專利名稱：用中頻爐輸入氫氣冶煉高鈦渣的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是利用火法生產(chǎn)出高純度二氧化鈦(TiO2)的一種方法。并同屬于用電能冶煉出高鈦渣的方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)我國大多數(shù)冶煉高鈦渣和鈦渣的方法，都還是在用1996年從烏克蘭引進的電弧爐用石墨電極產(chǎn)弧生成高溫1800°C左右，一次性熔融冶煉出高鈦渣、鈦渣的方法。因電孤爐的電極難于密閉式冶煉，所以它的能耗高、質(zhì)量差、污染嚴重、資源浪費大等等。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是用中頻爐內(nèi)加上耐熱鋼作的坩鍋，它能耐熱到1450°C左右的高溫。把鈦、 鐵精礦和一定比例碳混合后，做成料球加入坩鍋內(nèi)后，蓋好爐蓋加以密閉式冶煉，蓋上焊有一根Φ 32的出氣管與水除塵器、抽風(fēng)機成一個整體，能很好地除塵。當(dāng)料球加滿蓋好蓋后， 控制屏上啟動開關(guān)向中頻爐通電，使耐熱鋼坩鍋和料球都在渦流作用下，把電能轉(zhuǎn)變成熱能，使料球產(chǎn)生高溫，因坩鍋和料球都是較好的導(dǎo)磁體。同時開啟抽風(fēng)機，把爐內(nèi)所產(chǎn)生較少量的出爐氣體抽出冶煉爐，經(jīng)水除塵后排出。本發(fā)明的方法是在同一爐體內(nèi)對鐵、鈦精礦進行的兩步冶煉法第一步，當(dāng)爐內(nèi)溫度升到近1080°C -1120°C時，我們開動全水煤氣發(fā)生爐，由坩堝下面的全水煤氣進口，向坩堝內(nèi)輸入全水煤氣(H2+C0)，坩堝內(nèi)的料球中的三氧化二鐵、氧化鎂、二氧化錳等溫度在 IOSO0C -1120°C的溫度內(nèi)，與全水煤氣中的高溫氫氣、煤氣和爐內(nèi)的碳，在固態(tài)下產(chǎn)生還原反應(yīng)是Fi5203+3C0 = 2Fe0+3C02,Fe203+3C = 2Fe+3C0,Mg0+H2 = Mg+H20 (金屬鎂和水蒸氣，都是成氣態(tài)被抽風(fēng)機抽出爐體外。因金屬鎂沸點是1090°C )。Mn02+2C0 = Mn+2C02 Mn02+2H2 = Mn+2H20等(還原出來成固態(tài))，并把爐內(nèi)冶煉溫度保持在1100°C左右。這樣所有爐內(nèi)料球中的物質(zhì)都在固態(tài)下進行很好的還原，特別是全水煤氣中的高溫氫氣，能把現(xiàn)有冶煉爐內(nèi)不能還原的礦如Mg0、Mn02···.還原成金屬后，就從與鈦、鐵精礦中分離出來后除去，只留下的是高鈦渣(TiO2)在爐內(nèi)，這樣使?fàn)t內(nèi)的高鈦渣中的TiO2高得94%-98%左右?？墒乾F(xiàn)有技術(shù)是用一步熔融冶煉法，冶煉礦在熔融狀態(tài)下進行，一步就還原出鐵與高鈦渣。要把其它氧化礦用現(xiàn)有技術(shù)冶煉金屬，是根本不可能的?，F(xiàn)有技術(shù)冶煉出高鈦渣中的TiO2最高含量才94%，外還含有3%左右的鐵，和其它氧化礦等雜質(zhì)?，F(xiàn)有技術(shù)因是用高溫把TW2和氧化鐵一起熔融冶煉，氧化鐵在熔融狀態(tài)下用碳去還原成鐵，又因少數(shù)氧化鐵被包裹在熔融下的T^2中，很難還原成鐵，熔融體從爐體一起流出后，冷卻去分選，細小的鐵末就混在高鈦渣中，所有高鈦渣中含鐵在3%左右，再加上不能還原的其他氧化礦，所以冶煉出的TiO2 質(zhì)量差。現(xiàn)有技術(shù)中的氫氣的來源，可以電解水或把含氫的甲烷、丙烷、氨氣等裂變也能得到?？墒撬麄兊玫胶蟮氖堑蜏貧錃猓?dāng)氫氣再升溫過程中，是非常危險的。而裂變過程中， 所產(chǎn)生氫氣都有一定危險性。
