CN103572072A

CN103572072A - 一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置

Info

Publication number: CN103572072A
Application number: CN201210281860.8A
Authority: CN
Inventors: 王�华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-08-09
Filing date: 2012-08-09
Publication date: 2014-02-12

Abstract

本发明设计了一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，该装置是复合耐热无缝钢管或直接浇筑成型的合金钢管（或C/C复合材料专用管），单个管体一端为进料和出渣，另一端用于结晶器装卸。有多个管体按一定几何尺寸固定在钢架上，钢架的底部设有一组或多组液压顶升系统，组成的多管式还原炉，两端头分别设计了组合式液压密封闸门，同时配套了自动进料装置，自动清渣装置和结晶器自动装卸装置，筒体上面端头开设了多个功能孔，分别有混合气体排放孔，氮气输入孔、安全阀孔、循环水孔、测温孔、测压孔等；两端盖密封件及结晶器冷凝罐的水冷系统与水环泵相连组成，实现了自动进出料，清洁生产。

Description

一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置

技术领域

本发明专利是一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，属于有色金属真空冶炼领域。

背景技术

现有的热还原金属镁炉窑大多是外烧式的皮江法工艺，反应罐与结晶罐为连体单罐结构，一端开口，一端封闭，固定在耐火砖砌体上面，人工进出料，产能低，耗能高，污染大，还原时间长，效率低，效益差；内热法有碳还原的，但仅限于实验室设备，目前澳大利亚、美国等国家的一些研究机构也正在进行这方面的研究，尤其是澳大利亚的CSIRO 对真空碳热还原氧化镁制取金属镁的工艺已经取得了一定进展，从全世界范围来看，目前还没有真空碳热还原法炼镁扩大实验研究成功的案例和工业化生产的报道。国内昆明理工大近年来进行了大量的研究，取得了可喜成果，尤其是提出了两阶段理论，一是氧化物理解析出氧，二是氧与还原剂（如碳）的化合，反应如下：

MgeO=Me+1/2O₂

1/2O₂+C=CO

MgO+C=Mg+CO

该工艺目前还没有工业化生产。

此外北京科技大最近又设计了一种以液态钙作为还原剂的金属镁还原工艺及装置。其特征是采用液钙为还原剂，与氧化镁反应得到镁蒸气，工艺流程如下：首先向反应器中加入固体钙并加热使其熔化，加入量保证熔化后液钙的体积占反应器容积的１／３～２／３；然后，将固体钙和氧化镁粉末按（１～２）∶１的比例混合后送入反应器中，物料浸在液钙中；当温度达到１０９０℃时，反应开始进行，产生镁蒸气，反应温度控制在１１５０～１３００℃，镁蒸气通过引风机进入结晶器冷凝。该工艺具有反应在常压下进行，不使用还原罐，反应为固－液相反应，反应速率快，反应物接触充分等优点。但液钙来源有限，且尚未见批量生产的报导。西安科技大学材料与工程学院研制的多热源-内热式-电热法炼镁技术始于2003年，设想在还原罐内设置若干发热体,以缩小传热距离,加快传热速度,提高反应，镁回收率可以达到83%~88%,此值高于目前国内皮江法工艺75%~80%的水平。该工艺合适的还原时间为3~5h,当真空度达到6Pa时,还原时间可以缩短到2.5~3.5h，但电耗高，一般为10000~13000kwh/tMg，缺点是耗电量大，成本优势不明显。

郑州麦格姆镁科技有限公司发明并设计了竖式炼镁还原炉试生产取得成功。竖式还原炉顾名思义是相对目前炉型还原罐水平放置而言，它利于重力向下的原理，实现还原炉的快速装料和出渣等作业。克服以往还原炉操作全靠人工，劳动强度大，炉前工作环境恶劣的缺点，实现了装料、取结晶器和出渣的机械化。炉膛内热气流的上升有利于还原反应的进行，可以使还原周期缩短。炉膛取消了支罐砖，还原罐四周 “透火”，传热条件好，与横罐还原炉相比更加节能。该技术已经推向生产应用，缺点是还原罐内要设置排气管，制造装配难度增大。

