CN110218880A - 一种火法真空冶金还原装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种火法真空冶金还原装置，包括还原反应单元，在还原反应单元顶部安装有金属凝结单元；所述还原反应单元包括上下贯通的还原罐本体，在还原罐本体底部装配有下密封端盖，在还原罐本体外侧套设有耐高温外套，在还原罐本体内侧设有耐高温内衬，所述耐高温外套与还原罐本体外表面之间、所述耐高温内衬与还原罐本体内表面之间均设有间隙；在还原罐本体内设置有中心通气筒，中心通气筒的底部支撑在还原罐本体内壁上，在中心通气筒侧壁上设有多个与冶金炉料容纳空间相连通的通气孔；金属凝结单元通过金属凝结单元和结晶器的相互配合，可以实现待冶炼金属的快速结晶析出，整体冶炼效率高，成本低。

Description

一种火法真空冶金还原装置
技术领域
本发明属于金属镁真空冶炼技术领域，特别涉及一种火法真空冶金还原装置。
背景技术
外热式硅热法炼镁还原罐工作在1200℃的高温和10Pa绝压的真空状态下，其外部受火焰、高温烟的高温热源加热，罐内与冶金炉料及其反应产物接触，运行环境复杂、严苛。目前工业上普遍采用高温耐热钢做还原罐罐体，使用寿命通常只有3个月左右。
中国专利文献CN2448849Y公开了一种适用于镁冶炼的还原罐、中国专利文献CN201710093723公开了一种陶瓷复合还原罐、中国专利文献CN201420233403公开了一种镁还原罐，其分别在高温耐热钢还原罐体内设置碳化硅或氮化硅内衬，拟通过减弱炉料对罐体的磨损、提高罐体耐压的方法，提高镁冶炼还原罐使用寿命。但由于镁冶炼还原罐寿命短的主要原因不是罐内的磨损和罐体的承压能力，而是还原罐外还原炉火焰及高温烟气对耐热钢的高温氧化和烧蚀，导致罐壁减薄、承压能力降低造成的，因此并不能有效解决还原罐寿命短的问题，自CN00232193提出金属还原罐内设置内衬的思想至今近二十年来，实际炼镁工业装置没有一家采用这种结构的还原罐。
另外，中国专利文献CN2289800Y名称为一种非金属冶炼还原罐提出一种用矾土、三氧化二铝、金刚砂、高岭土等配置、造型、烧结、制成的还原罐外壳，壳内附衬一个不锈钢筒的金属冶炼还原罐，但由于所述还原罐的配置、造型、烧结、制成以及与不锈钢筒的装配方法等均不具体，不具备技术可行性，因此自该专利公开至今也没有实际应用。
中国专利文献CN200720200214公开了碳化硅还原罐和中国专利文献CN201210382362公开了一种耐高温碳化硅还原罐及其制备方法，提出用碳化硅材料替代现有的铬镍耐热钢制作还原罐，中国专利文献CN201020151843公开了一种耐高温非金属竖式还原罐）提出竖式镁冶炼还原罐用耐火材料制成。但由于碳化硅制品和耐火材料都具有透气性，而硅热法炼镁必须要在较高的真空（绝压10Pa左右）下进行，透气材料做罐体根本无法维持真空，因此无法在镁冶炼工艺中应用。
发明内容
本发明目的在于提供一种火法真空冶金还原装置；为达到上述目的所采取的技术方案是：
一种火法真空冶金还原装置，包括还原反应单元，在还原反应单元顶部安装有金属凝结单元；所述还原反应单元包括上下贯通的还原罐本体，在还原罐本体底部装配有下密封端盖，在还原罐本体外侧套设有耐高温外套，在还原罐本体内侧设有耐高温内衬，所述耐高温外套与还原罐本体外表面之间、所述耐高温内衬与还原罐本体内表面之间均设有间隙；在还原罐本体内设置有中心通气筒，中心通气筒的底部支撑在还原罐本体内壁上，所述中心通气筒与耐高温内衬之间的空间形成冶金炉料容纳空间，在中心通气筒侧壁上设有多个与冶金炉料容纳空间相连通的通气孔；
所述金属凝结单元包括固定连接在原罐本体顶部的结晶水套，在结晶水套内的原罐本体顶部安装有结晶器，在结晶水套顶部安装上密封端盖，在结晶水套上部设有用于对还原罐本体内部抽真空的抽真空通口。
优选的，所述耐高温外套和耐高温内衬采用耐高温陶瓷材质制作。
