CN106352698A - 一种熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种熔炼炉，所述熔炼炉的炉膛被隔墙分隔为依次连通的第一熔化区、沉降区与第二熔化区，其中，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉顶上方分别设有加料口，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉壁上分别设有蓄热式燃烧器；所述沉降区的下部设有熔渣出口与热态金属出口；所述沉降区从炉顶至沉降区的炉膛内贯穿设有电极，用于电弧加热物料；所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉底最低端均高于所述沉降区的炉底。本发明结合了燃气燃烧加热与电弧加热的优势，避免了二者的缺陷，熔炼成本降低，熔炼效率提高，产品质量好，环境友好，有很高的实用价值。

Description

一种熔炼炉

技术领域

本发明总地涉及冶炼炉领域，具体涉及一种熔炼炉。

背景技术

高温熔炼炉在黑色和有色金属的生产以及精炼过程中得到广泛的应用，其优势在于效率高、技术传统、工艺简单。然而随着工艺的发展以及能源环境等问题的制约，一些传统的高温熔炼炉面临着诸多问题。

根据消耗能源的种类，熔炼炉加热的形式可以分为电弧加热、焦炭燃烧加热、燃气燃烧加热等，前两者属于比较传统的熔炼炉，其优势在于技术成熟、操作简单、市场占有率高、投资省、单体设备处理量大。而其缺点也比较明显，首先，运行成本过高，电力以及焦炭等资源昂贵的价格导致采用这些熔炼炉的生产厂家利润空间不大。其次，这些熔炼炉环境不友好，尤其采用焦炭等能源进行燃烧，加热过程中产生大量温室气体、有害气体，对环境造成极大危害。第三，电弧熔炼炉需要消耗大量电极等耗材，成本高昂；而采用焦炭或者煤在熔炼炉内燃烧进行加热的熔炼炉存在有害杂质污染原料的缺陷，燃料在熔炼炉内直接与物料接触，一些有害杂质，例如硫等进入到最终产品中，造成后续精炼成本的增加。

采用燃气燃烧加热的熔炼炉在一些金属以及非金属冶金行业得到了一些应用。其主要原理是采用煤气以及天然气等燃气与空气混合后向熔炼炉内喷吹进行燃烧用以加热熔化物料。与电弧熔炼炉相比，这种熔炼炉的优势在于采用价格低廉的煤气等作为加热能源，降低了生产成本。与采用焦炭作为燃料的熔炼炉相比，这种熔炼炉的优势在于避免了有害杂质对于物料的污染，可以实现较为清洁的熔炼生产。而其也有固有的缺点，首先熔炼炉热效率低，通常会小于50％甚至更低，其主要依靠辐射传热，熔池高度难以提高，导致单体熔炼炉产量不高，制约了其推广应用。

因此，为了能够解决熔炼生产成本高的难题、解决有害杂质污染金属产品的问题、解决燃气燃烧加热传热差的问题及熔池中温度场不均匀、熔渣与热态金属分离不好的问题，有必要发明一种新的熔炼炉。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔炼炉，能够降低燃气用量，避免焦炭、煤等与熔化物料直接接触、解决燃气燃烧加热传热差的问题及解决熔池中温度场不均匀、熔渣与热态金属分离不好的问题。

本发明提供一种熔炼炉，所述熔炼炉的炉膛被隔墙分隔为依次连通的第一熔化区、沉降区与第二熔化区，其中，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉顶上方分别设有加料口，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉壁上分别设有蓄热式燃烧器；所述沉降区的下部设有熔渣出口与热态金属出口；所述沉降区从炉顶至沉降区的炉膛内贯穿设有电极，用于电弧加热物料；所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉底最低端均高于所述沉降区的炉底。

上述的熔炼炉，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉底均朝所述沉降区的方向倾斜向下设置；所述第一熔化区和所述第二熔化区的下方均设有连通所述沉降区的开口，所述开口位于所述隔墙上。

