口炉衬，出口炉衬由刚玉砖砌筑而成。刚玉材料具有极高的热稳定性和化学稳定性，对酸性或碱性物质、金属以及玻璃液等均有较强的抵抗能力，可以使冶炼炉100更好的实现电石液和硅铁液的分流。
下面参考图1详细描述根据本发明具体实施例的冶炼炉100，值得理解的是，下面的描述仅是示例性的，而不是对本发明的具体限制。
如图1所示，冶炼炉100包括：炉体10、进料装置20和电极装置30，炉体10的上部设有炉盖110，用于封闭炉体10，进而限定出反应室120。在炉体10的径向的两侧分别设置电石液出口130和硅铁液出口140，其中电石液出口130设置在炉体10的左侧，硅铁液出口140设置在炉体10的右侧，电石液出口130的高度大于硅铁液出口140的高度。在炉体10的左右两侧分别设置电石锅50和钢包60，其中电石锅50用于收集电石液，钢包60用于收集硅铁液。电极装置30与炉盖110装配在一起，电极装置30包括三根电极310且高度可调，进料装置20为两个，分别设置在电极装置30的两侧。
具体而言，当冶炼炉100进行工作时，将生石灰和碳素料通过进料装置20输入至反应室120内。调节电极装置30的高度，使其插入到原料40中。然后对电极装置30通电，电极装置30中的电极电弧与原料40的电阻会产生大量的热量，当反应室120内的温度上升至2000度以上时，炉体10内的生石灰和碳素料发生反应： CaO+3C＝CaC2+CO+10800Kcal，生石灰中掺杂的SiO2和Fe2O3杂质在高温下也与碳素料发生反应：SiO2+2C＝Si+2CO-574KJ，Fe2O3+3C＝2Fe+3CO-452KJ，其中CaC2组成电石液，Si 和Fe组成硅铁液。
由于CaC2组成电石液的密度比Si与Fe组成硅铁液的密度小，炉体10内的电石液和硅铁液会出现分层，其中电石液分布在上层，硅铁液分布在下层。电石液通过电石液出口130流出炉体10进入电石锅50内，硅铁液通过硅铁液出口140流出炉体10进入钢包60内，实现了电石液和硅铁液的分流。随着电石液和硅铁液流出炉体10，反应室 120内的原料40的料面会下降，此时将混匀的原料40通过进料装置20输入反应室120 内，保持电极装置30与原料40的接触。冶炼完成后，将电石锅50内的电石液冷却，破碎成一定规格的电石颗粒，封装得到成品电石。钢包60内的硅铁液冷却后可以作为生产水泥的材料，实现了生石灰内的杂质的再利用。
其中，冶炼炉100上部设有料仓，用来储存生石灰和碳素材料。电极装置30是由三根电极310组成，电极310由电极加持装置控制进行上下运动。
本方案电石液的工艺流程为：把石灰和碳素材料按工艺要求的配比进行配料，用斗式提升机将炉料送至炉体10顶部的料仓，经过料管向炉内加料，电极电弧和炉料的电阻所产生的热把炉料加热至1900-2200℃，为电石反应和还原反应提供热量，最终生成电石溶液和硅铁溶液。混匀的炉料，随料面的下降小批加入炉内，使炉内料面保持一定的高度。
电石溶液从电石液出口130出料，放至电石锅50内，经冷却后，破碎成一定要求的粒度规格，得到成品电石。硅铁溶液从硅铁液出口140出料至钢包60中，根据下一步的要求进行保温，去杂质等操作。
冶炼炉100最终产品为电石液和硅铁液，都可以直接用于下一步的化工和炼钢工序，比单纯的生产电石产品，经济效益增加10-30％；另外，冶炼炉100中，SiO2和Fe2O3被还原并且固溶生成硅铁液，从而减少了后序的电石生产乙炔的电石渣中的硅铁，使其可直接作为生产水泥的原料使用，减少固废污染。
根据本发明实施例的冶炼炉100，通过在炉体10上设置高度不同的电石液出口130和硅铁液出口140，实现了炉体10内的电石液和杂质反应得到的硅铁液的分流，减小了对原料40的纯度的要求，还可以得到高纯度的电石，其中原料40中的杂质反应得到的硅铁液冷却后可以用作生产水泥的材料，实现了杂质的再利用，减少了固废污染。冶炼炉100的结构简单，易于操作，节约了生产成本，提高了生产效率。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种冶炼炉，其特征在于，包括：炉体、进料装置和电极装置，所述炉体内限定出反应室，所述进料装置用于向所述反应室内输入原料，原料至少包括生石灰和碳素料，所述电极装置设在所述炉体上以对所述反应室内的原料进行电加热，生石灰和碳素料在加热至设定条件下可生成电石液及一氧化碳气体，所述原料中含有杂质，杂质加热后可与碳素料生成硅铁液，
所述炉体上设有连通所述反应室且间隔开的电石液出口和硅铁液出口，所述电石液出口的高度大于所述硅铁液出口的高度。
2.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述电石液出口和所述硅铁液出口分布在所述冶炼炉径向上的两侧。
3.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述电极装置的电极高度可调地伸入到所述反应室内。
4.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述电极装置包括三根电极，所述进料装置为两个且设在所述电极装置的两侧。
5.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述炉体具有炉衬，所述炉衬为高铝砖或者碳砖砌筑而成。
6.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述炉体在所述电石液出口和所述硅铁液出口处均设有出口炉衬，所述出口炉衬由刚玉砖砌筑而成。
7.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述进料装置由所述炉体的顶部向下输入原料。
8.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述进料装置加入的原料为生石灰和碳素料的混合料。
9.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述电极装置将生石灰和碳素料加热至2000度进行反应。
10.根据权利要求1所述的冶炼炉，其特征在于，所述碳素料包括焦炭、无烟煤和石油焦中的至少一种。
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Country Status (1)
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| CN (1) | CN107500295A (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108773845A (zh) * | 2018-08-21 | 2018-11-09 | 刘凯 | 一种直流电电石炉 |
| CN109611833A (zh) * | 2019-01-20 | 2019-04-12 | 襄阳市胜合燃力设备有限公司 | 一种回转窑用四通道煤粉燃烧器 |
| CN114715893A (zh) * | 2022-04-28 | 2022-07-08 | 张天贺 | 一种电石冶炼炉 |
-
2017
- 2017-09-21 CN CN201710860835.8A patent/CN107500295A/zh active Pending
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| CN114715893B (zh) * | 2022-04-28 | 2023-10-10 | 泗县微腾知识产权运营有限公司 | 一种电石冶炼炉 |
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