CN102980393B - 一种碳素煅烧炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种包括炉体（2），其特征在于：在炉体（2）内设有加热仓（7）,加热仓（7）采用碳素内衬，加热仓（7）内设有上发热连接环（8）和下发热连接环（22），在上发热连接环（8）和下发热连接环（22）之间设有发热体（19），上发热连接环（8）和下发热连接环（22）分别连接石墨横梁（17）。本发明的煅烧炉，炉体采用碳素内衬，能够有效防止氟的腐蚀，抗高温，炉体通过预热仓对加热物料进行预热，节约热能。本发明的煅烧炉，可以对电解铝废料以及低品位的劣质石墨、煤和石油焦等各种碳素材料进行高温煅烧，进行脱硫、脱挥发分的处理，提高碳素材料的品质。

Description

一种碳素煅烧炉

技术领域

本发明涉及一种新型碳素煅烧炉，特别是一种快速除氟除硫的新型碳素煅烧炉。

背景技术

煅烧是碳素制品生产中的一个重要工序，其煅烧质量对制品的品质以及后续各工艺的技术指标有很大影响，是生产合格碳制品的重要保证。煅烧过程可使焦炭发生复杂的物理化学变化，排出挥发分、水分、提高致密度以及导电性，同时焦炭结构收缩，微观结构得到规整，结构缺陷得到弥补，生成优质煅后焦。目前成熟的碳素煅烧***如石油焦煅烧***均可以达到煅烧周期较短的要求，由于冷却，以及对碳素回收工业中氟化物的抗腐蚀性差等原因，其适应性以及产率较低。以广泛采用的石油焦回转窑煅烧炉为例，耐火材料采用Si₃N₄或SiC，热量送入回转窑体对碳粉进行煅烧，其冷却速度受到极大限制。同时在电解铝碳废料中，带有少量的氟化盐，在高温煅烧时形成氟化盐蒸气，和耐火材料反应变成SiF₄，导致窑头工作环境发生恶化，对最终的碳素产品质量很大的影响。

回转窑煅烧焦生产工艺是目前国内广泛采用的煅烧石油焦生产工艺，据不完全统计，我国已有回转窑煅烧焦厂43家，年产量约450万t，占国内总产量的56%。但在生产过程中，普遍存在能源消耗量大、烧损较大和产品质量不稳定等问题。以贵州铝厂为例，所使用的煅烧***是一台规格为Φ2.2m×45m的煅烧回转窑，设计生产能力为6t/h，主要针对石油焦的煅烧工艺。回转窑窑头温度约为1 200 ℃左右，窑尾没有快速冷却，煅烧之后的高温碳粉容易在空气中燃烧容易导致烧损，同时耐火内衬采用的是Si化合物耐火材料，不能有效的抗氟腐蚀。

国外的较为成熟的碳素煅烧炉技术，如美卓(METSO)炭素煅烧回转窑炉，由通体部分、支撑装置、传动装置、三次风装置、窑头罩、窑尾罩、窑头窑尾密封、挡轮等构成，耐火材料设置在筒体以及窑头窑尾罩内壁。通过后燃烧室燃烧，产生的高温气体从窑头送入窑体，但是高温气态流并没有将空气隔离，和固态流直接接触，在耐火衬板窑体内实现煅烧，同时实现了从窑头到窑尾的温度实现梯度变化，这样受到了高温限制，但是其仍不能做到抗氟腐蚀，同时也不能实现快速冷却，要实现高产量必须设计非常巨大的煅烧***，其产率比较低。

同时，国内其他的碳素煅烧炉技术，在碳素煅烧时为了隔绝空气，普遍采用的火道方式，将焦和火道采用耐火材料隔开，气态流和固态流不直接接触，则极大的限制了其煅烧温度。

随着工业的发展，从废弃物中对碳素进行分离提纯，并进行煅烧成焦，实现废弃物再利用。同时针对碳素煅烧工艺优化，生产周期缩短，降低各项生产消耗指标，努力做到充分煅烧挥发分，同时减少烟气排放，降低环保设备的工作负荷和减少焦油的排放量，实现节能减排是非常有必要的。

