CN103589879A

CN103589879A - 采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置

Info

Publication number: CN103589879A
Application number: CN201310583795.9A
Authority: CN
Inventors: 黄耕; 马志
Original assignee: BEIJING HUANYU GUANCHUAN PLASMA TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: BEIJING HUANYU GUANCHUAN PLASMA TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2013-11-20
Filing date: 2013-11-20
Publication date: 2014-02-19

Abstract

本发明为一种采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置，该方法包括，1、通过惰性气体保护的自动加料系统将制备的冶炼金属镁的原料加入到等离子金属镁冶炼炉中；2、原料在冶炼炉中发生连续的硅热还原反应，产生金属镁蒸汽和还原渣，等离子体炬为还原反应提供热源；3、从冶炼炉出来的金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁，还原渣则通过惰性气体保护的自动排渣系统排出；结晶镁可继续精炼得到镁锭，还原渣作为水泥的原料或加工回收。本发明克服了传统炼镁技术中还原罐只能间接加热和不连续生产，还原过程传质传热差，热效率低和生产效率低的弊端；采用了直接加热方式和连续化生产，具有较好的节能效果，并对环境保护有积极意义。

Description

采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置

技术领域

本发明涉及金属镁冶炼技术领域，更具体说是一种采用先进的等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法和装置，该方法和装置具有节能效果，可提高生产效率并对保护环境有积极意义的。

背景技术

我国拥有丰富的含镁原料白云石和菱镁矿，随着全球金属镁和镁合金应用范围的扩大，近20年来我国镁产业发展强劲，基本控制全球原镁的供给。同时，我国金属镁的冶炼又几乎都是采用一种叫“皮江法”的硅热还原工艺来进行的。这种工艺和设备虽有投资不大和过程控制简单等特点，但却存在着能源利用率和生产效率低，对环境造成污染，劳动强度大，工作条件差等诸多问题。

多年来，我国金属镁行业采取了许多技术改造措施，如蓄热炉、燃气加热和余热利用等，虽取得一定效果，但未能根本改变还原罐间接加热和传质传热差，以及不连续生产的弊端。同时，也未能改变原料需要磨面压球的繁琐工序，”锻白”原料易吸潮，降低利用率，增加消耗，并会造成粉尘污染问题，整体自动化水平始终得不到提高。金属镁行业亟待改进和提升，只有依靠技术创新，才能改变行业的落后面貌。

在保持硅热还原（也可采用硅铝还原剂）冶炼金属镁基本原理的基础上，开发先进适用的金属镁冶炼方法及装置，并对传统的“皮江法”工艺和设备进行技术改造，已成为金属镁冶炼行业节能减排和转变增长方式的重大和紧迫的技术创新课题。

发明内容

发明内容

本发明克服了传统“皮江法”炼镁工艺和设备的不足，采用等离子体炬加热技术以实现直接加热方式和连续化生产，从而提供一种具有具有节能效果，生产效率高并对保护环境有积极意义的金属镁冶炼方法及装置。

为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：

一种采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，包括按以下顺序进行的步骤：

1）冶炼金属镁的原料制备和通过惰性气体保护的自动加料系统将原料加入到专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉中；

2）冶炼金属镁的原料在等离子技术金属镁冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣（硅酸钙盐）；反应是连续的。等离子体炬为还原反应提供热源；

3）从等离子技术金属镁冶炼炉出来的金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁，还原渣则通过惰性气体保护的自动排渣系统排出；结晶镁可继续精炼得到镁锭，而还原渣则可作为水泥的原料或加工回收金属镁；

所述步骤1）中冶炼金属镁的原料中包括白云石或菱镁矿经煅烧而得到的“锻白”原料（MgO、CaO），还原剂硅铁和助剂萤石；

所述步骤1）中将原料加入到专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉中包括“锻白”原料可直接从白云石或菱镁矿煅烧炉引出，以热料状态加入到冶炼炉中（可利用余热），不仅解决了“锻白”易吸潮，降低利用率和增加消耗的问题，还省去了“锻白”和其他原料磨面压球的繁琐工序，从而消除粉尘的污染。

