一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，包括有爐底、爐墻、爐頂、爐門、外掛在爐墻上的蓄熱燃燒系統(tǒng)、以及有助于石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)；其中，爐底、爐墻、爐頂、爐門構(gòu)成爐膛；蓄熱燃燒系統(tǒng)包括有第一蓄熱箱和第二蓄熱箱，第一蓄熱箱和第二蓄熱箱分別通過第一氣體通道和第二氣體通道與爐膛相通；所述非金屬催化劑輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐墻或/和爐頂上、或分為第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)分別設(shè)置在第一氣體通道和第二氣體通道上。本發(fā)明金屬冶煉爐直接在金屬冶煉爐生產(chǎn)過程中生成石墨烯并形成高導(dǎo)熱耐火導(dǎo)熱層，導(dǎo)致這種冶煉爐利用熱能的效率顯著提高，排煙溫度降低減少熱量損失、金屬升溫速度加快縮短了燃料燃燒時間，可產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。
【專利說明】
一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明屬于冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種熱能利用充分，環(huán)保、高效節(jié)能的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐。
【背景技術(shù)】
[0002]金屬冶煉屬于高能耗高污染行業(yè)，隨著能源價格不斷上漲，燃料的消耗成本在加工成本中所占比例越來越高，并伴隨自然資源的大量消耗、大量的碳排放以及嚴(yán)重的環(huán)境污染。為了減少金屬冶煉爐生產(chǎn)過程中的燃料消耗，相關(guān)研究機構(gòu)及生產(chǎn)企業(yè)不斷探索新的技術(shù)以降低成本，同時減少對環(huán)境的污染。但這些技術(shù)主要集中在實現(xiàn)燃料的充分燃燒和盡可能地回收余熱兩方面。
[0003]在傳熱方面，石墨烯是目前發(fā)現(xiàn)的導(dǎo)熱性能最強的一種新型納米材料，石墨烯這個新材料的被發(fā)現(xiàn)，為人類重新定義導(dǎo)熱材料性能和更好地利用熱能帶來了很多新的可能，尤其在熱工技術(shù)領(lǐng)域的傳熱技術(shù)方面可能獲得很大的提升和發(fā)展。
[0004]然而，要利用石墨烯的高導(dǎo)熱性能，需要經(jīng)過幾個步驟:首先是制備石墨烯:其次是用石墨烯作為原料制造或改良導(dǎo)熱材料，并且新的高導(dǎo)熱材料投入使用，這其中還涉及到保管、運輸、儲存等過程。石墨烯本身的制備成本目前就很高，導(dǎo)致石墨烯的實際應(yīng)用還受到相當(dāng)大的限制。在大型工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域如工業(yè)爐領(lǐng)域，由于用量大、消耗快速等特點，按照通常方法制備和使用石墨烯是不現(xiàn)實的事情。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種熱能利用充分，環(huán)保、高效節(jié)能的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，包括有爐底、爐墻、爐頂、爐門、外掛在爐墻上的蓄熱燃燒系統(tǒng)、以及有助于石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng);其中，爐底、爐墻、爐頂、爐門構(gòu)成爐膛;蓄熱燃燒系統(tǒng)包括有第一蓄熱箱和第二蓄熱箱，第一蓄熱箱和第二蓄熱箱分別通過第一氣體通道和第二氣體通道與爐膛相通;所述非金屬催化劑輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐墻或/和爐頂上、或分為第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)分別設(shè)置在第一氣體通道和第二氣體通道上。
[0008]進(jìn)一步地，所述第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)按程序交替開啟輸入非金屬催化劑;非金屬催化劑隨蓄熱燃燒系統(tǒng)主助燃風(fēng)進(jìn)入爐膛。
