CN116907204B - 一种冶炼棕刚玉的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于冶炼设备技术领域，具体涉及一种冶炼棕刚玉的装置及方法。所述装置包括电弧炉结构，电弧炉结构包括炉体以及盖合在炉体顶部的炉盖，炉盖上安装有电极夹持器，电极夹持器夹持电极，电极贯穿炉盖设置，炉体内位于电极下方处设有熔池，还包括补料装置，补料装置包括从上到下依次排列且连接并连通的补料罐、连接管和加料管，补料罐位于炉体和炉盖的外部，连接管贯穿炉体或者炉盖设置，并且连接管固定在炉体或者炉盖设置上。本发明提供了一种冶炼棕刚玉的装置及方法，利用炉体产生的热量实现自动向炉体内添加物料，节能环保，且炉体内一次添加的物料不多，减少了物料熔化产生的气体，安全性高。
Description
技术领域
本发明属于冶炼设备技术领域，具体涉及一种冶炼棕刚玉的装置及方法。
背景技术
棕刚玉，俗名又称金刚砂，是用脱水铝矾土、碳素材料、铁屑为主的三种原料在电弧炉中经过熔融、反应而制得的棕褐色人造刚玉，故为此名。棕刚玉是最基本的磨料，因其磨削性能好，适用范围广，价格便宜，被广泛应用。
棕刚玉的制备方法以电弧炉冶炼法为主。在棕刚玉的制备过程中，除了要选择矾土、碳素材料、铁屑为主的三种原料外，一般还会选择添加剂来改善棕刚玉的性能，比如中国专利CN100337975C使用了MgF2等作为添加剂。
冶炼棕刚玉的常见装置是电弧炉，电弧炉包括炉体，炉体的顶部为开口状态，炉体的顶部开口处安装有炉盖，炉体侧壁设有炉门，炉盖上安装有电极夹持器，电极夹持器夹持了电极，电极贯穿炉盖设置，并且电极的一端位于炉盖的外部，电极的另一端位于炉体内，电极位于炉体外的一端电连接电源，电极位于炉体内的一端用于产生电弧，炉体内位于电极的下方处设有熔池，冶炼棕刚玉的材料添加到熔池内，冶炼好的物料经由熔池倒出，倒在接包中，接包冷却后，收集其中的棕刚玉。冶炼棕刚玉的电弧炉除了流放炉外一般都是间歇性生产的冶炼炉，即熔化的物料排出后添加新的物料，一次性添加的物料较多，物料熔化产生大量气体，极易发生“喷炉”，危险性大。
发明内容
为了解决上述电弧炉一次性添加的物料较多，物料熔化产生大量气体，极易发生“喷炉”，危险性大的技术问题，本发明提供了一种冶炼棕刚玉的装置及方法，利用炉体产生的热量实现自动连续向炉体内添加物料，节能环保，且炉体内一次添加的物料不多，物料熔化产生的气体容易排出，安全性高。
本发明的目的是提供一种冶炼棕刚玉的装置，包括电弧炉结构，所述电弧炉结构包括炉体以及盖合在所述炉体顶部的炉盖，所述炉盖上安装有电极夹持器，所述电极夹持器夹持电极，所述电极贯穿所述炉盖设置，所述电极位于所述炉体外的一端用于电连接电源，所述电极位于所述炉体内的一端用于产生电弧，所述炉体内位于所述电极的下方处设有所述熔池，还包括补料装置；
所述补料装置包括从上到下依次排列且依次连接并连通的补料罐、连接管和加料管，所述补料罐位于所述炉体和所述炉盖的外部，所述连接管贯穿所述炉体或者所述炉盖设置，所述加料管位于所述炉体的内部，所述加料管的远离所述连接管的一端管口位于所述熔池上方；
将冶炼棕刚玉的原料粉碎，压球，得到球形的物料，所述球形的物料分为大粒径和小粒径两种规格，大粒径的物料和小粒径的物料在所述加料管交错排列，所述加料管的远离所述连接管的一端管口处设有所述堵块，所述堵块到其相对的所述加料管管口内壁之间的距离小于大粒径物料的粒径、大于小粒径物料的粒径。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述补料罐是罐体，所述补料罐与所述连接管连接处位于所述补料罐的底部。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述补料罐包括第一放料部、第二放料部和汇流部，所述第一放料部、所述第二放料部的底部均与所述汇流部连接且连通，小粒径的物料放入所述第一放料部，大粒径的物料所述第二放料部，所述汇流部的尺寸大于大粒径的物料的粒径，小于小粒径物料粒径的两倍。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述汇流部是漏斗形状，包括连接在一起的圆台部和直筒部，所述圆台部与所述第一放料部、所述第二放料部的底部均连接并连通，所述直筒部的尺寸大于大粒径的物料的粒径，小于小粒径物料粒径的两倍。