CN107990713B - 一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，包括炉体，炉体内设有多个呈蜂房状布置的圆筒形料筐，筐体壁内埋有单激励线圈，激励线圈由筐体壁底部引入，螺旋上升，从顶部引出，多个料筐的激励线圈经过串联后，经炉体上的绝缘密封装置引出至炉外与电源装置相连，电能无接触地传递给料筐来加热反应炉料，发热体整体均匀发热，不会出现局部高温而损坏。主要解决了现有电加热内热式真空还原炉存在激励线圈损耗比较严重、漏电感大和所需无功补偿电容成本高的问题，本发明设计合理，可以调节还原炉温度场的分布，传热效率快；主要用于镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属热还原法生产。

Description

一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉

技术领域

本发明涉及真空冶金设备技术领域，具体为一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，可用于热还原法制备镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属的设备。

背景技术

镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属，可以使用热还原法在真空条件下制备。目前在金属镁生产领域中，广泛使用的还原设备是使用燃气等直接加热由耐热合金制成的还原罐。此法受还原罐结构及材料性能的限制，反应温度低、传热慢、能耗高，并且由于还原罐的氧化等损耗大量消耗昂贵的镍铬合金。

电内热式真空还原炉可以克服外热式还原炉的能耗高及还原罐消耗等问题。电内热式真空还原炉着重解决的问题是提高炉料内热量传递的速度，提高生产效率。如实用新型专利ZL 96247592.0中公开了一种感应加热还原炼镁装置。该方案中在还原罐外壁上绕设有感应线圈，通过感应线圈与感应电源相连进行对物料电磁感应加热。公开号CN105018730A的专利申请公开了一种电磁感应内热式金属镁真空还原炉。该方案中炉体内设置有矩形铁芯，一条长边穿过料筐的中心通道，另一条边绕有铜质线圈，通过铜质线圈的引出端与电源连接对物料进行电磁感应加热，但都存在激励线圈损耗比较严重，漏电感大，所需无功补偿电容成本高的问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有电加热内热式真空还原炉存在激励线圈损耗比较严重、漏电感大和所需无功补偿电容成本高的技术问题，提供一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，包括上炉壳、下炉盖、料筐、平台、支撑架、结晶室和冷却装置，所述上炉壳盖合在下炉盖形成炉体，平台水平设置在炉体底部，并通过支撑架支撑固定，数个料筐呈蜂房状布置在平台上，且位于炉体内，并使数个料筐的激励线圈串联，炉体顶部通过金属蒸汽通道连接结晶室，在结晶室上部设有精抽口，在炉体底部设有粗抽口，且与结晶室分别位于炉体两侧，冷却装置设在结晶室的外壁。

进一步，在所述炉体和金属蒸汽通道的内壁设有保温层，且与料筐之间留有间隙，方便装卸料

再进一步，所述料筐由筐体、激励线圈、金属挡板和钢带组成，在所述筐体的外壁开设有一条单螺旋槽，在筐体的外壁开设有一条单螺旋镁蒸汽溢流缝，且与槽平行设置，激励线圈设在槽内，在激励线圈与槽壁之间设有绝缘层，金属挡板设在槽外，且在金属挡板上开设有若干个气孔，并使金属挡板上下两边向外侧进行折边，钢带紧贴折边外侧设置，并使钢带上下两边焊接在筐体的壁上。筐体表面切有平行于激励线圈、并交错布置的镁蒸汽溢流缝，增加了料筐的电阻，减少了发热量，并有利于还原得到的镁蒸汽扩散，满足炉料温度场均匀分布的需要。

更进一步，所述激励线圈的导体截面为矩形，且为单条激励线圈。

更进一步，所述绝缘层为陶瓷材料层。陶瓷绝缘材料是用天然或合成化合物经过成形和高温烧结制成的一类无机非金属材料，是工程材料中刚度最好、硬度最高的材料，其一般具有高的熔点(大多在2000℃以上)，且在高温下具有极好的化学稳定性；陶瓷还是良好的隔热材料；同时陶瓷的线膨胀系数比金属低，当温度发生变化时，陶瓷具有良好的尺寸稳定性。

