CN112484504A

CN112484504A - 逆流气悬熔炼方法和逆流气悬熔炼炉

Info

Publication number: CN112484504A
Application number: CN202011235995.1A
Authority: CN
Inventors: 赵磊; 赵树壮; 黄晓光; 刘长海; 赵天赐; 赵一远
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-11-09
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2021-03-12

Abstract

本发明涉及一种与闪速炉顺流气悬熔炼方式相反的逆流气悬熔炼方法以及逆流气悬熔炼炉。本发明充分利用粉料、熔滴具有比表面大的优势，及其在接近熔点或超过熔点状态下遵循最低能量原理快速碰撞聚合长大下沉规律，或采用提高炉内压力和/或扩大炉气通道截面的措施降低风速进而降低烟尘率、提高产率。本发明与现有熔炼方法相比具有最大的反应界面、最充分的反应时间和条件，渣中含产品低不需再处理，设备简单、流程短、能耗低、污染小、效益好。

Description

逆流气悬熔炼方法和逆流气悬熔炼炉

技术领域

本发明属于冶金熔炼技术领域，涉及使用粉状或熔融状原料火焰熔炼金属和/或非金属包括玻璃、陶瓷、功能材料的方法和设备，具体涉及一种气悬熔炼方法和逆流气悬熔炼炉。

背景技术

现有使用粉状和/或熔融状炉料利用高温火焰熔炼金属和非金属（包括玻璃、陶瓷、铸石、功能材料）的方法大致可分为造块熔炼法、堆积熔炼法、熔池熔炼（或称液悬熔炼）法、顺流气悬熔炼法。这些方法存在着以下缺点。

造块熔炼法，把粉料球团或烧结造成块再用传统工艺熔炼。例如：高炉炼铁、有色冶金中的鼓风炉冶炼等。缺点是：为适用传统工艺，使用焦炭、流程长、能耗高，且造块违背粒度越小，相对反应表面越大，速度越快的原理。

堆积熔炼法，粉矿处在堆积状态下熔炼。例如：静态的反射炉熔炼、玻璃熔炼、动态的回转窑熔炼。缺点是：堆积状态气-液、气-固界面小，传热、传质差，反应慢，能耗高。

液相悬浮熔炼法----熔池熔炼法，即气体把粉状炉料直接喷入熔池内进行熔炼。例如，多种有色金属喷吹熔炼、Hismelt炼铁、吹氧炼钢等。液悬熔炼法具有工艺简单、效率高的优势，也存在喷吹动能消耗大、反应界面有限、还因为渣的粘度大、扩散慢、反应不彻底、渣含产品高需要再处理的缺点，另外，还有Hismelt炼铁因为固液温差大、熔池温度难维持、能耗高的缺点。

顺流气悬熔炼法（闪速炉熔炼法），炉料由反应气体从反应塔顶部喷射入炉，固液炉料在与炉气顺行的气悬状态下通过反应塔、沉淀池、上升烟道的过程中，升温、熔化、反应、聚合、沉降，大液滴落入沉淀池继续反应、经熔分排出，含尘炉气从上升烟道排出。例如，闪速炉炼铜、镍。闪速炉熔炼法与前述熔炼法相比具有反应界面大、设备简单、大型化的明显优势，但也存在明显的缺点：气相悬浮（气悬）时间短，顺流反应不充分，渣含产品高、仍需再处理，设备工艺繁杂。

总之，现有技术使用矿粉造块、堆积、液悬、顺流气悬熔炼方式，存在反应界面小、时间短、速度慢，渣粘含产品高等缺点。

发明内容

本发明的目的是提供一种与闪速炉顺流气悬熔炼方式相反的逆流气悬熔炼方法以及逆流气悬熔炼炉。本发明与现有熔炼方法相比具有最大的反应界面、充分的反应时间和条件，设备简单、流程短、能耗低、污染小、效益好。

