专利名称：一种适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉，属于真空
冶金设备技术领域。
二背景技术：
在US 2582119和US 2582120中公开了F.哈士吉(Hansgirg)在常压下用碳还原氧化 镁制取金属镁的冶炼设备，该套设备主要包括还原电炉和金属镁粉冷凝器两部分，还 原电炉为竖式结构，混合物料从竖管加入到电炉的坩埚内进行碳热还原，还原温度需 要保持在2000'C左右，产生的镁蒸气和CO的混合气体进入侧面的冷凝器内，冷凝器属 于卧式圆锥体结构，冷凝器上设置有气体喷嘴，大量的天然气经气体压縮机压縮后急 速的喷入冷凝器内，使镁蒸气快速冷凝下来变成金属镁粉。该套冶炼设备还原温度比 较高，耗能较大。该套冶炼设备通过急速注入大量天然气使镁蒸气快速冷凝下来，得 到的基本上是镁的粉状物，镁粉容易自燃爆炸，设备操作的安全性比较差。整套设备 未设置有过滤装置，还原得到的金属镁粉中含有碳黑，不能熔合铸锭，需要进一步蒸 馏提纯。
R.温纳德(Winand)对真空还原系统和金属镁冷凝系统进行了独立设计，其间有 密封连接装置，其他包括了真空抽气系统、连续进出料系统、收尘器、过滤器、CO 燃烧器、储仓等装置。炉子的加热部分为矩形，横切面0.23mX0.46m，高1.5m，内 衬纯镁氧砖，轻质耐火砖隔热。石墨发热体由板状料加工而成，每一根在18O0K时功 率为12kW，用4根装在料内，第5根在料面上，以防止在冷凝器进口处发生凝结和逆 反应。用罗茨泵和旋转活塞泵的串联组合抽真空，分别在罗茨泵进口处和金属镁冷凝 器内安装有真空计测压。实验实行连续操作方式,规模按20kg/h进料(其中Mg 3kg/h)， 排渣10kg/h。用一般的菱镁矿与冶金焦粉反应时，因烧结而引起过滤器的阻塞，当用
更纯的菱镁矿与冶金焦粉反应时没有发生烧结阻塞问题，也用煅烧白云石试过。
昆明理工大学真空冶金及材料研究所的钟胜博士对白云石的真空热分解及氧化镁
的真空碳热还原进行了初步研究,实验虽然得到了金属镁，由于还原设备和冷凝器存在
一些缺陷，结果得到的金属镁量比较少，呈粉末状，易自燃爆炸，不能有效收集。该
所的李志华博士后来通过研制新的设备，对真空碳热还原氧化镁进行了更多的工作(我
国的专利号ZL2005 10011049.8):真空还原系统和冷凝金属镁系统设计在同一个装置内，石墨坩埚可装物料ioo克，石墨发热体采用横向切口形式，保温炉衬采用高铝质
耐火纤维棉厚壁与石墨隔热反射屏相结合的方式，采用W-3Re/W-25Re热电偶进行测温，
采用2X-8型旋片式真空泵抽真空，用旋转式麦氏真空计(0 650Pa)测量炉内压强。实
验采用氧化镁或白云石等为原料，煤炭作还原剂，5 45Pa真空条件下，完成焦结、
还原、冷凝过程，控制焦结温度在50(TC 80(TC，时间30 60min,还原温度在1300
'C 1600'C，冷凝温度60(TC 80(TC，获得纯度达到94%的结晶金属镁块。李志华博
士虽然取得了一些进展，但是炉型较小，投加的物料和得到的产物均比较少，其冷凝
器由于结构设计上的一些缺陷，镁蒸汽不能全部进入冷凝器内冷凝，影响了金属镁的
收集率。
三、i).明内容
本实用新型的目的是设计一种适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉。 该炉有独立的真空还原系统和金属镁冷凝系统，两系统之间有真空密封的管道连接， 真空还原系统的温度可以达到1400'C，金属镁冷凝系统的温度可^达到65(TC,该炉使 用电作为热源，采用圆筒竖式切口形状的石墨发热体,该炉设计有更大容积的石墨坩 埚，可以盛装公斤级的反应物料。该炉配有相应的电气控制系统和真空抽气系统，在 冷态下，该炉的真空度可稳定在30Pa左右，经2个小时左右的升温，炉温可达到1400 。C。