本發(fā)明用的全水煤氣爐是碳電阻爐把碳通過電流后把電能轉(zhuǎn)變成熱能，使碳元素升高成高溫850°C -1100°C的碳后，也可用高溫耐熱鋼坩鍋把坩鍋中的碳升溫到 8500C -1100°C后，都在密閉狀態(tài)下輸入水蒸氣，生產(chǎn)出全水煤氣(C+H20 = H2+C0)。再把全水煤氣輸入冶煉中頻爐內(nèi)。兩步法的第一步是在一定時間段內(nèi)保持中頻爐坩堝內(nèi)溫度在1100°C左右，進行固態(tài)還原。當(dāng)固態(tài)下還原反應(yīng)基本完成后，再用第二步法升高中頻爐控制屏的電壓，使中頻爐坩堝內(nèi)升溫到1300°C -1350°C (由溫度表顯示)，使坩堝內(nèi)被還原出的生鐵錳等融化變成液態(tài)后，開啟爐底的出鐵口流出液態(tài)生鐵錳合金，這樣使鐵與渣(TiO2)很好的分離，爐內(nèi)余下的是高含量的，真正較高純度的高鈦渣，TiO2含量在98%左右。上述方法，是冶煉過程中礦中的TiO2是不會參加反應(yīng)的，因為爐內(nèi)溫度不低于 1100°C，不高于1150°C。這樣能使礦中的其他雜質(zhì)狗203、1%0、111102等都在固態(tài)下很好地被還原出來變成金屬。并且在第二次升溫變成液態(tài)，被迫從爐底流出后，得到鐵與高鈦渣的很好分離。使?fàn)t內(nèi)冶煉出來的TiO純度更高。并且還不用再升溫到1800°C左右熔融TiO2，就減少了能耗，節(jié)約了電能，把坩堝上的蓋打開后，轉(zhuǎn)動中頻爐，從爐頂?shù)某鲡佋诘钩龈咂肺坏母哜佋?，并且減少了現(xiàn)在技術(shù)的粉碎后，去分選等工藝。這樣就完成了整個冶煉過程， 再次加入料球開始下一爐的冶煉。具體實施本發(fā)明的主體冶煉爐體是中頻爐(1)，爐膽是耐熱鋼做成的坩鍋(2)。外層有石英沙作成的外套(3)，外套外是通水的扁銅線圈G)，它與中頻爐控制屏(5)連接，控制屏(5) 又與電力變壓器(6)的低壓端都用銅導(dǎo)電線04)去連接，變壓器(6)再與電網(wǎng)電源連接后，構(gòu)成一個供電主體。耐熱鋼坩鍋(2)上有爐蓋(7)用來密閉坩鍋的，蓋上有一根出爐氣管(8)，它與冷凝器(9)連接，冷凝器是用鋼板(10)卷制而成，冷凝器上有噴水龍頭(11)與水源連接，冷凝器中分成兩半，在噴水龍頭(11)下部是鉆有多孔鋼隔板(1 四片，焊在冷凝器中，使出爐氣好與冷卻水很好接觸，得到冷卻、除塵的效果。冷凝器下面是積塵器(13) 與出水口(14)出爐氣經(jīng)除塵冷卻后經(jīng)冷凝器輸入進氣管(8)，它連接抽風(fēng)機(1 再用輸氣管(14)連接儲氣柜(16)把出爐氣裝入并作處理，耐熱鋼坩鍋底部有一個出鐵口(17)它與爐底的石英沙的出鐵口(18)相通，石英沙鐵口可用耐火泥在平時是堵住的，在要出鐵時打開，出完后又堵住。耐熱鋼坩鍋( 下部還有一個全水煤氣輸入口(19)它用來把全水煤氣發(fā)生爐00)所產(chǎn)生的全水煤氣輸入冶煉中頻爐的耐熱鋼鉗鍋O)內(nèi)，與高溫的氧化礦反應(yīng)還原成金屬。如(Mg0+H2 = Mg+H20) (Mn02+2H2 = Mn+2H20)。本發(fā)明的全水煤氣發(fā)生爐00)的結(jié)構(gòu)與冶煉礦石的中頻爐(1)相同，只是體積小得多，電功率是冶煉中頻爐的1/2-1/3左右。