專利名稱:自供燃料高鈦渣生產(chǎn)爐的制作方法
本實(shí)用新型是屬于鈦冶煉工業(yè)中生產(chǎn)高鈦渣(即富集TiO2)的設(shè)備。
鈦鐵礦的基本成份是Feo·TiO2，國(guó)內(nèi)鈦渣生產(chǎn)工廠都選用石油焦和瀝青作還原劑，將其按Q實(shí)＝Q理(1＋K過(guò))的配比與鈦鐵精礦混合后投入用碳精棒作電極的電爐熔煉。在高溫條件下的化學(xué)反應(yīng)式為
電爐熔煉不僅消耗大量電能(3700度／噸——鈦渣)，而且產(chǎn)生的CO不能回收作熔煉爐的燃料，再者熔煉只能一爐一爐地進(jìn)行，不能連續(xù)生產(chǎn)。
針對(duì)已有技術(shù)的不足之處，本實(shí)用新型在相對(duì)密閉的爐堂外壁的右邊圓周上設(shè)有一夾層通道，以將爐堂內(nèi)反應(yīng)生成的一氧化碳導(dǎo)至燃燒室作為自供燃料高鈦渣生產(chǎn)爐的燃料，從而成為自供燃料高鈦渣生產(chǎn)爐。
Ⅰ、冶煉配方中碳量及其產(chǎn)生的熱能計(jì)算一、各反應(yīng)物及生成物的分子量Feo·TiO2的分子量為152，C的分子量為12，TiO2的分子量為80，CO的分子量為28。
二、生產(chǎn)一噸TiO2所需理論C量Q理的計(jì)算
從(1)式得8012＝1000Q理Q理＝ (12×1000)/80 ＝150(千克)三、實(shí)踐中，生產(chǎn)1噸TiO2所需C量Q實(shí)的計(jì)算實(shí)踐中Q實(shí)＝Q理(1＋K過(guò))其中K過(guò)與TiO2的品位有關(guān)，品位愈高K過(guò)取值愈大，此處取K過(guò)＝0.7，一般K過(guò)＝0.2——1，所以Q實(shí)＝150(1＋0.7)＝255(千克)四、生產(chǎn)一噸二氧化鈦的總碳量Q實(shí)所產(chǎn)生的熱能計(jì)算1、幾個(gè)代號(hào)的含意H°T－H°298代表物質(zhì)克分子相對(duì)熱焓△H°T代表反應(yīng)熱效應(yīng)△H°298代表常溫下熱效應(yīng)2、數(shù)據(jù)及其來(lái)源從“冶金工業(yè)出版社”1981年2月出版的《實(shí)用無(wú)機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)》查出如下偏鈦酸鐵的H°T－H°298＝79320卡(2000K時(shí))，第350頁(yè)表366碳的H°T－H°298＝8428卡(2000K時(shí))，第172頁(yè)表154鐵的H°T－H°298＝19853卡(2000K時(shí))，第322頁(yè)表332
二氧化鈦的H°T－H°298＝30186卡(2000K時(shí))，第976頁(yè)表1065一氧化碳的H°T－H°298＝13441卡(2000K時(shí))，第196頁(yè)表181二氧化碳的H°T－H°298＝21599卡(2000K時(shí))，第197頁(yè)表182氧的H°T－H°298＝14029卡(2000K時(shí))，第675頁(yè)表7343、生產(chǎn)一噸二氧化鈦的總碳量Q實(shí)所產(chǎn)生的熱能計(jì)算1)、按(1)式反應(yīng)產(chǎn)生的一氧化碳量產(chǎn)生的熱能由(1)式得一氧化碳量1228＝150X解之得X＝ (28×150)/12 ＝350(千克)從化學(xué)手冊(cè)中查得CO＋ 1/2 O2＝CO2的△H°298＝－67630卡／克分子△H°T＝△H°298＋∑ni(H°T－H°298)i生成物－∑ni(H°T－H°298)i反應(yīng)物＝－67630＋1×21599－(1×13441＋1／2×14029)
＝－66486.5(卡／克分子)350千克CO的克分子數(shù)＝350000／28＝12500(克分子)產(chǎn)生的熱量為－66486.5×12500＝－831081250(卡)即－831081.25(千卡)2)過(guò)量C(255－150＝105)的熱能計(jì)算由C＋O2＝CO2查得△H°298＝－94050(卡／克分子)△H°T＝△H°298＋∑ni(H°T－H°298)i生成物－∑ni(H°T－H°298)i反應(yīng)物△H°T＝－94050＋1×21599－(1×8428＋1×14029)＝－94908(卡／克分子)105千克C的克分子數(shù)＝105000／12＝8750(克分子)產(chǎn)生的熱量為－94908×8750＝－830445000(卡)即－830445(千卡)3)生產(chǎn)1噸二氧化鈦所加入的總碳量Q實(shí)產(chǎn)生的熱能為