优选的，所述耐高温外套和耐高温内衬采用刚玉、氮化硅或者碳化硅材质。
优选的，在结晶水套上设有进水口和出水口，通过进水口和出水口的进出水流量调节使结晶水套内形成金属凝结所需温度。
优选的，中心通气筒与耐高温内衬之间的径向间距为20毫米至300毫米。
优选的，所述耐高温外套与还原罐本体外表面之间的间隙、耐高温内衬与还原罐本体内表面之间的间隙均不小于1毫米。
优选的，在还原罐本体外表面上设有用于支托耐高温外套的外环形支撑，在还原罐本体内设有用于支托耐高温内衬的内环形支撑。
优选的，所述结晶水套通过连接法兰或者连接环与原罐本体顶部固定连接。
优选的，所述还原罐本体下端部为缩口型排渣端，所述中心通气筒下端部支撑设置在缩口型排渣端内壁上。
本发明所具有的有益效果为：还原反应单元的还原罐本体外的耐高温外套使得原罐本体不直接接触烟气形式的高温热源，可有效防止原罐本体高温氧化和烧损等问题，固相炉料直接与耐高温内衬相接触而不与还原罐本体内壁接触，可有效防止固相炉料以及冶金产物与还原罐本体罐壁的化学反应侵蚀等问题，延长了火法冶炼金属的还原罐的使用寿命，降低了冶炼的成本；本发明的复合还原罐的使用寿命将比现有技术还原罐显著延长，预计使用寿命可达一年以上，明显降低冶炼成本。
金属凝结单元通过金属凝结单元和结晶器的相互配合，可以实现待冶炼金属的快速结晶析出；同时还可以通过调整冷却循环水的温度和流速等参数实现不同金属析出温度的快速调整，整体冶炼效率高，成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图及其使用状态图；
图2为图1中还原反应单元的结构示意图；
图3为图1中金属凝结单元的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步描述。
如图1至图3所示，一种火法真空冶金还原装置，包括还原反应单元，在还原反应单元顶部安装有金属凝结单元；所述原反应单元包括上下贯通的还原罐本体5，在还原罐本体5的下端安装有下密封端盖1，在还原罐本体5外侧设有耐高温外套4，在还原罐本体5内侧设有耐高温内衬6，所述耐高温外套4与还原罐本体5外表面之间、所述耐高温内衬6与还原罐本体5内表面之间均设有间隙，在还原罐本体5内设置有中心通气筒8，中心通气筒8的底部支撑在还原罐本体内壁上；所述中心通气筒8与耐高温内衬6之间的空间形成冶金炉料容纳空间，工作时在冶金炉料容纳空间内盛装固相炉料7，在中心通气筒8侧壁上设有多个与冶金料容纳空间相连通的通气孔9；
所述金属凝结单元包括固定连接在原罐本体5顶部的结晶水套10，在结晶水套10内的原罐本体5顶部安装有结晶器11，在结晶水套10顶部安装上密封端盖12，在结晶水套10上部设有用于对还原罐本体5内部抽真空的抽真空通口13，其中，结晶水套10通过连接法兰或者连接环与原罐本体5顶部固定连接；在结晶水套10上设有进水口和出水口，通过进水口和出水口的进出水流量调节使结晶水套10内形成金属凝结所需温度。
其中，耐高温外套4和耐高温内衬6采用耐高温陶瓷材质制作，优选地，所述耐高温外套4和耐高温内衬6采用刚玉、氮化硅或者碳化硅材质，根据实际情况也可以将耐高温外套4和耐高温内衬6采用刚玉、氮化硅、碳化硅材质之中的一种或者两种组合式使用。
综合本复合还原罐的结构特征和所要冶炼的金属属性，经过理论模拟计算可将中心通气筒8与耐高温内衬6之间的径向间距适应性地设置为20毫米至300毫米；同时为了便于制作和装配，所述耐高温外套4与还原罐本体5外表面之间的间隙、耐高温内衬6与还原罐本体5内表面之间的间隙均不小于1毫米。
还可以在还原罐本体5外表面上设有用于支托耐高温外套4的外环形支撑3，在还原罐本体5内设有用于支托耐高温内衬6的内环形支撑2；同时，所述还原罐本体5下端部为内径自上而下依次减小的缩口型排渣端，所述中心通气筒8下端部坐落设置在缩口型排渣端内壁上。
