一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置和方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置和方法，裝置包括由筒狀殼體和底座構(gòu)成的反應(yīng)爐，殼體上端收攏形成錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的錐端設(shè)有開口形成反應(yīng)物出口；在殼體內(nèi)沿中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上端設(shè)有轉(zhuǎn)杯，轉(zhuǎn)杯上端面位于錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸下端與電機(jī)連接以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)使轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)杯一起轉(zhuǎn)動(dòng)；在殼體上設(shè)有碳化渣加料管，碳化渣加料管伸入殼體內(nèi)并位于轉(zhuǎn)杯中心上部；在殼體上設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)以對(duì)殼體內(nèi)腔進(jìn)行冷卻；在殼體下端設(shè)有與殼體內(nèi)腔連通的氯氣入口，在底座上設(shè)有殘?jiān)隹凇１景l(fā)明能夠充分利用高溫碳化余熱，降低熱量損失的同時(shí)也縮短了工藝流程；同時(shí)?；^程基本不存在動(dòng)力消耗和設(shè)備損耗，降低了生產(chǎn)成本。
【專利說明】
一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及液態(tài)渣粒化和利用余熱氯化，特別涉及含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置和方法，屬于四氯化鈦制備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前國內(nèi)對(duì)于含鈦高爐渣利用不夠充分，攀鋼現(xiàn)行工藝技術(shù)條件下，大約有50%的鈦進(jìn)入到高爐渣中，其Ti02含量為20%?23%，已堆存6000多萬噸，且每年新增300萬噸。目前對(duì)含鈦高爐渣處理方法主要有以下幾種:I)將含鈦高爐渣經(jīng)過酸浸、焙燒，得到含二氧化鈦達(dá)到90%的人造金紅石;2)將含鈦高爐渣經(jīng)過高溫碳化-低溫氯化的工藝路線制備TiCl4。第一種方法中所得到的人造金紅石粒度細(xì)，難以用現(xiàn)行的沸騰氯化裝備和技術(shù)處理。第二種方法是利用電爐將含鈦高爐渣在高溫下進(jìn)行碳化處理，使其中大部分的二氧化鈦碳化轉(zhuǎn)變成碳化鈦，形成高溫碳化渣，然后將碳化渣冷卻，經(jīng)磨碎后作為氯化原料，使碳化渣中的碳化鈦在相對(duì)較低的溫度(500°C~600°C)下氯氣轉(zhuǎn)變成TiCl4,同時(shí)可控制渣中的鈣鎂等雜質(zhì)盡可能少地進(jìn)入氯化產(chǎn)物，實(shí)現(xiàn)低溫選擇性氯化。在該工藝過程中高溫碳化時(shí)溫度高達(dá)16500C-17000C，直接冷卻會(huì)造成大量的熱量損失，且由于碳化鈦的存在，使得碳化渣磨碎的動(dòng)力消耗和設(shè)備損害較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)含鈦高爐渣高溫碳化-低溫氯化制備TiCl4存在的上述不足，本發(fā)明的目的在于提供一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置和方法，本發(fā)明能夠充分利用高溫碳化余熱，降低熱量損失的同時(shí)也縮短了工藝流程；同時(shí)?；^程基本不存在動(dòng)力消耗和設(shè)備損耗，降低了生產(chǎn)成本。