CN103173635B - 一种铝镁合金联合炼制装置 - Google Patents

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Abstract

一种铝镁合金联合炼制装置，属于有色金属冶炼领域，装置由镁还原罐内侧和外侧通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内、外侧相连接构成，镁还原罐内侧分别通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内侧相通，构成流体物料流通通道；流通通道与铝电解槽相连接的三条管路分别连接在镁还原罐底部和电解槽底部阴极处之间，还原罐底部和电解槽中部阳极电解液，以及还原罐上部和电解槽上部，合金熔炼罐内侧的管路分别连接在还原罐和熔炼罐上部气体进出口和下部液体进出口之间。本装置为合金熔炼过程中使用的流体物料和加热介质的流动提供了通道，通过使用本装置，能充分利用铝电解时产生的产物和热量，充分回收镁还原过程产生的氧化铝炉渣。

Description

一种铝镁合金联合炼制装置
技术领域
本发明涉及一种金属冶炼装置，特别是涉及一种铝镁合金联合炼制装置。
背景技术
镁合金具有密度小、消震性好、稳定性高、电磁屏蔽性佳、散热好和可再生等优点，是优秀的结构和功能材料，在国防、航空、航天、石油、化工等领域得到广泛应用，目前使用最广的镁合金是镁铝合金。
现有的金属镁热还原罐都是为皮江法氧化镁-还原剂固固还原反应设计的，皮江固固还原法有反应温度过高（1200℃）导致的热能消耗大，还原罐使用寿命短（还原罐更换成本占总成本1/4），以及粗镁纯度低等缺点；有固-固反应导致的反应速度和原料利用率低，反应过程温度传递慢、需要另设压球车间将原料压球以及压球过程中高温条件下获得的原料热量浪费等缺点；有还原反应炉渣不能被再生利用带来的环境污染问题（每生产一吨镁，产炉渣6-7吨）；以及不能连续生产带来的产量小等问题。目前金属镁的用量仅为金属铝的1%，其中一个重要的原因就是炼制金属镁的成本过高，产量过小。镁合金及其上游产品金属镁、金属铝都需要在较高的温度下炼制，而目前使用的合金炼制装置没能有效利用上游金属炼制过程中产生的余热。
发明内容
本发明的目的在于提供一种铝镁合金联合炼制装置，本发明将铝电解槽、镁还原炉和镁铝合金熔炼炉通过管路连接成一个有机整体，使上游产生的高温液体和气体能够在下游被直接利用。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
一种铝镁合金联合炼制装置，其所述装置由镁还原罐内侧和外侧通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内、外侧相连接构成，镁还原罐内侧分别通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内侧相通，构成流体物料流通通道；流通通道与铝电解槽相连接的三条管路分别连接在镁还原罐底部和电解槽底部阴极处之间，还原罐底部和电解槽中部阳极电解液，以及还原罐上部和电解槽上部，合金熔炼罐内侧的管路分别连接在还原罐和熔炼罐上部气体进出口和下部液体进出口之间。
所述的一种铝镁合金联合炼制装置，所述镁还原罐外侧保温层内通过管路与铝电解槽生成气体富集处和镁铝合金熔炼罐外侧保温层之间连通成余热利用通道。
所述的一种铝镁合金联合炼制装置，所述连接铝电解槽、镁还原罐和镁铝合金熔炼罐之间的管路设有阀门、滤网及缓冲罐。
本发明的优点与效果是：
1.本发明降低了炼制金属镁的还原温度，从而降低了镁还原过程中的热量消耗，延长了还原罐的使用寿命，提高了气态粗镁的纯度。
2. 本发明回收使用了金属镁炼制过程中产生的氧化铝炉渣，即节省了原料成本又减轻了环境污染。
3.本发明通过液相反应，增大了温度传递速度和反应速度，提高了原料利用率。
4.本发明可以实现镁金属和镁铝合金的连续生产，原料的利用率可接近100%综合利用了金属镁，金属铝以及镁铝合金炼制过程中的余热和防护条件，大大节省了整个合金炼制过程的成本。
附图说明
图1为本发明的整体装置示意图。
具体实施方式
下面结合附图所示实施例对本发明进行详细说明。
本发明包括金属铝的炼制、金属镁的炼制、镁铝合金的熔炼三部分。图中：1：电解铝的石墨阴极；2：电解铝的保温槽；3：石墨阳极；4：还原罐外侧连接管；5：还原罐内侧连接管；6：铝液通路管；7：氧化铝回收管；8：还原罐保温槽；9：真空进料槽；10：镁铝合金液通路管；11：合金熔炼罐保温槽；12：镁铝合金液出口；13：金属镁出口；14：保温槽连接管；15镁气体通路管；16真空进料槽。