图l是本实用新型的组成结构图，其包括炉子顶盖l,水冷套2，碳毡保温炉衬3， 石墨隔热反射屏4，炉子外壳5，隔热耐火砖6,炉子底座7，石墨发热体和发热体底座 8,橡胶密封垫圈9，水冷铜电极IO，胶木绝缘套ll,石墨螺栓12，石墨坩锅13,碳材 料过滤筛14,石墨套管冷凝器15，真空抽气连接管道16，碳毡过滤器17，热电偶组合 18。炉子顶盖l、炉子外壳5和炉子底座7,使用不锈钢材料制作，均设计有独立的水 冷套2，其外层壁厚为5mm，内层壁厚为8mm，通过法兰用螺栓连接，连接处有橡胶 密封圈进行真空密封,人炉子的保温炉衬分上部、侧面、底部三个部分，上部使用30mm 厚的碳毡3保温炉衬，侧面的保温炉衬采用碳毡厚壁和石墨隔热反射屏4相结合的 方式，底部除了铺垫20mm厚的碳毡保温炉衬外，在碳毡保温炉衬上还放置了30mm厚 度的隔热耐火砖6，炉子发热体和底座8使用石墨材料制作，发热体设计成筒型竖切 口的形状,水冷铜电极10通过石墨螺栓12与发热体底座8连接，水冷铜电极10 和炉子底座7的连接处设置橡胶密封垫圈9并使用胶木绝缘套11 ,炉内坩锅13顶 部设计有一个石墨盖，侧面开了一个直径50mm的孔，该孔与作为金属镁冷凝器的石墨 套管15相连，在坩锅13和石墨套管15连接处设计了一个用石墨材料制作的过滤筛14，该过滤筛的孔径为2mm，在石墨套管15的尾端放置了10mm厚的碳毡17。
从炉子的运行情况来看，炉子的保温效果良好，热散失比较少，炉子发热体和底座 使用石墨材料制作，具有导电性能好、使用寿命长、耐高温等特点，供电系统输入的 电流先由水冷铜电极传导给发热体的底座，然后经发热体底座再传导给石墨发热体， 最后在石墨发热体上电能转化成热能，使炉温得到升高，为了保证炉内的真空度，坩 锅顶部设计有一个石墨盖，侧面开了一个直径50mm的？L该孔与作为金属镁冷凝器的 石墨套管15相连，这样碳热还原氧化镁(或镁矿石)产生的镁蒸汽不会到处乱跑，只 会沿着小孔全部进入石墨套管内15冷凝成结晶块状镁团，这样提高了金属镁的收集 率，石墨套管是热的良导体，不需要外部加热就可以保证镁蒸汽冷凝成结晶块状镁， 当冷凝温度在65(TC左右时，镁蒸汽才可能冷凝成结晶块状，而不是镁粉，从而有效防-止镁粉的自燃和爆炸，提高操作的安全性。 与现有技术相比具有的优点及积极效果
(1) 本实用新型真空度和工作温度可以达到碳热还原氧化镁(或镁矿石)的要 求，炉子冷态真空度稳定在30Pa左右，经2小时左右升温，炉温可达140(TC。
(2) 本实用新型坩锅使用普通石墨材料，炉子外壳使用一般不锈钢材料，炉子 制造成本低。
(3) 本实用新型可以大大降低碳热还原氧化镁(或镁矿石)的反应温度，不仅 降低了能耗，而且可以延长炉子的使用寿命。其属于真空密闭容器，使用过程中不会 发生反应气体(主要是C02、镁蒸汽、CO)的无组织排放，对大气环境的影响很小。 反应产生的镁蒸汽进入冷凝器内，并最终生成结晶块状镁团，而不是镁粉，提高了操 作环境的安全性。
四、
图1是本实用新型的组成结构图，其中1为炉子顶盖,2为水冷套，3为 碳毡保温炉衬，4为石墨隔热反射屏，5为炉子外壳，6为隔热耐火砖，7为炉子底座,8为石 墨发热体和发热体底座,9为橡胶密封垫圈，IO为水冷铜电极，ll为胶木绝缘套，12为石 墨螺栓，13为石墨坩锅，14为碳材料过滤筛，15为石墨套管冷凝器，16为真空抽气连接管 道，17为碳毡过滤器，18为热电偶组合。
五具体实施方式
实施例如图l所示的结构，其包括炉子顶盖l,水冷套2，碳毡保温炉衬3,石墨 隔热反射屏4,炉子外壳5，隔热耐火砖6,炉子底座7，石墨发热体和发热体底座8， 橡胶密封垫圈9，水冷铜电极IO，胶木绝缘套ll，石墨螺栓12，石墨柑锅13，碳材料 过滤筛14,石墨套管冷凝器15,真空抽气连接管道16，碳毡过滤器17,热电偶组合18。炉子顶盖1、炉子外壳5、炉子底座7均使用不锈钢材料制作，均设计有独立的 水冷套2为外层壁厚为5mm，内层壁厚为8mm，通过法兰用螺栓连接，连接处有橡胶 密封圈进行真空密封,人炉子的保温炉衬分上部、侧面、底部三个部分，上部使用30mm 厚的碳毡3保温炉衬，侧面的保温炉衬采用碳毡厚壁和石墨隔热反射屏4相结合的方式， 底部除了铺垫20mm厚的碳毡保温炉衬外，在碳毡保温炉衬上还放置了30mm厚度的隔 热耐火砖6，炉子发热体和底座8使用石墨材料制作，发热体设计成筒型竖切口的形 状，水冷铜电极10通过石墨螺栓12与发热体底座8连接，水冷铜电极10和炉子底座7 的连接处设置橡胶密封垫圈9并使用胶木绝缘套ll,炉内坩锅13顶部设计有一个石 墨盖，侧面开了一个直径50mm的孔，该孔与作为金属镁冷凝器的石墨套管15相连， 在坩锅13和石墨套管15连接处设计了一个用石墨材料制作的过滤筛14 ，该过滤 筛的孔径为2mm,在石墨套管15的尾端放置了10mm厚的碳毡17。 具体设计参数
