本發(fā)明涉及有色金屬冶煉，具體涉及一種內(nèi)熱法真空煉鎂裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、金屬鎂及鎂合金是最輕金屬結(jié)構(gòu)材料，具有高比強(qiáng)度和比剛度、良好的阻尼減振性、高導(dǎo)熱導(dǎo)電性、強(qiáng)電磁屏蔽性、易切削和回收等優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色工程材料”，它在交通工具、電子產(chǎn)品、建筑材料、航空航天等領(lǐng)域都有廣泛的應(yīng)用。

2、金屬鎂冶煉方法可以分兩大類：電解法和熱還原法。電解法以氯化鎂為原料，在電解獲得金屬鎂同時(shí)，副產(chǎn)氯氣，環(huán)保問(wèn)題難以解決，目前全球的金屬鎂產(chǎn)量中只有不到20％采用電解法。

3、熱還原法主要工藝是硅熱還原法，即以硅為還原劑還原氧化鎂，在高溫和真空條件下獲得金屬鎂蒸氣，然后冷凝獲得金屬鎂的工藝。其中，占據(jù)硅熱還原法主流的是皮江法。

4、皮江法實(shí)質(zhì)是在1200℃、高真空(<5kpa)條件下，通過(guò)外部加熱還原罐(還原金屬鎂容器)，用硅鐵(75％s?i)還原煅燒白云石(煅白)煉鎂。因?yàn)榫哂泄に嚵鞒潭毯驮O(shè)備簡(jiǎn)單、生產(chǎn)規(guī)模靈活、以及成品鎂純度高等優(yōu)點(diǎn)，再加上我國(guó)具有豐富的鎂礦白云石資源和固體燃料煤礦資源，使其在我國(guó)得以推廣應(yīng)用。雖然通過(guò)不斷改進(jìn)，皮江法能耗和污染有一定程度的降低，但是也存在一些難以克服的問(wèn)題：

5、1、采用外部加熱，熱量由還原罐外部逐漸傳導(dǎo)到內(nèi)部，熱能利用率低。

6、2、在金屬鎂還原過(guò)程中，為防止還原罐因?yàn)楦邷匮趸透邷厝渥儗?dǎo)致變形(癟肚)和開(kāi)裂，還原罐需要具備高的抗高溫氧化能力和高溫強(qiáng)度，因此還原罐材質(zhì)為高成本的含鎳、鉻等元素的耐熱鋼。即便如此，還原罐使用壽命仍然較短，平均3-4個(gè)月的壽命。

7、3、隨還原罐容積增加，還原罐自重和表面積相應(yīng)增加，還原罐抵抗高溫蠕變的能力降低，使用壽命進(jìn)一步縮短。由于還原罐容積受限，導(dǎo)致原料的裝填量不多/金屬鎂產(chǎn)量不高：目前單個(gè)容器最大裝料量600kg，單個(gè)還原罐一次18小時(shí)產(chǎn)出原鎂90-100公斤。因此皮江法煉鎂工廠占地面積大，現(xiàn)場(chǎng)管理難度大，不容易實(shí)現(xiàn)大規(guī)模生產(chǎn)和機(jī)械化作業(yè)。

8、4、在金屬鎂還原過(guò)程中，原料與還原罐接觸并發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，其產(chǎn)物粘附在還原罐內(nèi)壁，即出現(xiàn)皮江法常見(jiàn)的“粘罐結(jié)釉”的現(xiàn)象。釉質(zhì)物一方面增加了還原罐的熱阻，進(jìn)一步降低熱能利用率；另一方面占據(jù)還原罐內(nèi)部空間，進(jìn)一步降低原料裝填量/鎂產(chǎn)量。為減緩還原罐內(nèi)壁“粘罐結(jié)釉”現(xiàn)象，需要定期通過(guò)人工“捅”或“刮”等方式清除粘結(jié)的釉質(zhì)物，勞動(dòng)強(qiáng)度大，且存在員工燙傷、燒傷的隱患。

