專利名稱：一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及熱還原煉鎂，特別是涉及真空冶金煉鎂的半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐。
背景技術(shù)：
金屬鎂由于其優(yōu)良的物理性能和機械加工性能，使用量正在不斷增大，其應(yīng)用領(lǐng)域也正在不斷拓寬。從發(fā)現(xiàn)金屬鎂至今200年的時間里，鎂工業(yè)得到了快速發(fā)展，鎂以“時代金屬”的角色出現(xiàn)在冶金材料的舞臺上，成為有色金屬的佼佼者，現(xiàn)鎂已經(jīng)成為繼銅、鋁、 鉛、鋅之后的第五大有色金屬。加上鎂資源特別豐富，因此金屬鎂已成為21世紀最有前途的輕量化材料和綠色金屬工程材料。目前，世界各國鎂工業(yè)中的主要生產(chǎn)方法可分為兩類一類是熔鹽電解法，另一類是熱還原法(硅熱法、碳熱法、碳化物熱法)。熱還原煉鎂中只有皮江法在工業(yè)上實際應(yīng)用， 以硅鐵為還原劑，在一定真空度和溫度下，將煅燒過的白云石或菱鎂礦進行硅熱還原，最后冷凝得到金屬鎂。該方法的缺點主要是還原劑硅鐵比較貴，還原罐需使用特殊合金鋼制作， 價格昂貴，而且受材料的限制，其尺寸不能過大，作業(yè)溫度不能過高，使用壽命比較短。熔融鹽電解以氯化鎂為原料，在氯化鎂熔融狀態(tài)下通入直流電進行電解，陰極得到金屬鎂，陽極放出氯氣。該方法的缺點主要是要求鎂的氯化物不含水，陰極放出的是氯氣，對環(huán)境污染較大，而且設(shè)備投資大，能耗也高。目前，國內(nèi)有很多研究人員針對皮江法煉鎂的設(shè)備進行了改造，其中包括寧夏惠冶鎂業(yè)有限公司的吳振榮設(shè)計的聯(lián)體分倉式煉鎂還原爐(專利號ZL 02^3616. 5)，該還原爐的特征是將還原爐分為數(shù)個單獨單元，這樣可以對每個單元進行單獨裝料、加熱和出料，且每個單元互不影響。遼寧省民興礦業(yè)有限公司的王恩民設(shè)計了一種垂立型煉鎂還原爐(專利號ZL 992508M.X)，其特征在于在爐體的上部有一個燃燒室，下部有四個主燃燒室及四個排煙道，還原罐為垂立式，在上部四個結(jié)晶冷卻水套中設(shè)置四個鎂結(jié)晶器。寧夏華源冶金實業(yè)有限公司的辛衛(wèi)亞設(shè)計了一種高效節(jié)能環(huán)保型金屬鎂還原爐(專利號 ZL200620119522.4)，該還原爐設(shè)計了蓄熱室，降低了能耗。陜西西科博爾科技有限責任公司的王曉剛設(shè)計了內(nèi)熱式-多熱源-電熱法金屬鎂還原爐(專利號ZL200620136021. 7)， 該爐體內(nèi)設(shè)有反應(yīng)倉和熱渣倉，爐體進料口上部設(shè)有進料、貯料倉，該爐便于自動化操作。 北京勝亞恒源熱能技術(shù)開發(fā)有限公司的辛衛(wèi)亞設(shè)計了一種內(nèi)置加熱管鎂還原爐(申請?zhí)?200610091061. 9)，該爐的特征在于在爐膛內(nèi)裝有加熱管，依靠煤氣燃燒在加熱管里產(chǎn)生的熱量，通過熱輻射和熱傳導將熱量傳給置于爐體內(nèi)的被加熱的原料。除了上述的幾種鎂還原爐外，還有很多改進的方法，主要是針對加熱系統(tǒng)進行的改造，對冷凝系統(tǒng)改造的較少， 而且基本上都是間斷生產(chǎn)的半開放體系，生產(chǎn)效率低，環(huán)境污染大。綜上所述，相比于其他研究者所發(fā)明的真空爐，使用本研發(fā)的真空冶金爐進行碳熱或硅熱還原氧化鎂(或含鎂礦石)制取金屬鎂具有流程短、節(jié)能、環(huán)保、生產(chǎn)成本低等特點。使用本研發(fā)的真空冶金爐進行碳熱或硅熱還原氧化鎂(或含鎂礦石)制取金屬鎂可以得到結(jié)晶塊狀鎂團，提高了操作的安全性。