上述的熔炼炉，所述第一熔化区的烟气出口与其内的所述蓄热式燃烧器的高温烟气进口连通，所述第二熔化区的烟气出口与其内的所述蓄热式燃烧器的高温烟气进口连通。

上述的熔炼炉，所述蓄热式燃烧器的烧嘴在侧墙上布置的倾斜度与所在的所述第一熔化区或所在的所述第二熔化区的炉底倾斜方向一致。

上述的熔炼炉，所述蓄热式燃烧器包括交替工作的一对烧嘴，所述一对烧嘴的喷出方向呈180⁰相对设置。

上述的熔炼炉，所述蓄热式燃烧器为双蓄热式燃烧器，所述蓄热式燃烧器的助燃气体输入通道与燃气输入通道均通过所述蓄热式燃烧器的蓄热体。

上述的熔炼炉，所述蓄热式燃烧器的烟气进口与蓄热体之间设有高温烟气除尘装置。

上述的熔炼炉，所述蓄热式燃烧器的蓄热体与烟气排出口之间设有烟气净化装置。

上述的熔炼炉，所述沉降区的熔渣出口低于所述热态金属的出口设置。

上述的熔炼炉，所述熔炼炉的炉壁、炉顶以及炉基础均采用耐火材料以及耐火砖砌成；于所述熔炼炉的炉壁与炉顶内部均设有冷却铜水管。

本发明的有益效果在于，首先，采用蓄热式燃烧技术低热值燃气，可以最大限度地利用高温烟气中的热量，降低燃气用量，解决烟气排放、环境污染问题。可以利用低热值的褐煤、长焰煤等价格低廉且工业上基本难以应用的煤炭资源作为煤制气的主要原料，解决了熔炼生产成本高的难题。

其次，采用燃气燃烧，避免焦炭、煤等与熔化物料直接接触，解决了有害杂质污染金属产品的问题。

再者，采用分区熔炼，可在熔炼区采用相对较薄的料层，解决了燃气燃烧加热传热差的问题；在沉降区采用电极***熔池进行保温，解决了熔池中温度场不均匀、熔渣与热态金属分离不好的问题；可在沉降区采用高的熔池厚度，解决了床利用率低的问题，提高了床利用率，解决了生产规模大型化的问题。

附图说明

图1为本发明熔炼炉的纵向剖视示意图；

图2本发明蓄热式燃烧器工作时的流程结构剖视示意图；

图3本发明蓄热式燃烧器工作时换向后的流程结构剖视示意图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式进行更加详细的说明，以便能够更好地理解本发明的方案以及其各个方面的优点。然而，以下描述的具体实施方式和实施例仅是说明的目的，而不是对本发明的限制。

本发明的一种燃气与电弧联合加热的熔炼炉适合于处理有色金属矿、铁矿石、二次冶金渣等，用于有价金属与渣的分离。采用该熔炼炉熔炼成本低、环境友好、产品质量高、炉子单体处理量大、原料适用性广。

本发明的技术方案提供了一种燃气与电弧联合加热的熔炼炉，熔炼炉的结构包括炉基础、耐火材料炉底、内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙、位于熔化区与沉降区之间的隔墙、位于炉膛上方的炉顶、设于熔化区炉顶上方的加料口、位于沉降区下方的熔渣出口与热态金属出口、位于熔化区相对两侧墙上的蓄热式燃烧器、引风机、烟气管道、燃气管道、置于沉降区炉顶的电极。其中蓄热式燃烧器包括蓄热体内部的蓄热材料。

整个熔炼炉炉膛内分为熔化区与沉降区两大部分，沉降区炉底要低于熔化区炉底，熔化区下方与沉降区相通。

熔化区内相对的两端侧墙上(熔炼炉壁)设有蓄热式燃烧器，利用燃气与高温助燃空气混合燃烧加热固态物料。该区内炉底采用倾斜式设计，靠近沉降区一侧低，被加热熔化后的物料流向沉降区中。

沉降区在炉顶上贯穿有电极如石墨，石墨电极***熔池中利用电弧加热保温物料，最终在沉降区完成热态金属与熔渣的分离。熔渣与热态金属分别通过熔渣出口以及热态金属出口排出。

整个熔炼炉侧墙(熔炼炉壁)、炉顶以及炉基础采用耐火材料以及耐火砖砌成，其中在熔炼炉侧墙与炉顶耐火材料内部设有铜水套，以保护耐火材料。

熔炼炉的结构如图1所示，包括炉基础1、耐火材料炉底2、内置冷却铜水套的由耐火砖和耐火材料砌成的炉体侧墙3、位于熔化区与沉降区之间的隔墙4、位于炉膛上方的炉顶5、设于熔化区炉顶上方的加料口6、位于沉降区下方的熔渣出口7与热态金属出口8、位于熔化区相对两侧墙上的蓄热式燃烧器烧嘴9，置于沉降区炉顶的石墨电极14，以及如图2、图3所示的蓄热室10内部的蓄热材料10a、10b、鼓风机11、烟气管道12、燃气管道13a、13b。

如图1所示，熔炼炉可以分为熔化区15、沉降区16，熔化区在沉降区两侧呈对称布置，熔化区炉底要高于沉降区炉底。固态物料17由进料口投入到熔化区中，在熔化区内相对两侧的蓄热式燃烧器交替喷吹火焰燃烧，利用高温传导加热熔化区内物料，物料开始软化并最终形成可流动熔体。熔化区炉底采用倾斜式设计，保证可流动熔体向熔化区与沉降区之间的隔墙一侧流动。在隔墙下方留有开口，保证熔体进入到沉降区内。