所述步骤2）中冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣（硅酸钙盐）中包括冶炼炉为真空条件。

所述步骤2）中等离子体炬为还原反应提供热源中包括等离子体炬为直流金属电极和非转移弧等离子喷枪，其所喷出的高温惰性气体射流可直接加热和熔融冶炼的原料，从而实现高效率的传质创热过程。

所述步骤3）中金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁中包括整个过程设备为真空条件。

本发明还提供了一种专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉，包括一直立圆筒形的炉体1；炉体1内侧整体设有耐火材料层2；炉体1顶部设有惰性气体保护的“锻白”热料加料口3和硅铁、萤石加料口4；炉体1的上部设有金属镁蒸汽出口5，炉体1的下部设有等离子体炬6；炉体1的底部设有惰性气体保护的渣出口7；

所述炉体1内侧整体的耐火材料层3包括至少三种不同性能的耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层；

所述的炉体顶部的惰性气体保护的加料口3、4分别具有1根轴向进料管。

所述的炉体上部的金属镁蒸汽出口5包括1根径向出气管。

所述的炉体1下部的等离子体炬包括沿圆周方向的一组等离子体喷枪。

所述的炉体1的底部的惰性气体保护的渣出口包括1根轴向排渣管。

本发明提供的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置，冶炼原料在等离子技术金属镁冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，等离子体炬为还原反应提供热源，等离子体炬为直流金属电极非转移弧等离子喷枪，其喷出的高温惰性气体射流可直接加热和熔融冶炼原料，从而实现高效率的传质传热过程，反应是连续的，这就从根本上改变了传统“皮江法”工艺和设备中还原罐只能间接加热、不连续生产、传质传热差、热效率低、生产效率低的弊端，从而改变金属镁冶炼行业面貌并可获得显著的节能减排效益。

本发明提供的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置，将“锻白”原料可直接从白云石或菱镁矿煅烧炉引出，以热料状态加入到冶炼炉中（可利用余热），不仅解决了“锻白”易吸潮，降低利用率和增加消耗的问题，还省去了“锻白”和其他原料磨面压球的繁琐工序，从而消除粉尘的污染，对保护环境具有积极意义，还可有效减轻劳动强度和改善工作条件。

本发明提供的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置，冶炼原料在等离子技术金属镁冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣（硅酸钙盐），反应是连续的。这就为提高生产自动化控制水平和建立高效节能的全流程管理创造了条件，为金属镁冶炼行业转变经济增长方式开辟了道路。

本发明提供的一种专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉，炉体结构简单，可保证安全运行。与传统“皮江法”工艺和设备的众多高合金还原罐和复杂的炉窑结构相比，占地面积小，布置方便，生产环境条件好，建造投资性价比高。

附图说明

图1是本发明采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法流程图。

图2是本发明的等离子技术金属镁冶炼炉的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。

图1是本发明采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法流程图。如图所示，本发明提供的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法包括按以下顺序进行的步骤：

1、冶炼金属镁的原料制备和通过惰性气体保护的自动加料系统将原料加入到专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉中；冶炼金属的原料中包括由白云石或菱镁矿经煅烧而得到的“锻白”原料（MgO、CaO），还原剂硅铁和助剂萤石；将原料加入到专门结构的等离子技术金属镁冶炼炉中包括“锻白”原料可直接从白云石或菱镁矿煅烧炉引出，以热料状态加入到冶炼炉中（可利用余热），不仅解决了“锻白”易吸潮，降低利用率和增加消耗的问题，还省去了“锻白”和其他原料磨面压球的繁琐工序，从而消除粉尘的污染。

2、冶炼原料在等离子技术金属镁冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣（硅酸钙盐），反应是连续的，等离子体炬为还原反应提供热源；包括冶炼炉为真空条件和等离子体炬为直流金属电极和非转移弧等离子喷枪，其所喷出的高温惰性气体射流可直接加热和熔融冶炼的原料，从而实现高效率的传质传热过程。

3、从等离子技术金属镁冶炼炉出来的金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁，整个过程设备为真空条件；还原渣通过惰性气体保护的自动排渣系统排出；结晶镁可继续精炼得到镁锭，而还原渣则可作为水泥的原料或加工回收金属镁。

