利用熔体余热进行碳热还原的系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，包括：第一混合装置，具有碳基粉料入口、钙基粉料入口和混合粉料出口；成型装置，具有混合粉料入口和混合球团出口；热解装置，具有混合球团入口、高温油气出口和固体产物出口；筛分装置，具有固体产物入口、筛上块料出口和筛下粉料出口；冶炼装置，具有筛上块料入口、熔体出口和冶炼尾气出口；以及第二混合装置，具有筛下粉料入口、熔体入口和气体出口，筛下粉料入口与筛下粉料出口相连，熔体入口与熔体出口相连。该系统可以使得碳基粉料和钙基粉料发生还原反应所得到的熔体余热得以充分利用，并且实现热解过程中粉料的全部利用，从而在降低能耗的同时实现原料的最大化利用。
【专利说明】利用熔体余热进行碳热还原的系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于冶金与化工领域，具体而言，本实用新型涉及一种利用熔体余热进行碳热还原的系统。
【背景技术】
[0002]在冶金和化工领域，从现有工业成熟或不成熟生产工艺来看，众多半成品或最终产品的获得基本均需要经过高温的还原过程。在经历一定时间的高温还原过程后，半成品或最终产品往往以液态熔体形式进行出料，进入盛装容器或者模具后，缓慢冷却形成一定的形状。液态产品的温度大多在1000°c以上甚至2000°C以上，自身携带大量的物理热，然而在冷却过程中这些热量并没有得到有效利用，造成了能源的白白浪费。假定这些大量余热得到利用，则折算回去相当于省却相当可观的化学燃料和还原剂，即可达到了节能降耗的目的，也能降低生产成本。此外，在当前冶金和化工实际生产过程中，由于还原反应的发生，会生产大量的CO或(?气体，考虑到大量产物气体的逸出，同时为保证炉况顺行和生产安全，均采用具有一定强度的块状物料保持透气性，导致无法利用矿物原料和还原剂的粉料，这不仅造成资源的浪费，也带了粉尘污染，无形中也提升了生产成本。
[0003]在国家越来越注重可持续发展、环境保护和绿色制造的大环境里，在日益激烈的社会竞争条件下，为了促进冶金和化工企业的健康发展，能耗高和成本高的问题亟待解决。
实用新型内容
[0004]本实用新型旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，该系统可以使得碳基粉料和钙基粉料发生还原反应所得到的熔体余热得以充分利用，并且实现热解过程中粉料的全部利用，从而在降低能耗的同时实现原料的最大化利用。
[0005]在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，包括:
[0006]第一混合装置，所述第一混合装置具有碳基粉料入口、钙基粉料入口和混合粉料出口 ；
[0007]成型装置，所述成型装置具有混合粉料入口和混合球团出口，所述混合粉料入口与所述混合粉料出口相连；
[0008]热解装置，所述热解装置具有混合球团入口、高温油气出口和固体产物出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连；
[0009]筛分装置，所述筛分装置具有固体产物入口、筛上块料出口和筛下粉料出口，所述固体产物入口与所述固体产物出口相连；
[0010]冶炼装置，所述冶炼装置具有筛上块料入口、熔体出口和冶炼尾气出口，所述筛上块料入口与所述筛上块料出口相连；以及
[0011 ] 第二混合装置，所述第二混合装置具有筛下粉料入口、熔体入口和气体出口，所述筛下粉料入口与所述筛下粉料出口相连，所述熔体入口与所述熔体出口相连。
[0012]根据本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统通过将熔体余热用于热解产生粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时，较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相比，本实用新型可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。
[0013]另外，根据本实用新型上述实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统还可以具有如下附加的技术特征:
[0014]在本实用新型的一些实施例中，所述利用熔体余热进行碳热还原的系统进一步包括:第一送料装置，所述第一送料装置分别与所述混合球团出口和所述混合球团入口相连。
[0015]在本实用新型的一些实施例中，所述利用熔体余热进行碳热还原的系统进一步包括:粉料收集装置，所述粉料收集装置分别与所述筛下粉料出口和所述筛下粉料入口相连。
[0016]在本实用新型的一些实施例中，所述利用熔体余热进行碳热还原的系统进一步包括:第二送料装置，所述第二送料装置分别与所述筛上块料出口和所述筛上块料入口相连。
[0017]本实用新型的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是根据本实用新型一个实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统结构示意图；
[0019]图2是根据本实用新型又一个实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统结构示意图；
