CN104561601A - 真空高温液态下的炼镁装置以及炼镁方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种真空高温液态下的炼镁装置以及炼镁方法，其能耗低，效率高，具体技术方案为：该炼镁装置包括真空感应炉、电源装置、真空装置、镁蒸汽收集系统；真空感应炉内设有反应容器，电源装置利用感应电热效应进行加热，反应容器与真空加料装置连接，真空感应炉内还设有引流罩，引流罩位于反应容器的上方，引流罩与真空感应炉外的除尘装置和冷凝器连接，冷凝器与真空抽气装置连接。本发明采用以液相为基础的连续冶炼方式，冶炼周期可大幅度缩短，生产效率提高，而且避免了现有技术中的高耗能、高污染问题，所产生的炉渣与炼镁原料完全分离，可以作为二次资源进行再利用，利于本行业的可持续发展。

Description

真空高温液态下的炼镁装置以及炼镁方法

技术领域

本发明涉及一种炼镁装置以及方法。

背景技术

目前，我国原镁的规模化生产全部采用皮江法工艺，物料经混合造球后进行固相反应。皮江法大多采用原煤加热，整体工艺能耗高、物耗高、污染高、生产周期长、效率低，最终得到的炉渣与硅铁余料凝结成块，再利用难度大。

近年来冶炼金属镁工艺的研究改进工作主要是围绕皮江法，集中在扩大单罐产量及节能减排方面，并开发出了竖罐皮江法。较传统的皮江法工艺，竖罐皮江法的劳动强度减少了，机械化、自动化程度有所提高，冶炼周期减少，然而竖罐皮江法的原料间的反应实质并未改变，并未解决皮江法能耗高、污染大、成本高的根本问题，单台设备的产量仍然较低，此方法未实现大规模生产。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种能耗低、效率高的炼镁装置以及方法。

为解决上述问题，本发明所采用的技术方案如下：一种真空高温液态下的炼镁装置，其包括真空感应炉、电源装置、真空抽气装置和镁蒸汽收集系统，其中镁蒸汽收集系统包括除尘装置和冷凝器；真空感应炉内设有反应容器，电源装置利用感应电热效应进行加热，反应容器与真空加料装置连接，真空感应炉内还设有引流罩，引流罩位于反应容器的上方，引流罩与真空感应炉外的除尘装置和冷凝器连接，冷凝器与真空抽气装置连接。

优选地：所述引流罩通内部设置有电加热器和保温层，所述引流罩的下端设有惰性气体引流环管。

可使引流罩内壁温度维持在合适的温度，对反应生成的金属镁蒸汽起到保温、引流的作用。

优选地：所述引流罩通过管道经过除尘装置和冷凝器连接。所述除尘装置去除镁蒸汽中的灰尘及杂质。

优选地：所述真空感应炉内设有旋转轴，所述引流罩可绕所述旋转轴水平旋转，所述真空加料装置通过可伸缩的接料管将原料送至反应容器；所述真空感应炉设有旋转机构，所述旋转机构控制反应容器的转动，所述真空感应炉内底部设有渣罐。

优选地：所述真空加料装置为双室双真空阀系统，包括带密封盖的料筒和料筒下部的给料器，给料器下部管道上设置真空切断阀。物料通过给料器进入接料管，最终进入反应容器内。给料器可用螺旋给料器、叶轮给料器、振动给料器等，以实现真空加料、真空换料的目的。

