[其他]进行热化学过程的方法及装置

说明书

本发明涉及进行热化学过程的方法及装置，尤其是在高于高耐火度炉衬熔融温度的工作温度下，对由冶金炉尘、矿石及其他可熔融和/或可熔融还原的物质，例如SiO₂、MgO、TiO₂、Ta₂O₅或相应金属所组成的混合物进行熔融和/或熔融还原的方法及装置。

在高于已知高耐火度炉衬熔融温度的温度范围内，用迄今可用的方法是不能进行热化学过程的。此外，目前常用的熔融法及熔融还原法需要大量能量，并且由于炉尘夹在废气中排出，若不配置昂贵的辅助设备，就会严重损害环境。产生大量冶金炉尘的熔炼过程还遇到一些重大困难。

在DD-AS-215803中曾描述了一种试验，在输入电能的情况下，在通过竖炉上部顶盖中心安装的一个等离子燃烧器和通过竖炉底部的对应电极之间形成等离子焰，并且环绕等离子焰同心地加入炉料，在炉子内壁上固态炉料组分形成一层保护墙，而保护墙内侧的炉料在等离子焰所达到的范围内，以此在竖炉中实现快速熔融和炉料组分间的迅速反应。

然而，这种处理方法不能使等离子焰引起所形的保护墙的熔化和/或化学反应。这样的一种竖炉不能连续工作。反应时产生的废气必须借助炉料来排出，从而引起该处理方法的另一些多少与废气组分的冷凝有关的缺点。

本发明所提出的任务是，提供一种进行热化学过程的方法和装置，尤其是对由冶金炉尘、矿石及其他可熔融和/或可熔融还原的物质，例如SiO₂、MgO、TiO₂、Ta₂O₅及相应金属所组成的混合物进行熔融和/或熔融还原的方法及装置。用这种方法和装置，可以在大大高于已知高耐火度炉衬熔点的温度范围内进行热化学过程。同时可以准确控制热化学-物理反应，不必受工艺流程中的反应温度限制。此外，同目前已知的方法相比，应当作为主要优点的是，显著节约能量，而且进一步防止粉尘随废气排出。

就本发明方法的方面而言，这个目的是这样达到的，即以本文开始所提到的那种方法，将一定组分的待熔和/或待还原的混合物压成块状并使其形成一定的空洞几何形状，安置在一个高能量密度辐射源的周围，并且借助混合物压块向中心设置的辐射源的径向移动，相应于熔融和/或熔融还原过程保持这种一定的空洞几何形状。

因此，在本发明的方法中，待压成块状的混合物同时也是反应介质和冶金反应容器的“炉衬”。按熔化速率将块状物再进行挤压，使空洞几何形状始终围绕辐射源例如一个等离子焰均匀保持。此外，熔融和/或熔融还原进行时，使混合物块在径向范围内朝中心设置的辐射源移动。借助适当的措施，如下面将进一步阐明的那样，使等离子焰保持在空洞中。

为了精确向能源进给混合物块，最好使用导向装置。将已成块的炉料适当干燥，而且按照装料装置的要求，块状物必须保持一定的尺寸精度和低温抗压强度。

在利用本发明的方法熔炼冶金粉尘时，可用下述方法顺利进行，而且举例来说，可以用下表所列的配料组分来进行。

表1

配料组分分析

FS    过滤器粉尘

KR    Krivoj-Rog（酸性矿尘）

GS    炉顶灰

KS    焦尘（过滤器粉尘）

冶金粉尘的混合比（重量百分比）：

FS    38.8

KR    25.6

GS    31.0

KS    4.6

总计    100.0%

将表1中所列的配料组分适当地与约9%（重量）的水均匀混合，压成适当大小的块并随后进行干燥。在保证混合物块精确进给的导向装置的协同作用下，将干燥过的块状物径向地围绕一辐射源安置，并且围绕该辐射源例如等离子焰形成有一定几何形状的空洞。按本发明的一个较佳结构形式，等离子焰可按AT-PS376702中所述的方法形成。在用氩气点燃突出于一个石墨电极的等离子焰之后，利用氩气将烃类物质和/或弥散石墨引入等离子焰。碳（石墨）由于等离子体的高温而转化成气相，而且还原过程由于碳气体的电离而加速。另外，石墨电极的烧损由于高度电离的碳气氛而大大受到阻止。在电极间的等离子焰点燃之后，以空洞围绕等离子焰的混合物块开始熔化。混合物块以同其熔融相等的程度，自外向里移动，以使空洞几何形状始终保持相同。在熔融期间同时发生一种直接还原的热化学反应。