本发明还提供一种采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼炉，包括直立圆筒形的炉体1；炉体1的内侧整体设有耐火材料层2，耐火材料层2包括至少3种不同性能的耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层；炉体1的顶部设有惰性气体保护的加料口，分别为“锻白”热料加料口3和硅铁、萤石加料口4，两个加料口分别具有1根轴向进料管；炉体1的上部设有金属镁蒸汽出口5，包括1根径向出气管；炉体1的下部设有等离子体炬6，包括沿圆周方向有1组等离子体喷枪；炉体1的底部设有惰性气体保护的渣出口7，渣出口7包括1根轴向排渣管，其下部接自动排渣系统8和渣收集室9。

综上所述，本发明提供的一种采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法及装置，理念新颖，构思独特；与传统的“皮江法”相比，还原反应是连续的，等离子体炬的高温射流可直接加热和熔融冶炼原料，从而实现高效率的传质传热过程，提高了生产效率，消除了粉尘污染，减轻了劳动强度，改善了工作条件，可获得显著的节能减排效益。可以预计，本发明如得以应用，将在不长的时间内很好地服务于金属镁冶炼行业的升级和技术改造，并为转变金属镁行业的经济增长方式发挥作用。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内

Claims

1.一种采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，包括按以下顺序的步骤：

1）冶炼金属镁的原料制备和通过惰性气体保护的自动加料系统将原料加入到等离子技术金属镁冶炼炉中；

2）冶炼原料在等离子技术金属镁冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣，反应是连续，等离子体炬为还原反应提供热源；

3）从等离子技术金属镁冶炼炉出来的金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁，还原渣则通过惰性气体保护的自动排渣系统排出；结晶镁可继续精炼得到镁锭，而还原渣则可作为水泥的原料或加工回收金属镁。

2.根据权利要求1所述的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，其特征在于，所述步骤1）中，冶炼金属镁的原料包括由白云石或菱镁矿经煅烧而得到的“锻白”热料、还原剂硅铁和助剂萤石，所述“锻白”热料为MgO或CaO。

3.根据权利要求2所述的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，其特征在于所述步骤1）中，可直接将“锻白”热料从白云石或菱镁矿煅烧炉引出，以热料状态加入到冶炼炉中。

4.根据权利要求3所述的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，其特征在于，所述步骤2）中，冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，产生金属镁蒸汽和还原渣硅酸钙盐，该反应中包括冶炼炉为真空的条件。

5.根据权利要求4所述的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，其特征在于，所述步骤2）中，冶炼炉中发生以硅铁作还原剂去还原氧化镁的反应，等离子体炬为还原反应提供热源，所述等离子体炬为直流金属电极和非转移弧等离子喷枪，其所喷出的高温惰性气体射流可直接加热和熔融冶炼的原料。

6.根据权利要求5所述的采用等离子体炬加热技术的金属镁冶炼方法，其特征在于，所述步骤3）中，金属镁蒸汽进入冷凝器而凝结成结晶镁，其中包括整个过程所使用的设备为真空的条件。

7.如权利要求1-6其中之一所述的金属镁冶炼方法所使用的等离子技术金属镁冶炼炉，其特征在于，所述金属镁冶炼炉包括直立圆筒形的炉体1，所述炉体1内侧整体设有耐火材料层2；炉体1的顶部设有惰性气体保护的“锻白”热料加料口3和硅铁、萤石加料口4；炉体1的上部设有金属镁蒸汽出口5；炉体1的下部设有等离子体炬6；炉体1的底部设有惰性气体保护的渣出口7。

8.根据权利要求7所述的金属镁冶炼炉，其特征在于，所述的炉体1内侧的耐火材料层2包括耐火砖层、耐火板层和耐火浇铸料层。

9.根据权利要求8所述的金属镁冶炼炉，其特征在于，所述的炉体1顶部的加料口3、4分别具有1根轴向进料管；所述的炉体1上部的金属镁蒸汽出口包括1根径向出气管；所述的炉体1底部的渣出口7包括1根轴向排渣管。

10.根据权利要求9所述的金属镁冶炼炉，其特征在于，所述等离子体炬沿圆周方向有1组等离子体喷枪。