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種含鈦高爐渣碳化后直接粒化-氯化的裝置，包括由筒狀殼體和底座構(gòu)成的反應(yīng)爐，殼體上端收攏形成錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的錐端設(shè)有開口形成反應(yīng)物出口；在殼體內(nèi)沿中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上端設(shè)有轉(zhuǎn)杯，轉(zhuǎn)杯上端面位于錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸下端與電機(jī)連接以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)使轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)杯一起轉(zhuǎn)動(dòng);在殼體上設(shè)有碳化渣加料管，碳化渣加料管伸入殼體內(nèi)并位于轉(zhuǎn)杯中心上部;在殼體上設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)以對(duì)殼體內(nèi)腔進(jìn)行冷卻;在殼體下端設(shè)有與殼體內(nèi)腔連通的氯氣入口，在底座上設(shè)有殘?jiān)隹凇?br>[0005]在轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁均勻設(shè)有若干旋向相同的用于引導(dǎo)碳化渣甩出的螺旋凹槽。所述螺旋凹槽的寬度為2mm?4mm。
[0006]在殼體內(nèi)設(shè)有將轉(zhuǎn)軸罩住的護(hù)筒，護(hù)筒與殼體內(nèi)壁之間形成環(huán)形的氯化反應(yīng)區(qū)域，氯氣入口與氯化反應(yīng)區(qū)域相通;在氯化反應(yīng)區(qū)域底部與氯氣入口對(duì)應(yīng)位置設(shè)有漏斗狀的流化板，流化板上設(shè)有若干布?xì)饪?，氯氣入口與布?xì)饪谙嗤?在流化板下端設(shè)有排渣管，排渣管構(gòu)成所述殘?jiān)隹凇?br>[0007]所述氯氣入口在殼體上切向設(shè)置，布?xì)饪谠诹骰迳锨邢蛟O(shè)置，布?xì)饪诤吐葰馊肟诘那邢蚍较蛳嗤?br>[0008]在殼體內(nèi)設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，溫度檢測(cè)裝置與冷卻機(jī)構(gòu)連接以使殼體內(nèi)腔溫度始終保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。
[0009]所述氯氣入口為兩處并按180度分布，流化板和排渣管為對(duì)應(yīng)的兩套。
[0010]—種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的方法，本方法使用前述的含鈦高爐渣碳化后直接粒化-氯化的裝置，先使高溫的液態(tài)碳化渣直接通過碳化渣加料管注入轉(zhuǎn)杯中，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)動(dòng)，液態(tài)碳化渣因離心力而從杯口甩出并形成液滴，液滴在自身的表面張力和殼體內(nèi)部溫度作用下冷卻凝固而?；?，?；蟮奶蓟?yàn)橹亓ο侣?，與從殼體底部通入并不斷上升的氯氣反應(yīng)，生成的四氯化鈦由殼體頂部排出，未反應(yīng)的殘?jiān)ㄟ^底部殘?jiān)隹谂懦觥?br>[0011 ] 轉(zhuǎn)杯的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/min?500轉(zhuǎn)/min;?；蟮奶蓟６葹镮mm?5mm;殼體內(nèi)部溫度控制為500°0700°C，該溫度也是?；蟮奶蓟c氯氣反應(yīng)溫度。
[0012]所述轉(zhuǎn)杯底部直徑為200mm，上部直徑為400mm，高度為300mm。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果:
1、本發(fā)明碳化渣粒化是通過電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)動(dòng)，在轉(zhuǎn)杯的內(nèi)壁有若干螺旋型的凹槽，在旋轉(zhuǎn)過程中液態(tài)的碳化渣沿凹槽的流線方向甩出，得到粒度較小的碳化渣顆粒并進(jìn)入氯化段進(jìn)行氯化反應(yīng)。用該過程代替磨碎過程，降低了生產(chǎn)過程中設(shè)備的投入，改善了操作人員的工作環(huán)境。
[0014]2、碳化渣顆粒從氯化裝置上部進(jìn)入氯化段與從底部通入的氯氣形成逆向運(yùn)動(dòng)，并利用碳化渣顆粒本身余熱存在的條件下能夠很好的滿足低溫氯化的要求，避免了高溫碳化渣物理顯熱的浪費(fèi)，同時(shí)也縮短了工藝流程。
【附圖說明】