本发明采用如下技术方案：

一种逆流气悬熔炼方法，与闪速炉熔炼法顺流气悬熔炼方式相反，使用粉状和/或熔融状炉料与炉气以逆流气悬方式熔炼金属和非金属的方法。

进一步的，使用粉状固体颗粒和熔滴从喷嘴加入炉内，在上升炉气中呈扬尘和雨雾状下行的过程中进行熔炼；炉气从炉上部排出，熔融产物落入熔池从下部排出，或沉淀池式熔池炉气与熔融产物也是逆向运行，避免烟尘污染熔融产物，沉淀池上的炉气与熔融产物水平逆向运行，成为逆流气悬状态为主流的熔炼过程，尽管其中也伴有顺流、紊流、附壁、熔池熔炼的非主流熔炼过程，但是，很明显地区别于鼓风炉熔炼法中堆积块料与炉气逆流为主流熔炼过程和熔池熔炼法中液悬熔炼为主流熔炼过程。

进一步的，其过程是：

步骤一，使用气体、粉状固体颗粒和/或液态炉料，从炉顶和/或炉壁上的喷嘴，加入逆流气悬熔炼炉内；

步骤二，粉状固体颗粒和/或液态炉料在与上升高温炉气的逆流气悬状态下进行熔炼沉入熔池；

步骤三，经熔池排放口产出至少一种熔融态产物，含尘炉气从设在炉顶或炉壁上部的炉气排出口排出，经过分离成尘和烟气；尘返回气悬炉，烟气直接或经再利用后经净化后排空。

使用粉状或熔融状炉料以逆流气悬熔炼方式熔炼金属和/或非金属的方法是利用逆流气悬熔炼工艺可以使用粉状和/或熔融状炉料冶炼、熔化、提纯、合成黑色金属、有色金属、非金属（包括纯金属、合金、玻璃、陶瓷、铸石、水泥、光电磁等功能材料）产品。

所述经设在熔池上的排放口排出至少一种熔融态产物，是指气悬熔炼产出熔融产物的种数，例如，熔炼铸石产出单一熔融产物，炼铁产出两种熔融产物铁和渣，有色硫化矿冶炼产出锍和渣两种熔融产物，有的产出金属、锍和渣三种熔融产物。

气悬熔炼工艺的基本参数

逆流气悬熔炼工艺适用广泛，因为产品的不同工艺参数也有很大的差别，一般控制在：（1）炉料粒度＜3mm，煤焦粒度＜15mm或为块状，（2）熔池温度高于最高熔融产物的熔点50℃以上，炉气出口温度低于导致烟尘熔结的温度，（3）气流速度速在0.4—4.0m/s，（4）炉内压力＜0.4MPa。

通过提高炉内压力和/或扩大通风截面积降低风速和/或控制高温促进微粒遵循最低能量原理自发聚合的措施降低烟尘率、提高产率。

一种实现上述逆流气悬熔炼方法的逆流气悬熔炼炉，其包括炉本体，所述炉本体包括炉壁、炉顶以及熔池，所述炉壁和/或炉顶设置有喷嘴，所述炉顶或炉壁上部设置有炉气出口，所述熔池侧壁上设置有熔融产品排放口。

其中，所述喷嘴可以起到加料和/或燃烧作用。

其中，所述熔池为底盆式熔池或前炉式熔池或沉淀池式熔池。

其中，所述沉淀池式熔池的顶部和/或侧壁设置有喷嘴。

其中，所述喷嘴分布在炉壁和/或炉顶上至少2个以上。

其中，所述底盆式熔池或前炉式熔池或沉淀式熔池上均设置有至少一个熔融产品排放口。

本发明的有益效果在于：本发明的逆流气悬熔炼方法与现有的鼓风炉（高炉、Corex）、反射炉、液相悬浮（Hismelt、转炉炼钢、有色吹炼）、顺流气相悬浮（闪速炉）等所有熔炼方法相比：（1）具有最大的气液固反应界面、逆向运行、最充分的传热传质条件和时间、反应充分，熔分效果好，渣不需再处理；（2）竖筒状气悬炉内固液微粒气悬状态填充，孔隙率、压力、温度调控自由度大、范围宽、事故少；（3）有利于通过高压降低风速和高温促进微粒聚合的措施降低烟尘率、提高产率；（4）流程短、设备简单、易实现大型化、自动化，能耗低、污染小、效益高。

