本发明专利技术公开一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统、以及有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱和第二蓄热箱，第一蓄热箱和第二蓄热箱分别通过第一气体通道和第二气体通道与炉膛相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一输入系统和第二输入系统分别设置在第一气体通道和第二气体通道上。本发明专利技术金属冶炼炉直接在金属冶炼炉生产过程中生成石墨烯并形成高导热耐火导热层，导致这种冶炼炉利用热能的效率显著提高，排烟温度降低减少热量损失、金属升温速度加快缩短了燃料燃烧时间，可产生明显的节能效果。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于冶金
，特别涉及一种热能利用充分，环保、高效节能的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉。
技术介绍
金属冶炼属于高能耗高污染行业，随着能源价格不断上涨，燃料的消耗成本在加工成本中所占比例越来越高，并伴随自然资源的大量消耗、大量的碳排放以及严重的环境污染。为了减少金属冶炼炉生产过程中的燃料消耗，相关研究机构及生产企业不断探索新的技术以降低成本，同时减少对环境的污染。但这些技术主要集中在实现燃料的充分燃烧和尽可能地回收余热两方面。在传热方面，石墨烯是目前发现的导热性能最强的一种新型纳米材料，石墨烯这个新材料的被发现，为人类重新定义导热材料性能和更好地利用热能带来了很多新的可能，尤其在热工
的传热技术方面可能获得很大的提升和发展。然而，要利用石墨烯的高导热性能，需要经过几个步骤：首先是制备石墨烯：其次是用石墨烯作为原料制造或改良导热材料，并且新的高导热材料投入使用，这其中还涉及到保管、运输、储存等过程。石墨烯本身的制备成本目前就很高，导致石墨烯的实际应用还受到相当大的限制。在大型工业应用领域如工业炉领域，由于用量大、消耗快速等特点，按照通常方法制备和使用石墨烯是不现实的事情。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种热能利用充分，环保、高效节能的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统、以及有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱和第二蓄热箱，第一蓄热箱和第二蓄热箱分别通过第一气体通道和第二气体通道与炉膛相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一输入系统和第二输入系统分别设置在第一气体通道和第二气体通道上。进一步地，所述第一输入系统和第二输入系统按程序交替开启输入非金属催化剂；非金属催化剂随蓄热燃烧系统主助燃风进入炉膛。进一步地，天燃气管道从两个蓄热箱中间位置通入炉膛，以供应天然气；蓄热燃烧系统的空气过剩系数在点火后的设定时间T内为0.7-0.95，天燃气不充分燃烧形成炉膛内富碳源和无氧气氛，从而构成石墨烯的生成环境。进一步地，所述的非金属催化剂为以AL2O3为基底的非金属催化剂，由催化剂输入系统送入炉膛。进一步地，所述的第一气体通道和第二气体通道上还设置有第一辅助燃烧装置和第二辅助燃烧装置，设定时间T内开启将炉膛内未燃尽气体完全燃烧，设定时间T结束后关闭。进一步地，所述的蓄热燃烧系统的空气过剩系数在点火后的设定时间T后调整为正常的充分燃尽空气过剩系数值，同时关闭催化剂输入系统和辅助燃烧装置。本专利技术另一技术方案为：一种自动生成石墨烯的金属冶炼炉使用方法，其包括两个阶段：第一阶段生成石墨烯阶段，点火后的设定时间T内，非金属催化剂的输入系统将以AL2O3为基底的非金属催化剂匀速送入炉膛并缓慢地在金属表面堆积，同时蓄热燃烧系统的空气过剩系数为0.7-0.95，天燃气不充分燃烧在催化剂表面留有适当浓度的碳源前驱气体、温度为900-1200℃和无氧的气氛，碳源前驱气体在非金属催化剂表面分解沉积，当后续送入的非金属催化剂覆盖前面催化剂时，由于催化剂堆积在金属表面，前面的溶有碳原子的催化剂被新的催化剂覆盖后将热量传给金属而迅速降温，该催化剂层内沉积的碳析出生长成为多层石墨烯并且与外界隔绝；到设定时间T结束时，炉膛内金属表面形成一层以非金属催化剂为基体的富含石墨烯的高导热率复合耐火材料导热层；未燃尽的燃料被辅助燃烧装置燃尽后排入第一蓄热箱或第二蓄热箱；第二阶段：设定时间T结束后，蓄热燃烧系统的空气过剩系数恢复为正常值，关闭催化剂输入系统和辅助燃烧装置，冶炼炉在含石墨烯的高导热率复合耐火材料导热层的作用下加快金属吸收热量的速度，进入快速金属熔炼的加热和升温阶段、进行熔炼。相较于现有技术，本专利技术自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉利用非常低廉的成本，绕开了石墨烯制备、运输、石墨烯耐火材料制备、投放使用等大量高成本环节，直接在金属冶炼炉生产过程中生成石墨烯并形成高导热耐火导热层，导致这种冶炼炉利用热能的效率显著提高，排烟温度降低减少热量损失、金属升温速度加快缩短了燃料燃烧时间，可产生明显的节能效果。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本专利技术冶炼炉的原理示意图。图2是沿图1的A-A剖面示意图。