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述加料管呈倾斜状态或者呈螺旋下降的状态设置在所述炉体内。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述加料管包括外层管、内层管，所述内层管套设于所述外层管内部，所述外层管与所述内层管之间有距离，所述内层管能相对于所述外层管自由活动，所述堵块连接在所述外层管的远离所述连接管的一端管口内壁处，所述堵块能将所述内层管阻挡，使所述内层管无法滑出所述外层管，所述外层管与所述连接管连接。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述补料罐的侧壁设有排废口。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，还包括抗冲击装置，所述抗冲击装置与所述加料管的远离所述连接管的管口相对，从所述加料管出来的物料能撞击向所述抗冲击装置。
优选的，上述冶炼棕刚玉的装置，所述抗冲击装置包括活动部、阻挡部和对抗部，所述炉体的内壁开设有贯穿通道，所述活动部贯穿所述贯穿通道设置，并能在所述贯穿通道内活动，所述活动部的一端连接有阻挡部，另一端连接有所述对抗部，并且所述阻挡部和所述对抗部均位于所述炉体内部、且位于所述贯穿通道外部，所述加料管的远离连接管的管口与所述对抗部相对，所述加料管流出的物料流向并撞击所述对抗部。
本发明还提供了一种冶炼棕刚玉的方法，包括：
第一，配置原料
原料包括脱水铝矾土、碳粉、铁屑；
按照式（I）-（II）准备各原料：
（I）
（II）
式（I）-（II）中，SiO2%表示脱水铝矾土中SiO2的质量百分比，Fe2O3%表示脱水铝矾土中Fe2O3的质量百分比，TiO2%表示脱水铝矾土中TiO2的质量百分比，C%表示碳粉中碳元素的质量百分比，Fe%表示铁屑中铁元素的质量百分比，K取4.5-6.5；
第二，造球
将铁屑原料粉碎成100μm以下的粉末，压制成大球，大球作为所述大粒径的物料；
将脱水铝矾土、碳粉混合，粉碎成100μm以下的粉末，然后压制成小球，小球作为所述小粒径的物料；
第三，冶炼
将大粒径的物料和小粒径的物料置于所述冶炼棕刚玉的装置中冶炼。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
现有技术的电弧炉结构是分2次或者3次添加物料的，熔化的物料排出后再重新开始冶炼，每次添加的物料较多，物料熔化产生大量气体，如果产生的气体的排出不及时的话，会造成物料内压力骤增，甚至喷炉，危险性大。为了解决上述问题，本发明提供了一种冶炼棕刚玉的装置及方法，利用炉体产生的热量实现自动向炉体内添加物料，节能环保，且炉体内添加的物料是少量连续的，物料熔化产生的气体容易排出，安全性高。并且，本发明的装置还能回收利用物料炉体内产生的热量和气体，节能环保。
本发明通过将抗冲击装置与补料装置配合使用，补充的物料首先与抗冲击装置撞击，被减速，然后落入熔池内，匀速加料，避免反应过于猛烈而发生喷炉事故。
其中，所述加料管的远离连接管的管口是靠近电弧设置的，这样电弧产生的热量（熔炼池温度为2000℃左右）被加料管的远离连接管的管口处的物料吸收，如果是大粒径物料堵在加料管管口处，那么加料管内物料无法经由加料管流出；当电弧产生的热量被加料管管口的大粒径物料逐渐吸收，大粒径物料逐渐熔化，尺寸变小，可以通过加料管管口的时候，熔化的大粒径物料及其后方的小粒径物料均流出加料管，最终进入熔池，被熔化冶炼，当加料管管口的堵块堵到了新的未熔化的大粒径物料后，加料停止。连接管与加料管采用耐热钢板制作，以满足装置工作需求。
由于所述内层管与所述外层管之间有间隙，那么熔池内物料熔化产生的气体可进入内层管与所述外层管之间有间隙，这些气体是带有热量的，可对内层管内物料进行一定程度的预热，属于对气体和热量的再利用手段，由于内层管内物料距离电弧较远，所以不至于熔化。另一方面，进入内层管与所述外层管之间有间隙的气体对内层管具有托起的作用，使内层管处于半悬浮的状态或者微晃动的状态，则可对其内部物料进行震荡碰撞减速，防止物料粘附在内层管内壁。