[0015]圖1-本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖2-本發(fā)明轉(zhuǎn)杯俯視圖。
[0017]圖中，卜反應(yīng)物出口；2-冷卻機(jī)構(gòu)；3-碳化渣加料管;4-轉(zhuǎn)杯;5-熱電偶;6-氯化反應(yīng)區(qū)域;7-流化板;8-氯氣入口 ； 9-殘?jiān)隹冢?10-電機(jī);11-殼體;12-轉(zhuǎn)軸；13-護(hù)筒；14-螺旋凹槽;15-擋板。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0019]參見圖1，本發(fā)明含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，包括由筒狀殼體11和底座構(gòu)成的反應(yīng)爐，殼體上端收攏形成錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的錐頂設(shè)有開口形成反應(yīng)物出口 I ο在殼體11內(nèi)沿中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸12，轉(zhuǎn)軸12上端設(shè)有轉(zhuǎn)杯4，轉(zhuǎn)杯上端面位于錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸12下端與電機(jī)1連接以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)使轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)杯一起轉(zhuǎn)動(dòng)。在殼體11上設(shè)有碳化渣加料管3，碳化渣加料管3從頂部伸入殼體11內(nèi)并位于轉(zhuǎn)杯4中心上部。在殼體11上設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)2以對(duì)殼體11內(nèi)腔進(jìn)行冷卻，以降到氯化反應(yīng)溫度，實(shí)施例中冷卻機(jī)構(gòu)2包裹在殼體外壁形成水冷壁。在殼體11下端設(shè)有與殼體內(nèi)腔連通的氯氣入口 8，在底座上設(shè)有殘?jiān)隹?9。本發(fā)明具有碳化渣?；吐然磻?yīng)兩大功能，碳化渣?；赊D(zhuǎn)杯、轉(zhuǎn)軸、電機(jī)和碳化渣加料管共同完成;粒化后碳化渣的氯化反應(yīng)由氯氣入口、殼體和后面介紹的流化板等完成。氯化反應(yīng)生成的四氯化鈦由殼體頂部反應(yīng)物出口 10排出，這也是反應(yīng)爐唯一的氣體出口，未反應(yīng)的殘?jiān)ㄟ^底部殘?jiān)隹?9排出。
[0020]本發(fā)明在殼體11內(nèi)設(shè)有將轉(zhuǎn)軸12罩住的護(hù)筒13，護(hù)筒13與殼體11內(nèi)壁之間形成環(huán)形的氯化反應(yīng)區(qū)域6，氯氣入口 8與氯化反應(yīng)區(qū)域6相通。在氯化反應(yīng)區(qū)域6底部與氯氣入口 8對(duì)應(yīng)位置設(shè)有漏斗狀的流化板7，流化板7上設(shè)有若干布?xì)饪?，氯氣入口與布?xì)饪谙嗤?。在流化板下端設(shè)有排渣管，排渣管構(gòu)成所述殘?jiān)隹?9。所述氯氣入口在殼體上切向設(shè)置，布?xì)饪谠诹骰迳锨邢蛟O(shè)置，布?xì)饪诤吐葰馊肟诘那邢蚍较蛳嗤?shí)施例中，所述氯氣入口為兩處并按180度分布，流化板和排渣管為對(duì)應(yīng)的兩套，這樣更方便氯氣進(jìn)入和分布均勻。當(dāng)然，根據(jù)需要，也可以均勻設(shè)置3-4處氯氣進(jìn)口及對(duì)應(yīng)的流化板和排渣管。
[0021]本發(fā)明在轉(zhuǎn)杯4底部設(shè)有轉(zhuǎn)盤，通過轉(zhuǎn)盤與轉(zhuǎn)軸上端固定，轉(zhuǎn)盤起到旋轉(zhuǎn)和密封的作用，將設(shè)備內(nèi)部空間密封。
[0022]為了控制轉(zhuǎn)杯4中出來的碳化渣粒度大小，在轉(zhuǎn)杯4內(nèi)壁均勻設(shè)有若干旋向相同的用于引導(dǎo)碳化渣用出的螺旋凹槽14，螺旋凹槽14的寬度為，見圖2。實(shí)施例中轉(zhuǎn)杯4底部半徑為200mm，上部直徑為400mm，高度為300mm。在轉(zhuǎn)杯旋轉(zhuǎn)下，由于離心力、重力以及摩擦力的作用下，碳化渣會(huì)優(yōu)先通過螺旋凹槽14中流出，達(dá)到轉(zhuǎn)杯4的邊緣后顯現(xiàn)流線型被甩出；最后在自身的表面張力作用下會(huì)自團(tuán)聚成顆粒狀的碳化渣。