－831081.25－830445＝－1661526.25(千卡)…(2)(負(fù)號(hào)表示產(chǎn)生熱能)Ⅱ、熔煉1噸高鈦渣時(shí)的熱能計(jì)算一、根據(jù)基爾戈方程計(jì)算反應(yīng)熱效應(yīng)1、從《實(shí)用無(wú)機(jī)物熱力學(xué)數(shù)據(jù)手冊(cè)》第29頁(yè)，式(71)得△H°T＝△H°298＋∑ni(H°T－H°298)i生成物－∑ni(H°T－H°298)i反應(yīng)物＝45680＋(1×19853＋1×30186＋1×13441)－(1×79302＋1×8428)＝21430(卡／克分子)……(3)(式中△H°298＝45680卡／克分子，從15頁(yè)查得) 2、生產(chǎn)1噸高鈦渣時(shí)反應(yīng)熱能計(jì)算從(1)式和(3)式得8021430＝106X解之得X＝21430×106／80＝267875(千卡)……(4)二、生產(chǎn)1噸高鈦渣時(shí)，其鈦精礦與碳從298K升溫到2000K所需熱量計(jì)算1、計(jì)算鈦精礦數(shù)量由(1)得15280＝Y(jié)1000解之得Y＝152×1000／80＝1900(千克)
2、1900千克偏鈦酸鐵的克分子數(shù)＝1900×103／152＝12500(克分子)3、生產(chǎn)1噸高鈦渣的鈦精礦從298K升溫到2000K所需熱量為79320×12500＝991500×103(卡)即991500(千卡)4、計(jì)算總碳量Q實(shí)從298K升溫到2000K所需熱量為1)實(shí)踐中配入料中的總碳量Q實(shí)(255千克)的克分子數(shù)為255000／12＝21250(克分子)2)Q實(shí)升溫所需熱能8428×21250＝179095000(卡)即179095(千卡)5、與C和CO反應(yīng)所需O2量從298K升溫至2000K所需熱能1)由C＋O2＝CO2得12 32105 X1232＝105XX＝32×105／12＝280(千克)2)從反應(yīng)式CO＋1／2O2＝CO2得
28 16350 X2816＝350XX＝16×350／28＝200(千克)。
3)生產(chǎn)1噸鈦渣所需總氧量280＋200＝480(千克)該O2量的克分子數(shù)＝480000／32＝15000(克分子)。
4)所需升溫?zé)崮?4029×15000＝210435000(卡)即210435(千卡)。
三、生產(chǎn)1噸鈦渣時(shí)，其鈦精礦，配入碳量，加入的氧量的升溫?zé)崮芘c(1)式的反應(yīng)熱能之總熱能為991500＋179095＋210435＋267875＝1648905(千卡)……(5)從(2)和(5)比較得知，將熔煉鈦渣時(shí)所產(chǎn)生的CO回收作為燃料以及過(guò)碳量進(jìn)入儲(chǔ)熔液室與通入的氧反應(yīng)生成能量完全能滿足熔煉時(shí)所需的熱能要求，所以本實(shí)用新型是可行的。
本實(shí)用新型與已有技術(shù)相比，其優(yōu)點(diǎn)是用無(wú)煙煤粉代替了石油焦和瀝青，而且用圓盤給料機(jī)連續(xù)不斷地加料，同時(shí)也不斷地生產(chǎn)出高鈦渣，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)連續(xù)化，更重要的是不另加燃料和電能。
本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)由以下實(shí)施例及附圖給出。
圖1是根據(jù)本實(shí)用新型提出的自供燃料高鈦渣生產(chǎn)爐的剖面圖。
下面結(jié)合圖1詳細(xì)說(shuō)明依據(jù)本實(shí)用新型提出的具體裝置的細(xì)節(jié)及工作情況。