发明内容

本发明专利的目的是为克服已有技术的不足，设计了一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置；该装置是一个用10～30mm厚的陶瓷复合耐热无缝钢管或直接浇筑成型的耐热合金钢管（或C/C复合材料专用管），采用无缝钢管时内、外复制了刚玉陶瓷保护膜，经过特殊工艺制成的两端开口的管体，单个管体一端为进料和出渣，另一端只用于结晶器装卸，有多个管体按一定几何尺寸固定在钢架上，钢架的底部设有一组或多组液压顶升系统，组成的多管式还原炉，两端头分别设计了组合式液压密封闸门，同时配套了自动进料装置，自动清渣装置和结晶器自动装卸装置，筒体上面端头开设了多个功能孔，分别有混合气体排放孔，氮气输入孔、安全阀孔、循环水孔、测温孔、测压孔等；两端盖密封件及结晶器冷凝罐的水冷系统与水环泵相连组成。

该装置实施包括下列工艺步骤：

1．将已经配备压制好的球团料装入预制好的多层牛皮纸袋或复合袋内，亦可均匀散装在两叶半圆管进料舟内，然后将进料车驶入固定位置，对准对应的管式炉口，然后启动车上的推进器电钮，将料舟快速送入还原管内，然后启动翻转阀，将料袋或散料均匀放入还原管2/3的空间内，再启动返回按钮快速退出。

2．启动组合式液压密封闸门，下滑至对应位置，再启动液压密封装置，将端头密封，该装置端盖上中间装有针形进气阀，与主体还原炉呈动密封接触。

3．另一端是结晶冷凝器，与主体还原炉动密封接触，当还原炉装好球团料后，打开结晶冷凝器一端的闸门，机械手将结晶器安装在结晶冷凝器内，然后关闭闸门将其密封。

4．还原炉内装好料和结晶器后，两端组合式液压密封闸门全部密封，在1200～1500℃，0.1～13Pa真空环境中还原，炉外多级抽真空系统和水循环系统的共同作用下，在冷凝结晶罐内完成金属镁结晶，如采用碳还原工艺，还原结束后，打开进料端针形气阀，充入一定量惰气（氮气，氩气等），将剩余CO气体排出，然后启动结晶器一端密封闸门，打开闸门后，驶入结晶器机械手，取出结晶器；结晶分离后的CO烟气集中收集在集气箱，用于回转窑煅烧或精镁冶炼，循环利用；如采用硅还原工艺，还原结束后，直接打开结晶器闸门，然后启动结晶冷凝器一端密封闸门，打开闸门后，驶入结晶器机械手，直接取出结晶器，然后循环往复操作。

5．打开进料端密封闸门，启动底部液压缸，将炉体顶至倾斜45度，使还原后残渣自动流出还原炉，然后解压恢复原位，如果还原管内还有残余物料，再启动自动清渣机，快速伸入还原罐，快速将余渣清出。

6．重复1动作，将料装入还原管内，同时封闭炉门，另一端安装好结晶器，同时封闭好炉门，然后重复循环生产。

通过上述途径的设计创新具有以下特点：①加热方式灵活，可以用电，亦可用燃气（天然气，系统回收的CO气、水煤气等）；②对现有硅热法进行改造； ③还原罐与结晶冷凝罐间是动密封接触；④还原罐有减速电机上的齿轮通过链条或齿轮可以反向转动；⑤自动化装卸料系统可实现连续间歇式生产使用,缩短进出料时间，提高生产效率,降低劳动强度,减少乃至消除粉尘污染，实现清洁生产。

总之, 一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，有望解决我国目前传统皮江法工艺诸多缺陷,将从根本上提升我国金属镁冶炼行业的技术水平，解决两高一低，即高污染高能耗，低效益，以及人工进出料的种种弊端，使得物料进料、残渣排除全部实现了机械化；结晶器装卸亦实现了机械化，减轻了劳动强度，在硅热法的基础上亦可采用碳热法还原金属镁，如采用碳热法，可将还原产生的CO等热烟气集中收集至集气箱，然后用于白云石煅烧或精炼，废气余热得到了充分有效的利用，大幅度节约了能耗，采用的设备都是经过优化筛选再创新设计制造的设备，设备利用率高，兼容性好，投资小见效快，近零排放，无污染，取得了事半功倍的效果，综合经济，社会、环保效益极为显著。如果采用部分设备对现有皮江法工艺改进，如采用该专利部分设备，自动进出料设备，替代人工进出料，亦可收到很好的效果。