仍如图1所示，在沉降区内，由不断从熔化区进入的熔体形成液态的熔池18，在沉降区炉顶贯穿有石墨电极，石墨电极***到熔池中，利用电弧加热保温熔池，保证熔渣与热态金属的最终分离。分离后的熔渣由出渣口排出，热态金属由金属出口排出。

本发明所述的熔炼炉实质是将固态物料的熔化、熔渣与热态金属的分离分别在两个互相连通但是中间有隔墙的区内完成。由于固态物料的熔化需要消耗绝大多数热量，而熔池的保温所需热量少，所以本发明所述熔炼炉在熔炼区内利用成本低的燃气燃烧熔化固态物料，降低成本，采用较薄料层，保证优良热传导效率；在沉降区内利用电弧保温熔池，既降低成本高昂的电力的消耗，而电极***较高的熔池中加热又避免了燃气加热热传导差的问题。

具体地，在熔化区内主要依靠低成本的燃气进行燃烧，依靠蓄热式燃烧技术，在燃气消耗量相对较少的状态下炉内温度即可以高达1600℃以上。蓄热式燃烧器主要结构如图2、图3所示，包括布置于熔化区相对侧墙上烧嘴9、蓄热室10，蓄热室内的蓄热材料10a、10b，燃气管道13a、13b，烟气与空气共用管道19a、19b，四通换向阀20，烟气管道12，烟气处理装置21，鼓风机11，引风机22。

当右侧烧嘴燃烧时，如图2所示，途中箭头表示气流走向。冷态空气经由鼓风机进入四通换向阀20后通过烟气与空气共用管道19a进入设有蓄热体10a的蓄热室，此时蓄热体10a处于高温状态，温度可达1000℃以上，主要材料可以是蜂窝体以及陶瓷球等换热效率高的耐火材料。冷态空气经过蓄热体10a时与蓄热体进行换热，冷态空气被加热成温度高达1000℃的高温空气，而蓄热体温度则逐渐降低。此时燃气管道13a处于打开状态，13b处于关闭状态。由燃气管道13a进入的燃气与高温空气预混合后通过烧嘴喷入到熔化区15中进行燃烧，燃烧温度可以达到1600℃以上。

由于引风机22的作用，熔化区内炉膛中的高温烟气被引流进入设有蓄热体10b的蓄热室中，此时蓄热体10b处于温度较低状态，温度在500℃以下，其材质与前所述及的蓄热体10a相同。从熔化区炉膛内进入的高温烟气通过低温的蓄热体10b，进行高温烟气与蓄热体的换热，蓄热体被逐渐加热到1000℃以上，而高温烟气被冷却到250℃以下，通过烟气与空气共用管道19b和四通换向阀20后进入烟气管道12，经烟气处理装置21后排入大气。

经过一定时间后，首先燃气管道13a关闭，之后四通换向阀20换向，工作原理如图3所示，由鼓风机11鼓入的冷态空气通过四通换向阀20后进入烟气与空气共用管道19b，之后进入到设有蓄热体10b的蓄热室中，由于四通换向阀20换向前蓄热体10b已经被加热到1000℃以上，冷态空气穿过蓄热体10b后与其发生换热，冷态空气被加热到1000℃左右成为高温空气，而蓄热体10b则逐渐冷却。此时燃气管道13b打开，燃气与高温空气混合后开始燃烧，燃烧火焰温度可以高达1600℃以上。

由于引风机22的作用，熔化区炉膛内的高温烟气进入到设有蓄热体10a的蓄热室内，前面所述温度降低的蓄热体10a与高温烟气进行换热，蓄热体被逐渐加热到1000℃以上，而高温烟气则被逐渐冷却到250℃以下，通过四通换向阀20后经由烟气管道12后，在烟气处理装置21被净化后排放。

如上所述，左右两个蓄热室燃烧器交替工作，四通换向阀、燃气管道等均采用自动化控制。蓄热室燃烧器在熔化区侧墙上的布置也采用倾斜布置，坡度与熔化区炉底保持一致，以保证烧嘴与物料保持最佳距离，提高热传导效率。

熔化区炉底采用倾斜式炉底，角度在3-5°之间，保证熔化后的物料可以流向隔墙方向，从而最终进入到沉降区。

在沉降区熔化物料形成熔池，沉降区炉底要低于沉降区炉底，具体落差可以根据物料本身性质自行设计，主要原则是物料中金属含量与脉石等杂质含量的比例多少。沉降区炉顶的石墨电极采用交流电，电极***到熔池中利用电弧加热保温熔池，最终熔体完成了熔渣与热态金属的分离，通过熔渣出口与热态金属出口放出。

