转底炉的制作方法

本发明涉及转底炉。

背景技术：

现有转底炉主要用来处理含铁物料，目前还没有用转底炉处理磷矿以制备磷酸的工艺出现。

目前工业化生产磷酸主要方法有热法磷酸、湿法磷酸和窑法磷酸。热法磷酸的生产方法现在国内外普遍采用的均是电炉两步法，此法是将电炉还原磷矿所得的升华磷经过除尘后使磷冷却呈液态，然后将液态磷经燃烧、水化、除雾制成磷酸。该方法的主体设备是电炉，生产过程中，电炉以原料电阻和电机电弧的形式将电能转化成热能，使物料熔融，消耗了大量的电能，该方法属于高能耗、高成本的生产方法。湿法生产是用无机酸分解磷矿粉，分离出粗磷酸，再经净化后制得磷酸产品。湿法磷酸比热法磷酸成本低20％～30％，处于磷酸生产的主导地位。但湿法生产的磷酸纯度不高，且在环保方面存在问题。采用该法生产排出的磷石膏废渣对周边的大气环境和地下水、地表水造成污染。窑法磷酸处理主体设备是回转窑，具体步骤是：将磷矿石、硅石、碳质还原剂加皂土制成碳素球团,在回转窑中进行还原反应和氧化反应。排出窑体的气态P₂O₅经水合后生成磷酸,循环吸收后成浓磷酸。与电炉法磷酸相比,窑法磷酸能耗大大降低，但仍存在以下问题：一、存在窑体结圈问题；二、窑内氧化带和还原带难以截然分开，影响还原反应及氧化反应效果，最终影响磷的回收率及产品质量；三、对成球工艺要求高。因为氧化反应与还原反应均在同一设备进行，所以需将物料球团表面覆盖包裹层，该制球工艺在生产过程中控制难度很大，不易实现。

另外，随着高品位磷矿的减少，中、低品位磷矿的利用日益受到关注。如何探索一条资源适应范围广且能耗低、成本低、污染小的磷矿处理系统，成为亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种转底炉，通过设置辐射管，将还原反应和氧化反应进行明确划分，在保障热能高效利用的前提下，使还原反应及氧化反应各自顺利进行，从而保障了产品质量。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种转底炉。根据本发明的实施例，该转底炉包括：

环形炉体，所述环形炉体具有内侧壁、外侧壁和顶壁，所述环形炉体限定出环状炉膛；

可旋转环形炉底，所述环形炉底设置在环形炉体下部，并位于所述内侧壁和所述外侧壁之间，且沿所述环形炉底旋转方向利用隔墙依次分隔设置装料段、反应段和出料段，其中，所述装料段设置有进料部件，所述反应段设置有烟道出口，所述出料段设置有出料部件；

多个烧嘴，所述多个烧嘴沿周向设置在所述反应段；

多个辐射管，所述多个辐射管沿周向设置在所述反应段，每个是辐射管均具有辐射管气体入口、辐射管空气管道接口和辐射管气体出口，所述辐射管气体入口与所述反应段的所述烟道出口相连。

根据本发明实施例的转底炉，通过设置辐射管，将还原反应和氧化反应进行明确划分，在保障热能高效利用和还原反应与氧化反应各自所需气氛的前提下，使还原反应及氧化反应各自顺利进行，从而保障了产品质量。并通过将氧化反应放出的热量由辐射管传递至转底炉炉底，供给磷矿的还原过程使用，使转底炉的能耗显著降低，能源利用率显著提高。

另外，根据本发明上述实施例的转底炉还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的实施例，该转底炉进一步包括：传动装置，所述传动装置设置在所述环形炉底下方且与所述环形炉底相连。