铝电解槽的反应温度在950-970℃，反应产生的高温气体通过两组内置滤网和阀门的管路连接到镁还原炉中。其中一组管路接在还原罐外侧用于对还原罐进行预热，另一组管路连还原罐内侧，在回流氧化铝炉渣时使用。在电解铝装置阴极端有与镁还原罐底部连接的管路，在电解产生的液态金属铝的液面高度高过连接管的电解槽端的出口上沿1cm以上时，打开管路阀门将两个反应器连接起来，以便电解产生的高温铝液能进入镁还原罐。
金属镁还原罐的底部要高于电解铝反应中冰晶石-氧化铝熔体的上液面，以便炼镁时产生的氧化铝炉渣能够被回流使用，具体高出的高度与还原罐和电解槽的真空度、进入还原罐的铝液流量等因素相关。当需要高温铝液进入镁还原罐进行还原反应时，将镁还原罐抽真空，液态铝在两个反应器的压力差下流入还原罐。原料氧化镁粉在反应前从还原罐顶端的真空加料装置中加入。理论上液态铝真空还原氧化镁的反应温度可以低到700℃，实际温度根据情况可以选700-1000℃之间，以炼铝过程中产生的液态铝和高温气体带入镁还原罐的热量来维持。而镁还原罐预热和为了加快还原速度而进行热量补充时的加热方式采取可控温的电阻加热，以节省热能消耗。液态铝在700-1000℃温度和1-20000Pa压力下与氧化镁进行还原反应，生成气态金属镁和固态氧化铝，气态金属镁从还原罐上部镁真空出口流出，没发生还原反应的液态铝从还原罐下部出口真空抽出。固体氧化铝炉渣的回收在两次还原操作的间歇进行：当还原罐中95%以上的氧化镁被还原后，关闭铝液进料管路，然后用大功率的罗茨泵将还原得到的金属镁和没还原的铝液安所需比例从还原罐分别抽入金属镁收集器和美铝合熔炼罐，接着关闭还原罐中金属镁、铝流出管路；打开连接在电解槽阳极端和镁还原罐底部的管路的阀门，使低氧化铝浓度的冰晶石-氧化铝熔体从铝电解槽进入镁还原罐，溶解还原反应产生的氧化铝炉渣，得到高氧化铝浓度的冰晶石-氧化铝熔体，接着打开将铝电解产物气和还原罐内侧相连的管路，使电解产生的气体流入镁还原罐，以增大还原罐中的压力，使高氧化铝浓度的冰晶石-氧化铝熔体流回铝电解槽，反复几次操作可以使氧化铝被完全回流；氧化铝回流操作完成后，关闭氧化铝回流管路，打开电解铝生成气体抽出管路，用真空泵将还原罐内的气体抽回还原罐外加热管路中，接着关闭连接电解槽与还原罐内侧的通气管；最后重新打开还原罐中的金属铝进料管，开始下一次还原操作。
镁铝合金真空熔炼罐的熔炼温度在700-750℃，可以由镁还原炉中流出的高温加热气和镁还原罐中流出的高温产物携带的热量来维持，合金熔炼炉自身的加热方式与镁还原炉一样选择可以用继电器-热电偶控制温度的电阻加热。从镁还原罐上部真空抽出的气态金属镁在合金熔炼炉中随温度降低而部分液化使得气态镁得到进一步精炼，而液化的金属镁与还原罐底流出的溶有少量金属镁的金属铝熔液进行合金熔炼，在合金熔炼过程中可以从熔炼炉顶部真空进料口加入合金精炼所需的溶剂和精炼剂进行同步的合金精炼。
实施例1：
在一个300KA的电解槽中以每天4.4吨的速度电解含量为98%的氧化铝，将生成的金属铝熔液吸入两个标准镁还原罐与纯度为93%重量为3.2吨的氧化镁反应，还原罐中每天得到金属镁1.79吨，未参加还原反应的金属铝为0.29吨。可炼制AZ91镁合金1.98吨，金属铝0.11吨。
实施例2：
在一个300KA的电解槽中以每天4.4吨的速度电解含量为98%的氧化铝，将生成的金属铝熔液吸入两个标准镁还原罐与纯度为93%重量为3.6吨的氧化镁反应，还原罐中每天得到金属镁2.01吨，未参加还原反应的金属铝为0.04吨。可炼制AZ91镁合金0.45吨，金属镁1.61吨。

Claims (3)

1.一种铝镁合金联合炼制装置，其特征在于，所述装置由镁还原罐内侧和外侧通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内、外侧相连接构成，镁还原罐内侧分别通过管路与铝电解槽和镁铝合金熔炼罐内侧相通，构成流体物料流通通道；流通通道与铝电解槽相连接的三条管路分别连接在镁还原罐底部和电解槽底部阴极处之间，还原罐底部和电解槽中部阳极电解液，以及还原罐上部和电解槽上部，合金熔炼罐内侧的管路分别连接在还原罐和熔炼罐上部气体进出口和下部液体进出口之间。
2.根据权利要求1所述的一种铝镁合金联合炼制装置，其特征在于，所述镁还原罐外侧保温层内通过管路与铝电解槽生成气体富集处和镁铝合金熔炼罐外侧保温层之间连通成余热利用通道。
3.根据权利要求1所述的一种铝镁合金联合炼制装置，其特征在于，所述连接铝电解槽、镁还原罐和镁铝合金熔炼罐之间的管路设有阀门、滤网及缓冲罐。
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