它的耐熱鋼鉗O)內(nèi)只裝冶金焦煤，當(dāng)通電后， 爐體把電能由耐熱鋼坩鍋( 轉(zhuǎn)變成熱能，高溫溫度計上顯示使鉗鍋內(nèi)冶金焦煤升溫到850°C -1100°C后，外有燒水蒸汽鍋爐0 所產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)出氣管(8)輸進由坩鍋底部的進水蒸氣口輸入水蒸氣，水蒸氣被高溫焦煤分解成全水煤氣(H20+C = 4+C0)，再由坩鍋頂部的出氣管(8)輸入冶煉中頻爐底的全水煤氣口(19)輸入冶煉坩鍋內(nèi)，使坩鍋內(nèi)高溫料球中的氧化礦產(chǎn)生還原反應(yīng)(H2+Mg0 = Mg+H20)(都成蒸氣被抽出爐外)(Mr^2+2H2 = Mn+2H20)、(3C0+Fe203 = 2Fe+3C02)、(3C+Fe203 = 2Fe+3C0)，都在固態(tài)下反應(yīng)，生成固態(tài)金屬鐵、錳。還原反應(yīng)基本完全反應(yīng)完后，把冶煉中頻爐由控制屏調(diào)高電壓，高溫溫度計03)上顯示，使鉗鍋( 升溫到1300°C -1350°C左右，這樣爐內(nèi)固態(tài)的生鐵、錳被熔化成液態(tài)生鐵錳合金，坩鍋出鐵口流出(17)被打開石英出鐵口(18)后把液態(tài)的生鐵錳合金鑄綻后成產(chǎn)品，等液態(tài)流出完后，打開坩鍋蓋，再轉(zhuǎn)動中頻爐體，把產(chǎn)品高鈦渣倒出，等冷卻后包裝成產(chǎn)品。就完成全冶煉過程。再次打開冶煉中頻爐蓋(7)加入料球后蓋好爐蓋(7)與再次加入冶金焦?fàn)t到水煤氣發(fā)生爐00)的鉗鍋O)內(nèi)，蓋好爐蓋(7)再進行下一爐冶煉，周而復(fù)始地進行。鈦鐵金礦直接冶煉成高鈦渣、生鐵錳合金，都是在密閉狀態(tài)下進行。全爐的材料成型系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)、起重系統(tǒng)、供水、供電系統(tǒng)等不直接屬于本發(fā)明之內(nèi)，所以在此不用多說。鈦鐵金礦直接冶煉成鐵錳合金與高鈦渣冶煉爐，可分為大、中、小型，年產(chǎn)高鈦渣為3萬噸、1萬噸、3000噸等。以上是本發(fā)明最佳優(yōu)選實例，用電作為能源的冶煉礦石中頻爐與全水煤氣中頻爐。并用兩步法冶煉出生鐵、錳合金，同進冶煉出高品位高鈦渣，用此方法去冶煉銅、銻、鋅、 鎂、鉬、鉛等金屬，或用多種方法產(chǎn)生氫氣用來冶煉各種形態(tài)的大小變形爐都說明本發(fā)明范圍內(nèi)。


1、冶煉中頻爐
2、耐熱鋼坩鍋
3、石英沙外套
4、通水扁銅線圈
5、控制屏
6、電力變壓器
7、坩鍋爐蓋
8、出爐氣管
9、冷凝器
10、鋼板
11、噴水龍頭
12、多孔鋼隔板
13積塵器
14、出水口
15、抽風(fēng)機
16、儲氣柜
17、坩鍋出鐵口
18、石英沙出鐵口
19、全水煤氣輸入管
20、全水煤氣中頻爐
21、進水蒸汽口
22、燒水蒸汽鍋爐
23、尚溫溫度計
24、銅導(dǎo)電線
權(quán)利要求
1. 一種中頻爐輸入氫氣冶煉出高鈦渣的方法其特征是1以主體冶煉爐體中頻爐(1)，爐膽是耐熱鋼做成的坩鍋O)。外層有石英沙作成的外套(3)，外套外是通水的扁銅線圈G)，它與中頻爐控制屏(5)連接，控制屏(5)又與電力變壓器(6)的低壓端用銅導(dǎo)電線04)連接變壓器(6)再與電網(wǎng)電源連接后，構(gòu)成一個供電主體，耐熱鋼坩鍋(2)上有爐蓋(7)用來密閉坩鍋的，蓋上有一根出爐氣管(8)，它與冷凝器 (9)連接，冷凝器是用鋼板(10)卷制而成，冷凝器上有噴水龍頭(11)與水源連接，冷凝器中分成兩半，在噴水龍頭(11)下部是鉆有多孔鋼隔板(1 四片，焊在冷凝器中，使出爐氣好與冷卻水很好接觸，得到冷卻、除塵的效果。