CN112539656B - 碳化钙生产过程中的能量利用方法 - Google Patents

Abstract

一种节能环保技术领域的碳化钙生产过程中的能量利用方法，包括以下步骤：第一，运输车承载坩埚盛装的熔融碳化钙进入冷却车间，等待至碳化钙开始凝固；第二，碳化钙凝固后，用机械钻头从上部向凝固碳化钙中心进给预钻孔，而后将机械钻头退出；第三、机械臂通过夹具带动超导管路置于预钻孔内；第四，超导管路内的超导材料通过柔性超导管将热量传递给用热设备。在本发明中，取热过程是分布式的，解决了碳化钙出炉不连续导致的用热不连续问题；同时，本发明不影响原有出炉工艺，彻底解决了碳化钙生产能量的瓶颈实现快速取热，不影响碳化钙产品品质。

Description

碳化钙生产过程中的能量利用方法

技术领域

本发明涉及的是一种节能环保技术领域的能量利用方法，特别是一种采用柔性超导管将热量传递给用热设备的碳化钙生产过程中的能量利用方法。

背景技术

碳化钙生产行业是一个高耗能、高污染的行业，传统的碳化钙生产，碳化钙出炉时，出炉小车载着坩埚，由牵引装置将坩埚引到碳化钙出炉口。碳化钙处于熔融态流入到每个坩埚中，此时的液态碳化钙温度最高达2000℃。出完炉后，将载着装满碳化钙熔液的坩埚牵引进冷却车间冷却，待外表面温度降到400℃左右时，碳化钙凝固成型，从坩埚中吊出，运到存放车间继续冷却。碳化钙整个冷却过程中产生的热量全部散失，造成能源浪费，对周围环境产生热污染，而且整个冷却过程大约持续40小时，期间也用大量工业用地，发热碳化钙的停留给运营人员增加了作业困难。

目前国内关于碳化钙能量回收的应用基本是空白，仅有若干专利对能量回收提出了方案。

以专利CN105066715B为典型，大多数方案是采用隧道窑的形式，在坩埚置于隧道窑时通过强制送风和中间介质水换取热量。其缺点在于在碳化钙外表面温度低于500℃之后热量难以取用，主要原因是碳化钙导热系数低一般小于20W/(m×K)，内部热量难以导出，致使在存放车间继续冷却的时间超过35小时。

专利CN106276905B公开了一种熔融碳化钙粒化方法，通过将碳化钙砣粒化和形成更小的模块是利于热量提取的有效途径，但是高温碳化钙的易反应。在350℃以上发生氧化反应，600～700℃时能与氮反应，生成氰氨化钙。所以余热回收过程必须要采用氖或氩等惰性气体，导致系统复杂和必须封闭，而且还有难以解决熔融碳化钙冷却过程对器壁的粘结、高温对材料的损坏、发生故障后短时间难以修复、碳化钙产品粉化变质以及出炉碳化钙连续性差导致的热利用难等应用问题。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提出一种碳化钙生产过程中的能量利用方法，解决了碳化钙生产过程中痛点同时避开了工程难点，能快速能量回收，改善作业环境，节约作业时间和工业用地。不但可以在不影响碳化钙生产和出炉工艺的前提下快速提取碳化钙热量；还可以实现碳化钙能量有效利用，解决碳化钙出料不连续过程能量的提取利用，均衡连续用热；同时，还可以缩短碳化钙出炉后冷却过程，改善冷却间的操作条件。

本发明是通过以下技术方案来实现的，本发明包括以下步骤：第一，运输车承载坩埚盛装的熔融碳化钙进入冷却车间，等待至碳化钙开始凝固；第二，碳化钙凝固后，用机械钻头从上部向凝固碳化钙中心进给预钻孔，而后将机械钻头退出；第三，机械臂通过夹具带动超导管路置于预钻孔内；第四，超导管路内的超导材料通过柔性超导管将热量传递给用热设备。

进一步地，在本发明中，用机械钻头从上部向凝固碳化钙中心进给预钻孔时，通过红外测温仪监测坩埚外壁温度约700℃。

更进一步地，在本发明中，机械钻头及其形成的预钻孔的大小形状与超导管路头部大小形状基本一致。

更进一步地，在本发明中，超导管路内的工作介质是由多种无机活性金属及其化合物混合而成。

更进一步地，在本发明中，超导管路头部材料采用耐热铸钢材料。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果为：第一，不影响原有出炉工艺，彻底解决了碳化钙生产能量的瓶颈实现快速取热，不影响碳化钙产品品质；第二，取热过程是分布式的，解决了碳化钙出炉不连续导致的用热不连续问题；第三，出炉后冷却过程由40小时将至5小时，节省大量工业用地；第四，碳化钙附近不存在像水这样的易反应危险物，所以取热过程是本质安全的；第五，整个过程机械化作业，减少人工操作环节，降低工人作业条件，改善作业条件；第六，方法简单，实施方便，符合实际需求，适应性强，适合大规模推广应用。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图；

其中：1、坩埚，2、运输车，3、预钻孔，4、超导管路，5、柔性超导管，6、用热设备，7、机械夹具，8、机械臂。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例以本发明技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例