附图说明

图1为底盆式熔池逆流气悬熔炼炉的结构及其运行示意图。

图2为前炉式熔池逆流气悬熔炼炉的结构及其运行示意图。

图3为沉淀池式熔池逆流气悬熔炼炉的结构及其运行示意图。

其中，1炉壁、2炉顶、3熔池、4喷嘴、5炉气出口、6熔融产品排放口。

图1、图2、图3几种气悬炉与常规火焰熔炼炉类似，都是由炉壁、炉顶、熔池围成的空间及炉料产品进出口构成；其炉内空间由固液微粒与气体悬浮填充，且逆向运行。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1---利用底盆式气悬炉熔炼铸石工艺

如图1所示，一种底盆式熔池逆流气悬熔炼炉，其包括炉本体，所述炉本体包括炉壁1、炉顶2以及熔池3，所述炉顶2和炉壁设置有喷嘴4，所述炉顶2或炉壁1上部设置有炉气出口5，所述熔池3侧壁上设置有熔融产品排放口6。所述熔池3为底盆式熔池。

一种利用底盆式气悬炉熔炼铸石工艺，其步骤是：

步骤一，鼓风携带燃料从炉体下部喷嘴4喷入炉内燃烧，用气体或机械把粉状炉料从炉顶2或炉壁1高处的喷嘴4抛洒进炉内；

步骤二，在炉内，粉状炉料成浮尘状与炉气逆行进行熔炼（主要是换热、熔化），即逆流气悬熔炼；

步骤三，含尘炉气从炉顶2上的炉气出口5排出，经气固分离尘返回熔炼炉，除尘后的炉气经再利用或环保处理后排空；熔化后的液滴聚合下沉，经熔池3上的排放口6排出或铸成工件，或喷成纤维或颗粒。

实施例2---逆流气悬炼铁工艺

一种逆流气悬炼铁工艺，其步骤是：

步骤一，鼓风携带燃料或返尘从炉体下部喷嘴4喷入炉内，用气体或机械把粉状炉料（包括铁矿粉、熔剂、或燃料）从炉顶2或炉壁1高处的喷嘴4抛洒进炉内；

步骤二，粉状炉料成浮尘状与炉气逆行进行熔炼（燃烧、换热、熔化、反应、渗碳、聚合、下沉），即逆流气悬熔炼；

步骤三，含尘炉气从炉顶2炉气出口5排出，经气固分离尘返回熔炼炉，除尘后的炉气经再利用或环保处理后排空；熔化后的液滴聚合下沉，经熔池3上的排放口6直接排出再熔分为渣和铁；铁水送去炼钢或铸成块，渣用作水泥原料和其它；这种属于基本的逆流气悬炼铁法。

还可以参照图2，一种前炉式熔池逆流气悬熔炼炉，其包括炉本体，所述炉本体包括炉壁1、炉顶2以及熔池3，所述炉顶2或炉壁设置有喷嘴4，所述炉顶2或炉壁1上部设置有炉气出口5，所述熔池3侧壁上设置有熔融产品排放口6。所述熔池3为前炉式熔池。

炉气（煤气）分流处理工艺，炉气分别从设置在炉顶2上的炉气排放口5和设置在炉壁1中部的炉气排放口5排出，熔融产物经前炉熔分后，渣、铁分别排放。

熔池带有煤焦层的工艺，加入大颗粒煤焦在熔池3形成堆积或漂浮层确保彻底还原和渗碳。

实施例3---逆流气悬炼铜工艺

如图3所示，一种沉淀池式熔池逆流气悬熔炼炉，其包括炉本体，所述炉本体包括炉壁1、炉顶2以及熔池3，所述炉顶2和炉壁设置有喷嘴4，所述炉顶2或炉壁1上部设置有炉气出口5，所述熔池3侧壁上设置有熔融产品排放口6。所述熔池3为沉淀池式熔池。

