一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置的制作方法

本发明属于真空冶金设备技术领域，具体涉及一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置，可用于热还原法制备镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属的设备。

背景技术：

镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属，可以使用热还原法在真空条件下制备。目前在金属镁生产领域中，广泛使用的还原设备是使用燃气等直接加热由耐热合金制成的还原罐。此法受还原罐结构及材料性能的限制，反应温度低、传热慢、能耗高，并且由于还原罐的氧化等损耗大量消耗昂贵的镍铬合金。

实用新型专利号zl96247592.0中公开了一种感应加热还原炼镁装置，其中公开了一个技术特点，加热过程中使用感应加热使被加热工件自身发热，感应线圈及电源均处于冷态，热量损耗小，能耗低，热效率显著提高。但是在该技术方案中，还原罐外壁上敷设有轻质保温层，罐体外壁上绕设有与罐体相绝缘的感应线圈，而其权利要求书中并未描述清楚感应线圈与保温层的关系，使得该技术无法实现，若按其说明书中描述感应线圈处冷态，工作时还原罐为高温状态，保温层存在热量耗散。保温层加厚，热传导损耗小，感应线圈处于保温层外，直径增大，线圈电阻损耗增加。综合考虑感应加热装置的热传导损耗和线圈电阻损耗，处于冷态的感应线圈位于保温层之外，总损耗并不是最优。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中存在的感应加热还原镁装置中公开存在矛盾导致无法实现的问题，提供了一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置，包括还原罐、第一保温层、感应线圈和第二保温层，所述还原罐外壁上敷设有第一保温层；所述感应线圈放置于第一保温层外；所述感应线圈外敷设有第二保温层；所述感应线圈采用铜线，工作温度为900～1000℃；所述电磁感应加热装置置于真空环境或填充有减轻铜质感应线圈氧化的保护性气体环境中。图2给出了不同热传导损耗下的炼镁还原系统总损耗(标幺值)随感应线圈所处温度的变化关系，在保证传输功率、铜线质量一定的情况下，可见在不同保温层厚度下，即在任一热传导损耗下，随着感应线圈直径的减小，其在保温层所处温度升高，总损耗越小。在感应线圈处于保温层最外侧，即冷态时，总损耗达到最大，能量利用效率最低。铜线熔点为1083℃，当允许感应线圈工作的最大温度达到1000℃，图3给出了总损耗随着热传导损耗的变化关系。可见，在高温1000℃时，存在总损耗最小值使得能量传输效率达到最大。

所述第一保温层和第二保温层由导热系数较低的氧化铝陶瓷纤维和硬质碳毡构成，根据温度分布对第一保温层和第二保温层材料进行布置，温度不高于500℃时，采用氧化铝陶瓷纤维作为保温层材料，高于500℃时，采用硬质碳毡作为保温层材料。

本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，本发明具体如下优点：

1、感应线圈放置于保温层中，且工作温度达到900～1000℃，而非冷态，这样可以减小还原过程的总损耗，提高能量传递效率；

2、还原罐外抽真空或填充减轻铜质感应线圈氧化的保护性气体，可有效防止感应线圈铜线高温氧化。在罐外抽真空的情况下，罐体承压大大减小，材料热强度需求降低，因此，还原罐只需使用普通耐热钢制造；

3、工作时，由电源装置施加在感应线圈上的高频交流电在还原罐中产生交变的磁场。由此在还原罐中产生感应电流。在还原罐中感生的电流产生的热量通过传导和辐射两种方式对炉料进行加热。通过这一电磁感应过程，电能无接触地传递给还原罐来加热反应炉料；

4、本发明设计合理，可以减小还原过程的总损耗，提高了能量传递效率；主要用于镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属热还原法生产。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明在不同热传导损耗下总损耗(标幺值)随感应线圈所处温度的变化关系图；

图3是本发明总损耗随着热传导损耗的变化关系；

图4是仿真时保温层导热系数所参考数据。

具体实施方式

如图1所示，本实施例中的一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置，包括还原罐1、第一保温层2、感应线圈3和第二保温层4，所述还原罐1外壁上敷设有第一保温层2；所述感应线圈3放置于第一保温层2外；所述感应线圈3外敷设有第二保温层4；所述感应线圈3采用铜线，工作温度为900～1000℃；所述电磁感应加热装置置于真空环境或填充有减轻铜质感应线圈3氧化的保护性气体环境中。

所述第一保温层2和第二保温层4由导热系数较低的氧化铝陶瓷纤维和硬质碳毡构成，还原罐1外壁温度为1200℃，第二保温层4最外侧通过冷却装置将其稳定在60℃。根据温度分布对第一保温层2和第二保温层4材料进行布置，温度不高于500℃时，采用氧化铝陶瓷纤维作为保温层材料，高于500℃时，采用硬质碳毡作为保温层材料。仿真时保温层导热系数所参考数据如图4中实线所示。

在不同保温层厚度下，保证传输功率、铜线质量一定，把感应线圈3放置于保温层中不同温度下，通过仿真分析铜损的变化规律如图2所示，得出感应线圈3处于保温层中高温时总损耗小，且在感应线圈3允许工作的最大温度1000℃时，存在总损耗最小值使得能量利用效率达到最大，如图3所示。

上述真空高蒸汽压金属还原装置主要用于镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属热还原法生产。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

技术特征：

技术总结
本发明涉及真空冶金设备技术领域，具体为一种高温铜质线圈镁还原罐电磁感应加热装置，包括还原罐(1)、第一保温层(2)、感应线圈(3)和第二保温层(4)。所述还原罐(1)外部设置有保温层；所述感应线圈(3)放置于第一保温层(2)与第二保温层(4)之间，工作温度为900～1000℃。本发明设计合理，可以有效的减小镁还原系统的总损耗，提高能量传递效率；主要用于镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属热还原法生产。

技术研发人员：张静;禹健;张亚斌;白建云;印江;王琦
受保护的技术使用者：山西大学
技术研发日：2017.05.05
技术公布日：2017.07.07