根据本发明的实施例，所述辐射管位于所述环形炉底的上方，且所述辐射管的高度不高于所述烧嘴的高度。

根据本发明的实施例，所述辐射管位于所述环形炉底的上方不高于80厘米处。

根据本发明的实施例，所述辐射管和所述烧嘴呈间隔分布。

根据本发明的实施例，所述辐射管的形状为U型、W型或直线型。

根据本发明的实施例，所述烧嘴平行于所述转环形炉底。

根据本发明的实施例，所述转底炉的所述烟道出口邻近所述出料部件。

根据本发明的实施例，该转底炉进一步包括：耐热管道，所述耐热管道与所述辐射管气体入口和所述转底炉的所述烟道出口相连。

根据本发明的实施例，所述反应段的圆弧夹角不小于220°。

本发明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，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1显示了根据本发明一个实施例的转底炉的结构示意图；

图2显示了根据本发明一个实施例的转底炉的俯视结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，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，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

需要说明的是，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一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

根据本发明的一个方面，本发明提供了一种转底炉。参考图1，根据本发明的实施例，对该转底炉进行解释说明，该转底炉包括：环形炉体100、可旋转环形炉底200、多个烧嘴300和多个辐射管。

根据本发明实施例的转底炉主要用于处理磷矿以制备磷酸。该转底炉除了处理高品位磷矿，还可处理中、低品位磷矿，完全适应我国90％以上磷矿资源都属于中、低品位磷矿的资源特点，拥有强大的生命力和良好的发展前景。

根据本发明的实施例，与热法磷酸相比，本发明实施例的转底炉充分利用了氧化过程的反应热，将氧化反应放出的热量通过辐射管传递至转底炉炉底，供给磷矿的还原过程使用，大大降低了工艺能耗，提高了能源利用率。并且，磷的还原反应和氧化反应在同一台设备内完成，降低了设备投资，从而降低成本。该转底炉采用普通煤粉做还原剂，不需使用昂贵的焦炭，不仅避免了制焦过程的环境污染，而且降低了生产成本。

根据本发明的实施例，与窑法磷酸相比，本发明实施例的转底炉将还原反应与氧化反应通过辐射管截然分开，保障了还原反应与氧化反应各自所需气氛，使反应各自顺利进行，从而保障生产高质量进行，以确保良好的技术指标，并且，磷的还原率高，达到85％以上。此外，本发明实施例的转底炉不存在窑体结圈问题，使生产顺行。而且，该转底炉采用的球团制作过程简单易操作，不需进行球团的二次裹覆。同时，反应过程中煤的配入量大大降低。

根据本发明的实施例，与湿法磷酸相比，本发明实施例的转底炉不存在磷石膏废弃物再利用的环境问题，也不需对产品净化除杂。

为了便于理解，下面对转底炉的各部件进行解释说明：

环形炉体100：根据本发明的实施例，环形炉体100具有内侧壁110、外侧壁120和顶壁130，该环形炉体100限定出环状炉膛140。

可旋转环形炉底200：参考图1和2，根据本发明的实施例，该环形炉底200设置在环形炉体100下部，并位于内侧壁110和外侧壁120之间，且沿环形炉底200旋转方向利用隔墙240依次分隔设置装料段210、反应段220和出料段230，其中，装料段210设置有进料部件211，反应段220设置有烟道出口221，出料段230设置有出料部件231。原料经进料部件211进入进料段210，由反应段对磷矿进行预热、还原生成磷蒸汽和CO，并释放大量热能，反应的杂质残渣由出料部件231排出。根据本发明的实施例，在转底炉运行期间，反应段为还原性气氛。

根据本发明的实施例，隔墙240的设置可以使反应段保持更好的还原性气氛。

根据本发明的实施例，反应段220的圆弧夹角不小于220°，其中，圆弧夹角是指以环形炉体的轴心为圆心，反应段所对应的圆心角的角度。由此，可保障还原反应充分进行且烧嘴和辐射管具有足够的布置空间，有利于氧化反应进行，提高反应效率。

根据本发明的实施例，烟道出口221邻近出料段230。由此，反应效率更高。

根据本发明的实施例，该转底炉进一步包括：传动装置500，该传动装置500设置在环形炉底200下方且与该环形炉底200相连，用于驱动环形炉底旋转。

根据本发明的实施例，该转底炉进一步包括：空气管道600，该空气管道600位于环状炉膛140的外部，该空气管道140与辐射管空气管道接口相连，该空气管道用于为转底炉提供空气来源。