本发明的申请人及发明人在2010年分别申请了电解铝废料分离提纯方法、专利号201010168303.6以及电解铝废料磁选方法、专利号201010168403.9，对电解铝废料的回收再利用进行了初步的试验和探索，并在所得的碳素材料（碳粉）基础上，于2011年研究并申请了以下专利：电解铝废料加工焦炭的方法及专用装置、申请号201110397026.0，一种炼铝碳素材料制备方法和装置及采用的原料、申请号201110419835.7等专利，对碳素材料的进一步加工进行了研 究。申请人发现，所公开的技术中，所得的碳素材料制备碳素产品，需要先用沥青、焦油捏合、压型，工艺较为复杂，所用设备多，加热时间长，能耗大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型碳素煅烧炉。能够对含氟、含硫碳素进行充分焦化煅烧，同时实现快速冷却的效果，并能够实现内胆抗氟腐蚀，抗高温，同时能够防止在高温下内胆被碳素还原，生产率高，有易于生产制造，成本低，不易损坏的优点，有效降低生产成本。

本发明的技术方案。新型碳素煅烧炉，包括炉体，在炉体内设有加热仓,加热仓采用碳素内衬，加热仓内设有上发热连接环和下发热连接环，在上发热连接环和下发热连接环之间设有发热体，上发热连接环和下发热连接环分别连接石墨横梁。

上述的新型碳素煅烧炉，炉体内从上到下依次设置进料口，预热仓，加热仓，快速冷却仓，卸料口。

上述的新型碳素煅烧炉，快速冷却仓下部设有冷风管阵列，冷风管阵列经过集流箱汇集热空气，通过管道输送到上部预热仓的分流箱，分流箱中的热空气管道贯穿预热仓，并汇集到另一侧的集流箱。

上述的新型碳素煅烧炉，在预热仓中设置防堵推料装置。

上述的新型碳素煅烧炉，石墨横梁的两端直径增大，并连接电缆。

上述的新型碳素煅烧炉，所述快速冷却仓的上段炉体外侧设有水冷***。

上述的新型碳素煅烧炉，在加热仓底部设置两条支撑横梁，支撑横梁上安装有烟气管道，烟气管道贯穿加热仓，并在预热仓中对外排出。

上述的新型碳素煅烧炉，烟气管道道上设有排气口，排气口的孔 由外到内沿管壁倾斜向上设置。

上述的新型碳素煅烧炉，所述上发热连接环和下发热连接环之间设有1层以上的发热体，发热体之间通过连接件进行连接。

上述的新型碳素煅烧炉，按重量计，所述上发热连接环、下发热连接环和发热体由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。

本发明的煅烧炉，炉体采用碳素内衬，能够有效防止氟、硫的腐蚀，抗高温。炉体内的发热体，采用碳加钛、镍、钨、钴、铪或硅等材料制作，在高温下形成碳和各材料的碳化物的混合体，如碳和碳化钛的混合体，能够有效的抗氟、硫腐蚀，并且提高发热体的电阻率。发热体自身能够达到2500℃的高温，煅烧的碳素物料能够在2000℃左右高温下进行煅烧，快速的将碳素材料中的氟化盐和硫以及其它挥发分气化后除去，提高碳素产品的真密度，并且降低电阻。炉体中的冷风管阵列能够将煅烧后碳粉的余热进行回收，在预热仓对加热物料进行预热，在炉体上还有水冷保护***，使得煅烧的物料从加热仓落到快速冷却仓内时，物料温度能降到1600℃以下，并在炉体停电或其他紧急情况下还能够对物料强制冷却，保护冷风管阵列。本发明的煅烧炉，可以对电解铝废料回收的碳粉直接进行高温煅烧，减少了掺和沥青、焦油捏合、压型的工艺，更加简单，而且与焙烧的炭块相比，碳粉颗粒小，升温快，在煅烧炉中采用流动式加热方式，物料从加热仓至上而下流动，通过防堵推料装置控制物料的通过量和通过速度，物料能够很快达到1700℃上的高温，使得硫和氟化盐气化而脱出。因此本发明的煅烧时间大大缩短，在10-20分钟即可完成，节约了大量的加热时间和电能。还能对高硫、低品位的劣质石墨、煤和石油焦等各种碳素材料进行高温煅烧，进行脱硫、脱挥发分的处理，提高碳素材料的品质。同现有技术相比，本发明具有煅烧温度高，结构简单， 能够除去碳素材料中的硫、氟和挥发分，抗氟腐蚀等优点。