更进一步，所述冷却装置为水冷套。

工作时，球团状的还原炉料装填在料筐中，直接与料筐相接触。由电源装置施加在激励线圈上的高频交流电在料筐中产生交变的磁场。由此在金属料筐中产生感应电流。在料筐中感生的电流产生的热量通过传导和辐射两种方式对炉料进行加热。通过这一电磁感应过程，电能无接触地传递给料筐来加热反应炉料，发热体(料筐)整体均匀发热，且由较厚的耐热钢板制成，导热迅速，发热体本身温度分布均匀，不会出现局部高温而损坏。还原过程中，在粗抽真空阶段使用粗抽口抽气，由于粗抽口设置在所述炉体底部，从而炉室气体内的浮尘不会沉积在结晶室中而使结晶镁的纯度降低。当达到较高的真空度，此时气体流量已很低，关闭粗抽口，从经过结晶室的精抽口处抽真空。整个发热体处于真空环境内部，受力很小，且由于真空的保护不易氧化。

与现有技术相比，本发明具体如下优点：

1、炉壳与高温的还原料之间有保温层，炉壳温度仅略高于环境温度。因此，炉体只需使用普通碳钢制造。

2、发热体(料筐)为由一定厚度耐热钢板(同现有工艺还原罐体材料或310S不锈钢)制成的筒状物，结构强度大，装卸炉料过程中不易损坏。

3、激励线圈埋于料筐内部，且激励线圈与料筐壁之间填充有高热导率陶瓷绝缘材料，耦合效率高，热量聚集于加热体内部，外部热量耗散极小，使得发热体(料筐)整体均匀发热，且料筐由较厚的耐热钢板制成，导热迅速，发热体本身温度分布均匀，不会出现局部高温而损坏。整个发热体处于真空环境内部，受力很小，且由于真空的保护不易氧化。因此，炉内加热温度可以高于皮江法，大大提高还原反应速度和炉料利用率。

4、还原炉单炉可呈蜂房状布置多个还原罐料筐(由耐热钢制成)，使得有足够的散热面积和较短的传热距离，从而保证在较大料筐体积时热量传递的速度不会降低，且单炉越大，布置的料筐越多，这样减小了相对表面积，提高了单个炉的生产能力，且热效率高。

5、料筐放在由支架固定的耐热钢制(同现有工艺还原罐体材料或310S不锈钢)平台上，且料筐与保温层之间留有间隙，方便装卸料。

6、供电装置将电源施加于激励线圈上，供电电压高，馈电电极电流小。同时馈电电极不与发热体接触，因而无需使用水冷电极，炉体结构简单，热量损失小。

7、由于使用了单独的粗抽口，且粗抽口位于炉体底部，炉室气体内的浮尘不会沉积在冷凝器中，因而结晶镁纯度高。

8、激励线圈由低电阻率耐热金属的钼或者纯铁制成，因为其熔点高，且耐氧化；激励线圈导体截面设置为矩形，是因为导体截面为矩形的相对表面积大，可以提高热传导效率。

9、料筐埋设激励线圈的一种方案为料筐外壁上开有一条单螺旋槽，槽中设有激励线圈，槽与激励线圈之间填充有高热导率陶瓷绝缘材料，在槽外放置一个薄金属挡板，金属挡板上开设有若干个气孔，有效地减小了在温度发生变化时，由于金属材料和陶瓷材料的的膨胀率不一致而导致陶瓷材料与料筐壁出现松弛，从而影响热传递效率，金属挡板上下侧各自进行折边，紧贴折边放置有一钢带，钢带两侧通过焊缝焊接在料筐壁上，形成电流闭合路径，这样可以减小了漏感。