附图说明

图1为本发明专利平面示意图。

图2为图1的纵剖面图，主要显示系统供料、还原、冷凝结晶罐装卸装置。

图3为图1的主炉卸料装置剖面图；主要显示还原渣排渣时炉体自动顶升卸料装置。

图4为图1的横剖面图，主要显示燃气喷嘴燃烧系统。

图5为图1进料装置的传动部分横剖面图；主要显示自动进出料装置布置示意图。

图6为图1的抽真空管路布置示意图。

图7为图1的还原罐传动密封系统布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明专利进一步说明：

本发明专利设计的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置分三部分组合而成，如图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7所示，本实施例的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，其主体还原炉外形为六面体钢结构组合体，内部采用多管顺序组合排列的管式结构炉，分别是左侧是左侧是进出料部分，与主体还原炉分体接触：相互之间的搞关系是包括拖车滚轮与轨道1左右滚动接触，拖车上面装有垂直底轨的纵向轨道3，拖车2，进出料车轨道3-1，进出料车架体4、可行走的进出料装置车5，5-1是可翻转的进出料装置，端头与车架体左侧的轴承5-1-1连接，中间与车架体上的转动齿轮5-1-2相连，右面是半圆形可翻转两叶片装卸料舟5-1-3，5-2是5-1的驱动装置，通过5-1-2齿轮与5-2-1链轮与5-2连接；6是5 的驱动装置，由6-1链轮带动车轮6-2运动；7是还原炉主体，分别由左侧闸门8、供油管路8-1与液压泵站相连，进气（氮气、CO、甲烷、天然气等）针形阀8-2一端与氮气罐相连，另一端与移动式闸门密封相连，靠近还原罐一侧安装有密封圈，与还原罐动密封连接；提升装置轨道9、移动门卡紧装置10、还原罐11、还原罐的传动装置11-1，11-1-1是11的传动齿轮，11-2是链条，11-3的还原罐13的齿轮，11-4是还原罐右侧的支撑轮；11-5是11右端带密封的滚动套；物料12、管式炉主体与结晶器过度段堵头13、冷凝结晶罐14，水循环冷却系统14-1、结晶器14-2，结晶器混合气体出口14-2-1、伸缩式高压管14-2-2；14-3结晶冷凝器液压密封压紧装置；过滤器14-4、油过滤器14-5、滑阀泵14-6、旋片泵或罗茨泵14-7、集气箱14-8，14-9是结晶冷凝上的O型密封圈，14-9-1是对称O型圈间的挡圈，14-9-2冷凝结晶器上的水套，14-9-3是还原罐右侧的支撑轮等部件组成；右侧闸门15、升降轨道16、右侧闸门与下面的边框卡紧装置17，压力传感器18，温度传感器19等部件组成；还原炉7由液压顶升装置25，液压泵站26、控制系统27、连接主辅机的合页28，收渣器29、收尘器30组成出料收尘系统；外接燃气阀31、主燃气管道32、喷嘴33，等部件部件组成供热系统；右侧是结晶器取出部分，与主体炉分体接触，分别由结晶器进出机械手20、移动式装卸料车传动装置21，车架体22，液压缸23、供油系统24等几部分组成。