[0009]進(jìn)一步地，天燃?xì)夤艿缽膬蓚€蓄熱箱中間位置通入爐膛，以供應(yīng)天然氣;蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間T內(nèi)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵纬蔂t膛內(nèi)富碳源和無氧氣氛，從而構(gòu)成石墨烯的生成環(huán)境。
[0010]進(jìn)一步地，所述的非金屬催化劑為以AL2O3為基底的非金屬催化劑，由催化劑輸入系統(tǒng)送入爐膛。
[0011]進(jìn)一步地，所述的第一氣體通道和第二氣體通道上還設(shè)置有第一輔助燃燒裝置和第二輔助燃燒裝置，設(shè)定時間T內(nèi)開啟將爐膛內(nèi)未燃盡氣體完全燃燒，設(shè)定時間T結(jié)束后關(guān)閉。
[0012]進(jìn)一步地，所述的蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間T后調(diào)整為正常的充分燃盡空氣過剩系數(shù)值，同時關(guān)閉催化劑輸入系統(tǒng)和輔助燃燒裝置。
[0013]本發(fā)明另一技術(shù)方案為:一種自動生成石墨烯的金屬冶煉爐使用方法，其包括兩個階段:
[0014]第一階段生成石墨烯階段，點火后的設(shè)定時間T內(nèi)，非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)將以AL2O3為基底的非金屬催化劑勻速送入爐膛并緩慢地在金屬表面堆積，同時蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵诖呋瘎┍砻媪粲羞m當(dāng)濃度的碳源前驅(qū)氣體、溫度為900-1200°C和無氧的氣氛，碳源前驅(qū)氣體在非金屬催化劑表面分解沉積，當(dāng)后續(xù)送入的非金屬催化劑覆蓋前面催化劑時，由于催化劑堆積在金屬表面，前面的溶有碳原子的催化劑被新的催化劑覆蓋后將熱量傳給金屬而迅速降溫，該催化劑層內(nèi)沉積的碳析出生長成為多層石墨烯并且與外界隔絕;到設(shè)定時間T結(jié)束時，爐膛內(nèi)金屬表面形成一層以非金屬催化劑為基體的富含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層;未燃盡的燃料被輔助燃燒裝置燃盡后排入第一蓄熱箱或第二蓄熱箱；
[0015]第二階段:設(shè)定時間T結(jié)束后，蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)恢復(fù)為正常值，關(guān)閉催化劑輸入系統(tǒng)和輔助燃燒裝置，冶煉爐在含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層的作用下加快金屬吸收熱量的速度，進(jìn)入快速金屬熔煉的加熱和升溫階段、進(jìn)行熔煉。
[0016]相較于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐利用非常低廉的成本，繞開了石墨烯制備、運輸、石墨烯耐火材料制備、投放使用等大量高成本環(huán)節(jié)，直接在金屬冶煉爐生產(chǎn)過程中生成石墨烯并形成高導(dǎo)熱耐火導(dǎo)熱層，導(dǎo)致這種冶煉爐利用熱能的效率顯著提高，排煙溫度降低減少熱量損失、金屬升溫速度加快縮短了燃料燃燒時間，可產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。
【附圖說明】
[0017]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來講，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0018]圖1是本發(fā)明冶煉爐的原理示意圖。
[0019]圖2是沿圖1的A-A剖面示意圖。
[0020]圖3是圖1的時間間隔T后的不意圖。
【具體實施方式】
[0021]本發(fā)明實施例提供了一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其通過極低成本利用新材料石墨烯高導(dǎo)熱率特性加強傳熱，提高金屬吸熱速度，降低能耗。