多个烧嘴300：根据本发明的实施例，多个烧嘴300沿周向设置在所述反应段，烧嘴300用于对反应段220进行烧嘴方式的补充加热。根据本发明的实施例，在磷矿还原反应的初始阶段，先启动烧嘴300为还原反应供热，待氧化反应放出的大量热传递至反应段后，关闭一部分烧嘴，在正常运行期间，转底炉烧嘴燃烧作为补充热源使用。

根据本发明的实施例，该烧嘴300平行于环形炉底200。由此，火焰辐射至炉底的热量更加均匀。

多个辐射管400：根据本发明的实施例，该多个辐射管400沿周向设置在反应段220，每个辐射管400均具有辐射管气体入口、辐射管空气管道接口和辐射管气体出口，其中，辐射管气体入口与所述反应段的所述烟道出口相连，辐射管400用于对磷蒸汽进行氧化生成含有五氧化二磷的炉气，并释放大量热能，热能通过辐射管的管壁对反应段220的物料进行辐射加热。根据本发明的实施例，在转底炉运行期间，辐射管内为氧化性气氛。

根据本发明的实施例，辐射管400位于环形炉底200的上方，且该辐射管400的高度不高于烧嘴300的高度。由此，辐射管内的氧化反应放热能够被反应段的还原反应充分利用，热利用率高。

进一步地，根据本发明的实施例，该辐射管400位于环形炉底200的上方不高于80厘米处。由此，辐射管内的氧化反应放热能够被反应段的还原反应利用的更充分，热利用率更高。

根据本发明的实施例，辐射管400和烧嘴300呈间隔分布。由此，不仅使转底炉供热更为均匀，而且可尽量减少烧嘴方式的补充热源，更加节能。

根据本发明的实施例，辐射管形状不受限制，可以根据生产需要进行合理选则。根据本发明的一些实施例，辐射管400的形状为U型、W型或直线型。

根据本发明的实施例，该转底炉进一步包括：耐热管道(图中未示出)，该耐热管道与辐射管气体入口和转底炉的烟道出口相连。由于含磷蒸汽和CO的炉气温度较高，利用耐热管道传输，避免高温损伤传输管道。

为了便于理解前述的转底炉，将本发明实施例的转底炉处理磷矿的工艺原理做出如下阐述：转底炉处理磷矿是一种采用含碳球团，通过转底炉直接还原磷矿生产磷酸的新工艺。工艺的热源由反应生产的P₄、CO氧化放热、转底炉烧嘴加热和含碳球团中少部分碳燃烧三者提供，其中，以氧化反应放热为主要热源，烧嘴加热和含碳球团中少部分碳的燃烧做为补充性热源使用。

当含碳球团加热到还原温度后，在转底炉反应段发生下述还原反应：

2Ca₅(PO₄)₃F+15C+9SiO₂→3/2P₄+15CO+9(CaO·SiO₂)+CaF₂，

ΔH＝28 006kJ/kg(以P₄计)。(1)

上述反应所逸出的P₄和CO，随即被送入辐射管与空气接触发生如下氧化反应：

P₄+5O₂→2P₂O₅，ΔH＝－25 498kJ/kg(以P₄计)；(2)

CO+1/2O₂→CO₂，ΔH＝－22 154kJ/kg(以P₄计)。(3)

通过反应式(1)(2)(3)可知，对于1kg磷来说，还原反应(1)的产物P₄和CO，氧化时放出的热量远远超出磷矿还原反应(1)的吸热需要，且尚有富裕热量用来加热炉料，使炉料升温至反应温度。本发明的工艺过程是磷矿、硅石和煤三者按比例混合、制球，经干燥后置于转底炉，把磷的还原和氧化在同一设备内完成，即：在高温状态下，磷矿中的磷在转底炉反应段被碳素还原，P₄以蒸气状态逸出。所产生的P₄和CO送入辐射管完成氧化反应(辐射管连通空气管道)，所放出的热量通过辐射管的热辐射传递给转底炉炉底的含碳球团，供磷矿中磷加热及还原反应所需。