该机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置中相互关系是：如图1、图2 、图3图4，图5，图6，图7中的主体1为轻轨，2为轻轨上行走的拖车，拖车由4轮或多轮支撑拖车运动，拖车的驱动靠端头的牵引装置完成；拖车上面装有垂直底轨安装的行车轨道3，工作时与固定轨道3-1对接；4是进出料车架体，一侧边装有驱动装置4-1，5是可行走的进出料装置车，5-1是可翻转的进出料装置，端头与车架体左侧的轴承5-1-1连接，中间与车架体上的转动齿轮5-1-2相连，右面是半圆形可翻转两叶片装卸料舟5-1-3，6是5-1的驱动装置，通过6-1齿轮与6-2链轮与5-1-2连接；7是还原炉主体，由钢架体7-1，耐火砖7-2，左闸门液压提升系统8、供油管路8-1与液压泵站相连，进气（氮气、CO、甲烷、天然气等）针形阀8-2一端与氮气罐相连，另一端与移动式闸门相连，靠近还原罐一侧安装有密封圈，与还原罐动密封连接；闸门提升装置轨道9，移动闸门卡紧装置10安装在架体上；安装在架体7上的还原罐11；左端由 11-1是还原罐的传动装置（同6），11-1-1是11的齿轮， 11-2是链条，11-3的还原罐的齿轮，11-4是还原罐右侧的支撑轮；11-5是11右端带密封的滚动套组成还原系统；物料12；真空炉主体与结晶器过度段耐火材料堵头13，分别安装在左侧和右侧还原罐与结晶器过渡段；冷凝结晶罐14，水循环冷却系统14-1密封焊接、可移动的结晶器14-2安装在14的里面，结晶器混合气体出口阀14-2-1穿过14水套与结晶器端头连接，伸缩式高压管14-2-2一端与液压泵站相连，一端与移动盖上的液压顶紧装置相连；14-3结晶冷凝器液压密封压紧装置，14-9是14一端结晶冷凝器上的O型密封圈，14-9-1是对称O型圈间的挡圈，14-9-2冷凝结晶器上的水套，14-9-3是还原罐右侧的支撑轮；主体框架右侧闸门15与供油管路16、卡紧装置17，压力传感器18，温度传感器19连接形成锁紧密封检测系统；还原炉7的右侧与过滤器14-4、油过滤器14-5、滑阀泵14-6、旋片泵或罗茨泵14-7、至集气箱14-8相连；底部两侧安装有液压顶升系统，有液压顶升装置25；泵站26、供油系统26-1组成；连接主辅炉体的合页28，将上部的还原炉主体与底部液压系统25、控制系统27组成外接燃气阀31、主燃气管道32、喷嘴33，等部件组成进、出料、还原、冷凝结晶及排渣、出料于一体的生产系统；收渣器29、收尘器30，右侧结晶器装卸系统由取出机械手20、移动式装卸料车传动系统21，车架体22，右侧的结晶器进出料滚轮22-1，液压系统23、供油系统24等部分组成结晶器进出系统，相互结合便形成了完整的清洁生产循环生产体系。

Claims

1.一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，其特征在于，该装置是一个用10～30mm厚的耐热无缝钢管或直接浇筑成型的管，管内、外复合刚玉陶瓷，经过特殊工艺制成的（或C/C复合材料）管体，有多个管体按一定几何尺寸固定在钢架上，筒体上面端头及密封盖上开设了多个功能孔，分别有混合气体排放孔，氮气输入孔、安全阀孔、循环水孔、测温孔、测压孔等；两端盖密封件及结晶器冷凝罐的水冷系统与水环泵相连组成，钢架的底部设有一组或多组液压顶升系统，组成的多管式还原炉，两端头分别设计了组合式液压密封闸门；同时配套了自动进料装置、清渣装置、收渣器、收尘净化器；以及结晶器自动装卸装置、结晶器运输箱三大部分组成。

2.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，包括管式炉主体，该主体是一个两端均可开启的柱状市售钢制复合材料（或C/C复合材料）筒体，或一端开启一端密闭的管式炉，该管式炉采用耐1250℃以上的合金材质，制成10～30mm厚的无缝管或浇筑而成的圆柱形筒体，管内部采用高纯三氧化二铝为主要原料，利用“SHS”自蔓燃离心法技术，经瞬间2200度高温焙烧复合而成的厚约3mm左右的特种刚玉陶瓷膜，然后再在复合管的表面涂覆3mm左右的市售耐高温易传热耐高温涂料，形成了三层复合结构。

3.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，多管炉的两端头均采用了整体闸门组合，单炉分别控制，液压密封与一体结构。

4.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，两端开口，其中一端为进料出渣，端头安装密封闸门，闸门装有针形进气阀，液压密封锁紧装置；另一端为金属镁结晶冷凝器装置、结晶冷凝器与主体还原炉间焊接密封连接，过渡段有多孔堵头，堵头向外是可移动结晶器，结晶冷凝器分别安装了混合气体抽提、夹套水循环阀门及防暴检测装置，端盖安装了温度、压力、及液压闸门密封锁紧装置。

5.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，末端配套设置了结晶器装卸及结晶器运输装置，该装置采用一个移动式上面装有多个机械手的装卸料装置。

6.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，还原罐与结晶冷凝罐间是动密封接触。

7.如权利要求1所述的一种机械进出料多管式真空热还原金属镁的生产线装置，还原罐是即可正反向转动，整个炉体又可上下运动的动态复合结构的还原炉。