[0022]本發(fā)明通過采用一種將石墨烯的制備、含石墨烯高導(dǎo)熱材料制造、應(yīng)用等過程合并的新方法，直接利用了工業(yè)爐本身消耗的能源一天然氣作為碳源和制備過程中的能源、創(chuàng)造了一種石墨烯免預(yù)先制備的工業(yè)化應(yīng)用的新方法，總成本極低，開創(chuàng)了一種石墨烯應(yīng)用新領(lǐng)域，在工業(yè)爐中自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性能的技術(shù)，將不可承受的成本變?yōu)榭赡?，而且產(chǎn)生相當(dāng)好的經(jīng)濟(jì)效益。
[0023]為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0024]本發(fā)明的說明書和權(quán)利要求書及上述附圖中的術(shù)語“第一〃、“第二”等是用于區(qū)別類似的對象，而不必用于描述特定的順序或先后次序。應(yīng)該理解這樣使用的術(shù)語在適當(dāng)情況下可以互換，這僅僅是描述本發(fā)明的實施例中對相同屬性的對象在描述時所采用的區(qū)分方式。此外，術(shù)語“包括”和“具有"以及他們的任何變形，意圖在于覆蓋不排他的包含，以便包含一系列單元的過程、方法、系統(tǒng)、產(chǎn)品或設(shè)備不必限于那些單元，而是可包括沒有清楚地列出的或?qū)τ谶@些過程、方法、產(chǎn)品或設(shè)備固有的其它單元。
[0025]以下分別進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0026]本發(fā)明是一種集石墨烯制備和應(yīng)用于一體的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，通過一種將石墨烯的制備、含石墨烯高導(dǎo)熱材料制造、應(yīng)用等過程合并的方法，免除運輸、存儲等環(huán)節(jié)，是一種工業(yè)爐中自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性能，提高金屬熔煉爐的能效的石墨烯工業(yè)化應(yīng)用的方法。
[0027]本發(fā)明的實施例為將有助石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)分為第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)設(shè)置在第一氣體通道和第二氣體通道上、以燃料天然氣(主要成分甲烷CH4)為碳源的實施例。
[0028]如圖1、圖2所示，一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，包括有爐底、爐墻、爐頂、爐門、外掛在爐墻上的蓄熱燃燒系統(tǒng)以及有助于石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng);其中，爐底、爐墻、爐頂、爐門構(gòu)成爐膛I;蓄熱燃燒系統(tǒng)包括有第一蓄熱箱10和第二蓄熱箱12，第一蓄熱箱10和第二蓄熱箱12分別通過第一氣體通道3和第二氣體通道19與爐膛I相通;所述非金屬催化劑輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐墻或/和爐頂上、或分為第一輸入系統(tǒng)5和第二輸入系統(tǒng)17分別設(shè)置在第一氣體通道3和第二氣體通道上19。
[0029]本發(fā)明實施例中，第一氣體通道3和第二氣體通道19上設(shè)置有用于輸入有助于石墨烯生成的非金屬催化劑20的第一輸入系統(tǒng)5和第二輸入系統(tǒng)17，第一輸入系統(tǒng)5和第二輸入系統(tǒng)17按程序交替開啟輸入非金屬催化劑20。非金屬催化劑20隨蓄熱燃燒系統(tǒng)主助燃風(fēng)13進(jìn)入爐膛I。天燃?xì)夤艿?從兩個蓄熱箱中間位置通入爐膛，并通過天燃?xì)夤艿?1供應(yīng)天然氣。蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間(30-240分鐘)T內(nèi)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵纬蔂t膛I內(nèi)富碳源和無氧氣氛，構(gòu)成石墨烯的生成環(huán)境。非金屬催化劑20為以AL2O3為基底的非金屬催化劑，催化劑第一輸入系統(tǒng)5和第二輸入系統(tǒng)17根據(jù)蓄熱燃燒系統(tǒng)的換向頻率切換輪流將非金屬催化劑20送入第一氣體通道3和第二氣體通道19而進(jìn)入爐膛I。第一氣體通道3和第二氣體通道19上還設(shè)置有第一輔助燃燒裝置和第二輔助燃燒裝置，所述第一輔助燃燒裝置包括有第一供風(fēng)系統(tǒng)6和第一點火槍9;所述第二輔助燃燒裝置包括有第二供風(fēng)系統(tǒng)16和第二點火槍14。設(shè)定時間(30-240分鐘)T內(nèi)按程序交替開啟第一輔助燃燒裝置和第二輔助燃燒裝置將爐膛I內(nèi)未燃盡氣體2完全燃燒，設(shè)定時間T結(jié)束后關(guān)閉。
