CN220907683U - 一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及金属制备绿色工艺技术领域，特别提供了一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，包括电解槽和对辊离心机，电解槽上端设有盖板，盖板上端设有下料器，在盖板上贯穿连接阳极钢棒，阳极钢棒的下端连接阳极炭块，盖板的内壁中部吊接打壳锤头，电解槽的槽底设有底部炭块，电解槽的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒，阴极钢棒位于电解槽内部的一端与底部炭块连接，电解槽通过气体收集管道与氧气净化存储系统连接、通过铁水输送组件与对辊离心机连接。本实用新型利用风电、光伏等不稳定电能，电解出高纯度铁水，再经对辊离心机甩成海绵铁粉，可作为金属燃料、除氧剂等，这种方法优化、精简了大量设备，提高了生产效率，且无温室气体排放。
Description
技术领域
本实用新型涉及金属制备绿色工艺技术领域，特别提供了一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置。
背景技术
高炉-转炉-连铸是目前占主导地位的钢铁生产流程。高炉生产的金属铁占世界总产量的95％以上。这一碳热还原过程可以高效率的生产金属铁，但同时产生了大量的二氧化碳气体，整个钢铁生产过程中的二氧化碳排放占到全球总排放量的8％，其被认为是造成温室效应的主要来源。
目前国内外生产海绵铁的工艺主要有气基还原法和煤基还原法二种，气基法具有还原速度块，产品质量好等优点，但气基法生产海绵铁工艺的主导条件要有丰富的天然气，在天然气匮乏的地区不能采用，且本身的价格和转化成本较高，而我国的天然气储备量还比较少，因此，该工艺尚不适合我国海绵铁的生产。煤基法是用煤为还原剂直接对氧化铁进行还原，目前煤基法比较成熟的直接还原工艺主要有回转窑法、隧道窑法、转底炉法和竖炉法。但目前这些方法内外设施较多，一次性投资较大，维护费用高，对原料的要求苛刻，操作控制困难，热效率低，影响经济效益，制约了海绵铁的发展。
实用新型内容
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，利用风电、光伏等不稳定电能，电解出高纯度铁水，再经对辊离心机甩成海绵铁粉，可作为金属燃料、除氧剂等，这种方法优化、精简了大量设备，提高了生产效率，且无温室气体排放。
本实用新型是这样实现的，提供一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，包括电解槽和对辊离心机，电解槽上端设有可打开的盖板，盖板上端设有下料器，在盖板上贯穿连接阳极钢棒，阳极钢棒的下端连接阳极炭块，盖板的内壁中部吊接打壳锤头，电解槽的槽底设有底部炭块，电解槽的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒，阴极钢棒位于电解槽内部的一端与底部炭块连接，电解槽通过气体收集管道与氧气净化存储系统连接、通过铁水输送组件与对辊离心机连接。
优选的，在所述电解槽的内侧壁设有绝缘层，槽底设有保温耐火层。
进一步优选，还包括原料外部收集系统、配料系统和回用料渣系统，原料外部收集系统和回用料渣系统均与配料系统连接，配料系统与所述电解槽的下料器通过电解物料管道连接。
进一步优选，设有所述风电/光伏供电系统与所述阳极钢棒和所述阴极钢棒连接。
进一步优选，所述电解槽与所述对辊离心机之间，设有钢包。
进一步优选，所述对辊离心机的出口通过海绵铁粉管道与储存仓库连接。
与现有技术相比，本实用新型的优点在于：
1、物料种类：本系统原料来源为一部分外部收集，大部分来源于大系统本身燃料铁粉燃烧后产物氧化铁，铁粉作为能源载体循环利用，零损耗。
2、能源转化：本系统利用风电、光伏等不稳定电能，将电能用于电解氧化铁，即将不稳定能源就地消耗，减去能源运输成本，将能源最大化利用。
3、铁粉纯度：本装置电解出铁粉纯度达到99.9％以上，除作为燃料金属和除氧剂以外，仍可以用于更加严格的场合，比如航空航天等。
4、能耗分析：传统高炉炼铁工艺吨铁消耗能量是5154Kwh，电解熔融化铁的能耗3400～4800Kwh，且随着核能、风力、水力等新能源逐渐替代煤电，电解熔融氧化铁的流程的成本优势将逐渐显现。
5、制粉工艺：通过离心的方式将铁水制成海绵铁粉。
6、绿色环保：本装置生产过程中零碳排放，且电解过程中阳极产品为氧气，可作为资源再利用。
附图说明
下面结合附图及实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：
图1为本实用新型整体结构示意图；
图2为本实用新型中电解槽结构示意图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