抗冲击装置包括活动部、阻挡部和对抗部，加料管流出的物料流向并撞击对抗部，对抗部靠近炉体的内壁活动，进而带动活动部与阻挡部活动，撞击的过程中减小了物料的运动能量，则从加料管出来的物料进入熔池的时候，速度被减弱，溅起液体的可能性变小，安全性提高。当没有物料撞击对抗部的时候，对抗部在重力作用下向下活动，阻挡部阻挡在贯穿通道处，防止活动部掉落。
附图说明
图1为现有技术冶炼棕刚玉的电弧炉的结构示意图；
图2为本发明冶炼棕刚玉的电弧炉的结构示意图（纵向剖视图）；
图3为本发明的补料罐的结构示意图（纵向剖视图）；
图4为本发明的加料管与炉体、抗冲击装置的位置关系图一（纵向剖视图）；
图5为本发明的加料管与炉体、抗冲击装置的位置关系图二（纵向剖视图）；
图6为本发明的加料管与炉体、抗冲击装置的位置关系图三（纵向剖视图）；
图7为本发明的加料管的结构示意图（纵向剖视图）；
图8为本发明的炉体内安装抗冲击装置的位置的主视图；
图9为本发明的抗冲击装置的结构示意图（纵向剖视图）。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明。
在本发明的描述中，如未特殊说明，所用试剂均为市售，所用方法均为本领域常规技术。
在本发明的描述中，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发明和简化描述，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发明的限制。
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；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。
参见图1，现有技术的电弧炉结构包括炉体1，炉体1的顶部为开口状态，炉体1的顶部开口处安装有炉盖2，炉体1侧壁设有炉门21，炉盖2上安装有电极夹持器3，电极夹持器3夹持了电极4，电极4贯穿炉盖2设置，并且电极4的一端位于炉盖2的外部，电极4的另一端位于炉体1内，电极4的位于炉体1外的一端电连接电源，电极4的位于炉体1内的一端用于产生电弧41，炉体1内位于电极4的下方处设有熔池11，冶炼棕刚玉的材料添加到熔池11的位置，冶炼好的物料经由熔池11倒出。现有技术的这种结构的电弧炉是2-3次性添加物料的，每次添加的物料较多，物料熔化时产生大量气体，如果气体排出不及时的话，会造成物料内压力骤增，甚至“喷炉”，危险性大。
为了解决上述问题，本发明提供了一种冶炼棕刚玉的装置及方法，利用炉体产生的热量实现自动向炉体内添加物料，节能环保，减少炉前操作的强度，且炉体内下料速度均匀，物料熔化产生的气体速度相对平缓，安全性高。并且，本发明的装置还能回收利用物料炉体1内产生的热量和气体，节能环保。本发明包括以下实施例。
一种冶炼棕刚玉的装置，包括图1所示的电弧炉结构，如下：炉体1，炉体1的顶部为开口状态，炉体1的内壁材质采用耐高温材质，炉体1的顶部开口处安装有炉盖2，且安装炉盖2后，炉体1与炉盖2的连接处是密封的，不漏气也不漏液。优选的，在炉盖2的内壁安装密封垫。炉体1侧壁设有炉门21，炉门21能相对于炉体1打开，打开炉门21，能向炉体1内添加物料。优选的，在炉门21处设置排气孔，物料熔化产生的废弃经由排气孔排出。炉盖2上安装有电极夹持器3，电极夹持器3是个夹持装置，比如选择夹持臂或者其他具有夹紧作用的夹持装置。电极夹持器3夹持了电极4，电极4贯穿炉盖2设置，并且电极4的一端位于炉盖2的外部，电极4的另一端位于炉体1内，电极4的位于炉体1外的一端电连接电源，电极4的位于炉体1内的一端用于产生电弧41，炉体1内位于电极4的下方处设有熔池11，冶炼棕刚玉的材料添加到熔池11的位置，冶炼好的物料经由熔池11倒出，熔池11的具体排料方式参照现有技术。优选的，电极4的数量为3个，均竖直设置，且3个电极4呈等边三角形分布，电极4与炉体1内壁之间保持一定距离，以防止电极4产生的电弧41将炉体1烧穿。
参见图2，本发明的冶炼棕刚玉的装置，还包括补料装置5和抗冲击装置6。补料装置5用于向炉体1内补充物料，这样能避免一次性向炉体1内添加过多的物料，进而避免产生大量气体不能及时排出的安全隐患。
参照图2，补料装置5包括补料罐51、连接管52和加料管53，补料罐51、连接管52和加料管53依次固定连接且连通，并且，补料罐51、连接管52和加料管53按照从上到下的高度顺序依次排列。补料罐51位于炉体1和炉盖2的外部，连接管52贯穿炉体1侧壁或者贯穿炉盖2设置。如果是连接管52贯穿炉体1侧壁设置，则连接管52固定在炉体1上，如果是连接管52贯穿炉盖2设置，则连接管52固定在炉盖2上。加料管53位于炉体1的内部。向补料罐51加入物料后，物料在重力的作用下能依次流向连接管52和加料管53，并最终进入炉体1内的熔池11内。加料管53的远离连接管52的一端管口位于进入熔池11上方，优选的，加料管53的远离连接管52的一端管口位于进入熔池11正上方。加料管53位于电弧41上方，注意加料管53下端管口与电弧41之间的距离设置，需要满足仅熔化大粒径物料，而不熔化加料管53的目的，可以通过多次试验来确定加料管53下端管口与电弧41之间的最小距离，比如将这个距离设置为50-100cm。需要说明的是，连接管52与加料管53可采用耐热钢板制作，以满足装置工作需求。
示例性的，补料罐51是罐体，补料罐51与连接管52连接处位于补料罐51的侧壁底部，这样方便物料进入连接管52内。优选的，补料罐51的外壁设置冷却装置，比如围绕补料罐51的外壁设置冷凝管，冷凝管内通入水或者其他具有冷凝作用的流体，这样避免炉体1的高温传导到补料罐51，保障了补料罐51及其内部物料的安全。
示例性的，参见图3，补料罐51包括第一放料部511、第二放料部512和汇流部513，第一放料部511、第二放料部512并排设置，第一放料部511、第二放料部512的底部均与汇流部513连接且连通，汇流部513的尺寸小于第一放料部511加第二放料部512的尺寸之和。比如第一放料部511、第二放料部512和汇流部513均是圆柱体的话，汇流部513的直径小于第一放料部511加第二放料部512的直径之和。优选的，汇流部513是漏斗形状，这样第一放料部511、第二放料部512到汇流部513的尺寸是逐渐减小的，缓和物料的流动；在漏斗形状的汇流部513结构中，包括直筒部和圆台部，圆台部的尺寸从大到小的变化，直筒部的尺寸不变，圆台部的大尺寸的一端包围并固定连接第一放料部511、第二放料部512，圆台部的小尺寸的一端固定连接直筒部的一端，直筒部的另一端连接且连通连接管52。
需要说明的是，在本发明中，先将脱水铝矾土、碳粉按比例混合粉碎，然后干粉压球。铁屑单独压球得到的是球形的物料。加入补料罐51，等待加入炉体1中冶炼；其中，球形的物料分为大粒径和小粒径两种规格，小粒径的物料放入第一放料部511，大粒径的物料第二放料部512，汇流部513的直筒部的尺寸大于大粒径的物料的粒径，且小于小粒径物料粒径的两倍。比如汇流部513的直筒部是圆柱体，大粒径物料和小粒径物料均是圆球，那么汇流部513的直筒部的直径大于大粒径的物料的直径，且小于小粒径物料直径的两倍。那么当第一放料部511内小粒径物料、第二放料部512大粒径物料同时向汇流部513流动的时候，只能在汇流部513的直筒部排列成一排，且由于第一放料部511内小粒径物料、第二放料部512大粒径物料是随机汇入汇流部513的，那么汇流部513的直筒部内的物料就是大粒径和小粒径交替排列的。优选的，所述第一放料部511、所述第二放料部512的底部均设有可抽动的闸板，比如第一放料部511、所述第二放料部512侧壁下端各设有通槽，闸板贯穿各自对应的通槽设置，向外部抽动闸板，第一放料部511、所述第二放料部512可以向汇流部513下料，向内部送入闸板，闸板截留所述第一放料部511、所述第二放料部512中的物料。当物料加满熔池11的时候，利用闸板截留所述第一放料部511、所述第二放料部512中的物料，截留物料的时候，物料不能进入汇流部513，则物料停止向熔池11内添加，此时就开始了棕刚玉的精炼期，精炼期保持一定温度，让原料充分反应，以生成纯度高的棕刚玉。当然也可以在汇流部513处设置可抽动的闸板，以达到截留物料的效果，安装方式参考上述第一放料部511、所述第二放料部512上闸板的安装方式。
需要说明的是，也可以人为的或者通过其他机械结构来控制汇流部513的直筒部内的物料大粒径和小粒径交替排列顺序。
示例性的，连接管52与竖直方向的夹角为0-20度，则连接管52内物料在重力作用下向着加料管53方向加速运动。
示例性的，加料管53呈倾斜状态或者呈螺旋下降的状态设置在炉体1内，图2和图4-5所示的是倾斜状态的加料管53。加料管53的远离连接管52的一端管口处设有堵块521，堵块521到其相对的加料管53管口内壁之间的距离小于大粒径物料的粒径、大于小粒径物料的粒径，也就是说，当设置了堵块521后，加料管53远离连接管52的一端管口的管径减小，将这端能通过物料的管径称为加料管53的有效管径，大粒径物料不能通过加料管53的加料管53的有效管径，小粒径物料能通过加料管53的加料管53的有效管径。比如，当加料管53的管口为圆柱形，堵块521是弓形的板，堵块521将圆柱形管口的一部分封口，而这个弓形的板的边缘由弧形边缘和直线边缘，弧形边缘与圆柱形管口的弧形内壁匹配连接。直线边缘到该圆柱形管口的未连接弧形边缘的最远距离（也就是加料管53的有效管径）小于圆球形大颗粒物质的直径，大于圆球形小颗粒物质的直径。加料管53的远离连接管52的管口是靠近电弧41设置的，这样电弧41产生的热量被加料管53管口的物料吸收，如果是大粒径物料堵在加料管53管口处，那么加料管53内物料无法经由加料管53流出，参见图4；当电弧41产生的热量被加料管53管口的大粒径物料逐渐吸收，大粒径物料逐渐熔化，尺寸变小，可以通过加料管53管口的时候，熔化的大粒径物料及其后方的小粒径物料均流出加料管53，流向熔池11，被熔化冶炼，参见图5-6，当加料管53管口的堵块521堵到了新的未熔化的大粒径物料后，加料停止。上述过程中，虽然加料管53的远离连接管52的管口是靠近电弧41设置的，但是毕竟二者有一定的距离，电弧41的温度需要逐渐的传送到加料管53管口处的，由于加料管53位于电弧41上方，那么离电弧41越远的位置，温度越低，只有加料管53管口处的物料可以被熔化一部分，使其能流出加料管53管口，所以出现图4-6的工作过程，图4中黑色箭头方向为大粒径物料和小粒径物料运动方向。加料管53的远离连接管52的管口朝向抗冲击装置6设置。
示例性的，参见图7，加料管53为双层管，双层管包括外层管531、内层管532，内层管532套设于外层管531内部，外层管531与内层管532之间有距离，内层管532能相对于外层管531自由活动。堵块521固定连接在外层管531管口内壁处，堵块521能将内层管532阻挡，使内层管532无法滑出外层管531，比如将内层管532的管口直径设置为大于堵块521未连接堵块521的外层管531边缘的最远距离，将内层管532的管口直径设置为小于外层管531的直径，将内层管532的管口直径设置为大于大粒径物料的粒径。外层管531与连接管52连接。由于内层管532与外层管531之间有间隙，那么熔池11内物料熔化产生的气体可进入内层管532与外层管531之间的间隙，这些气体是带有热量的，可对内层管532内物料进行一定程度的预热，属于对气体和热量的再利用手段，由于内层管532内物料距离电弧41较远，所以不至于熔化。另一方面，进入内层管532与外层管531之间有间隙的气体对内层管532具有托起的作用，使内层管532处于半悬浮的状态或者微晃动的状态，则可对其内部物料进行震荡碰撞减速。
为了达到更好的排气效果，补料罐51的侧壁设有排废口，进入内层管532与外层管531之间的间隙的气体，或者进入内层管532的气体可上浮，并经由排废口排出，这样以来，气体的热量大部分传递给了内层管532内待熔化的物料，那么向环境中逸散的就少。
需要说明的，排废口和排气口处可设置现有技术的废气处理装置，以避免废气污染环境。
参照图4-6和图8-9，抗冲击装置6包括活动部61、阻挡部62和对抗部63，炉体1的内壁开设有贯穿通道13，活动部61贯穿贯穿通道13设置，并能在贯穿通道13内活动，活动部61的一端固定连接有阻挡部62，活动部61的另一端固定连接有对抗部63，并且阻挡部62和对抗部63均位于炉体1内，其中，加料管53的远离连接管52的管口与对抗部63相对。加料管53流出的物料流向并撞击对抗部63，对抗部63靠近炉体1的内壁活动，进而带动活动部61与阻挡部62活动，撞击的过程中减小了物料的运动能量，则从加料管53出来的物料进入熔池11的时候，速度被减弱，溅起液体的可能性变小，安全性提高。当没有物料撞击对抗部63的时候，对抗部63在重力作用下向下活动，阻挡部62阻挡在贯穿通道13处，防止活动部61掉落。