9、意大利開(kāi)發(fā)的波爾札諾法屬于內(nèi)熱還原法，是皮江法的改良工藝，所用的原料與皮江法一樣，只是加熱方式從外加熱改為內(nèi)加熱。采用內(nèi)加熱磚體柱狀臥式還原爐，將煅燒白云石和硅鐵混合后壓制成的塊狀物料放置在臥式還原爐內(nèi)的支撐架上，通過(guò)導(dǎo)電支撐架對(duì)物料進(jìn)行加熱。臥式還原爐上部有用于收集氣態(tài)金屬鎂產(chǎn)物的結(jié)晶室。波爾札諾法因?yàn)椴捎昧藘?nèi)加熱，因此提高了熱能利用率，并且采用磚體而非昂貴的耐熱合金鋼還原室，降低了設(shè)備成本。但是，波爾札諾法仍存在物料在還原過(guò)程中發(fā)生粘接導(dǎo)致清除不便的問(wèn)題。中國(guó)專利cn1952191a公開(kāi)了“一種內(nèi)電阻加熱金屬熱還原煉鎂爐及煉鎂方法”，其主要變化是在臥式還原爐下部增加了一個(gè)用于還原渣的接收室，這有利于自動(dòng)移除臥式還原爐內(nèi)的還原渣，但是沒(méi)有解決物料在還原過(guò)程中粘接在加熱體上導(dǎo)致清渣不便的問(wèn)題。中國(guó)專利cn102816938a公開(kāi)了“電熱法煉鎂臥式還原爐”，其主要變化是可以實(shí)現(xiàn)爐內(nèi)物料不與發(fā)熱體接觸，這樣可以避免物料粘接在加熱體上的問(wèn)題，但是不足之處在于結(jié)晶室沒(méi)有設(shè)置在臥式還原爐內(nèi)溫度較低的頂部區(qū)域，而是設(shè)置在爐內(nèi)溫度較高的兩側(cè)區(qū)域，因此存在鎂蒸氣更容易凝結(jié)在臥式還原爐頂部而不是在結(jié)晶室中，導(dǎo)致金屬鎂收得率較低。中國(guó)專利cn00124698.4公開(kāi)了“內(nèi)熱法煉鎂生產(chǎn)工藝及設(shè)備”，它是以燃?xì)鉃槿剂?，通過(guò)布置在反應(yīng)釜內(nèi)與燃燒室相連通的輻射管，加熱由氧化鎂和硅鐵制成的球團(tuán)還原生產(chǎn)金屬鎂。其主要變化是采用氣體能源代替電能，但是無(wú)法解決反應(yīng)釜高溫和高真空條件下因蠕變導(dǎo)致的罐體變形，以及反應(yīng)產(chǎn)物粘附在反應(yīng)釜內(nèi)壁和輻射管壁的“粘罐結(jié)釉”現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種內(nèi)熱法真空煉鎂裝置及方法，旨在至少解決上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)題之一，為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)解決方案如下：

2、一種內(nèi)熱法真空煉鎂裝置，包括：

3、臥式還原爐，臥式還原爐左端設(shè)有可開(kāi)閉的拱形爐門，臥式還原爐右端設(shè)有可拆卸的拱形密封蓋，固定設(shè)置于臥式還原爐內(nèi)腔底部的平面鋼板上固定設(shè)置有還原室和臺(tái)車軌道，臺(tái)車軌道位于還原室內(nèi)，還原室由耐火磚砌成，且垂直于臥式還原爐軸線方向的截面形狀為∏字形，還原室靠近拱形爐門的一側(cè)敞開(kāi)，還原室靠近拱形密封蓋的一側(cè)封閉，拱形密封蓋中心插接有延伸至還原室內(nèi)的耐熱鋼管，耐熱鋼管內(nèi)壁貼合有耐火內(nèi)襯，還原室兩側(cè)內(nèi)壁表面布置多根電加熱元件；

4、臺(tái)車機(jī)構(gòu)，臺(tái)車機(jī)構(gòu)包括底板，底板頂部設(shè)置有牽引軌道和牽引裝置，底板底部設(shè)置有驅(qū)動(dòng)底板升降的升降裝置，臺(tái)車機(jī)構(gòu)還包括耐熱基板，耐熱基板底部安裝有若干滾輪，耐熱基板頂部間隔設(shè)置有多層物料托盤，耐熱基板一端設(shè)置有豎直的邊板，邊板靠近牽引軌道的一側(cè)設(shè)置有保溫層；

5、結(jié)晶室，結(jié)晶室包括主管道及若干連接于主管道兩側(cè)的結(jié)晶器，主管道左端口連通耐熱鋼管，主管道右端口連接臥式還原爐外的真空、除塵和進(jìn)氣設(shè)備。

6、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：臥式還原爐內(nèi)壁與還原室外壁之間的空間內(nèi)填充有保溫棉。

7、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：平面鋼板與臥式還原爐中心軸線之間的垂直距離為臥式還原爐內(nèi)半徑的0.6-0.8倍。

8、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：臥式還原爐左端外周固定套設(shè)有左法蘭，左法蘭靠近拱形爐門的側(cè)面設(shè)置有左密封圈，拱形爐門邊緣固定套設(shè)有爐門法蘭，爐門法蘭與左法蘭相匹配；

9、臥式還原爐右端外周固定套設(shè)有右法蘭，右法蘭靠近拱形密封蓋的側(cè)面設(shè)置有右密封圈，拱形密封蓋邊緣固定套設(shè)有密封蓋法蘭，密封蓋法蘭與右法蘭相匹配。