参考图1和图2，本实用新型提供一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，包括电解槽6和对辊离心机8，电解槽6上端设有可打开的盖板6-7，盖板6-7上端设有下料器6-1，在盖板6-7上贯穿连接阳极钢棒6-2，阳极钢棒6-2的下端连接阳极炭块6-3，盖板6-7的内壁中部吊接打壳锤头6-9，电解槽6的槽底设有底部炭块6-5，电解槽6的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒6-4，阴极钢棒6-4位于电解槽6内部的一端与底部炭块6-5连接，电解槽6通过气体收集管道与氧气净化存储系统11连接、通过铁水输送组件与对辊离心机8连接。
本实用新型工作过程中，首先需要进行原料收集：原料一部分为外部收集工业废钢铁，大部分为园区系统自产金属燃料燃烧后产物；原料构成主要包括Fe3O4或Fe2O3+FeO，氧化铁的熔点在1565℃，温度较高，从节能的角度，需要适当降低熔融温度；又考虑造碱性熔渣有利于去除S、P等杂质，熔池中配入一定量的CaO，为降低熔点再配入一定量的SiO2，根据CaO-Fe2O3-SiO2三元相图，可判断熔点在1215～1350℃，实际操作过程中，为降低熔渣熔点及保护耐火材料，需要配入少量的Al2O3和MgO成分，熔池温度设计为1350℃，故电解物料构成为Fe2O3、CaO、SiO2和少量的Al2O3和MgO；在1350℃时Fe2+的理论分解电压约为0.86V，Fe3 +的理论分解电压约为0.64V。不同温度下，Fe2O3+FeO的理论分解电压均远小于其他组元，即：CaO、SiO2、Al2O3和MgO不参加化学反应，仅有Fe2+及Fe3+放电析出Fe，保证了Fe的纯度；电解物料通过下料器6-1进入电解槽6，阳极钢棒6-2与阳极炭块6-3连接，通电状态下，在阳极炭块6-3附近形成熔融状电解质，打壳锤头6-9用于敲碎电解质顶部硬壳，阴极钢棒6-4与底部炭块6-5连接，在通电状态下，单质铁在底部炭块6-5附近被还原出来成为铁水，在电解完成后可取下可移动盖板6-7，取出未参加反应的回用料渣再利用，而在电解的同时阳极产的气体收集进入氧气净化存储系统11，经降温后存储再利用；电解产生的铁水运输至对辊离心机8所在车间，对辊离心机8采用四辊离心机，铁水由离心机上部进入下部分流出，四辊转数逐步增大，经离心机作用下，将铁水离心处理成成品海绵铁粉，经此方法制成的海绵铁粉纯度高达99.9％以上，需进行密封抗氧化包装后储存。
为了增加绝缘性能和保温耐火性能，作为技术方案的改进，在所述电解槽6的内侧壁设有绝缘层6-6，槽底设有保温耐火层6-8。
为了方便收集原料以及与回用料渣配料，作为技术方案的改进，还包括原料外部收集系统1、配料系统4和回用料渣系统5，原料外部收集系统1和回用料渣系统5均与配料系统4连接，配料系统4与所述电解槽6的下料器6-1通过电解物料管道3连接。
从外部收集的原料通过原料外部收集系统1进入配料系统4，回用的料渣置于回用料渣系统5中，也进入配料系统4，形成混合原料。
为了就地利用不稳定电能，作为技术方案的改进，设有所述风电/光伏供电系统2与所述阳极钢棒6-2和所述阴极钢棒6-4连接。
为了方便钢水运输，作为改进，所述电解槽6与所述对辊离心机8之间，设有钢包7。
为了方便海绵铁的存储，作为改进，所述对辊离心机8的出口通过海绵铁粉管道9与储存仓库10连接。
上面结合附图对本实用新型的实施方式做了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，包括电解槽(6)和对辊离心机(8)，电解槽(6)上端设有可打开的盖板(6-7)，盖板(6-7)上端设有下料器(6-1)，在盖板(6-7)上贯穿连接阳极钢棒(6-2)，阳极钢棒(6-2)的下端连接阳极炭块(6-3)，盖板(6-7)的内壁中部吊接打壳锤头(6-9)，电解槽(6)的槽底设有底部炭块(6-5)，电解槽(6)的侧壁下端贯穿连接阴极钢棒(6-4)，阴极钢棒(6-4)位于电解槽(6)内部的一端与底部炭块(6-5)连接，电解槽(6)通过气体收集管道与氧气净化存储系统(11)连接、通过铁水输送组件与对辊离心机(8)连接。
2.根据权利要求1所述的电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，在所述电解槽(6)的内侧壁设有绝缘层(6-6)，槽底设有保温耐火层(6-8)。
3.根据权利要求1所述的电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，还包括原料外部收集系统(1)、配料系统(4)和回用料渣系统(5)，原料外部收集系统(1)和回用料渣系统(5)均与配料系统(4)连接，配料系统(4)与所述电解槽(6)的下料器(6-1)通过电解物料管道(3)连接。
4.根据权利要求1所述的电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，设有风电/光伏供电系统(2)与所述阳极钢棒(6-2)和所述阴极钢棒(6-4)连接。
5.根据权利要求1所述的电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，所述电解槽(6)与所述对辊离心机(8)之间，设有钢包(7)。
6.根据权利要求1所述的电解熔融氧化铁制取高纯度海绵铁的装置，其特征在于，所述对辊离心机(8)的出口通过海绵铁粉管道(9)与储存仓库(10)连接。
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