1、 炉子总结构尺寸①432X448mm，外壳使用普通不锈钢材料制作；
2、 坩锅结构尺寸①180X215mm，使用普通石墨材料制作， 一次最多可装物料
2kg;
3、 发热体电阻为0.072Q，结构设计为筒型竖切口的形状，使用高功率石墨材 料制作，电阻率不大于7u Q*m;
4、 金属镁冷凝器圆筒状，内筒直径30mm，外筒直径50mm，长380mm,使 用普通石墨材料制做；
5、 最大电功率22KW;
6、 炉子真空度冷态真空度为30Pa;
7、 炉子正常工作温度1400'C。
权利要求1、一种适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉，其特征在于其包括炉子顶盖(1)，水冷套(2)，碳毡保温炉衬(3)，石墨隔热反射屏(4)，炉子外壳(5)，隔热耐火砖(6)，炉子底座(7)，石墨发热体和发热体底座(8)，橡胶密封垫圈(9)，水冷铜电极(10)，胶木绝缘套(11)，石墨螺栓(12)，石墨坩锅(13)，碳材料过滤筛(14)，石墨套管冷凝器(15)，真空抽气连接管道(16)，碳毡过滤器(17)，热电偶组合(18)，炉子顶盖(1)、炉子外壳(5)和炉子底座(7)均使用不锈钢材料制作，均设计有独立的水冷套(2)，其外层壁厚为5mm，内层壁厚为8mm，通过法兰用螺栓连接，连接处有橡胶密封圈进行真空密封，人炉子的保温炉衬分上部、侧面和底部三个部分，上部使用30mm厚的碳毡(3)保温炉衬，侧面的保温炉衬采用碳毡厚壁和石墨隔热反射屏(4)相结合的方式，底部除了铺垫20mm厚的碳毡保温炉衬外，在碳毡保温炉衬上还放置了30mm厚度的隔热耐火砖(6)，炉子发热体和底座(8)使用石墨材料制作，发热体设计成筒型竖切口的形状，水冷铜电极(10)通过石墨螺栓(12)与发热体底座(8)连接，水冷铜电极(10)和炉子底座(7)的连接处设置橡胶密封垫圈(9)并使用胶木绝缘套(11)，炉内坩锅(13)顶部设计有一个石墨盖，侧面开了一个直径50mm的孔，该孔与作为金属镁冷凝器的石墨套管(15)相连，在坩锅(13)和石墨套管(15)连接处设计了一个用石墨材料制作的过滤筛(14)，该过滤筛的孔径为2mm，在石墨套管(15)的尾端放置了10mm厚的碳毡(17)。
2、 根据权利要求1所述的适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉，其 特征在于炉子总结构尺寸为0432X448mm，外壳使用普通不锈钢材料制作，坩锅 结构尺寸为O180X215mm，使用石墨材料制作，发热体为电阻0.072Q ，结构设计为 筒型竖切口的形状，使用石墨材料制作，电阻率不大于7pQ，m，金属镁冷凝器为圆 筒状，内筒直径30mm，外筒直径50mm，长380mm，使用石墨材料制做，最大电功 率为22KW。
专利摘要本实用新型的涉及一种适用于碳热还原氧化镁制取金属镁的真空冶金炉，包括炉子顶盖，水冷套，碳毡保温炉衬，石墨隔热反射屏，炉子外壳，炉子底座，石墨发热体和发热体底座，水冷铜电极，石墨坩锅，碳材料过滤筛，石墨套管冷凝器等部分。该炉有独立的真空还原系统和金属镁冷凝系统，两系统之间有真空密封的管道连接，金属镁冷凝系统的温度可以达到650℃左右，该炉使用电作为热源，采用圆筒竖式切口形状的石墨发热体，该炉设计有更大容积的石墨坩埚，可以盛装公斤级的反应物料。该炉配有相应的电气控制系统和真空抽气系统，在冷态下，该炉的真空度可稳定在30Pa左右，经2个小时左右的升温，炉温可达到1400℃。
文档编号C22B5/02GK201292397SQ200820081769
公开日2009年8月19日 申请日期2008年10月16日 优先权日2008年10月16日
发明者刘大春, 刘永成, 刘红湘, 周小奎, 徐宝强, 戴永年, 涛 曲, 李一夫, 斌 杨, 骏 杨, 汪镜福, 林 王, 阳 田, 蒋文龙, 郁青春, 马文会 申请人:昆明理工大学