附图说明

附图1为本发明的结构示意图；

附图2为发热体的结构示意图。

具体实施方式

本发明的实施例1。新型碳素煅烧炉，如图1所示，制作炉体2，在炉体2内制作出加热仓7，加热仓7采用碳素内衬，加热仓7内设置上发热连接环8和下发热连接环22，在上发热连接环8和下发热连接环22之间连接发热体19，上发热连接环8和下发热连接环22分别连接石墨横梁17。上下的石墨横梁17分别连接电缆，作为正负极。

炉体2内从上到下依次设置进料口12，预热仓11，加热仓7，快速冷却仓4，卸料口21。预热仓11和快速冷却仓4可以利用煅烧后物料的余热，对煅烧前的物料进行预热。

余热利用结构如下：快速冷却仓4内安装冷风管阵列3，冷风管阵列3经过集流箱20汇集热空气，通过管道18输送到上部预热仓的分流箱14，分流箱14中的热空气管道13贯穿预热仓11，并汇集到另一侧的集流箱20。

在预热仓11中设置防堵推料装置15，用于控制预热仓11中物料的下移速度和量。

石墨横梁17的两端直径增大，并连接电缆16，降低电源连接端的电阻，石墨横梁17的两端的直径为石墨横梁17中间直径的1.5-3倍。

在快速冷却仓4的上段炉体2外侧设有水冷***9。在炉体停电或其他紧急情况下对物料强制冷却，避免出现问题。

在加热仓7底部设置两条支撑横梁5，支撑横梁5上安装有烟气 管道10，烟气管道10贯穿加热仓7，并在预热仓11中对外排出。

烟气管道10道上制作出排气口6，排气口6的孔由外到内沿管壁倾斜向上设置,孔的设置方式有利于防止加热物料逸出。

如图2所示，上发热连接环8和下发热连接环22之间安装1层以上的发热体19，发热体19之间通过连接件23进行连接。发热体19采用多层结构，能够增大加热区域的深度，连接件23能够提高发热体19的稳定性。连接件23的材质与发热体19相同。

本实施例中，按重量计，上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。更好的配比是由80-90份碳加10-20份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成。按照上述比例，将碳粉与沥青、焦油混合制作成电极糊，再加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19，在上发热连接环8、下发热连接环22上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体19安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体，得到碳及钛、镍、钨、钴、铪或硅的碳化物的复合材料。如果发热体19采用多层结构，还需按上述步骤制作连接件23。

上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19也可以采用现有的石墨或发热陶瓷，以及其他电发热材料制作。

本发明的实施例2。新型碳素煅烧炉，如图1所示，制作炉体2，炉体2采用碳素内衬，炉体2外壁采用耐火保温材料，在炉体2内制作出加热仓7，加热仓7内设置上发热连接环8和下发热连接环22，在上发热连接环8和下发热连接环22之间连接发热体19，上发热连接环8和下发热连接环22分别连接石墨横梁17。上下的石墨横梁17 分别连接电缆，作为正负极。

