[发明专利]利用熔体余热进行碳热还原的系统

说明书

技术领域

本发明属于冶金与化工领域，具体而言，本发明涉及一种利用熔体余热进行碳热还原的系统。

背景技术

在冶金和化工领域，从现有工业成熟或不成熟生产工艺来看，众多半成品或最终产品的获得基本均需要经过高温的还原过程。在经历一定时间的高温还原过程后，半成品或最终产品往往以液态熔体形式进行出料，进入盛装容器或者模具后，缓慢冷却形成一定的形状。液态产品的温度大多在1000℃以上甚至2000℃以上，自身携带大量的物理热，然而在冷却过程中这些热量并没有得到有效利用，造成了能源的白白浪费。假定这些大量余热得到利用，则折算回去相当于省却相当可观的化学燃料和还原剂，即可达到了节能降耗的目的，也能降低生产成本。此外，在当前冶金和化工实际生产过程中，由于还原反应的发生，会生产大量的CO或CO₂气体，考虑到大量产物气体的逸出，同时为保证炉况顺行和生产安全，均采用具有一定强度的块状物料保持透气性，导致无法利用矿物原料和还原剂的粉料，这不仅造成资源的浪费，也带了粉尘污染，无形中也提升了生产成本。

在国家越来越注重可持续发展、环境保护和绿色制造的大环境里，在日益激烈的社会竞争条件下，为了促进冶金和化工企业的健康发展，能耗高、成本高及粉料无法利用的问题亟待解决。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，该系统可以使得还原反应得到的产物余热得以充分利用，并且解决粉料无法利用的难题，从而在降低能耗的同时实现资源的最大化利用。

在本发明的一个方面，本发明公开了一种利用熔体余热进行碳热还原的系统，包括：

还原装置，所述还原装置具有物料入口、还原气体出口和还原产物出口；

熔分装置，所述熔分装置具有还原产物入口、高温熔体出口和尾渣出口，并且所述还原产物入口与所述还原产物出口相连；

混合装置，所述混合装置具有碳素原料粉料入口、矿物原料粉料入口和混合粉料出口；

喷吹装置，所述喷吹装置具有气体入口、粉料入口和粉料出口，所述粉料入口与所述混合粉料出口相连；以及

搅拌反应装置，所述搅拌反应装置具有壳体、出气口、高温熔体喷嘴和多个粉体喷嘴，其中，所述壳体自上而下限定出密封部和反应部，所述反应部限定出反应空间，所述出气口设置在所述密封部的侧壁上，所述高温熔体喷嘴设置在所述反应部的侧壁上且与所述高温熔体出口相连，所述多个粉体喷嘴设置在所述反应部的侧壁上，并且所述高温熔体喷嘴和所述多个粉体喷嘴在所述反应部的周向上以及轴向上均呈间隔分布，所述多个粉体喷嘴分别与所述粉料出口相连。

根据本发明实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统通过将熔分装置得到的高温熔体余热用于混合粉料的还原反应，可以实现能源的充分利用，从而显著降低能耗，同时采用具有高温熔体喷嘴和多个粉料喷嘴的搅拌反应装置，使得粉料与高温熔体可以充分接触，从而可以使得粉料充分利用高温熔体余热进行反应，进而在实现资源最大化利用的同时提高粉料的反应效率，另外，较传统工艺将粉料造球后再进行反应相比，本发明的系统可以直接将粉料进行使用，进而节省了造球成本，从而显著降低生产成本。

另外，根据本发明上述实施例的利用熔体余热进行碳热还原的系统还可以具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述壳体由外至内依次设置有保温层和耐火层。由此，可以提高搅拌反应装置的耐高温性能。

在本发明的一些实施例中，所述搅拌反应装置包括两个粉体喷嘴，其中，在所述反应部的轴向方向上，自上而下依次设置有高温熔体喷嘴、第一粉体喷嘴和第二粉体喷嘴。由此，可以显著提高高温熔体余热的利用效率。

在本发明的一些实施例中，在所述反应部的纵切面上，所述高温熔体喷嘴的喷料口与所述反应部的侧壁呈小于90度的夹角。由此，可以进一步提高高温熔体余热的利用效率。

在本发明的一些实施例中，所述第一粉体喷嘴和所述第二粉体喷嘴的至少一个与液压缸或气缸相连。由此，可以通过液压缸或气缸调整第一粉体喷嘴和第二粉体喷嘴的喷料角度，优化调节熔体的旋转搅拌速度，从而进一步提高高温熔体余热的利用效率。

在本发明的一些实施例中，在所述反应部的纵切面上，所述第一粉体喷嘴设置在所述反应部侧壁高度的五分之三到五分之四处。由此，可以进一步提高高温熔体余热的利用效率。