[0030]所述蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間(30-240分鐘)T后調(diào)整為正常的充分燃盡空氣過剩系數(shù)值(大于1.05)，同時關(guān)閉第一氣體通道3和第二氣體通道19上的第一催化劑輸入系統(tǒng)5、第二催化劑輸入系統(tǒng)17和兩個輔助燃燒裝置。
[0031]本發(fā)明另一實施例為一種自動生成石墨烯的金屬冶煉爐使用方法，使用過程分為兩個階段。
[0032]第一階段生成石墨烯階段，點火后的設(shè)定時間(30-240分鐘)T內(nèi)，非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)將以AL2O3為基底的非金屬催化劑勻速送入爐膛并緩慢地在金屬表面堆積，同時蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵诖呋瘎┍砻媪粲羞m當(dāng)濃度的碳源前驅(qū)氣體(即石墨烯生成的含碳可分解的前驅(qū)氣體CH4、C0等)、溫度為900-1200°C和無氧的氣氛，碳源前驅(qū)氣體CH4、C0等在非金屬催化劑表面分解沉積，當(dāng)后續(xù)送入的非金屬催化劑覆蓋前面催化劑時，由于催化劑堆積在金屬表面，前面的溶有碳原子的催化劑被新的催化劑覆蓋后將熱量傳給金屬而迅速降溫，該催化劑層內(nèi)沉積的碳析出生長成為多層石墨烯并且與外界隔絕;到設(shè)定時間T結(jié)束時，爐膛內(nèi)金屬表面形成一層以非金屬催化劑為基體的富含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層;未燃盡的燃料被輔助燃燒裝置燃盡后排入第一蓄熱箱或第二蓄熱箱。
[0033]第二階段:設(shè)定時間T結(jié)束后，蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)恢復(fù)為正常值(多1.05)，關(guān)閉催化劑輸入系統(tǒng)和輔助燃燒裝置，冶煉爐在含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層的作用下加快金屬吸收熱量的速度，進(jìn)入快速金屬熔煉的加熱和升溫階段、進(jìn)行熔煉。
[0034]具體地，生成石墨烯階段，通過程序設(shè)定金屬冶煉爐第一蓄熱箱10排放未燃盡氣體2時，第二蓄熱箱12送主助燃風(fēng)13、第一閥門4關(guān)、第二閥門8開、第三閥門15關(guān)、第四閥門18開、第一點火槍9開、第二點火槍14關(guān);反之，設(shè)定第一蓄熱箱10送主助燃風(fēng)13時，第二蓄熱箱12排放未燃盡氣體2、第一閥門4開、第二閥門8關(guān)、第三閥門15開、第四閥門18關(guān)、第一點火槍9關(guān)、第二點火槍14開；以上兩種狀態(tài)以換向時間(10-300秒)t為間隔切換一次。點火時，假設(shè)通過第一蓄熱箱10排出未燃盡氣體2，這時第二蓄熱箱12送主助燃風(fēng)13、第一閥門4關(guān)停止送入催化劑20、第二閥門8開第一供風(fēng)系統(tǒng)6供燃盡風(fēng)7、第三閥門15關(guān)第二供風(fēng)系統(tǒng)16停供燃盡風(fēng)7、第四閥門18開第二催化劑輸入系統(tǒng)17送入以AL2O3為基底的非金屬催化劑20、點火槍9開點燃未燃盡氣體2、點火槍14關(guān);這時主助燃風(fēng)13通過第二氣體通道19進(jìn)入爐膛I時，將第二催化劑輸入系統(tǒng)17送入第二氣體通道19的非金屬催化劑20帶入爐膛I，主助燃風(fēng)13進(jìn)入爐膛I后與過量天然氣產(chǎn)生不充分燃燒反應(yīng)形成900.1200X、含碳源氣體即石墨烯前驅(qū)氣體CH4、C0等的氣氛，非金屬催化劑20被主助燃風(fēng)13帶人爐膛I后形成正在堆積的催化劑層23，這時碳源氣體在催化劑層23上分解成碳并沉積在催化劑中；未燃盡氣體2通過第一氣體通道3流向第一蓄熱箱10的過程中，與燃盡風(fēng)7混合并由第一點火槍9點燃完全燃盡后進(jìn)入第一蓄熱箱10。時間間隔t后，系統(tǒng)切換，通過第二蓄熱箱12排出未燃盡氣體2，這時第一蓄熱箱10送主助燃風(fēng)13、第一閥門4開第一催化劑輸入系統(tǒng)5送入以AL2O3為基底的非金屬催化劑20、第二閥門8關(guān)停供燃盡風(fēng)7、第三閥門15開第二供風(fēng)系統(tǒng)16開始供燃盡風(fēng)