該真空爐坩堝容量更大，并且采用半連續(xù)進出料，提高了生產(chǎn)效率，可直接擴大，應(yīng)用于金屬鎂的工業(yè)化生產(chǎn)。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的是設(shè)計一種能夠半連續(xù)進出料，適合皮江法和碳熱還原法煉鎂工藝的真空冶金設(shè)備，取代皮江法傳統(tǒng)的間斷式的還原罐工藝，提高熱效率，提高產(chǎn)量，降低能耗，降低污染以及設(shè)備損耗。本實用新型半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐結(jié)構(gòu)是由半連續(xù)加料系統(tǒng)、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)、鎂錠澆注系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成，具體包括半連續(xù)進料系統(tǒng)(1)，還原爐爐蓋O)，還原爐體(3)，保溫材料，坩堝(5)，感應(yīng)線圈(6)，半連續(xù)出渣系統(tǒng)(7)，卸渣室(8)，旋轉(zhuǎn)裝置(9)，氣體傳輸管道(10)，鎂蒸氣冷凝室(11)，鎂蒸氣冷卻系統(tǒng)(12)，水冷套(13)，鎂液控制閥(15)，澆注室(16)，真空泵(17)，還原爐體(3)上端為半連續(xù)進料系統(tǒng)(1)，下方為出渣系統(tǒng)(7)，在坩堝上方連接氣體傳輸管道(10)，坩堝正上方為坩堝上端密封裝置，在進行反應(yīng)時，該裝置處于封閉狀態(tài)，進行加料時，該裝置抬起并旋轉(zhuǎn)打開；坩堝下方為出渣系統(tǒng)(7)，設(shè)有閘閥和卸渣室；氣體傳輸管道(10)—端連接鎂還原坩堝(5)，另一端連接鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)(1 ；鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)上端接有真空泵(17)，在抽氣孔下端設(shè)有冷凝室(11)，澆注室(16)設(shè)有控制閥。所述還原爐體(3)中安裝有石墨坩堝(5)和感應(yīng)線圈(6)，還原爐體(3)用不銹鋼板焊接而成，成圓柱形，爐膛內(nèi)抽真空，爐體開側(cè)門。將反應(yīng)容器和鎂蒸氣收集器分離。反應(yīng)器中加熱方式除采用感應(yīng)加熱外還可以采用真空電阻加熱。本實用新型采用真空感應(yīng)加熱，可以在較短時間內(nèi)使反應(yīng)物料加熱到實際反應(yīng)溫度，且該發(fā)明為半連續(xù)操作，相比于傳統(tǒng)的皮江法而言，其還原坩堝內(nèi)溫度一直處于反應(yīng)發(fā)生溫度，而皮江法每次還原罐進入都是處于冷態(tài)，需要重新加熱，所以該發(fā)明相對于皮江法在熱效率方面有著較大的改善。實現(xiàn)了進料，出渣，澆注鎂錠的半連續(xù)生產(chǎn)。將反應(yīng)容器和鎂蒸氣收集器分離。反應(yīng)器中加熱方式除了感應(yīng)加熱，也可采用真空電阻加熱。本實用新型單獨設(shè)計了鎂冷凝室，使氣態(tài)鎂冷凝為液態(tài)并澆注成錠，避免了金屬鎂粉的生成，使生產(chǎn)操作更為安全。

圖1是本實用新型還原爐和還原罐結(jié)構(gòu)示意圖。圖中1-半連續(xù)進料系統(tǒng)；2-還原爐爐蓋；3-還原爐體；4-保溫材料；5-坩堝； 6-感應(yīng)線圈；7-出渣系統(tǒng)；8-卸渣室；9-旋轉(zhuǎn)裝置；10-氣體傳輸管道；11-鎂蒸氣冷凝室； 12-鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)；13-水冷套；14-保溫材料；15-鎂液控制閥；16-鎂澆注室；17-真空系統(tǒng)。