10、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：耐熱基板包括從下至上依次設(shè)置的底層耐熱鋼板、中層耐火層及多張上層耐熱鋼板。

11、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：邊板靠近牽引軌道的一側(cè)設(shè)置有保溫層。

12、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：結(jié)晶器包括冷卻室和結(jié)晶桶，冷卻室一端與主管道內(nèi)部連通，結(jié)晶桶的開(kāi)口端可拆卸的密封插接于冷卻室遠(yuǎn)離主管道的一端。

13、以及，一種內(nèi)熱法真空煉鎂方法,包括：

14、s1，將原料制成蜂窩狀方塊物料；

15、s2，方塊物料均勻的放置在物料托盤上，載料的物料托盤依次疊放于臺(tái)車機(jī)構(gòu)的耐熱基板上，物料托盤間留出供鎂蒸氣逸出的間隙；

16、s3，打開(kāi)拱形爐門，升降裝置驅(qū)動(dòng)底板上升，直至牽引軌道與臥式還原爐內(nèi)的臺(tái)車軌道齊平，在牽引裝置作用下驅(qū)動(dòng)疊放有物料托盤的耐熱基板進(jìn)入還原室內(nèi)，在還原室內(nèi)形成密閉空間后，關(guān)閉拱形爐門；

17、s4，通過(guò)外部設(shè)備將還原室內(nèi)部空氣壓力抽至小于10pa，并接通結(jié)晶器的循環(huán)冷卻水，接通還原室內(nèi)部的電阻加熱元件的電源，還原室內(nèi)部溫度達(dá)到1200℃，方塊物料開(kāi)始發(fā)生還原反應(yīng)并持續(xù)產(chǎn)出鎂蒸氣，鎂蒸氣被結(jié)晶器捕捉冷凝成固態(tài)金屬鎂；

18、s5，物料還原反應(yīng)結(jié)束，待臥式還原爐的內(nèi)外氣壓達(dá)到平衡時(shí)，即可取出結(jié)晶器獲得固態(tài)金屬鎂，打開(kāi)拱形爐門，疊放有物料托盤的耐熱基板退到臥式還原爐外，關(guān)閉拱形爐門；

19、s6，移除臺(tái)車機(jī)構(gòu)上盛裝鎂還原渣的物料托盤，然后重復(fù)步驟s1-s5，進(jìn)入新一輪的鎂還原工序。

20、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：步驟s1中的原料包括煅燒白云石、硅鐵和螢石。

21、作為本發(fā)明進(jìn)一步的方案：步驟s1中，相鄰物料托盤之間的間隙為50mm。

22、本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明通過(guò)在還原爐內(nèi)設(shè)置耐火磚砌成的還原室，臺(tái)車機(jī)構(gòu)和還原室配合形成真空的密閉空間，還原反應(yīng)是在密閉空間內(nèi)進(jìn)行，使臥式還原爐的外殼長(zhǎng)期處于室溫環(huán)境，即使采用相對(duì)廉價(jià)的鍋爐和壓力容器用鋼板焊接的外殼也能滿足長(zhǎng)期使用需求，從而克服皮江法還原罐成本高且壽命短的缺點(diǎn)；同時(shí)，也克服了皮江法還原罐容積受限導(dǎo)致單罐產(chǎn)量不高的問(wèn)題；在本發(fā)明提供的實(shí)施例中，可實(shí)現(xiàn)單次生產(chǎn)金屬鎂約500公斤，較目前皮江法提升約5倍，并且，還可以通過(guò)擴(kuò)大還原室容積和增加結(jié)晶器數(shù)量的方式進(jìn)一步提高單次金屬鎂產(chǎn)量；

24、本發(fā)明通過(guò)采用真空電加熱的臥式還原爐、及通過(guò)臺(tái)車機(jī)構(gòu)輸送方塊物料，即克服了皮江法的“粘罐結(jié)釉”現(xiàn)象，也更容易實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自動(dòng)化運(yùn)行，從而降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了生產(chǎn)效率；

25、本發(fā)明通過(guò)在臥式還原爐內(nèi)壁與還原室外壁之間的空間內(nèi)填充保溫棉，可有效阻斷還原室內(nèi)熱量以熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射方式散失，從而克服皮江法熱效率不高的缺點(diǎn)；

26、本發(fā)明通過(guò)采用潔凈能源電能作為電加熱元件的加熱能源，尤其是來(lái)自太陽(yáng)能、風(fēng)力發(fā)電的綠電能源，可以克服皮江法以煤氣或天然氣為燃料所產(chǎn)生的大量煙塵和溫室氣體co2污染，是“雙碳”背景下的一種極具生命力的低碳鎂冶煉技術(shù)。