7、第四閥門18關(guān)停止第二催化劑輸入系統(tǒng)17送入非金屬催化劑20、點火槍9關(guān)、點火槍14開點燃未燃盡氣體2;這時主助燃風(fēng)13通過第一氣體通道3進(jìn)入爐膛I時，將第一催化劑輸入系統(tǒng)5送入第一氣體通道3的非金屬催化劑20帶入爐膛I，主助燃風(fēng)13進(jìn)入爐膛I后與過量天然氣產(chǎn)生不充分燃燒反應(yīng)形成900-1200X、含碳源氣體即石墨烯前驅(qū)氣體CH4、C0等的氣氛，非金屬催化劑20被主助燃風(fēng)13帶入爐膛I后形成正在堆積的催化劑層23，這時碳源氣體在催化劑層23上分解成碳并沉積在催化劑中；未燃盡氣體2通過第二氣體通道19流向第二蓄熱箱12的過程中，與燃盡風(fēng)7混合并由第二點火槍14點燃完全燃盡后進(jìn)入第二蓄熱箱12。
[0035]以上過程以時間t為間隔不斷循環(huán)，這樣，正在堆積的催化劑層23中后續(xù)送入的非金屬催化劑20覆蓋在前面的催化劑上后，由于催化劑堆積在金屬表面，前面的溶有碳原子的催化劑將熱量傳給金屬后迅速降溫，從900-1200X降低到300—600°C，正在堆積的催化劑層23內(nèi)前面的溶有碳原子的催化劑沉積的碳析出生長成為多層石墨烯并且與外界隔絕；正在堆積的催化劑層23堆積完成后形成高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層24。到設(shè)定時間T結(jié)束時，爐膛內(nèi)金屬表面全部形成一層以非金屬催化劑為基體的富含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層24。
[0036]第二階段:到達(dá)設(shè)定時間T時，高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層24完全形成，蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)由系統(tǒng)設(shè)定恢復(fù)為正常值(多1.05)，關(guān)閉第一氣體通道3和第二氣體通道19上的第一和第二催化劑輸入系統(tǒng)和第一和第二輔助燃燒裝置，進(jìn)入快速加熱和升溫金屬、完成熔煉任務(wù)階段。
[0037]本發(fā)明自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐生產(chǎn)的第一階段以很低成本的方式形成了一層高導(dǎo)熱率耐火材料層，熔煉爐進(jìn)入第二階段后加快了金屬熔煉過程中金屬升溫和熔化速度，被加熱金屬的熱傳遞強度提高到兩倍以上至數(shù)十倍，提高了熱能利用率，直接導(dǎo)致排煙溫度降低減少了熱量損失、金屬升溫速度加快縮短了燃料燃燒時間，產(chǎn)生明顯的節(jié)能效果。
[0038]本發(fā)明另一實施例將有助石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐墻上，本發(fā)明又一個實施例為將有助石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐頂上。這兩個實施例中，在設(shè)定時間T內(nèi)當(dāng)系統(tǒng)按時間間隔t循環(huán)運行時，催化劑的輸入系統(tǒng)不做開啟與停止動作，連續(xù)地送入非金屬催化劑20進(jìn)入爐膛I。
[0039]綜上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制;盡管參照上述實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解:其依然可以對上述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換;而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。
【主權(quán)項】