此外，作为技术方案的扩展，本发明的技术方案在蓄热式燃烧器中可以采用双蓄热式燃烧技术，既采用高温空气，也采用高温燃气，热量都可来自于熔炼炉熔化区内高温烟气。

本发明还可以在熔炼炉内高温烟气进入蓄热体前设置高温烟气除尘装置，用于保护蓄热体，不被侵蚀或者堵塞。

另外，还可以采用富氧作为助燃气体，通过蓄热式燃烧器燃烧，可以进一步降低燃气用量，并提高熔炼炉内温度。

总之，本发明的燃气与电弧联合加热的熔炼炉具有以下有益效果：

第一，采用炉体分区设置，分别设有互相连通但是有隔墙的两个熔化区与一个沉降区。在熔化区熔化物料，在沉降区保温熔池完成热态金属与熔渣的分离。首先由于固态物料的熔化通常需要消耗熔化总能量的80％以上，所以在熔化区采用蓄热式燃烧器燃烧燃气提供热量，极大地降低了熔炼成本，避免采用昂贵电力能源(电弧)作为主要加热源。而该区内炉底采用倾斜式设计，物料熔化后即流动到沉降区中，料层保持较小的高度(<500mm)，避免燃气燃烧加热热传导差的缺陷。其次在沉降区由于所需热量较少，采用电弧加热，保证了较高的熔池高度，提高了熔炼炉单体产量，避免了燃气燃烧加热熔池高度难以提高的缺陷。

第二，采用蓄热式燃烧技术，首先采用温度在1000℃以上的高温空气助燃，极大地降低了燃气用量，烟气排放量也大大降低，提高了熔炼炉内温度(>1600℃)，排烟温度降低到250℃以下，热效率高。采用低热值(<3000Kcal/m³)的煤气、煤制气，尤其可以利用价格低廉、工业上无利用价值的褐煤长焰煤等煤炭资源作为煤制气原料，其成本是电价格的50％甚至更低。

第三，避免在熔化区内采用焦炭等燃料燃烧加热，从而不会对最终产品造成有害杂质元素的污染。大大降低了后续精炼成本，提高了产品的附加值。

第四，原料适用性广，熔炼物料可以是黑色金属矿石、有色金属矿石、直接还原后的物料、二次冶金渣等。

综上所述，本发明与其它熔炼炉相比，其结合了燃气燃烧加热与电弧加热的优势，避免了二者的缺陷，熔炼成本降低，熔炼效率提高，产品质量好，环境友好，有很高的实用价值。

最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉的炉膛被隔墙分隔为依次连通的第一熔化区、沉降区与第二熔化区，其中，

所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉顶上方分别设有加料口，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉壁上分别设有蓄热式燃烧器；

所述沉降区的下部设有熔渣出口与热态金属出口；所述沉降区从炉顶至沉降区的炉膛内贯穿设有电极，用于电弧加热物料；

所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉底最低端均高于所述沉降区的炉底。

2.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述第一熔化区和所述第二熔化区的炉底均朝所述沉降区的方向倾斜向下设置；所述第一熔化区和所述第二熔化区的下方均设有连通所述沉降区的开口，所述开口位于所述隔墙上。

3.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述第一熔化区的烟气出口与其内的所述蓄热式燃烧器的高温烟气进口连通，所述第二熔化区的烟气出口与其内的所述蓄热式燃烧器的高温烟气进口连通。

4.根据权利要求2所述的熔炼炉，其特征在于，所述蓄热式燃烧器的烧嘴在侧墙上布置的倾斜度与所在的所述第一熔化区或所在的所述第二熔化区的炉底倾斜方向一致。

5.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述蓄热式燃烧器包括交替工作的一对烧嘴，所述一对烧嘴的喷出方向呈180°相对设置。

6.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述蓄热式燃烧器为双蓄热式燃烧器，所述蓄热式燃烧器的助燃气体输入通道与燃气输入通道均通过所述蓄热式燃烧器的蓄热体。

7.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述蓄热式燃烧器的烟气进口与蓄热体之间设有高温烟气除尘装置。

8.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述蓄热式燃烧器的蓄热体与烟气排出口之间设有烟气净化装置。

9.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述沉降区的熔渣出口低于所述热态金属的出口设置。

10.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉的炉壁、炉顶以及炉基础均采用耐火材料以及耐火砖砌成；于所述熔炼炉的炉壁与炉顶内部均设有冷却铜水管。