另外，通过上述反应原理可知，磷矿中的磷是被还原成磷呈气态逸出，磷矿中的各种杂质均留在残渣中，故可以使用杂质含量较多的磷矿。又因为用于本发明的磷矿要加较多的硅石(SiO₂)以提高其熔点，所以对硅质磷矿(含SiO₂较多)而言，其含P₂O₅低至10％～25％的磷矿都可以使用。也就是说，本发明除了处理高品位磷矿，也可处理中、低品位磷矿。其中，需要说明的是，中、低品位磷矿指的是P₂O₅含量小于25％的磷矿。

下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。

实施例1

利用本发明实施例的转底炉处理磷矿制备磷酸，具体方法如下：将磨细至200目占60％以上的磷矿与兰炭、硅石和粘结剂按照一定比例混合均匀并用圆盘造球机造球，其中P₂O₅品位为22％，兰炭的添加量为理论需要量的1.1倍，硅石添加量磷矿重量的11％，粘结剂选取钠基原料与膨润土，之后用链篦机在100-200℃条件下将制得的含碳球团烘干至水分小于1％，干燥后的含碳球团布入转底炉进行预热、还原，转底炉反应段保持还原性气氛，还原温度1300℃，转底炉转速控制在40min/r，反应段圆环夹角为320℃。还原后得到的含P₄和CO的气态物通过转底炉烟气出口送入U型辐射管，辐射管与转底炉空气管道连通以保障管内为氧化性气氛，送入U型辐射管的气体发生氧化反应并释放出大量热，热量通过U型管为炉底的含碳球团辐射加热，U型管与转底炉环形炉底的垂直距离为60cm，以确保辐射传热的高效利用率。排出U型管的转底炉的炉气直接进入水化塔，由循环酸吸收P₂O₅制成工业磷酸，尾气经电除尘器后排空。转底炉排出的炉料收集后送入水泥厂二次利用。在反应段发生的还原过程中，磷的还原率达到86％。其中，在磷矿还原反应的初始阶段，先启动全部烧嘴为还原反应供热，待氧化反应放出的大量热传递至反应段后，关闭2/3烧嘴，在正常运行期间，转底炉烧嘴燃烧作为补充热源使用。

实施例2

利用本发明实施例的转底炉处理磷矿制备磷酸，具体方法如下：将破碎至-2mm占90％以上的磷矿与褐煤、硅石和粘结剂按照一定比例混合均匀并用压球机压球，其中P₂O₅品位为28％，褐煤的添加量为理论需要量的1.3倍，硅石添加量磷矿重量的3％，粘结剂采用液体粘结剂，压制的球团烘干至水分～4％后布入转底炉进行预热、还原，控制反应段气氛为还原性气氛，还原温度1300℃，转底炉转速控制在60min/r，反应段圆环夹角为290℃。还原后得到的含P₄和CO的气态物通过转底炉烟气出口送入W型辐射管，辐射管与转底炉空气管道连通以保障管内为氧化性气氛，送入辐射管的气体发生氧化反应并释放出大量热，热量通过辐射管为炉底的含碳球团辐射加热，辐射管与转底炉环形炉底的垂直距离为30cm，以确保辐射传热的高效利用率。排出辐射管的转底炉的炉气水化后制成磷酸，尾气经除尘后排空。转底炉排出的炉料收集后送入水泥厂二次利用。在反应段发生的还原过程中，磷的还原率达到90％。其中，在磷矿还原反应的初始阶段，先启动全部烧嘴为还原反应供热，待氧化反应放出的大量热传递至反应段后，关闭一半数量的烧嘴，在正常运行期间，转底炉烧嘴燃烧作为补充热源使用。

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发明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一定指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何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。