如图2所示，本发明在工作时，首先在还原罐本体5上端部通过连接法兰或者连接环安装结晶水套10，将用于冶炼金属的固相炉料7放入冶金料容纳空间内，然后在还原罐本体5上端结晶水套10内对应位置处安装有结晶器11，在上端结晶水套10顶部安装上密封端盖12，通过抽真空通口13将还原罐本体5内抽真空，在冶金还原炉内的火焰、高温烟气或电加热元件等高温热源16的作用下，固相炉料6中金属氧化物通过化学反应产生金属蒸气15，实现冶金还原反应，最终在结晶器11内壁上析出金属结晶物14；冶炼完成后，打开下密封端盖1，向上吊起或顶起中心通气筒8，炉渣从缩口型排渣端排出。
在火法冶炼过程中，还原罐本体5外的耐高温外套4使得原罐本体6不直接接触烟气形式的高温热源16，可有效防止原罐本体5高温氧化和烧损等问题，固相炉料7直接与耐高温内衬6相接触而不与还原罐本体5内壁接触，可有效防止固相炉料7以及冶金产物与还原罐本体5罐壁的化学反应等问题，延长了火法冶炼金属的还原罐的使用寿命，降低了冶炼的成本。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种火法真空冶金还原装置，其特征在于，包括还原反应单元，在还原反应单元顶部安装有金属凝结单元；所述还原反应单元包括上下贯通的还原罐本体，在还原罐本体底部装配有下密封端盖，在还原罐本体外侧套设有耐高温外套，在还原罐本体内侧设有耐高温内衬，所述耐高温外套与还原罐本体外表面之间、所述耐高温内衬与还原罐本体内表面之间均设有间隙；在还原罐本体内设置有中心通气筒，中心通气筒的底部支撑在还原罐本体内壁上，所述中心通气筒与耐高温内衬之间的空间形成冶金炉料容纳空间，在中心通气筒侧壁上设有多个与冶金炉料容纳空间相连通的通气孔；
所述金属凝结单元包括固定连接在原罐本体顶部的结晶水套，在结晶水套内的原罐本体顶部安装有结晶器，在结晶水套顶部安装上密封端盖，在结晶水套上部设有用于对还原罐本体内部抽真空的抽真空通口。
2.据权利要求1所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，所述耐高温外套和耐高温内衬采用耐高温陶瓷材质制作。
3.据权利要求1的火法真空冶金还原装置，其特征在于，所述耐高温外套和耐高温内衬采用刚玉、氮化硅或者碳化硅材质。
4.根据权利要求1至4任一项所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，在结晶水套上设有进水口和出水口，通过进水口和出水口的进出水流量调节使结晶水套内形成金属凝结所需温度。
5.据权利要求4所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，中心通气筒与耐高温内衬之间的径向间距为20毫米至300毫米。
6.据权利要求5所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，所述耐高温外套与还原罐本体外表面之间的间隙、耐高温内衬与还原罐本体内表面之间的间隙均不小于1毫米。
7.据权利要求6所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，在还原罐本体外表面上设有用于支托耐高温外套的外环形支撑，在还原罐本体内设有用于支托耐高温内衬的内环形支撑。
8.根据权利要求7所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，所述结晶水套通过连接法兰或者连接环与原罐本体顶部固定连接。
9.据权利要求3所述的火法真空冶金还原装置，其特征在于，所述还原罐本体下端部为缩口型排渣端，所述中心通气筒下端部支撑设置在缩口型排渣端内壁上。
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