[0023]本發(fā)明殼體上部收攏的錐形結(jié)構(gòu)形成擋板15，冷卻凝固后的粒狀碳化渣被擋板15收集后進(jìn)入氯化反應(yīng)區(qū)域6。底部的氯氣入口 8和流化板7的開孔方向均為切向進(jìn)風(fēng)，氯氣通過流化板7后進(jìn)入氯化反應(yīng)區(qū)域6形成旋轉(zhuǎn)流，增加氯氣在氯化反應(yīng)區(qū)域6內(nèi)的停留時(shí)間，有利于提高氯化效率；同時(shí)也增加對(duì)?；筇蓟臄嚮熳饔茫沟昧；蓟诼然磻?yīng)區(qū)域6內(nèi)分布更加均勻。
[0024]在殼體內(nèi)設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，溫度檢測(cè)裝置與冷卻機(jī)構(gòu)連接以使殼體內(nèi)腔溫度始終保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。本發(fā)明在反應(yīng)過程中通過溫度檢測(cè)裝置(實(shí)施例采用熱電偶5)時(shí)刻檢測(cè)氯化反應(yīng)區(qū)域6內(nèi)的溫度，通過設(shè)備外壁包裹著的水冷壁以及底部氯氣流量的大小來調(diào)節(jié)和控制反應(yīng)溫度，使之始終為500°0700°C，實(shí)施例控制為500°0600°C。
[0025]本發(fā)明工作原理:從電爐出來的液態(tài)碳化渣從碳化渣加料管3注入轉(zhuǎn)杯4中，由電機(jī)10帶動(dòng)轉(zhuǎn)杯4轉(zhuǎn)動(dòng)，液態(tài)碳化渣因?yàn)殡x心力從轉(zhuǎn)杯甩出而?；?，粒化后的碳化渣在飛出過程中在水冷壁的作用下冷卻凝固，進(jìn)入氯化反應(yīng)區(qū)域6。氯氣從底部的氯氣入口8進(jìn)入，經(jīng)過流化板7后螺旋向上進(jìn)入氯化反應(yīng)區(qū)域6，與向下運(yùn)動(dòng)的?；蓟磻?yīng)，反應(yīng)的氣體產(chǎn)物TiCl4從設(shè)備的頂部反應(yīng)物出口 I排出，剩余的渣從底部殘?jiān)隹?9排出。
[0026]本發(fā)明含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的方法，本方法使用前述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，先使高溫的液態(tài)碳化渣通過碳化渣加料管注入轉(zhuǎn)杯中，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)動(dòng)，液態(tài)碳化渣因離心力而從杯口甩出并形成液滴，液滴在自身的表面張力作用下自團(tuán)聚并在殼體內(nèi)部溫度作用下冷卻凝固而?；?，?；蟮奶蓟?yàn)橹亓ο侣?，與從殼體底部通入并不斷上升的氯氣反應(yīng)，生成的四氯化鈦由殼體頂部排出，未反應(yīng)的殘?jiān)ㄟ^底部殘?jiān)隹谂懦觥?br>[0027]本發(fā)明通過控制轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速和殼體內(nèi)部溫度控制碳化渣粒度，在轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)速300轉(zhuǎn)/min?500轉(zhuǎn)/min，殼體內(nèi)部溫度550°C~700°C下，碳化渣粒度為Imm?5mm。
[0028]最后需要說明的是，本發(fā)明的上述實(shí)例僅僅是為說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方式的限定。盡管
【申請(qǐng)人】參照較佳實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其他不同形式的變化和變動(dòng)。這里無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。凡是屬于本發(fā)明的技術(shù)方案所引申出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之列。