示例性的，活动部61为弧形板，贯穿通道13为弧形孔，贯穿通道13在炉体1的内部具有两个开口，阻挡部62对应着一个开口，对抗部63对应着一个开口。阻挡部62与对抗部63均为板状。
示例性的，活动部61的与对抗部63连接的一端的重量均大于活动部61另一端的重量，对抗部63的重量大于阻挡部62的重量，该端称为重端611，则活动部61的与对抗部63连接的一端的重力更大，方便阻挡部62与对抗部63在没有撞击的时候掉落。
需要说明的是，每组补料装置5和抗冲击装置6对应设置一个电极4。三个补料装置5呈等边三角形分布，三个抗冲击装置6也呈等边三角形分布，各组的补料装置5和抗冲击装置6同时工作，这样向熔池11内的加的料是基本均匀分布的，可以有效利用热能，进而提高冶炼效率。
需要说明的是，熔池11上盖有罩子，电极4、补料装置5和抗冲击装置6均贯穿熔池11上的罩子设置。
基于上述原理，本发明还提供了一种冶炼棕刚玉的方法，包括：
第一，配置原料
原料包括脱水铝矾土、碳粉、铁屑；
按照式（I）-（II）的质量计算结果准备各原料：
（I）
（II）
式（I）-（II）中，SiO2%表示脱水铝矾土中SiO2的质量百分比，Fe2O3%表示脱水铝矾土中Fe2O3的质量百分比，TiO2%表示脱水铝矾土中TiO2的质量百分比，C%表示碳粉中碳元素的质量百分比，Fe%表示铁屑中铁元素的质量百分比，K取4.5-6.5；
注意，本步骤是在准备各原料，各原料并未混合。
第二，造球
将铁屑原料粉碎成100μm以下的粉末，压制成大球，大球作为上述大粒径物料，由于铁屑里面含有杂质，熔融温度低于单质铁，铁屑大约在1300℃可熔融，则方便寻找满足使用需求的补料装置5材料，比如将补料装置5采用耐高温的钢制备。
将脱水铝矾土、碳粉混合粉碎成100μm以下的粉末，然后压制成小球，小球作为上述小粒径物料，这几种物料混合制成的小球熔融温度高一些（大约2000℃），能满足上述“控制加料速度”的目的。
第三，冶炼
将大粒径物料和小粒径物料置于本发明的冶炼棕刚玉的装置中冶炼。
需要说明的是，本发明中未特别提及的部件连接关系均默认采用现有技术，由于其不涉及发明点，且为现有技术普遍应用，故不详述结构连接关系。
需要说明的是，本发明中涉及数值范围时，应理解为每个数值范围的两个端点以及两个端点之间任何一个数值均可选用，由于采用的步骤方法与实施例相同，为了防止赘述，本发明描述了优选的实施例。尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.一种冶炼棕刚玉的装置，包括电弧炉结构，所述电弧炉结构包括炉体(1)以及盖合在所述炉体(1)顶部的炉盖(2)，所述炉盖(2)上安装有电极夹持器(3)，所述电极夹持器(3)夹持电极(4)，所述电极(4)贯穿所述炉盖(2)设置，所述电极(4)位于所述炉体(1)外的一端用于电连接电源，所述电极(4)位于所述炉体(1)内的一端用于产生电弧(41)，所述炉体(1)内位于所述电极(4)的下方处设有熔池(11)，其特征在于，还包括补料装置(5)；
所述补料装置(5)包括从上到下依次排列且依次连接并连通的补料罐(51)、连接管(52)和加料管(53)，所述补料罐(51)位于所述炉体(1)和所述炉盖(2)的外部，所述连接管(52)贯穿所述炉体(1)或者所述炉盖(2)设置，所述加料管(53)位于所述炉体(1)的内部，所述加料管(53)的远离所述连接管(52)的一端管口位于所述熔池(11)上方；
将冶炼棕刚玉的原料粉碎，压球，得到球形的物料，所述球形的物料分为大粒径和小粒径两种规格，大粒径的物料和小粒径的物料在所述加料管(53)交错排列，所述加料管(53)的远离所述连接管(52)的一端管口处设有堵块(521)，所述堵块(521)到其相对的所述加料管(53)管口内壁之间的距离小于大粒径物料的粒径、大于小粒径物料的粒径。