10、还原炉的加料或卸料通过将下炉盖整体取下来实现，加料直接加到料筐内，卸料直接倾倒料筐，还原炉的装、卸料方式非常方便、快捷。

本发明设计合理，可以调节还原炉温度场的分布，传热效率快；主要用于镁、锂、锶、钙等高蒸汽压金属热还原法生产。

附图说明

图1为本发明的总体结构剖面示意图；

图2为料筐在炉体内分布图；

图3为料筐壁槽的剖面示意图；

图4为料筐表面局部狭缝布置示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。

如图1-4所示，本实施例中的一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，包括上炉壳7、下炉盖1、料筐5、平台13、支撑架14、结晶室11和水冷套12，所述料筐5由筐体501、激励线圈502、金属挡板503和钢带504组成，筐体501采用耐热钢制成，在所述筐体501的外壁开设有一条单螺旋槽505，在筐体501的外壁开设有一条单螺旋镁蒸汽溢流缝509，且与槽505平行设置，激励线圈502设在槽505内，激励线圈502的导体截面为矩形，且为单条激励线圈，激励线圈由料筐壁底部进入，螺旋上升，从顶部引出，在激励线圈502与槽505壁之间设有陶瓷材料层506，金属挡板503设在槽505外，且在金属挡板503上开设有若干个气孔507，并使金属挡板503上下两边向外侧进行折边，钢带504紧贴折边外侧设置，并使钢带504上下两边焊接在筐体501的壁上，球团状的还原炉料4装填在料筐5中，直接与料筐壁相接触。所述上炉壳7盖合在下炉盖1上形成炉体，并都保证其密封，炉体采用普通碳素钢制成，平台13水平设置在炉体底部，并通过支撑架14支撑固定，7个料筐5呈蜂房状布置在平台13上，且位于炉体内，并使7个料筐5的激励线圈502串联后经炉体上的绝缘密封装置引出至炉外与电源装置相连，炉体顶部通过金属蒸汽通道9连接结晶室11，在结晶室11上部设有精抽口10，在炉体底部设有粗抽口3，且与结晶室11分别位于炉体两侧，水冷套12设在结晶室11的外壁。在所述炉体和金属蒸汽通道9的内壁设有保温层8，且与料筐5之间留有间隙2。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明的技术方案的精神和范围，其均应涵盖本发明的权利要求保护范围中。

Claims (5)

1.一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，其特征在于：包括上炉壳（7）、下炉盖（1）、料筐（5）、平台（13）、支撑架（14）、结晶室（11）和冷却装置（12），所述上炉壳（7）盖合在下炉盖（1）上形成炉体，平台（13）水平设置在炉体底部，并通过支撑架（14）支撑固定，数个料筐（5）呈蜂房状布置在平台（13）上，且位于炉体内，并使数个料筐（5）的激励线圈（502）串联，炉体顶部通过金属蒸汽通道（9）连接结晶室（11），在结晶室（11）上部设有精抽口（10），在炉体底部设有粗抽口（3），且与结晶室（11）分别位于炉体两侧，冷却装置（12）设在结晶室（11）的外壁；所述料筐（5）由筐体（501）、激励线圈（502）、金属挡板（503）和钢带（504）组成，在所述筐体（501）的外壁开设有一条单螺旋槽（505），在筐体（501）的外壁开设有一条单螺旋镁蒸汽溢流缝（509），且与槽（505）平行设置，激励线圈（502）设在槽（505）内，在激励线圈（502）与槽（505）壁之间设有绝缘层（506），金属挡板（503）设在槽（505）外，且在金属挡板（503）上开设有若干个气孔（507），并使金属挡板（503）上下两边向外侧进行折边，钢带（504）紧贴折边外侧设置，并使钢带（504）上下两边焊接在筐体（501）的壁上；镁蒸汽溢流缝（509）平行于激励线圈（502）并交错布置。

2.根据权利要求1所述的一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，其特征在于：在所述炉体和金属蒸汽通道（9）的内壁设有保温层（8），且与料筐（5）之间留有间隙（2）。

3.根据权利要求2所述的一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，其特征在于：所述激励线圈（502）的导体截面为矩形，且为单条激励线圈。

4.根据权利要求3所述的一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，其特征在于：所述绝缘层（506）为陶瓷材料层。

5.根据权利要求1-4任一项所述的一种单螺旋内嵌激励式电磁感应内热镁真空还原炉，其特征在于：所述冷却装置（12）为水冷套。