將按比例配好的爐料裝入料倉(cāng)〔1〕，由圓盤給料機(jī)〔2〕把爐料送入爐堂〔21〕(爐堂內(nèi)層〔22〕用碳化鈦材料制成)，氫氣由管〔10〕(內(nèi)面段用碳化鈦材料，其余段用普通鋼管)，送入燃燒室〔8〕(碳化鈦材料)，由氧氣升溫爐升溫至800℃左右的壓縮氧氣由管〔11〕(內(nèi)面段用碳化鈦材料，其余段用普通鋼管)送入爐堂與氫氣相遇達(dá)510℃時(shí)開(kāi)始點(diǎn)燃，生成的水和蒸氣由煙囪〔17〕(內(nèi)面段用碳化鈦材料，其余段用普通鋼管)跑出，引燃后關(guān)掉氧氣升溫爐電源，繼續(xù)不斷的將氧和氫通入燃燒室燃燒，氣體是通過(guò)燃燒室中的傳熱柱〔7〕(碳化鈦材料)的間隙流通的，煙由煙囪〔17〕跑出，當(dāng)燃燒至彎頭管〔13〕(碳化鈦材料)有鐵水流出時(shí)，關(guān)掉氫氣管〔10〕，此時(shí)爐堂〔21〕中爐料產(chǎn)生大量的CO，由右邊圓弧形夾層通道〔5〕(由碳化鈦板〔6〕與爐堂內(nèi)壁構(gòu)成圓弧形夾層通道)進(jìn)入燃燒室〔8〕燃燒，這時(shí)爐料開(kāi)始不停的連續(xù)加料，在爐堂〔21〕中不斷產(chǎn)生CO進(jìn)入燃燒室〔8〕燃燒，使?fàn)t堂料不斷的溶化，熔液由彎頭管〔20〕(碳化鈦材料)流入熔液室〔12〕(碳化鈦材料)，鐵水由彎頭管〔13〕流出，鈦渣(二氧化鈦)由彎頭管〔14〕(碳化鈦材料)流出，熔液室中有傳熱柱〔15〕(碳化鈦材料)，爐堂中碳與偏鈦酸鐵反應(yīng)生成的一氧化碳在燃燒室〔8〕燃燒產(chǎn)生一部份熱能，余下的碳(配料中的一部份)隨熔液由彎頭管〔20〕流入熔液室〔12〕，由管〔9〕(內(nèi)段用碳化鈦材料，其余段用普通鋼管)供入適量壓縮氧氣與余下的碳反應(yīng)生成二氧化碳，由煙囪〔18〕(內(nèi)段用碳化鈦材料，其余段用普通鋼管)跑出，產(chǎn)生的熱能由傳熱柱〔15〕和〔7〕傳給爐堂底部加熱爐料(爐子保溫層做得較厚，熔液室與爐堂底部距離較近，只有10厘米左右，又加有傳熱柱，爐堂底部與熔液室溫度較接近)，爐內(nèi)溫度由管〔23〕中鎢——錸熱電偶測(cè)得，爐子內(nèi)層保溫材料〔4〕和〔16〕用鎂磚，外層保溫材料〔3〕和〔19〕用高鋁磚，保溫性能良好。
本實(shí)用新型將反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的CO通過(guò)夾層通道輸至燃燒室作為熔煉爐的燃料，進(jìn)行“自供燃料熔煉”，從而取代了電爐，節(jié)約了大量電能，是現(xiàn)代鈦冶煉工業(yè)中理想的熔煉爐。
權(quán)利要求
1.一種將偏鈦酸鐵精礦與含碳還原劑按比例混合后投入熔煉，在高溫條件下的化學(xué)反應(yīng)式為FeO·TiO2+C=Fe+TiO2+CO的設(shè)備，其特征是爐堂內(nèi)產(chǎn)生的CO通過(guò)夾層通道輸入燃燒室燃燒，從而成為自供燃料生產(chǎn)高鈦渣的設(shè)備。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是使用的含碳還原劑是無(wú)煙煤粉。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是用圓盤給料機(jī)連續(xù)不斷地向爐堂供料，從而連續(xù)不斷地生產(chǎn)出高鈦渣。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的設(shè)備，其特征是爐堂、夾層通道、燃燒室的壁和通入里面的管道等均用碳化鈦制成。
專利摘要
自供燃料高鈦渣生產(chǎn)爐是屬于冶煉工業(yè)中生產(chǎn)高鈦渣的設(shè)備。它用無(wú)煙煤粉作還原劑，在高溫下其主要反應(yīng)式為FeO·Tio
文檔編號(hào)C21B11/08GK87203742SQ87203742
公開(kāi)日1988年3月2日 申請(qǐng)日期1987年3月12日
發(fā)明者曾慶祿 申請(qǐng)人:曾慶祿導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan