专利名称：一种半连续真空感应加热镁还原炉的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及热还原炼镁，特别是涉及真空冶金炼镁的半连续真空感应加热镁还原炉。
背景技术：
金属镁由于其优良的物理性能和机械加工性能，使用量正在不断增大，其应用领域也正在不断拓宽。从发现金属镁至今200年的时间里，镁工业得到了快速发展，镁以“时代金属”的角色出现在冶金材料的舞台上，成为有色金属的佼佼者，现镁已经成为继铜、铝、 铅、锌之后的第五大有色金属。加上镁资源特别丰富，因此金属镁已成为21世纪最有前途的轻量化材料和绿色金属工程材料。目前，世界各国镁工业中的主要生产方法可分为两类一类是熔盐电解法，另一类是热还原法(硅热法、碳热法、碳化物热法)。热还原炼镁中只有皮江法在工业上实际应用， 以硅铁为还原剂，在一定真空度和温度下，将煅烧过的白云石或菱镁矿进行硅热还原，最后冷凝得到金属镁。该方法的缺点主要是还原剂硅铁比较贵，还原罐需使用特殊合金钢制作， 价格昂贵，而且受材料的限制，其尺寸不能过大，作业温度不能过高，使用寿命比较短。熔融盐电解以氯化镁为原料，在氯化镁熔融状态下通入直流电进行电解，阴极得到金属镁，阳极放出氯气。该方法的缺点主要是要求镁的氯化物不含水，阴极放出的是氯气，对环境污染较大，而且设备投资大，能耗也高。目前，国内有很多研究人员针对皮江法炼镁的设备进行了改造，其中包括宁夏惠冶镁业有限公司的吴振荣设计的联体分仓式炼镁还原炉(专利号ZL 02^3616. 5)，该还原炉的特征是将还原炉分为数个单独单元，这样可以对每个单元进行单独装料、加热和出料，且每个单元互不影响。辽宁省民兴矿业有限公司的王恩民设计了一种垂立型炼镁还原炉(专利号ZL 992508M.X)，其特征在于在炉体的上部有一个燃烧室，下部有四个主燃烧室及四个排烟道，还原罐为垂立式，在上部四个结晶冷却水套中设置四个镁结晶器。宁夏华源冶金实业有限公司的辛卫亚设计了一种高效节能环保型金属镁还原炉(专利号 ZL200620119522.4)，该还原炉设计了蓄热室，降低了能耗。陕西西科博尔科技有限责任公司的王晓刚设计了内热式-多热源-电热法金属镁还原炉(专利号ZL200620136021. 7)， 该炉体内设有反应仓和热渣仓，炉体进料口上部设有进料、贮料仓，该炉便于自动化操作。 北京胜亚恒源热能技术开发有限公司的辛卫亚设计了一种内置加热管镁还原炉(申请号 200610091061. 9)，该炉的特征在于在炉膛内装有加热管，依靠煤气燃烧在加热管里产生的热量，通过热辐射和热传导将热量传给置于炉体内的被加热的原料。除了上述的几种镁还原炉外，还有很多改进的方法，主要是针对加热系统进行的改造，对冷凝系统改造的较少， 而且基本上都是间断生产的半开放体系，生产效率低，环境污染大。综上所述，相比于其他研究者所发明的真空炉，使用本研发的真空冶金炉进行碳热或硅热还原氧化镁(或含镁矿石)制取金属镁具有流程短、节能、环保、生产成本低等特点。使用本研发的真空冶金炉进行碳热或硅热还原氧化镁(或含镁矿石)制取金属镁可以得到结晶块状镁团，提高了操作的安全性。该真空炉坩埚容量更大，并且采用半连续进出料，提高了生产效率，可直接扩大，应用于金属镁的工业化生产。
发明内容本实用新型的目的是设计一种能够半连续进出料，适合皮江法和碳热还原法炼镁工艺的真空冶金设备，取代皮江法传统的间断式的还原罐工艺，提高热效率，提高产量，降低能耗，降低污染以及设备损耗。本实用新型半连续真空感应加热镁还原炉结构是由半连续加料系统、感应加热系统、出渣系统、镁蒸气冷凝系统、镁锭浇注系统以及真空系统组成，具体包括半连续进料系统(1)，还原炉炉盖O)，还原炉体(3)，保温材料，坩埚(5)，感应线圈(6)，半连续出渣系统(7)，卸渣室(8)，旋转装置(9)，气体传输管道(10)，镁蒸气冷凝室(11)，镁蒸气冷却系统(12)，水冷套(13)，镁液控制阀(15)，浇注室(16)，真空泵(17)，还原炉体(3)上端为半连续进料系统(1)，下方为出渣系统(7)，在坩埚上方连接气体传输管道(10)，坩埚正上方为坩埚上端密封装置，在进行反应时，该装置处于封闭状态，进行加料时，该装置抬起并旋转打开；坩埚下方为出渣系统(7)，设有闸阀和卸渣室；气体传输管道(10)—端连接镁还原坩埚(5)，另一端连接镁蒸气冷凝系统(1 ；镁蒸气冷凝系统上端接有真空泵(17)，在抽气孔下端设有冷凝室(11)，浇注室(16)设有控制阀。所述还原炉体(3)中安装有石墨坩埚(5)和感应线圈(6)，还原炉体(3)用不锈钢板焊接而成，成圆柱形，炉膛内抽真空，炉体开侧门。将反应容器和镁蒸气收集器分离。反应器中加热方式除采用感应加热外还可以采用真空电阻加热。本实用新型采用真空感应加热，可以在较短时间内使反应物料加热到实际反应温度，且该发明为半连续操作，相比于传统的皮江法而言，其还原坩埚内温度一直处于反应发生温度，而皮江法每次还原罐进入都是处于冷态，需要重新加热，所以该发明相对于皮江法在热效率方面有着较大的改善。实现了进料，出渣，浇注镁锭的半连续生产。将反应容器和镁蒸气收集器分离。反应器中加热方式除了感应加热，也可采用真空电阻加热。本实用新型单独设计了镁冷凝室，使气态镁冷凝为液态并浇注成锭，避免了金属镁粉的生成，使生产操作更为安全。
图1是本实用新型还原炉和还原罐结构示意图。图中1-半连续进料系统；2-还原炉炉盖；3-还原炉体；4-保温材料；5-坩埚； 6-感应线圈；7-出渣系统；8-卸渣室；9-旋转装置；10-气体传输管道；11-镁蒸气冷凝室； 12-镁蒸气冷凝系统；13-水冷套；14-保温材料；15-镁液控制阀；16-镁浇注室；17-真空系统。
具体实施方式
本实用新型的半连续真空感应加热镁还原炉，其特征是还原炉包括半连续进料系统1，还原炉体3，半连续出渣系统7，镁蒸气冷却系统12，半连续镁浇注系统16等五大系统。炉体3用不锈钢板焊接而成，成圆柱形，炉膛内抽真空，炉体开侧门，炉体上端为半连续进料系统1，下方为出渣系统7。炉体中安装有石墨坩埚5，感应线圈6，还原炉内采用感应加热，在坩埚上方连接气体传输管道10，坩埚正上方为坩埚上端密封装置，在进行反应时，该装置处于封闭状态，进行加料时，该装置抬起并旋转打开。坩埚下方为出渣系统7，当渣积累到一定量时，打开下端的闸阀，卸掉一部分渣，以使反应物料位于感应加热区。卸渣完成后， 将闸阀关闭，破坏卸渣室8的真空，将装渣小车推出。卸渣完成后，将卸渣小车推入卸渣室 8，并抽真空。气体传输管道10—端连接镁还原坩埚5，另一端连接镁蒸气冷凝系统12。镁蒸气冷凝系统上端接有真空泵17，在抽气孔下端设有冷凝室11，将没有冷凝下来的镁蒸气冷却下来，避免镁蒸气进入真空系统。冷凝下来的镁蒸气以液态镁的形式流向冷凝罐底部， 当金属镁液达到一定量时，打开控制阀，使液态镁流入镁浇注室(16)，浇注成镁锭。浇注完成后，关闭控制阀，破坏浇注室真空，将镁锭取出，然后关闭浇注室，抽真空，准备下次浇注。实施本实用新型的还原炉和还原罐实例如图1所示。先将氧化镁粉(或含镁矿物)与还原剂(煤炭粉或硅铁)按照MgO C=I 1.2 物质的量的比例混合均勻，用压球机在80kg/cm2的工作压力下压制成直径为30mm的小球， 装入半连续加料系统，然后半连续进料系统1、反应炉体3、镁蒸气冷凝系统12抽真空，当真空度达到20 时，旋开坩埚顶部密封盖，将物料加入到坩埚内，将坩埚顶部密封盖盖好。打开中频电源，给感应线圈通电，加热物料，并监测坩埚内及炉内真空度。反应发生时，坩埚内气压会上升，镁蒸气经由镁蒸气传输管道10流向镁蒸气冷凝器12，并在冷凝器中冷凝，通过控制冷凝器的温度，使镁蒸气冷凝为液态，通过观察口观察液面高度，达到一定高度后， 将镁浇铸室16抽真空，达到IOOPa以下时，打开下侧的放液阀，将镁液放入浇注室，浇注成镁锭，然后关闭放液阀。当坩埚内炉渣达到一定高度时，将卸渣室8抽真空，达到IOOPa以下时，打开卸渣阀，将部分渣卸入到卸渣室内，然后关闭卸渣阀。当坩埚内气体压力下降到 20Pa左右时，重复上述操作。
权利要求1.一种半连续真空感应加热镁还原炉，其特征是由半连续加料系统、感应加热系统、 出渣系统、镁蒸气冷凝系统、镁锭浇注系统以及真空系统组成，具体包括半连续进料系统 (1)，还原炉炉盖O)，还原炉体(3)，保温材料，坩埚(5)，感应线圈(6)，半连续出渣系统(7)，卸渣室(8)，旋转装置(9)，气体传输管道(10)，镁蒸气冷凝室(11)，镁蒸气冷却系统 (12)，水冷套(13)，镁液控制阀(15)，浇注室(16)，真空泵(17)，还原炉体(3)上端为半连续进料系统(1)，下方为出渣系统(7)，在坩埚上方连接气体传输管道(10)，坩埚正上方为坩埚上端密封装置，在进行反应时，该装置处于封闭状态，进行加料时，该装置抬起并旋转打开；坩埚下方为出渣系统(7)，设有闸阀和卸渣室(8)；气体传输管道(10) —端连接镁还原坩埚(5)，另一端连接镁蒸气冷凝系统(12)；镁蒸气冷凝系统上端接有真空泵(17)，在抽气孔下端设有冷凝室(11)，浇注室(16)设有控制阀。
2.根据权利要求1所述的一种半连续真空感应加热镁还原炉，其特征在于所述还原炉体(3)中安装有石墨坩埚(5)和感应线圈(6)，还原炉体(3)用不锈钢板焊接而成，成圆柱形，炉膛内抽真空，炉体开侧门。
3.根据权利要求1所述的一种半连续真空感应加热镁还原炉，其特征在于将反应容器和镁蒸气收集器分离。
4.根据权利要求1所述的一种半连续真空感应加热镁还原炉，反应器中加热方式除采用感应加热外还可以采用真空电阻加热。
专利摘要本实用新型涉及一种半连续真空感应加热镁还原炉，属于有色金属生产领域，适用于碳热法还原金属镁及硅热法还原金属镁。还原炉由半连续加料系统、感应加热系统、出渣系统、镁蒸气冷凝系统、镁锭浇注系统以及真空系统组成。还原区域采用真空感应加热，加热温度不低于1000℃；镁蒸气冷凝系统采用电阻加热，确保镁蒸气不以粉末形式冷凝。还原炉渣从还原罐下部排出，金属镁从镁浇注系统浇注为镁锭。实现了进料，出渣，浇注镁锭的半连续生产。将反应容器和镁蒸气收集器分离。该还原炉能够半连续进出料，适合皮江法和碳热还原法炼镁工艺的真空冶金设备，取代皮江法传统的间断式的还原罐工艺，提高热效率，提高产量，降低能耗，降低污染以及设备损耗。
文档编号C22B26/22GK201942729SQ201020655488
公开日2011年8月24日 申请日期2010年12月13日 优先权日2010年12月13日
发明者刘大春, 刘洪湘, 姚耀春, 徐宝强, 戴永年, 曲涛, 李一夫, 李伟, 杨斌, 杨部正, 熊恒, 田阳, 罗启, 蒋文龙, 邓勇, 郁青春, 陈秀敏, 马文会 申请人:昆明理工大学