优选地：所述真空感应炉包括其上端的炉盖，所述炉盖上设有用于观测反应容器的第一观察窗，以及用于观测渣罐的第二观察窗。

优选地：所述第一观察窗为棱镜折射结构，包括固定在炉盖的上部观察装置和于引流罩连接固定的下部观察装置。

优选地：还包括取样枪，所述引流罩上设有供取样枪通过的取样孔，所述取样枪依次穿过炉盖和取样孔，所述取样枪与炉盖的连接处设有第二真空切断阀。

优选地：所述取样孔上部设有挡盖，所述挡盖上设有可摇动的手柄，通过摇动手柄可以开关档盖。

本发明还提出一种炼镁方法，其包括以下步骤：

步骤一，真空感应炉中的反应容器内放入强还原剂，对其进行加热将强还原剂熔化成液态；

步骤二，将含镁原料以及助溶剂加入液态的强还原剂中；

步骤三，降低真空感应炉内的压强，含镁原料被还原生成单质镁，且以镁蒸汽形态溢出反应容器；

步骤四，镁蒸汽通过引流罩，在引流气体和真空系统的抽力作用下，送往镁蒸汽收集系统，通过除尘装置至冷凝器；

步骤四，除尘装置对镁蒸汽进行除尘，除去杂质；

步骤五，利用冷凝器将镁蒸汽处理成固态或液态后再收集。

步骤六，炼镁过程中可以通过真空加料系统向反应容器内连续加入炼镁原料。反应容器由外部的旋转机构控制，可以倾转反应容器将其中的渣倒入感应炉底部的渣罐中。

优选地：所所述强还原剂包括真空、高温下，具有强还原功能的硅铁、电石、金属铝或碳化钙中的至少一种。

优选地：所述含镁原料包括粉状或粒状煅烧白云石、煅烧碳酸镁中至少一种的含氧化镁的矿物，或者包含有使熔渣熔点降低的熔剂。

优选地：所述助溶剂为萤石和镁矿粉的混合物。

优选地：利用镁蒸汽冷凝器，让其采用水冷结晶器收集固态镁，或者使镁蒸汽冷凝器带内加热保温，使收集罐的温度维持在650～700℃的范围，使镁蒸汽冷凝成液态。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：将强还原剂加入反应容器内，开启电源装置，利用电磁加热的方式将真空感应炉加热到1200-1600℃，使还原剂熔化成液态，通过真空加料装置将含镁原料及助溶剂加入液态还原剂中，启动真空抽气装置使真空感应炉内的压强降至1-5000Pa，含镁的氧化物被硅铁液还原生成单质镁，并以镁蒸汽的形式溢出反应容器。

金属镁蒸汽进入反应容器上方的引流罩，在真空抽气装置的抽力作用下，通过除尘装置送往冷凝器，优选将镁蒸汽经过除尘装置将气体中的灰尘及杂质去除，然后再进入镁蒸汽冷凝器。冷凝器可采用水冷结晶器收集固态镁，也可使镁蒸汽在冷凝器内加热保温，使收集罐的温度维持在650-700℃的范围，使镁蒸汽冷凝成液态。

炼镁过程中可以通过真空加料装置向反应容器内连续加入炼镁原料，反应容器由外部的控制转轴控制，可以倾转反应容器将其中的渣倒入渣罐中。炼镁过程中通过摇动手柄打开取样孔的挡盖，将取样枪伸入反应容器中进行取样，取样完毕后，关上挡盖。当反应容器的寿命到期时需要更换，此时打开炉盖，将引流罩绕着旋转轴水平旋转偏离反应容器的正上方，采取更换等操作。

本装置采用以液相为基础的连续冶炼方式，不仅冶炼周期可大幅度缩短，生产效率大幅提高，而且避免了皮江法的高耗能、高污染问题。所产生的炉渣与炼镁原料完全分离，可以作为二次资源进行再利用，利于本行业的可持续发展。

附图说明

图1为本发明的整体示意图(俯视角度)；

图2为本发明真空感应炉与电源装置的示意图(侧视角度)；

图3为本发明真空感应炉、冷凝器以及真空抽气装置的示意图(测试角度)。

图中标识说明如下：

1、取样枪；2、真空加料装置；3、手柄；4、第一观察窗；5、挡盖；6、第一真空切断阀；7、引流罩；8、接料管；9、惰性气体引流环管；10、感应线圈；11、反应容器；12、热电偶测温计；13、渣罐；14、直管；15、压力计；16、除尘装置；17、冷凝器；18、真空抽气装置；19、电源装置；20、真空感应炉；21、旋转轴；22、第二观察窗；23、第二真空切断阀；24、上部观察装置；25、下部观察装置；26、控制转轴。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

如图1-3所示的一种炼镁装置，包括真空感应炉20和电源装置19，电源装置19与真空感应炉20电性连接，真空感应炉20内设有反应容器11，反应容器11外设有感应线圈10，反应容器11与真空加料装置2连接，真空感应炉20内还设有引流罩7，引流罩7位于反应容器11的上方，引流罩7与真空感应炉20外的冷凝器17连接，冷凝器17与真空抽气装置18连接。

引流罩7通过直管14与冷凝器17连接，直管14带有加热保温功能，直管14内壁温度可维持在800-1300℃。直管14上设有旋转轴21，引流罩7可绕着旋转轴21水平旋转，真空加料装置2通过可伸缩的接料管8与反应容器11连接。当反应容器11的寿命到期时需要更换，此时打开炉盖，将引流罩7旋转偏离反应容器11的正上方，方便采取更换等操作，可伸缩的接料管8避免引流罩7在转动时发生接料管8被拉扯脱落等状况。

直管14与冷凝器17之间设有除尘装置16。除尘装置16采用滤料式除尘，滤料采用碳化硅、氧化镁等，能在900-1000℃时将气体中的大颗粒灰尘去除。

引流罩7的下端设有惰性气体引流环管9，惰性气体优选氩气，将其设置在引流罩7内壁底部，反应过程中通入氩气等惰性气体能够对生成的镁蒸汽起到引流作用，配合引流罩7使金属镁蒸汽顺利进入冷凝器17。

真空感应炉20上端设有炉盖，炉盖上设有用于观测反应容器11的第一观察窗4，以及用于观测渣罐13的第二观察窗22。第一观察窗4为棱镜折射结构，包括固定在炉盖的上部观察装置24和于引流罩7连接固定的下部观察装置25，上部观察装置24和下部观察装置25之间不连接，留有微小间隙，通过第一观察窗4可以观察到反应容器11内的情况。

反应容器11上设有控制转轴26，控制转轴26伸出真空感应炉20外，真空感应炉20内底部设有渣罐13。反应充分之后，可以转动控制转轴26倾转反应容器11将其中的渣倒入真空感应炉20底部的渣罐13中，炉盖上设置的第二观察窗22刚好对应的设置在渣罐13的上方，可以观察倒渣的情况，避免将渣倒在渣罐13外。

真空感应炉20内设有取样枪1，引流罩7上设有供取样枪1通过的取样孔，取样枪1依次穿过炉盖和引流罩7，所述取样枪1与炉盖的连接处设有第二真空切断阀23。取样枪1通过取样孔可以在真空下对反应容器11内的物料进行取样，取样孔上部设置了挡盖5，通过摇动手柄3可以开关挡盖5，实现非取样时引流罩7的相对密封。

真空加料装置2优选由带密封盖的料筒和料筒下部的给料器组成，给料器下部管道上设置第一真空切断阀6，物料通过给料器进入接料管8，最终实现真空加料。反应容器11侧壁设置热电偶测温计12，直管14部位设置了压力计15和测温计，能随时监测温度和压力的变化情况。

将强还原剂加入反应容器11内，反应容器11外设置感应线圈10，开启电源装置19，利用电磁加热方式将真空感应炉20加热到1200-1600℃，此时还原剂熔化成液态，通过真空加料装置2，将含镁原料及助溶剂加入液态还原剂中，开启真空抽气装置18使真空感应炉20内的压强降至1-5000Pa，含镁的氧化物被硅铁液还原生成单质镁，并以镁蒸汽的形式溢出反应容器11。

金属镁蒸汽进入反应容器11上方的引流罩7，并在惰性气体引流和真空抽气装置18的抽力作用下，送往镁蒸汽的冷凝器17。镁蒸汽经过除尘装置16将气体中的灰尘及杂质去除，然后进入冷凝器17。冷凝器17可采用水冷结晶器收集固态镁，也可使镁蒸汽在冷凝器17内加热保温，使收集罐的温度维持在650-700℃的范围，使镁蒸汽冷凝成液态再进行收集。

炼镁过程中可以通过真空加料装置2向反应容器11内连续加入炼镁原料，反应之后剩下的渣倒入真空感应炉20底部的渣罐13中。炼镁过程中通过摇动手柄3打开集气罩上的取样孔的挡盖5，将取样枪1伸入液态熔池中进行取样，取样完毕后，关上挡盖5。

当反应容器11的寿命到期时需要更换，此时打开炉盖，将引流罩7绕着旋转轴21旋转偏离反应容器11的正上方，方便采取更换等操作。

前文提到的强还原剂，指真空、高温下具有强还原功能的硅铁、电石、金属铝、碳化钙等，含镁原料是指粉状或粒状煅烧白云石，煅烧碳酸镁等含氧化镁的矿物，也包含有使熔渣熔点降低的熔剂，助溶剂可以采用萤石等能降低物质熔点的物质，助溶剂的添加比例按照镁矿粉的3％-8％进行添加。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (14)

1.一种真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于包括真空感应炉、电源装置、真空抽气装置和镁蒸汽收集系统，其中镁蒸汽收集系统包括除尘装置和冷凝器；真空感应炉内设有反应容器，电源装置利用感应电热效应进行加热，反应容器与真空加料装置连接，真空感应炉内还设有引流罩，引流罩位于反应容器的上方，引流罩与真空感应炉外的除尘装置和冷凝器连接，冷凝器与真空抽气装置连接。

2.如权利要求1所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述引流罩通内部设置有电加热器和保温层，所述引流罩的下端设有惰性气体引流环管。

3.如权利要求1所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述引流罩通过管道经过除尘装置和冷凝器连接。

4.如权利要求1所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述真空感应炉内设有旋转轴，所述引流罩可绕所述旋转轴水平旋转，所述真空加料装置通过可伸缩的接料管将原料送至反应容器；所述真空感应炉设有旋转机构，所述旋转机构控制反应容器的转动，所述真空感应炉内底部设有渣罐。

5.根据权利要求1所述真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述真空加料装置为双室双真空阀系统，包括带密封盖的料筒和料筒下部的给料器，给料器下部管道上设置真空切断阀。

6.如权利要求1所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述真空感应炉包括其上端的炉盖，所述炉盖上设有用于观测反应容器的第一观察窗，以及用于观测渣罐的第二观察窗。

7.如权利要求6所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述第一观察窗为棱镜折射结构，包括固定在炉盖的上部观察装置和于引流罩连接固定的下部观察装置。

8.如权利要求6所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：还包括取样枪，所述引流罩上设有供取样枪通过的取样孔，所述取样枪依次穿过炉盖和取样孔，所述取样枪与炉盖的连接处设有第二真空切断阀。

9.如权利要求8所述的真空高温液态下的炼镁装置，其特征在于：所述取样孔上部设有挡盖，所述挡盖上设有可摇动的手柄，通过摇动手柄可以开关档盖。

10.一种炼镁方法，其包括以下步骤：

步骤一，真空感应炉中的反应容器内放入强还原剂，对其进行加热将强还原剂熔化成液态；

步骤二，将含镁原料以及助溶剂加入液态的强还原剂中；

步骤三，降低真空感应炉内的压强，含镁原料被还原生成单质镁，且以镁蒸汽形态溢出反应容器；

步骤四，镁蒸汽通过引流罩，在引流气体和真空系统的抽力作用下，送往镁蒸汽收集系统，通过除尘装置至冷凝器；

步骤四，除尘装置对镁蒸汽进行除尘，除去杂质；

步骤五，利用冷凝器将镁蒸汽处理成固态或液态后再收集。

步骤六，炼镁过程中可以通过真空加料系统向反应容器内连续加入炼镁原料。反应容器由外部的旋转机构控制，可以倾转反应容器将其中的渣倒入感应炉底部的渣罐中。

11.根据权利要求10所述的炼镁方法，其特征在于：所述强还原剂包括真空、高温下，具有强还原功能的硅铁、电石、金属铝或碳化钙中的至少一种。

12.根据权利要求10所述的炼镁方法，其特征在于：所述含镁原料包括粉状或粒状煅烧白云石、煅烧碳酸镁中至少一种的含氧化镁的矿物，或者包含有使熔渣熔点降低的熔剂。

13.根据权利要求10所述的炼镁方法，其特征在于：所述助溶剂为萤石和镁矿粉的混合物。

14.根据权利要求10所述的炼镁方法，其特征在于：利用镁蒸汽冷凝器，让其采用水冷结晶器收集固态镁，或者使镁蒸汽冷凝器带内加热保温，使收集罐的温度维持在650-700℃的范围，使镁蒸汽冷凝成液态。