[0020]图3是采用本实用新型一个实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统实施利用熔体余热进行碳热还原的方法流程示意图。
【具体实施方式】
[0021]下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
[0022]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
[0023]此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0024]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0025]在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0026]在本实用新型的一个方面，本实用新型提出了一种利用熔体余热进行碳热还原的系统。下面参考图1-2对本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该系统包括:
[0027]第一混合装置100:根据本实用新型的实施例，第一混合装置100具有碳基粉料入口 11、钙基粉料入口 12和混合粉料出口 13，且适于将碳基粉料和钙基粉料进行混合，从而可以得到混合粉料。由此，将传统工艺块状物料混合后发生反应变成粉状物料的反应，通过这种方式，大幅度增加了两种反应物料的比表面积和接触面积，从而可以显著提高电石生产效率。
[0028]根据本实用新型的实施例，碳基粉料和钙基粉料的平均粒径并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基粉料和钙基粉料的平均粒径可以不大于I毫米。由此，可以增加物料比表面积和接触面积，从而进一步显著提高电石生产效率。
[0029]根据本实用新型的实施例，碳基材料和钙基材料的具体类型并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基材料可以为选自褐煤、长焰煤、焦煤、无烟煤、城市生活垃圾、生物质、废旧轮胎中的至少一种，钙基材料可以为生石灰。由此，可以制备得到电石产品O
[0030]根据本实用新型的实施例，碳基粉料和钙基粉料的混合比例并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基粉料和钙基粉料可以按照质量比为0.8?1.3:1进行混合。由此，可以显著提高电石产品的质量。
[0031]成型装置200:根据本实用新型的实施例，成型装置200具有混合粉料入口 21和混合球团出口 22，根据本实用新型的具体实施例，混合粉料入口 21与混合粉料出口 13相连，且适于将所述混合粉料进行成型处理，从而可以得到混合球团。由此，可以进一步提高电石生产效率。
[0032]热解装置300:根据本实用新型的实施例，热解装置300具有混合球团入口 31、高温油气出口 32和固体产物出口 33，根据本实用新型的具体实施例，混合球团入口 31与混合球团出口 22相连，且适于将混合球团进行热解处理，从而可以得到气体、液体和固体产物，其中，固体产物含有碳和氧化钙。由此，通过热解过程可以使得碳基粉料和钙基粉料接触的更加紧密，更加有利于降低后续冶炼的温度和冶炼时间，进而显著降低生产能耗。
[0033]根据本实用新型的实施例，热解装置的具体炉型并不受特别限制，根据本实用新型的【具体实施方式】，热解装置可以为直立炉、回转窑或无热载体蓄热式旋转床。
[0034]根据本实用新型的实施例，热解处理的具体条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以在450?1000摄氏度下停留0.5?4小时。由此，可以进一步提闻热解效率。
[0035]筛分装置400:根据本实用新型的实施例，筛分装置400具有固体产物入口 41、筛上块料出口 42和筛下粉料出口 43，根据本实用新型的具体实施例，固体产物入口 41与固体产物出口 33相连，且适于将热解固体产物进行筛分处理，从而可以得到筛上块料和筛下粉料。由此，可以将粉料和块料得以分离。
[0036]根据本实用新型的实施例，筛下粉料的最大粒径小于3毫米，筛上块料的最小粒径不小于3毫米。由此，可以显著提高原料利用率。
[0037]冶炼装置500:根据本实用新型的实施例，冶炼装置500筛上块料入口 51、熔体出口 52和冶炼尾气出口 53，根据本实用新型的具体实施例，筛上块料入口 51与筛上块料出口 42相连，且适于将筛上块料进行冶炼处理，从而可以得到熔体和冶炼尾气，其中，冶炼尾气含有一氧化碳，可以作为热解处理的燃料气或作为化工原料气用于化工产品合成。由此，可以实现资源的最大化利用。
[0038]根据本实用新型的实施例，冶炼处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，冶炼处理可以在1700?2200摄氏度下进行30?50分钟。由此，可以显著提高电石冶炼效率。