具体实施例图1所示，包括坩埚1、运输车2、预钻孔3、超导管路4、柔性超导管5、用热设备6、机械夹具7、机械臂8，坩埚1布置在运输车2上，预钻孔3位于坩埚1的中间部位，超导管路4的一端布置在预钻孔3内，超导管路4的另一端与柔性超导管5的一端相连接，柔性超导管5的另一端与用热设备相连接，超导管路4的上端通过机械夹具7、机械臂8进行固定。

本实施例针对的单台40.5MVA密闭式碳化钙生产炉，小时产碳化钙量为10.67t/h。每吨碳化钙热量为790.8kWh/t。每班根据负荷出炉，频次6～8炉/班，按正常情况冶炼时间约为40分钟，出炉时间为20～30分钟。每次出炉大约8锅。其出炉步骤如下：

第一，找正炉眼位置，先用烧穿器进行炉眼维护，按指定的出炉时间及时烧开或用钢钎捅开，使碳化钙及时流出。当碳化钙流出不畅时可用钢钎深捅或浅捅炉眼，缩短出炉时间。

第二，一般正常情况下，每次出炉时间20～30min为宜。时间不能过长，以保证炉内碳化钙有足够的冶炼时间。为保证生产稳定，出炉次数不能少于6次/班；每次出炉锅数相差不能大于2锅。

第三，估计碳化钙流出量与加料量达到基本平衡时及时修复炉眼，时间不能少于5min，形状呈里小外大倒喇叭形，完毕之后及时堵眼。

第四，堵眼时，操作者必须穿戴好劳动保护用品，操作人员使用碳化钙渣进行封堵，直到不流碳化钙为止。堵眼时操作人员站在托铲和堵头两侧，两人协作，用均匀力量将碳化钙渣堵入炉眼内，堵实堵深，以防跑眼。

第五，将接满的碳化钙锅用卷扬机拉到冷却车间及时更换。炉眼下留下1个备锅，操作台上留有操作者看好炉眼。以防跑眼落道影响生产等锅连接好后接到出炉口下，操作人员方可干其他生产准备工作。

运输车2承载坩埚1到达冷却车间后即进入取热和快速冷却阶段，相应步骤如下：

第一，通过红外测温仪监测坩埚1的外壁温度，当降至约700℃时，即认为可进行取热操作。

第二，用自动控制的机械钻头在坩埚1的中心方向进给，形成预钻孔3。机械钻头及其形成的预钻孔3的大小形状与超导管路4头部大小形状基本一致，以尽可能增大接触面积增强传热。机械钻头及超导管路4头部材料优选的采用耐热铸钢材料，至少能承受1000～1200℃的高温。机械钻头及其形成的预钻孔优选图中所示形状。

第三，形成预钻孔3后，机械钻头退出。然后远程控制机械臂8通过机械夹具7将超导管路4置入预钻孔3。超导管路4固定后，控制机械臂8和机械夹具7即可继续做其他工作。

第四，超导管路4内的工作介质是由多种无机活性金属及其化合物混合而成，利用其具有超常的热活性和热敏感性的以分子震荡形式来传递热量，它的超强导热性能使其导热系数是一般金属的一万倍左右。这种超导材料的特点是:适用温度为60～1000℃，与碳化钙取热温度范围匹配；安全可靠，不存在管内超压问题，不怕干烧；节省钢材，优化传热；可消除导热死区；安装方便，不受安装位置限制；良好的导热性，导热速度快，强度大，效率高，可在很小的温差下，传递很大的热通量，传热阻力小，远离端的温度甚至可以高出加热端3-5℃；由于不考虑内压，超导热管4的形状具有更大的灵活性。

第五，超导材料受热后通过柔性超导管5和用热设备6连接。将热量几乎无温差的传递给用热设备6，实现取热，在此过程中，碳化钙迅速冷却。其中柔性超导管路5足够长，便于超导管路4在夹具把持下的灵活运动。

第六，大约每个小时出炉一次形成八个碳化钙坩埚，只需要一台机械钻头按序钻预钻孔3，去除前端出炉和运输过程占用约1小时。每个坩埚1在冷却车间内停留4个小时，即可冷却至100℃。车间内共有5批共计40台坩埚。每批坩埚之间形成了温度梯度。在用热端梯级换热。所以实现了用热的连续性。

第七，取得的热量可以产生中温中压蒸汽6.5t/h，驱动汽轮机发电，预计装机功率1.2MW。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (1)

1.一种碳化钙生产过程中的能量利用方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一，运输车承载坩埚盛装的熔融碳化钙进入冷却车间，等待至碳化钙开始凝固；

第二，碳化钙凝固后，用机械钻头从上部向凝固碳化钙中心进给预钻孔，而后将机械钻头退出；

第三，机械臂通过夹具带动超导管路置于预钻孔内；

第四，超导管路内的超导材料通过柔性超导管将热量传递给用热设备；

其中，通过红外测温仪监测坩埚外壁温度为700℃时，用机械钻头从上部向凝固碳化钙中心进给预钻孔；

机械钻头及其形成的预钻孔的大小形状与超导管路头部大小形状基本一致；

超导管路内的工作介质是由多种无机活性金属及其化合物混合而成；

超导管路头部材料采用耐热铸钢材料。

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