一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开的一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法及装置，其特征是，在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中插入电极和通入含氧助燃气体，电极通电和可燃燃料燃烧提供所述矿物冶炼需要的热量；或者在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中通入含氧助燃气体，可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。本发明专利技术可以使电热法电炉冶炼矿物的部分或全部电能消耗替代为燃料燃烧提供热量，因此可以节约大量的电能消耗，同时产生比电热法更多的更高品质的含一氧化碳炉气。

【技术实现步骤摘要】
一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置
本专利技术涉及电热法(电弧法)电炉矿物冶炼
,特别涉及一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置。
技术介绍
在当今国民生产用电各部门中，部分是用电作热源。根据所使用的功率来看，以电热装置为首。而电热装置中又以熔炼电石的电炉功率比较大。目前最大的电石炉容量已经达到75000～84000千伏安甚至更大。电炉可分为电弧炉、电阻炉和感应电炉。电弧炉是利用电弧发生的热来进行加热的装置，这种电炉主要用于熔炼黑色金属、有色金属、各种铁合金以及制造电石和黄磷等。目前工业生产的电石炉全部为电弧法电石炉。其中间接电弧炉大多用于熔炼有色金属，直接电弧炉主要用于熔炼钢及可锻铸铁，闭弧式电弧炉也叫电阻电弧炉，但按本身构造更接近于电弧炉而距电阻炉较远，主要用于熔炼铁合金、制造电石、黄磷和其他产品。以下简述电炉容量最大的电石炉技术发展和氧热法技术发展过程。目前的工业电石生产技术专利技术于1892年，是氧化钙和焦炭在电弧产生的高温下(2000℃以上)反应生成熔融态碳化钙(CaC2)，反应方程式如下所示：CaO+3C＝＝CaC2+CO(g)-465.2kJ·mol-1电石生产温度很高、反应吸热量很大，因此电弧法电石电耗很高，工业生产1t纯电石耗电3800kW·h以上。早期的电石生产使用廉价的水电，能耗不是问题。当今全球的水电比例持续降低，2015年全国水电发电量约1.1万亿千瓦时，占全国发电量的19.4％；2018年第一季度中国水电仅占全部发电量的13％左右，而煤电占比为75％左右，因此目前电石生产基本依赖煤电。全球电石产量在1965年达到顶峰，随后由于石油的大量发现和低廉的价格，电石乙炔路线的作用逐渐减小，电石产量逐年下降。我国由于以煤为主的特殊能源结构，电石产量在进入21世纪后逐年上升，2012年约为1800万吨，2018年预计达2800万吨，而产能接近5000万吨。电石工厂开工不足的主要原因是成本，主要原材料价格居高不下，例如电价、焦炭价格等，造成电石价格处于高位，由此也造成采用电石乙炔为原料的生产PVC、PVA和BDO等产品的工厂停产或开工不足。另一个电炉高能耗产品是黄磷生产，虽然产能没有电石大，但是黄磷的单位产品电耗极大。世界上电炉法制磷的工业化装置始于1896年，1927年德国彼斯特里茨(piesritz)4台10000kVA制磷电炉建成投产，为发展黄磷工业打下了良好基础。至20世纪50～70年代美国、前苏联、德国、荷兰、加拿大等建设大型制磷电炉装置,电炉容量达50000～90000kVA。70年代美国的黄磷生产能力达740kt/a。前苏联水电资源丰富,曾大力发展黄磷工业，至20世纪80年代4个企业曾建成34套大型电炉制磷装置，黄磷生产能力达790kt/a，居当时世界黄磷生产首位。近年来，随着世界各国能源供应紧张，电价上涨，环保要求不断提高，国外黄磷生产规模和产量逐年下降。近十几年来中国黄磷工业得到迅猛发展，2017年我国黄磷的产能和产量分别为195万吨、77万吨，但产能利用率仅为39.5％。我国黄磷工业的特点是：国产化小型制磷电炉多，原料加工简单化，自动化水平低，产品单一，污染较严重；磷炉的电耗较高(13000～19000kW.h/tP4计)，生产成本较高，电炉开工率较低。产品单一，效益较差，环境污染较严重是我国黄磷生产普遍存在的间题。以上分析表明，直接利用燃料的燃烧热为矿物冶炼生产供热、避开煤炭燃烧、发电和电弧放电等过程的能耗是矿物冶炼生产技术革新、环保节能和降低投资及矿物生产成本的发展方向。国外很早就开始研究以含碳物质燃烧供热的氧热法生产工艺。如前联邦德国的巴登苯胺纯碱公司(即现在的巴斯夫公司)在1950～1958年间开发了以焦炭为可燃燃料的氧热法电石工艺并进行了中试。此后，美国、荷兰和朝鲜等国家也进行了氧热法电石生产技术的中试，据报道获得了比电热法电石成本降低50％左右的效果。近年来，随着电力、煤炭和焦炭价格的攀升以及高炉鼓风喷吹技术(氧热法熔融态排渣技术)的成熟和发展，氧热法生产技术重新得到了国内外关注。通过文献检索可以查到国内外众多的氧热法生产技术专利。分析这些专利，绝大多数停留在设想和学术层面，缺乏详细的实践数据支撑，多数是原理论述、热力学分析和优缺点评述，而没有考虑工程化可行性，没有考虑电炉装置诸如装炉、出炉、开炉、停炉、清炉、冷备、热备、紧急事故状态、维护检修等的实际生产过程，也没有考虑设备结构和材料如何满足专利要求，因此不具工程化可行性。但众多的专利申请显示了国内外对于氧热法技术的共性认识及重视程度。
技术实现思路
鉴于当前电热法电炉冶炼的高能耗和现有氧热法技术存在的不足，本专利技术通过大量深入研究工作，专利技术了一种电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法和装置。通过采用该方法和装置，利用成熟的电炉冶炼技术和成熟的高炉鼓风喷吹技术(氧热法熔融态排渣技术)的有机结合，创造性地解决了设备结构和材料等问题，同时结合高炉鼓风喷吹技术的特有设备和零部件以及控制和安全联锁系统等的设计，综合考虑诸如装炉、出炉、开炉、停炉、清炉、冷备、热备、紧急事故状态、维护检修等的实际过程，使得本专利技术专利具有工程化可行性。作为本专利技术第一方面的电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是：在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中插入电极和通入含氧助燃气体，电极通电和可燃燃料燃烧后产生所述矿物冶炼需要的热量；或者在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中通入含氧助燃气体，利用可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。在本专利技术的一个优选实施例中，在所述容器中下部沿周向均布的鼓风口喷入含氧助燃气体，电极通电和助燃气体及可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量；或者助燃气体及可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。在本专利技术的一个优选实施例中，所述物料在高温下反应并进入熔池继续反应，反应完成的高温液态物从容器下部或底部排出；燃烧和矿物冶炼所产的炉气，经与容器内物料反应和换热降温后，从容器的上部或顶部开口排出。在本专利技术的一个优选实施例中，在所述容器中下部沿周向均布的鼓风口喷入含氧助燃气体的同时，还喷入粉状可燃燃料和粉状矿物。在本专利技术的一个优选实施例中，所述矿物为生石灰或者石灰石。作为本专利技术的电热法和氧热法复合的矿物冶炼装置，其包括一具有炉底的炉体和盖在所述炉体上的炉盖，在所述炉底的上方设置有一熔池；在所述熔池周围的炉体上设置有出料炉嘴；在所述炉盖上设置有加料口和炉气出口，其特征在于，或者在所述炉盖上设置有电极插入孔，电极穿过所述电极插入孔并由设置在炉盖上方的电极把持升降系统带动上下升降并停留在需要高度上。在所述熔池上方的炉体上周向均布有若干用于喷入含氧助燃气体的第一鼓风口；或者在所述熔池上方的炉体上周向均布有若干用于喷入含氧助燃气体的第一鼓风口。在本专利技术的一个优选实施例中，在所述熔池上方的炉体上周向均布有若干用于喷入粉状矿物或粉状燃料的第二鼓风口。在本专利技术的一个优选实施例中，所述第二鼓风口与所述第一鼓风口合二为一。在本专利技术的一个优选实施例中，在所述熔池上方设置有物料堆积区，物料堆积在所述物料堆积区，运行时物料在高温下反应形成熔融物料并进本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是，在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中插入电极和通入含氧助燃气体，电极通电和可燃燃料燃烧提供所述矿物冶炼需要的热量；或者在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中通入含氧助燃气体，可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。

【技术特征摘要】
1.电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是，在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中插入电极和通入含氧助燃气体，电极通电和可燃燃料燃烧提供所述矿物冶炼需要的热量；或者在一个内衬耐磨耐火保温隔热材料的容器中，装填有包含矿物和至少一种可燃燃料的物料，物料中通入含氧助燃气体，可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。2.如权利要求1所述的电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是在所述容器中下部沿周向均布的鼓风口喷入含氧助燃气体，电极通电和助燃气体及可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量；或者助燃气体及可燃燃料燃烧提供矿物冶炼需要的热量。3.如权利要求1或2所述的电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是：所述物料在高温下反应并进入熔池继续反应，反应后的高温液态物从容器下部或底部排出；燃烧和矿物冶炼所产的炉气，经与容器内物料反应和换热降温后，从容器的上部或顶部开口排出。4.如权利要求3所述的电热法和氧热法复合的矿物冶炼方法，其特征是，在所述容器中下部沿周向均布的鼓风口在喷入含氧助燃气体的同时，还喷入粉状矿物或和可燃燃料。5.电热法和氧热法复合的矿物冶炼装置，其特征在于，包括一具有炉底的炉体和盖在所述炉体上的炉盖，在所述炉底的上方设置有一熔池；在所述熔池周围的炉体上设置有出料炉嘴；在所述炉盖上设置有加料口和炉气出口，其特征在于，或者在所述炉盖上设置有电极插入孔，电极穿过所述电极插入孔并由设置在炉盖上方的电...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆欢庆，荆宏健，王正予，白明光，翟亦劼，冯永发，张爱民，
申请(专利权)人：上海首济化工科技有限公司，山西诺凯化工技术有限公司，
类型：发明
国别省市：上海,31