[0039]第二混合装置600:根据本实用新型的实施例，第二混合装置600具有筛下粉料入口 61、熔体入口 62和气体出口 63，根据本实用新型的具体实施例，筛下粉料入口 61与筛下粉料出口 43相连，熔体入口 62与熔体出口 52相连，且适于将熔体与筛下粉料进行接触，以便使得筛下粉料利用熔体的余热发生还原反应，从而可以获得电石。发明人发现，经过热解处理得到的热解固体产物中含有的粉料粘结性较差，成型难度大，若将其混入未热解的原料中，使得型球强度降低，从而显著增加热解固体产物的粉化率，由此通过筛分处理使得热解固体产物中的块料和粉料进行分离，并将块料发生还原反应得到熔体余热用于该部分粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相比，本实用新型可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。
[0040]根据本实用新型实施例，筛下粉料的加入量可以占熔体质量的比例不大于10%。由此，可以实现余热的充分利用。
[0041]根据本实用新型的实施例，将熔体与筛下粉料进行接触可以采用以下任意一种方式进行:a、将所述筛下粉料铺于储罐底部，然后向底部铺有所述筛下粉料的储罐内加入所述熔体，以便使得所述粉料利用所述熔体的余热发生还原反应；或13、采用喷吹方式使得所述筛下粉料与所述熔体进行接触。由此，可以使得粉料充分利用熔体到凝固时所携带的热量，从而避免能耗的浪费。
[0042]根据本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统通过将钙基粉料和碳基粉料发生还原反应得到熔体余热用于热解产生粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时，较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相t匕，本实用新型可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。
[0043]参考图2，本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统进一步包括:
[0044]第一送料装置700:根据本实用新型的实施例，第一送料装置700分别与混合球团出口 22和混合球团入口 31相连，且适于将混合球团供给至热解装置300。
[0045]粉料收集装置800:根据本实用新型的实施例，粉料收集装置800分别与筛下粉料出口 43和筛下粉料入口 61相连，且适于将筛下粉料收集并供给至第二混合装置600。
[0046]第二送料装置900:根据本实用新型的实施例，第二送料装置900分别与筛上块料出口 42和筛上块料入口 51相连，且适于将筛上块料供给至冶炼装置500。
[0047]以上对本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统进行了详细描述，为了方便理解，下面参考图3对采用本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统实施利用熔体余热进行碳热还原的方法进行详细描述。根据本实用新型的实施例，该方法包括:
[0048]SlOO:将碳基粉料和韩基粉料进彳了混合
[0049]根据本实用新型的实施例，将碳基粉料和钙基粉料进行混合，从而可以得到混合粉料。由此，将传统工艺块状物料混合后发生反应变成粉状物料的反应，通过这种方式，大幅度增加了两种反应物料的比表面积和接触面积，从而可以显著提高电石生产效率。
[0050]根据本实用新型的实施例，碳基粉料和钙基粉料的平均粒径并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基粉料和钙基粉料的平均粒径可以不大于I毫米。
[0051]根据本实用新型的实施例，碳基材料和钙基材料的具体类型并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基材料可以为选自褐煤、长焰煤、焦煤、无烟煤、城市生活垃圾、生物质、废旧轮胎中的至少一种，钙基材料可以为生石灰。由此，可以制备得到电石产品O
[0052]根据本实用新型的实施例，碳基粉料和钙基粉料的混合比例并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，碳基粉料和钙基粉料可以按照质量比为0.8?1.3:1进行混合。由此，可以显著提高电石产品的质量。
[0053]S200:将混合粉料进行成型处理
[0054]根据本实用新型的实施例，将混合粉料进行成型处理，从而可以得到混合球团。由此，可以进一步提闻电石生广效率。
[0055]S300:将混合球团进行热解处理
[0056]根据本实用新型的实施例，将混合球团进行热解处理，从而可以得到气体、液体和固体产物，其中，固体产物含有碳和氧化钙。由此，通过热解过程可以使得碳基粉料和钙基粉料接触的更加紧密，更加有利于降低后续冶炼的温度和冶炼时间，进而显著降低生产能耗。
[0057]根据本实用新型的实施例，热解处理的具体条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，热解处理可以在450?1000摄氏度下停留0.5?4小时。由此，可以进一步提闻热解效率。
[0058]S400:将热解固体产物进行筛分处理
[0059]根据本实用新型的实施例，将热解固体产物进行筛分处理，从而可以得到筛上块料和筛下粉料。由此，可以将粉料和块料得以分离。
[0060]根据本实用新型的实施例，筛下粉料的最大粒径小于3毫米，筛上块料的最小粒径不小于3毫米。由此，可以显著提高原料利用率。
[0061]S500:将筛上块料进行冶炼处理
[0062]根据本实用新型的实施例，将筛上块料进行冶炼处理，从而可以得到熔体和冶炼尾气，其中，冶炼尾气富含一氧化碳，冶炼尾气可以作为热解处理的燃料气或作为化工原料气用于化工产品合成。由此，可以实现资源的最大化利用。