图3是图1的时间间隔T后的示意图。具体实施方式本专利技术实施例提供了一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其通过极低成本利用新材料石墨烯高导热率特性加强传热，提高金属吸热速度，降低能耗。本专利技术通过采用一种将石墨烯的制备、含石墨烯高导热材料制造、应用等过程合并的新方法，直接利用了工业炉本身消耗的能源一天然气作为碳源和制备过程中的能源、创造了一种石墨烯免预先制备的工业化应用的新方法，总成本极低，开创了一种石墨烯应用新领域，在工业炉中自生石墨烯并利用其高导热性能的技术，将不可承受的成本变为可能，而且产生相当好的经济效益。为使得本专利技术的专利技术目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域的技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一\、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本专利技术的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有\以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便包含一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它单元。以下分别进行详细说明。本专利技术是一种集石墨烯制备和应用于一体的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，通过一种将石墨烯的制备、含石墨烯高导热材料制造、应用等过程合并的方法，免除运输、存储等环节，是一种工业炉中自生石墨烯并利用
其高导热性能，提高金属熔炼炉的能效的石墨烯工业化应用的方法。本专利技术的实施例为将有助石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统分为第一输入系统和第二输入系统设置在第一气体通道和第二气体通道上、以燃料天然气(主要成分甲烷CH4)为碳源的实施例。如图1、图2所示，一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统以及有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛1；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱10和第二蓄热箱12，第一蓄热箱10和第二蓄热箱12分别通过第一气体通道3和第二气体通道19与炉膛1相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、以及外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统，其特征在于：还包括有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱和第二蓄热箱，第一蓄热箱和第二蓄热箱分别通过第一气体通道和第二气体通道与炉膛相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一输入系统和第二输入系统分别设置在第一气体通道和第二气体通道上。
【技术特征摘要】
1.一种自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，包括有炉底、炉墙、炉顶、炉门、以及外挂在炉墙上的蓄热燃烧系统，其特征在于：还包括有助于石墨烯生成的非金属催化剂的输入系统；其中，炉底、炉墙、炉顶、炉门构成炉膛；蓄热燃烧系统包括有第一蓄热箱和第二蓄热箱，第一蓄热箱和第二蓄热箱分别通过第一气体通道和第二气体通道与炉膛相通；所述非金属催化剂输入系统设置在炉墙或/和炉顶上、或分为第一输入系统和第二输入系统分别设置在第一气体通道和第二气体通道上。2.如权利要求1所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述第一输入系统和第二输入系统按程序交替开启输入非金属催化剂；非金属催化剂随蓄热燃烧系统主助燃风进入炉膛。3.如权利要求1所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：天燃气管道从两个蓄热箱中间位置通入炉膛，以供应天然气；蓄热燃烧系统的空气过剩系数在点火后的设定时间T内为0.7-0.95，天燃气不充分燃烧形成炉膛内富碳源和无氧气氛，从而构成石墨烯的生成环境。4.如权利要求1-3中任何一项所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述的非金属催化剂为以AL2O3为基底的非金属催化剂，由催化剂输入系统送入炉膛。5.如权利要求4所述的自生石墨烯并利用其高导热性的金属冶炼炉，其特征在于：所述的第一气体通道和第二气体通道上还设置有第一辅助燃烧装置和第二辅助燃烧装置，设定时间T内...
【专利技术属性】
技术研发人员：邓长友，
申请(专利权)人：深圳市龙瑞泰兴能源环境科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44
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