炉体2内从上到下依次设置进料口12，预热仓11，加热仓7，快速冷却仓4，卸料口21。预热仓11和快速冷却仓4可以利用煅烧后物料的余热，对煅烧前的物料进行预热。

本实施例中，按重量计，上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19由80-90份碳加10-20份钛或氧化钛烧结而成。按照上述比例，将碳加钛或氧化钛混合后，分别压型得到上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19，在上发热连接环8、下发热连接环22上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体19安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19在炉体2内安装好，在生产过程中加热至2000-2500℃的工作温度，使得上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19烧结成一体，得到碳及碳化钛的复合材料。其它炉体2的结构如实施例1。

本发明的实施例3。按重量计，上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19由85份碳加15份氧化硅烧结而成。按照上述比例，将碳加氧化硅混合后，分别压型得到上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19，在上发热连接环8、下发热连接环22上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体19安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19在炉体2内安装好，在生产过程中加热至2000-2500℃的工作温度，使得上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19烧结成一体，得到碳及碳化硅的复合材料。其它炉体2的结构如实施例1。炉体2的其它结构如实施例1。

本发明的实施例4。按重量计，将75份碳加25份铪混合后，分别压型得到上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19，在上发 热连接环8、下发热连接环22上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体19安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19在炉体2内安装好，在生产过程中加热至2000-2500℃的工作温度，使得上发热连接环8、下发热连接环22和发热体19烧结成一体，得到碳及碳化铪的复合材料。其它炉体2的结构如实施例1。炉体2的其它结构如实施例1。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种碳素煅烧炉，包括炉体（2），其特征在于：在炉体（2）内设有加热仓（7）, 加热仓（7）采用碳素内衬，加热仓（7）内设有上发热连接环（8）和下发热连接环（22），在上发热连接环（8）和下发热连接环（22）之间设有发热体（19），上发热连接环（8）和下发热连接环（22）分别连接石墨横梁（17）；按重量计，所述上发热连接环（8）、下发热连接环（22）和发热体（19）由70-100份碳加0-30份钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物烧结而成；将碳粉与沥青、焦油混合制作成电极糊，再加钛、镍、钨、钴、铪或硅的单质或者氧化物混合后，分别压型得到上发热连接环（8）、下发热连接环（22）和发热体（19），在上发热连接环（8）、下发热连接环（22）上制作出槽口，分别通过1000-1200℃烧结定型，将发热体（19）安装在槽口内后，在槽口内填充石墨和沥青的混合物以固定，然后将上发热连接环（8）、下发热连接环（22）和发热体（19）在生产过程中加热至2000-2500℃工作，烧结成一体。

2.根据权利要求1所述的碳素煅烧炉，其特征在于：炉体（2）内从上到下依次设置进料口（12），预热仓（11），加热仓（7），快速冷却仓（4），卸料口（21）。

3.根据权利要求2所述的碳素煅烧炉，其特征在于：快速冷却仓（4）下部设有冷风管阵列（3），冷风管阵列（3）经过集流箱（20）汇集热空气，通过管道（18）输送到上部预热仓的分流箱（14），分流箱（14）中的热空气管道（13）贯穿预热仓（11），并汇集到另一侧的集流箱（20）。

4.根据权利要求2所述的碳素煅烧炉，其特征在于：在预热仓（11）中设置防堵推料装置（15）。

5.根据权利要求2所述的碳素煅烧炉，其特征在于：石墨横梁（17）的两端直径增大，并连接电缆(16)。

6.根据权利要求2所述的碳素煅烧炉，其特征在于：所述快速冷却仓（4）的上段炉体（2）外侧设有水冷***（9）。

7.根据权利要求1所述的碳素煅烧炉，其特征在于：在加热仓(7)底部设置两条支撑横梁(5)，支撑横梁(5)上安装有烟气管道(10)，烟气管道(10)贯穿加热仓（7），并在预热仓(11)中对外排出。

8.根据权利要求6所述的碳素煅烧炉，其特征在于：烟气管道(10)上设有排气口(6)，排气口(6)的孔由外到内沿管壁倾斜向上设置。

9.根据权利要求1所述的碳素煅烧炉，其特征在于：所述上发热连接环（8）和下发热连接环（22）之间设有1层以上的发热体（19），发热体（19）之间通过连接件（23）进行连接。