冷凝器下面是積塵器(13)與出水口(14)出爐氣經(jīng)除塵冷卻后經(jīng)冷凝器輸入進氣管(8)，它連接抽風(fēng)機(1 再用輸氣管(14)連接儲氣柜 (16)把出爐氣裝入并作處理，耐熱鋼坩鍋底部有一個出鐵口(17)它與爐底的石英沙的出鐵口(18)相通，石英沙鐵口可用耐火泥在平時是堵住的，在要出鐵時打開，出完后又堵住。 耐熱鋼坩鍋(2)下部還有一個全水煤氣輸入口(19)它用來把全水煤氣發(fā)生爐OO)所產(chǎn)生的全水煤氣輸入冶煉中頻爐的耐熱鋼鉗鍋O)內(nèi)，與高溫的氧化礦反應(yīng)還原成金屬。如 (Mg0+H2 = Mg+H20) (Mn02+2H2 = Mn+2H20)，
2.權(quán)利要求2 如權(quán)利要求1中所述的一種中頻爐輸入氫氣冶煉出高鈦渣的方法其特征在于是本發(fā)明的全水煤氣發(fā)生爐OO)的結(jié)構(gòu)與冶煉礦石的中頻爐(1) 本發(fā)明的全水煤氣發(fā)生爐OO)的結(jié)構(gòu)與冶煉礦石的中頻爐(1)相同，只是體積小得多，電功率是冶煉中頻爐的1/2-1/3左右。它的耐熱鋼鉗O)內(nèi)只裝冶金焦煤，當(dāng)通電后， 爐體把電能由耐熱鋼坩鍋( 轉(zhuǎn)變成熱能，在高溫度計上顯示，使鉗鍋內(nèi)冶金焦煤升溫到850°C-110(TC后，外有燒水蒸汽鍋爐0 所產(chǎn)生的水蒸汽經(jīng)出氣管(8)輸進由坩鍋底部的進水蒸氣口輸入水蒸氣，水蒸氣被高溫焦煤分解成全水煤氣(H20+C = H2+C0), 再由坩鍋頂部的出氣管(8)輸入冶煉中頻爐底的全水煤氣口(19)輸入冶煉坩鍋內(nèi)，使坩鍋內(nèi)高溫料球中的氧化礦產(chǎn)生還原反應(yīng)(H2+Mg0 = Mg+H20)(都成蒸氣被抽出爐外)(Mn02+2H =Mn+H20)、(3C0+Fe203 = 2Fe+3C02)、(3C+Fe203 = 2Fe+3C0)，都在固態(tài)下反應(yīng)，生成固態(tài)金屬鐵、錳。還原反應(yīng)基本完全反應(yīng)完后，把冶煉中頻爐由控制屏調(diào)高電壓，在高溫度計03) 上顯示，使鉗鍋( 升溫到1300°C -1350°C左右，這樣爐內(nèi)固態(tài)的生鐵、錳被熔化成液態(tài)生鐵錳合金，坩鍋出鐵口流出(17)被打開石英出鐵口(18)后把液態(tài)的生鐵錳合金鑄綻后成產(chǎn)品，等液態(tài)流出完后，打開坩鍋蓋，再轉(zhuǎn)動中頻爐體，把產(chǎn)品高鈦渣倒出，等冷卻后包裝成產(chǎn)品。就完成全冶煉過程。再次打開冶煉中頻爐蓋(7)加入料球后蓋好爐蓋(7)與再次加入冶金焦?fàn)t到水煤氣發(fā)生爐OO)的鉗鍋O)內(nèi)，蓋好爐蓋(7)再進行下一爐冶煉，周而復(fù)始地進行。
全文摘要
本發(fā)明主體是冶煉中頻爐與全水煤氣發(fā)生爐；是用高溫氫氣與一氧化碳在固態(tài)下還原出氧化礦物中的氧，成金屬后第二步再次升溫到1300℃-1350℃去熔化還原出來的金屬，成液態(tài)金屬流出鑄綻后成新產(chǎn)品。再倒出未熔化固態(tài)的高品位高鈦渣，冷卻后包裝成產(chǎn)品的冶煉方法。本發(fā)明的冶煉法是資源節(jié)約型、能源節(jié)約型、環(huán)保友好型的方法。
文檔編號C21C5/54GK102286653SQ20101020293
公開日2011年12月21日 申請日期2010年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月18日
發(fā)明者賴成章 申請人:賴成章