CN207418835U - 一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，包括反应炉、中空电极、电极移动及供电装置、气力式物料输送装置；所述反应炉由炉体和炉盖组成，炉体上设有出铁口和出渣口；中空电极的上端与电极移动及供电装置相连，下端穿过炉盖插入反应炉内；气力式物料输送装置通过物料输送管连接中空电极的内部通道，中空电极底端设物料喷吹孔。本实用新型利用热态高炉渣代替硅石，以碳质材料为还原剂、铁粉为铁原料、氧化铝粉为造渣剂，制备硅铁及铝钙材料，不仅能够充分回收高温热态高炉渣的余热和钙资源，而且大幅度降低硅铁生产成本，铝酸钙材料可作为钢包精练渣。
Description
技术领域
本实用新型涉及冶金技术领域，尤其涉及一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置。
背景技术
高炉渣是炼铁过程中产生的废渣，主要成分是CaO、MgO、Al2O3、SiO2等，目前大多通过水淬使高炉渣变成疏松颗粒，作为水泥工业、矿渣砖和矿渣混凝土等重要原料。但水淬处理工艺导致高炉渣中蕴含的显热大量流失，回收效率低，而且消耗大量新水资源。
针对高炉渣显热的回收问题一直是钢铁企业关注重点之一，从热能回收方向上大致可划分为物理换热方法和化学回收方法。物理方法是借助一定的载能体，通过热交换来回收其显热，再对载能体进行二次热能利用，热交换过程中往往存在大量的热能流失，热回收利用率不高，如专利号CN201210089013.1的中国专利公开的“一种高炉渣高效余能回收方法及回收装置”、专利号CN201210307176.2的中国专利公开的“高炉渣余热发电装置及发电方法”等。化学方法通常是借助高炉熔渣的高温，通过化学转化的形式将显热能源转化为化学能加以利用，能量进行物理转化的次数相对减少，从而热损减少，如专利号CN200610051148.3的中国专利公开的“一种矿热炉直接熔炼铝、硅、铁合金的生产方法”、专利号CN200910092390.9的中国专利公开的“一种利用高温钢渣或高温高炉渣和钾长石制备钾肥的方法”、专利号CN201110002236.5的中国专利公开的“一种利用热态含钛高炉渣制备钛硅铁合金的方法”等。这些方法存在加入的冷态物质与热态高炉渣混合均匀的问题，往往需要提供额外的热量。
目前，国内外冶炼硅铁主要是采用以电能为热源的单热源冶炼法，在矿热炉中连续进行的。适合粒度的硅石、碳素和钢削按规定比例配成的炉料分批加入矿热炉，在电极的作用下使冷态炉料不断升温熔融，这种方法致命缺点是电能消耗高，约占硅铁生产成本的70％以上。
发明内容
本实用新型提供了一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，利用热态高炉渣代替硅石，以碳质材料为还原剂、铁粉为铁原料、氧化铝粉为造渣剂，制备硅铁及铝钙材料，不仅能够充分回收高温热态高炉渣的余热和钙资源，而且大幅度降低硅铁生产成本，铝酸钙材料可作为钢包精练渣。
为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，包括反应炉、中空电极、电极移动及供电装置、气力式物料输送装置；所述反应炉由炉体和炉盖组成，炉体上设有出铁口和出渣口；中空电极的上端与电极移动及供电装置相连，下端穿过炉盖插入反应炉内；气力式物料输送装置通过物料输送管连接中空电极的内部通道，中空电极底端设物料喷吹孔。
所述物料喷吹孔的开口方向朝向中空电极的侧面。
所述中空电极与物料输送管之间通过螺纹连接。
所述反应炉的炉底采用弧形底，中心低，四周高，且弧形底的坡度不小于40°。
所述出铁口设于炉体下部靠近炉底的位置，出渣口设于炉体中部，出铁口和出渣口分别设于炉体两侧，两者高度差400～600mm。
所述反应炉内还设有温度测量装置，电极移动及供电装置通过控制系统与温度测量装置连接。
所述反应炉内设耐火耐侵蚀材料内衬，耐热温度不低于2000℃。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
1)结合高炉渣和硅铁生产工艺特点，实现利用热态高炉渣制备硅铁；
2)装置简单，操作方便，易于实现；
3)制备硅铁时加入氧化铝粉造渣剂生产铝钙材料，不仅利用了高炉渣的余热，节约硅铁电耗，其副产品铝酸钙还可以用于钢包精炼渣，大幅度降低硅铁生产陈本；
4)反应炉炉底采用弧形结构，使中空电极喷吹处的熔池较深且有益于颗粒上浮分散。
附图说明
图1是本实用新型所述一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置的结构示意图。
图中：1.中空电极 2.电极移动及供电装置 3.反应炉 31.炉体 32.炉盖 33.出铁口 34.出渣口 4.高炉渣罐 5.气力式物料输送装置 6.渣液面 7.渣金液面
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
如图1所示，本实用新型所述一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，包括反应炉3、中空电极1、电极移动及供电装置2、气力式物料输送装置5；所述反应炉3由炉体31和炉盖32组成，炉体31上设有出铁口33和出渣口34；中空电极1的上端与电极移动及供电装置2相连，下端穿过炉盖32插入反应炉3内；气力式物料输送装置5通过物料输送管连接中空电极1的内部通道，中空电极1底端设物料喷吹孔。
所述物料喷吹孔的开口方向朝向中空电极1的侧面。
所述中空电极1与物料输送管之间通过螺纹连接。
所述反应炉3的炉底采用弧形底，中心低，四周高，且弧形底的坡度不小于40°。
所述出铁口33设于炉体31下部靠近炉底的位置，出渣口34设于炉体31中部，出铁口33和出渣口34分别设于炉体31两侧，两者高度差400～600mm。
所述反应炉3内还设有温度测量装置，电极移动及供电装置2通过控制系统与温度测量装置连接。
所述反应炉3内设耐火耐侵蚀材料内衬，耐热温度不低于2000℃。
本实用新型中，中空电极1的上端与电极移动及供电装置2相连，并由其供电并可在其带动下移动；电极移动及供电装置2中的供电装置通过控制系统与温度检测装置相连，通过测得的温度控制中空电极1在反应炉3上方升降的高度，反应炉3内电弧加热温度不低于2000℃。
中空电极1内部具有一贯穿整个中空电极1的通道，用于作为物料输送通道；在本实用新型中，碳质还原剂粉末、铁粉和氧化铝粉混合后，经气力式物料输送装置5以高压气为载体通过中空电极1的物料输送通道送入反应炉3内；热态高炉渣则通过可移动的高炉渣罐4送至反应炉3上方并直接倾倒入反应炉3内。
【实施例】
本实施例中，中空电极1的上端0～400mm范围内设置内螺纹，物料输送管与中空电极1连接段设置与中空电极相匹配的外螺纹。
反应炉3设炭砖内衬，出铁口33的直径为40mm，出渣口34和出铁口33的高度相差500mm。
中空电极1在电极移动及供电装置2的带动下移动到反应炉3上方，插入反应炉3的炉盖32后向下移动，其底端到达距炉底300mm处；反应炉3内预先由高炉渣罐4倒入热态高炉渣，其它原料通过气力式物料输送装置5以高压气输送形式喷入反应炉内，反应过程中通过炉盖32进行保温。
待所有原料完全熔化后，再继续加热30分钟，然后自然冷却，反应炉3内的物料分层，其中渣液面6到渣金液面7之间为铝酸钙，渣金液面7以下为硅铁；最后由出铁口33出铁得到硅铁，由出渣口34出渣得到铝酸钙产品。
【生产过程1】
先把碳质还原剂采用机械粉碎方式制作成粉体，粒度为小于100目的占75％，其中固定碳含量72.3％，灰分13.4％。
氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目的占50％。
按照质量分数58.6％，将温度为1450℃热态高炉渣装入反应炉3内，热态高炉渣中SiO2的质量分数为34.22％，MgO的质量分数为5.80％。
用物料输送管把空心电极1的“空心通路”同气力式物料输送装置5的压缩空气管路连接起来，按照质量分数为13.03％碳质还原剂粉、7.20％铁粉(金属铁含量96％)、21.17％氧化铝粉的比例混合均匀后喷入反应炉3内，升温至1750℃，并保持2.5小时。
反应后的物料上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。经自然冷却后，再经破碎和分离，即得到铝酸钙和60Si-Fe硅铁合金块。其中铝酸钙中的主要物相为C12A7和少量MgA1204。
【生产过程2】
先把碳质还原剂采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目的占85％，其中固定碳含量83.3％，灰分11.4％。
氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目的占56％。
按照质量分数43.8％，将温度为1550℃的热态高炉渣装入反应炉3内，热态高炉渣中SiO2的质量分数为35.22％，MgO的质量分数为5.40％。
用物料输送管把空心电极1的“空心通路”同气力式物料输送装置5的压缩空气管路连接起来，按照质量分数为9.75％碳质还原剂粉、30.5％铁粉(金属铁含量95.9％)、15.95％氧化铝粉的比例混合均匀后喷入反应炉3内，升温至1800℃，并保持1.5小时。
反应后的物料上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。经自然冷却后，再经破碎和分离，即得到铝酸钙和15Si-Fe硅铁合金块。其中铝酸钙中的主要物相为CA和少量MgA1204。
【生产过程3】
先把碳质还原剂采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目的占90％，其中固定碳含量88.3％，灰分11.4％。
氧化铝采用机械粉碎方式制作成粉体，其粒度为小于100目的占58％。
按照质量分数62.6％，将温度为1540℃热态高炉渣装入反应炉3内，热态高炉渣中SiO2的质量分数为36.45％，MgO的质量分数为6.55％。
用物料输送管把空心电极1的“空心通路”同气力式物料输送装置5的压缩空气管路连接起来，照质量分数为13.93％碳质还原剂粉、0.85％铁粉(金属铁含量94.5％)、22.60％氧化铝粉的比例混合均匀后喷入反应炉3内，升温至1700℃，并保持3小时。
反应后的物料上层为铝酸钙材料，下层为硅铁合金。经自然冷却后，再经破碎和分离，即得到铝酸钙和90Si-Fe硅铁合金块。其中铝酸钙中的主要物相为C12A7和少量MgA1204。
以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，包括反应炉、中空电极、电极移动及供电装置、气力式物料输送装置；所述反应炉由炉体和炉盖组成，炉体上设有出铁口和出渣口；中空电极的上端与电极移动及供电装置相连，下端穿过炉盖插入反应炉内；气力式物料输送装置通过物料输送管连接中空电极的内部通道，中空电极底端设物料喷吹孔。
2.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述物料喷吹孔的开口方向朝向中空电极的侧面。
3.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述中空电极与物料输送管之间通过螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述反应炉的炉底采用弧形底，中心低，四周高，且弧形底的坡度不小于40°。
5.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述出铁口设于炉体下部靠近炉底的位置，出渣口设于炉体中部，出铁口和出渣口分别设于炉体两侧，两者高度差400～600mm。
6.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述反应炉内还设有温度测量装置，电极移动及供电装置通过控制系统与温度测量装置连接。
7.根据权利要求1所述的一种用热态高炉渣制备硅铁及铝酸钙材料的反应装置，其特征在于，所述反应炉内设耐火耐侵蚀材料内衬，耐热温度不低于2000℃。
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