具體實施方式
本實用新型的半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，其特征是還原爐包括半連續(xù)進料系統(tǒng)1，還原爐體3，半連續(xù)出渣系統(tǒng)7，鎂蒸氣冷卻系統(tǒng)12，半連續(xù)鎂澆注系統(tǒng)16等五大系統(tǒng)。爐體3用不銹鋼板焊接而成，成圓柱形，爐膛內(nèi)抽真空，爐體開側(cè)門，爐體上端為半連續(xù)進料系統(tǒng)1，下方為出渣系統(tǒng)7。爐體中安裝有石墨坩堝5，感應(yīng)線圈6，還原爐內(nèi)采用感應(yīng)加熱，在坩堝上方連接氣體傳輸管道10，坩堝正上方為坩堝上端密封裝置，在進行反應(yīng)時，該裝置處于封閉狀態(tài)，進行加料時，該裝置抬起并旋轉(zhuǎn)打開。坩堝下方為出渣系統(tǒng)7，當渣積累到一定量時，打開下端的閘閥，卸掉一部分渣，以使反應(yīng)物料位于感應(yīng)加熱區(qū)。卸渣完成后， 將閘閥關(guān)閉，破壞卸渣室8的真空，將裝渣小車推出。卸渣完成后，將卸渣小車推入卸渣室 8，并抽真空。氣體傳輸管道10—端連接鎂還原坩堝5，另一端連接鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)12。鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)上端接有真空泵17，在抽氣孔下端設(shè)有冷凝室11，將沒有冷凝下來的鎂蒸氣冷卻下來，避免鎂蒸氣進入真空系統(tǒng)。冷凝下來的鎂蒸氣以液態(tài)鎂的形式流向冷凝罐底部， 當金屬鎂液達到一定量時，打開控制閥，使液態(tài)鎂流入鎂澆注室(16)，澆注成鎂錠。澆注完成后，關(guān)閉控制閥，破壞澆注室真空，將鎂錠取出，然后關(guān)閉澆注室，抽真空，準備下次澆注。實施本實用新型的還原爐和還原罐實例如圖1所示。先將氧化鎂粉(或含鎂礦物)與還原劑(煤炭粉或硅鐵)按照MgO C=I 1.2 物質(zhì)的量的比例混合均勻，用壓球機在80kg/cm2的工作壓力下壓制成直徑為30mm的小球， 裝入半連續(xù)加料系統(tǒng)，然后半連續(xù)進料系統(tǒng)1、反應(yīng)爐體3、鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)12抽真空，當真空度達到20 時，旋開坩堝頂部密封蓋，將物料加入到坩堝內(nèi)，將坩堝頂部密封蓋蓋好。打開中頻電源，給感應(yīng)線圈通電，加熱物料，并監(jiān)測坩堝內(nèi)及爐內(nèi)真空度。反應(yīng)發(fā)生時，坩堝內(nèi)氣壓會上升，鎂蒸氣經(jīng)由鎂蒸氣傳輸管道10流向鎂蒸氣冷凝器12，并在冷凝器中冷凝，通過控制冷凝器的溫度，使鎂蒸氣冷凝為液態(tài)，通過觀察口觀察液面高度，達到一定高度后， 將鎂澆鑄室16抽真空，達到IOOPa以下時，打開下側(cè)的放液閥，將鎂液放入澆注室，澆注成鎂錠，然后關(guān)閉放液閥。當坩堝內(nèi)爐渣達到一定高度時，將卸渣室8抽真空，達到IOOPa以下時，打開卸渣閥，將部分渣卸入到卸渣室內(nèi)，然后關(guān)閉卸渣閥。當坩堝內(nèi)氣體壓力下降到 20Pa左右時，重復上述操作。