2.根据权利要求1所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述补料罐(51)与所述连接管(52)连接处位于所述补料罐(51)的底部。
3.根据权利要求2所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述补料罐(51)包括第一放料部(511)、第二放料部(512)和汇流部(513)，所述第一放料部(511)、所述第二放料部(512)的底部均与所述汇流部(513)连接且连通，小粒径的物料放入所述第一放料部(511)，大粒径的物料放入所述第二放料部(512)，所述汇流部(513)的尺寸大于大粒径的物料的粒径，小于小粒径物料粒径的两倍。
4.根据权利要求3所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述汇流部(513)是漏斗形状，包括连接在一起的圆台部和直筒部，所述圆台部与所述第一放料部(511)、所述第二放料部(512)的底部均连接并连通，所述直筒部的尺寸大于大粒径的物料的粒径，小于小粒径物料粒径的两倍。
5.根据权利要求4所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述加料管(53)呈倾斜状态或者呈螺旋下降的状态设置在所述炉体(1)内。
6.根据权利要求5所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述加料管(53)包括外层管(531)、内层管(532)，所述内层管(532)套设于所述外层管(531)内部，所述外层管(531)与所述内层管(532)之间有距离，所述内层管(532)能相对于所述外层管(531)自由活动，所述堵块(521)连接在所述外层管(531)的远离所述连接管(52)的一端管口内壁处，所述堵块(521)能将所述内层管(532)阻挡，使所述内层管(532)无法滑出所述外层管(531)，所述外层管(531)与所述连接管(52)连接。
7.根据权利要求6所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述补料罐(51)的侧壁设有排废口。
8.根据权利要求1所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，还包括抗冲击装置(6)，所述抗冲击装置(6)与所述加料管(53)的远离所述连接管(52)的管口相对，从所述加料管(53)出来的物料能撞击向所述抗冲击装置(6)。
9.根据权利要求8所述的一种冶炼棕刚玉的装置，其特征在于，所述抗冲击装置(6)包括活动部(61)、阻挡部(62)和对抗部(63)，所述炉体(1)的内壁开设有贯穿通道(13)，所述活动部(61)贯穿所述贯穿通道(13)设置，并能在所述贯穿通道(13)内活动，所述活动部(61)的一端连接有阻挡部(62)，另一端连接有所述对抗部(63)，并且所述阻挡部(62)和所述对抗部(63)均位于所述炉体(1)内部、且位于所述贯穿通道(13)外部，所述加料管(53)的远离连接管(52)的管口与所述对抗部(63)相对，所述加料管(53)流出的物料流向并撞击所述对抗部(63)。
10.利用权利要求1所述的装置冶炼棕刚玉的方法，其特征在于，包括：
第一，配置原料
原料包括脱水铝矾土、碳粉、铁屑；
按照式(I)-(II)准备各原料：
式(I)-(II)中，SiO2％表示脱水铝矾土中SiO2的质量百分比，Fe2O3％表示脱水铝矾土中Fe2O3的质量百分比，TiO2％表示脱水铝矾土中TiO2的质量百分比，C％表示碳粉中碳元素的质量百分比，Fe％表示铁屑中铁元素的质量百分比，K取4.5-6.5；
第二，造球
将铁屑原料粉碎成100μm以下的粉末，压制成大球，大球作为所述大粒径的物料；
将脱水铝矾土、碳粉混合，粉碎成100μm以下的粉末，然后压制成小球，小球作为所述小粒径的物料；
第三，冶炼
将大粒径的物料和小粒径的物料置于所述冶炼棕刚玉的装置中冶炼。
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