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:包括由筒狀殼體和底座構(gòu)成的反應(yīng)爐，殼體上端收攏形成錐形結(jié)構(gòu)，錐形結(jié)構(gòu)的錐端設(shè)有開口形成反應(yīng)物出口；在殼體內(nèi)沿中心設(shè)有豎向的轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上端設(shè)有轉(zhuǎn)杯，轉(zhuǎn)杯上端面位于錐形結(jié)構(gòu)內(nèi)，轉(zhuǎn)軸下端與電機(jī)連接以由電機(jī)驅(qū)動(dòng)使轉(zhuǎn)軸和轉(zhuǎn)杯一起轉(zhuǎn)動(dòng);在殼體上設(shè)有碳化渣加料管，碳化渣加料管伸入殼體內(nèi)并位于轉(zhuǎn)杯中心上部;在殼體上設(shè)有冷卻機(jī)構(gòu)以對(duì)殼體內(nèi)腔進(jìn)行冷卻;在殼體下端設(shè)有與殼體內(nèi)腔連通的氯氣入口，在底座上設(shè)有殘?jiān)隹凇?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:在轉(zhuǎn)杯內(nèi)壁均勻設(shè)有若干旋向相同的用于引導(dǎo)碳化渣甩出的螺旋凹槽。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:所述螺旋凹槽的寬度為2mm?4mm。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:在殼體內(nèi)設(shè)有將轉(zhuǎn)軸罩住的護(hù)筒，護(hù)筒與殼體內(nèi)壁之間形成環(huán)形的氯化反應(yīng)區(qū)域，氯氣入口與氯化反應(yīng)區(qū)域相通;在氯化反應(yīng)區(qū)域底部與氯氣入口對(duì)應(yīng)位置設(shè)有漏斗狀的流化板，流化板上設(shè)有若干布?xì)饪?，氯氣入口與布?xì)饪谙嗤?在流化板下端設(shè)有排渣管，排渣管構(gòu)成所述殘?jiān)隹凇?.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:所述氯氣入口在殼體上切向設(shè)置，布?xì)饪谠诹骰迳锨邢蛟O(shè)置，布?xì)饪诤吐葰馊肟诘那邢蚍较蛳嗤?.根據(jù)權(quán)利要求1所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:在殼體內(nèi)設(shè)有溫度檢測(cè)裝置，溫度檢測(cè)裝置與冷卻機(jī)構(gòu)連接以使殼體內(nèi)腔溫度始終保持在設(shè)定的溫度范圍內(nèi)。7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，其特征在于:所述氯氣入口為兩處并按180度分布，流化板和排渣管為對(duì)應(yīng)的兩套。8.一種含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的方法，其特征在于:本方法使用權(quán)利要求1所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的裝置，先使高溫的液態(tài)碳化渣直接通過碳化渣加料管注入轉(zhuǎn)杯中，在電機(jī)的驅(qū)動(dòng)下，轉(zhuǎn)軸帶動(dòng)轉(zhuǎn)杯轉(zhuǎn)動(dòng)，液態(tài)碳化渣因離心力而從杯口甩出并形成液滴，液滴在自身的表面張力和殼體內(nèi)部溫度作用下冷卻凝固而?；；蟮奶蓟?yàn)橹亓ο侣?，與從殼體底部通入并不斷上升的氯氣反應(yīng)，生成的四氯化鈦由殼體頂部排出，未反應(yīng)的殘?jiān)ㄟ^底部殘?jiān)隹谂懦觥?.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的方法，其特征在于:轉(zhuǎn)杯的轉(zhuǎn)速為300轉(zhuǎn)/min?500轉(zhuǎn)/min;?；蟮奶蓟６葹镮mm?5mm;殼體內(nèi)部溫度控制為500°0700°C，該溫度也是?；蟮奶蓟c氯氣反應(yīng)溫度。10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的含鈦高爐渣碳化后直接?；?氯化的方法，其特征在于:所述轉(zhuǎn)杯底部直徑為200mm，上部直徑為400mm，高度為300mm。
【文檔編號(hào)】C01G23/02GK105905939SQ201610251218
【公開日】2016年8月31日
【申請(qǐng)日】2016年4月21日
【發(fā)明人】溫良英, 王海鵬, 魯峰, 李建龍, 劉時(shí)青, 魏晉, 康巖
【申請(qǐng)人】重慶大學(xué)