權(quán)利要求1.一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，其特征是由半連續(xù)加料系統(tǒng)、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、 出渣系統(tǒng)、鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)、鎂錠澆注系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成，具體包括半連續(xù)進料系統(tǒng) (1)，還原爐爐蓋O)，還原爐體(3)，保溫材料，坩堝(5)，感應(yīng)線圈(6)，半連續(xù)出渣系統(tǒng)(7)，卸渣室(8)，旋轉(zhuǎn)裝置(9)，氣體傳輸管道(10)，鎂蒸氣冷凝室(11)，鎂蒸氣冷卻系統(tǒng) (12)，水冷套(13)，鎂液控制閥(15)，澆注室(16)，真空泵(17)，還原爐體(3)上端為半連續(xù)進料系統(tǒng)(1)，下方為出渣系統(tǒng)(7)，在坩堝上方連接氣體傳輸管道(10)，坩堝正上方為坩堝上端密封裝置，在進行反應(yīng)時，該裝置處于封閉狀態(tài)，進行加料時，該裝置抬起并旋轉(zhuǎn)打開；坩堝下方為出渣系統(tǒng)(7)，設(shè)有閘閥和卸渣室(8)；氣體傳輸管道(10) —端連接鎂還原坩堝(5)，另一端連接鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)(12)；鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)上端接有真空泵(17)，在抽氣孔下端設(shè)有冷凝室(11)，澆注室(16)設(shè)有控制閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，其特征在于所述還原爐體(3)中安裝有石墨坩堝(5)和感應(yīng)線圈(6)，還原爐體(3)用不銹鋼板焊接而成，成圓柱形，爐膛內(nèi)抽真空，爐體開側(cè)門。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，其特征在于將反應(yīng)容器和鎂蒸氣收集器分離。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，反應(yīng)器中加熱方式除采用感應(yīng)加熱外還可以采用真空電阻加熱。
專利摘要本實用新型涉及一種半連續(xù)真空感應(yīng)加熱鎂還原爐，屬于有色金屬生產(chǎn)領(lǐng)域，適用于碳熱法還原金屬鎂及硅熱法還原金屬鎂。還原爐由半連續(xù)加料系統(tǒng)、感應(yīng)加熱系統(tǒng)、出渣系統(tǒng)、鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)、鎂錠澆注系統(tǒng)以及真空系統(tǒng)組成。還原區(qū)域采用真空感應(yīng)加熱，加熱溫度不低于1000℃；鎂蒸氣冷凝系統(tǒng)采用電阻加熱，確保鎂蒸氣不以粉末形式冷凝。還原爐渣從還原罐下部排出，金屬鎂從鎂澆注系統(tǒng)澆注為鎂錠。實現(xiàn)了進料，出渣，澆注鎂錠的半連續(xù)生產(chǎn)。將反應(yīng)容器和鎂蒸氣收集器分離。該還原爐能夠半連續(xù)進出料，適合皮江法和碳熱還原法煉鎂工藝的真空冶金設(shè)備，取代皮江法傳統(tǒng)的間斷式的還原罐工藝，提高熱效率，提高產(chǎn)量，降低能耗，降低污染以及設(shè)備損耗。
文檔編號C22B26/22GK201942729SQ201020655488
公開日2011年8月24日 申請日期2010年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月13日
發(fā)明者劉大春, 劉洪湘, 姚耀春, 徐寶強, 戴永年, 曲濤, 李一夫, 李偉, 楊斌, 楊部正, 熊恒, 田陽, 羅啟, 蔣文龍, 鄧勇, 郁青春, 陳秀敏, 馬文會 申請人:昆明理工大學