一种利用沉淀池式熔池逆流气悬熔炼炉炼铜工艺，其步骤是：

步骤一，鼓风携带返尘或硫化铜精矿粉或燃料从炉体下部喷嘴4喷入炉内，用气体或机械把粉状熔剂和/或铜精矿从炉顶2或炉壁1高处的喷嘴4抛洒进炉内；

步骤二，粉状炉料成浮尘状与炉气逆行进行熔炼（燃烧、换热、熔化、反应、聚合、下沉），即逆流气悬熔炼；

步骤三，含尘炉气从炉顶1炉气出口5排出，经气固分离尘返回熔炼炉，除尘后的炉气经再利用或环保处理后排空；熔化后的液滴聚合下沉，经沉淀式熔池3充分熔分成为渣和锍（和铜）一般为渣和锍；沉淀池式熔池3顶部或侧壁设置有喷嘴4便于维持温度和喷料造渣，且炉气与渣逆向运行，渣含铜低一般不需再处理，锍进一步炼铜，（铜送去精炼）。

实施例4----利用液态铜锍逆流气悬熔炼粗铜工艺

一种利用液态铜锍逆流气悬熔炼粗铜工艺，其步骤是：

步骤一，鼓风携带液态铜锍或燃料从炉体下部喷嘴4喷入炉内，用气体或机械把粉状熔剂和/或液态铜锍从炉顶2或炉壁1高处的喷嘴4抛洒进炉内；

步骤二，液滴状铜锍和浮尘状熔剂与炉气逆行进行氧化脱硫熔炼（燃烧、换热、熔化、反应、聚合、下沉），即逆流气悬熔炼；

步骤三，含尘炉气从炉顶2炉气出口5排出，经气固分离尘返回熔炼系统，除尘后的炉气经再利用或环保处理后排空；熔炼后的液滴聚合下沉，经沉淀式熔池3充分熔分成为渣和粗铜，从熔融产品排放口6排出。

实施例5----利用铁水逆流气悬炼钢工艺

利用铁水逆流气悬炼钢工艺，其步骤是：

步骤一，鼓风或携带燃料从炉体下部喷嘴4喷入炉内，用气体或机械把铁水和粉状熔剂从炉顶2或炉壁1高处的喷嘴4抛洒进炉内；

步骤二，雨雾状铁水和浮尘状熔剂与炉气逆行进行氧化脱碳熔炼（燃烧、换热、熔化、反应、聚合、下沉），即逆流气悬熔炼；

步骤三，含尘炉气从炉顶2炉气出口5排出，经气固分离，尘返回熔炼系统，除尘后的炉气经再利用或环保处理后排空；熔炼后的液滴聚合下沉，经沉淀池式熔池3充分熔分成为渣和钢。

Claims

1.一种逆流气悬熔炼方法，其特征在于，与闪速炉熔炼法顺流气悬熔炼方式相反，使用粉状和/或熔融状炉料与炉气以逆流气悬方式熔炼金属和非金属的方法。

2.根据权利要求1所述的逆流气悬熔炼方法，其特征在于，粉状固体颗粒和/或熔滴从喷嘴加入炉内，在上升炉气中呈浮尘和雨雾状下行的过程中进行熔炼，炉气从炉上部排出，熔融产物落入熔池从下部排出，沉淀池上的炉气与熔融产物水平逆向运行，成为逆流气悬状态为主流的熔炼过程，其中也伴有顺流、紊流、附壁、熔池熔炼的非主流熔炼过程。

3.根据权利要求1所述的逆流气悬熔炼方法，其特征在于，其过程是：

步骤一，使用气体、粉状固体颗粒和/或液态炉料，从炉顶和/或炉壁上的喷嘴，加入气悬熔炼炉内；

4.一种实现权利要求1~3任一项所述的逆流气悬熔炼方法的逆流气悬熔炼炉，其特征在于，其包括炉本体，所述炉本体包括炉壁（1）、炉顶（2）以及熔池（3），所述炉顶（2）和/或炉壁设置有喷嘴（4），所述炉壁（1）或炉顶（2）上部设置有炉气出口（5），所述熔池（3）侧壁上设置有熔融产品排放口（6）。

5.根据权利要求4所述的逆流气悬熔炼炉，其特征在于，所述熔池（3）为底盆式熔池或前炉式熔池或沉淀池式熔池。

6.根据权利要求4所述的逆流气悬熔炼炉，其特征在于，所述沉淀池式熔池的顶部和/或侧壁设置有喷嘴（4）。