1.一種自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，包括有爐底、爐墻、爐頂、爐門、以及外掛在爐墻上的蓄熱燃燒系統(tǒng)，其特征在于:還包括有助于石墨烯生成的非金屬催化劑的輸入系統(tǒng);其中，爐底、爐墻、爐頂、爐門構(gòu)成爐膛；蓄熱燃燒系統(tǒng)包括有第一蓄熱箱和第二蓄熱箱，第一蓄熱箱和第二蓄熱箱分別通過第一氣體通道和第二氣體通道與爐膛相通；所述非金屬催化劑輸入系統(tǒng)設(shè)置在爐墻或/和爐頂上、或分為第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)分別設(shè)置在第一氣體通道和第二氣體通道上。2.如權(quán)利要求1所述的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其特征在于:所述第一輸入系統(tǒng)和第二輸入系統(tǒng)按程序交替開啟輸入非金屬催化劑;非金屬催化劑隨蓄熱燃燒系統(tǒng)主助燃風(fēng)進(jìn)入爐膛。3.如權(quán)利要求1所述的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其特征在于:天燃?xì)夤艿缽膬蓚€蓄熱箱中間位置通入爐膛，以供應(yīng)天然氣；蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間T內(nèi)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵纬蔂t膛內(nèi)富碳源和無氧氣氛，從而構(gòu)成石墨烯的生成環(huán)境。4.如權(quán)利要求1-3中任何一項所述的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其特征在于:所述的非金屬催化劑為以AL2O3為基底的非金屬催化劑，由催化劑輸入系統(tǒng)送入爐膛。5.如權(quán)利要求4所述的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其特征在于:所述的第一氣體通道和第二氣體通道上還設(shè)置有第一輔助燃燒裝置和第二輔助燃燒裝置，設(shè)定時間T內(nèi)開啟將爐膛內(nèi)未燃盡氣體完全燃燒，設(shè)定時間T結(jié)束后關(guān)閉。6.如權(quán)利要求4所述的自生石墨烯并利用其高導(dǎo)熱性的金屬冶煉爐，其特征在于:所述的蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)在點火后的設(shè)定時間T后調(diào)整為正常的充分燃盡空氣過剩系數(shù)值，同時關(guān)閉催化劑輸入系統(tǒng)和輔助燃燒裝置。7.—種自動生成石墨烯的金屬冶煉爐使用方法，其包括兩個階段: 第一階段生成石墨烯階段，點火后的設(shè)定時間T內(nèi)，非金屬催化劑的輸入系統(tǒng)將以AL2O3為基底的非金屬催化劑勻速送入爐膛并緩慢地在金屬表面堆積，同時蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)為0.7-0.95，天燃?xì)獠怀浞秩紵诖呋瘎┍砻媪粲羞m當(dāng)濃度的碳源前驅(qū)氣體、溫度為900-1200°C和無氧的氣氛，碳源前驅(qū)氣體在非金屬催化劑表面分解沉積，當(dāng)后續(xù)送入的非金屬催化劑覆蓋前面催化劑時，由于催化劑堆積在金屬表面，前面的溶有碳原子的催化劑被新的催化劑覆蓋后將熱量傳給金屬而迅速降溫，該催化劑層內(nèi)沉積的碳析出生長成為多層石墨烯并且與外界隔絕;到設(shè)定時間T結(jié)束時，爐膛內(nèi)金屬表面形成一層以非金屬催化劑為基體的富含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層;未燃盡的燃料被輔助燃燒裝置燃盡后排入第一蓄熱箱或第二蓄熱箱； 第二階段:設(shè)定時間T結(jié)束后，蓄熱燃燒系統(tǒng)的空氣過剩系數(shù)恢復(fù)為正常值，關(guān)閉催化劑輸入系統(tǒng)和輔助燃燒裝置，冶煉爐在含石墨烯的高導(dǎo)熱率復(fù)合耐火材料導(dǎo)熱層的作用下加快金屬吸收熱量的速度，進(jìn)入快速金屬熔煉的加熱和升溫階段、進(jìn)行熔煉。
【文檔編號】C01B31/04GK105953580SQ201610272347
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年4月27日
【發(fā)明人】鄧長友
【申請人】深圳市龍瑞泰興能源環(huán)境科技有限公司