[0063]根据本实用新型的实施例，冶炼处理的条件并不受特别限制，根据本实用新型的具体实施例，冶炼处理可以在1700?2200摄氏度下进行30?50分钟。由此，可以显著提高电石冶炼效率。
[0064]S600:将熔体与筛下粉料进行接触
[0065]根据本实用新型的实施例，将熔体与筛下粉料进行接触，以便使得筛下粉料利用熔体的余热发生还原反应，从而可以获得电石。发明人发现，经过热解处理得到的热解固体产物中含有的粉料粘结性较差，成型难度大，若将其混入未热解的原料中，使得型球强度降低，从而显著增加热解固体产物的粉化率，由此通过筛分处理使得热解固体产物中的块料和粉料进行分离，并将块料发生还原反应得到熔体余热用于该部分粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时，较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相比，本实用新型可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。
[0066]根据本实用新型实施例，筛下粉料的加入量可以占熔体质量的比例不大于10%。由此，可以实现余热的充分利用。
[0067]根据本实用新型的实施例，将熔体与筛下粉料进行接触可以采用以下任意一种方式进行:a、将所述筛下粉料铺于储罐底部，然后向底部铺有所述筛下粉料的储罐内加入所述熔体，以便使得所述粉料利用所述熔体的余热发生还原反应；或13、采用喷吹方式使得所述筛下粉料与所述熔体进行接触。由此，可以使得粉料充分利用熔体到凝固时所携带的热量，从而避免能耗的浪费。
[0068]根据本实用新型实施例的利用熔体余热进行碳热还原的方法通过将钙基粉料和碳基粉料发生还原反应得到熔体余热用于热解产生粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低生产能耗，同时，较传统工艺将回收的粉料返回造球工序后再利用相t匕，本实用新型可以直接将回收的粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。
[0069]下面参考具体实施例，对本实用新型进行描述，需要说明的是，这些实施例仅仅是描述性的，而不以任何方式限制本实用新型。
[0070]实施例
[0071]将生石灰粉料和焦煤粉料按照质量比为1: 1.08进行混合，得到混合粉料，将混合粉料进行成型处理，得到混合球团，将混合球团在无热载体蓄热式旋转床热解炉中于600摄氏度进行热解处理，得到煤气、煤焦油和热解固体产物，其中，热解固体产物为半焦和生石灰的混合物，将热解固体产物进行筛分处理，得到最小粒径不小于3毫米的筛上块料和最大粒径小于3毫米的筛下粉料，其中，最大粒径小于3毫米的筛下粉料为5.5wt%，将筛上块料在电弧炉中于2200摄氏度下进行冶炼处理，得到电石熔体和冶炼尾气，并将冶炼尾气供给至无热载体蓄热式旋转床热解炉作为燃料气，将电石熔体(温度为1900?2000摄氏度)与筛下粉料进行接触，其中，电石熔体与筛下粉料进行接触采用下列方式进行:采用喷吹方式将筛下粉料与电石熔体进行接触，使得筛下粉料利用电石熔体的余热发生还原反应，冷却后得到电石产品，经测定得到的电石产品发气量为302L/kg，较粉料返回成型工序可以降低能耗约9.7%。
[0072]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0073]尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
【权利要求】
1.一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，其特征在于，包括: 第一混合装置，所述第一混合装置具有碳基粉料入口、钙基粉料入口和混合粉料出Π ； 成型装置，所述成型装置具有混合粉料入口和混合球团出口，所述混合粉料入口与所述混合粉料出口相连； 热解装置，所述热解装置具有混合球团入口、高温油气出口和固体产物出口，所述混合球团入口与所述混合球团出口相连； 筛分装置，所述筛分装置具有固体产物入口、筛上块料出口和筛下粉料出口，所述固体产物入口与所述固体产物出口相连； 冶炼装置，所述冶炼装置具有筛上块料入口、熔体出口和冶炼尾气出口，所述筛上块料入口与所述筛上块料出口相连；以及 第二混合装置，所述第二混合装置具有筛下粉料入口、熔体入口和气体出口，所述筛下粉料入口与所述筛下粉料出口相连，所述熔体入口与所述熔体出口相连。
2.根据权利要求1所述的利用熔体余热进行碳热还原的系统，其特征在于，进一步包括:第一送料装置，所述第一送料装置分别与所述混合球团出口和所述混合球团入口相连。
3.根据权利要求1所述的利用熔体余热进行碳热还原的系统，其特征在于，进一步包括:粉料收集装置，所述粉料收集装置分别与所述筛下粉料出口和所述筛下粉料入口相连。
4.根据权利要求1所述的利用熔体余热进行碳热还原的系统，其特征在于，进一步包括:第二送料装置，所述第二送料装置分别与所述筛上块料出口和所述筛上块料入口相连。
【文档编号】C01B31/32GK204173920SQ201420638200
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年10月29日 优先权日:2014年10月29日
【发明者】吴道洪, 丁力, 张佼阳 申请人:北京华福神雾工业炉有限公司