CN110408797A - 一种用于还原金属镁的真空冶炼炉 - Google Patents

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李峰
李晗钰
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Abstract

本发明公开了一种用于还原金属镁的真空冶炼炉，包括真空加料装置、炉体，还包括感应加热器、微波加热器、真空出料装置、冷凝罐与结晶器、真空系统；所述感应加热器设置于炉体内上部，微波加热器设置于炉体外下部；所述真空加料装置用于将反应物料加入炉体内的反应器中，反应所产生的镁蒸气进入位于炉体顶部的冷凝罐与结晶器中结晶；真空出料装置位于炉体底部，将进一步反应处理后的物料排出；真空系统用于确保整个真空冶炼炉在真空条件下工作，各部件之间的连接均采用真空条件要求连接。本发明完全采用机械化、自动化结构，在节约能源的同时，降低了工人在高温条件下的劳动强度、提高了工作效率。

Description

一种用于还原金属镁的真空冶炼炉
技术领域
本发明属于轻金属技术领域，具体涉及一种用于还原金属镁的真空冶炼炉。
背景技术
金属镁自从发现至今，已经历210年，虽然其工业生产历史仅132年，但却已成为航天航空、汽车、电子、光学器材、精密机械、电器、交通等行业广泛应用的金属材料。金属镁的冶炼工艺主要有电解法和热还原法。20世纪，世界原镁产量的80％由电解法生产，20％由热还原法生产。90年代后热还原法原镁产量迅速增长，加之电解法的生产成本较高，国内外的电解法纷纷关闭。目前，世界原镁几乎均采用硅热还原法生产。我国95％以上的金属镁是用皮江法生产的，皮江法炼镁技术在过去的20-30年间取得了很大的进步，能耗有了很大的降低，但皮江法炼镁技术仍是一个仅次于电解铝的高能耗、高污染、高CO2排放的冶金行业。除此之外，其热还原反应生成的废渣，仍未得到较好的处理。
在传统的皮江法炼镁过程中，每生产一吨金属镁需要消耗11吨白云石，0.2吨萤石和1.1吨硅铁金属还原剂，其还原过程能耗在4.5吨标煤以上；除此之外，每生产一吨镁需要排放CO2约15吨左右；废渣约7.5吨左右。
目前我国热法炼镁的主要问题集中表现在：
1)能量和原材料有效利用率低
还原周期长，能源利用率极低；还原罐使用寿命短，导致成本高；现有的硅热法金属镁冶炼过程，吨镁耗标煤4.5吨，仍有较大的节能潜力。在原材料利用方面，利用率较低，间接增加了能耗。
2)劳动强度大，劳动生产率低
国内热法金属镁行业除少数企业还原工艺采用机械化出渣外，尚有占总产能80％的企业采用劳动强度大人工出渣、加料。根据中国镁协的统计和我们的设计经验，一个一万吨的金属镁厂大概需要500名工人，劳动生产率才20t镁/人·年，大大低于铝、铜等常见有色金属的劳动生产率。
3)劳动环境恶劣
采用人工清渣和人工加料方式，工人需要在长时间在还原炉前从事清渣和加料作业，在清渣和加料的过程中，存在粉尘的飞扬。另外，镁渣和还原炉的热辐射也比较严重，这导致工人劳动环境较为恶劣。同时，对企业而言，工人的劳动强度大、劳动环境较为恶劣，导致企业需要支付更高的工资，增加了企业的成本。另一方面，硅热法金属镁冶炼过程中有大量的还原渣及燃烧尾气，还原渣及尾气不仅要进行净化达标后排放外，而且带走大部分热能。环保压力大。
4)无法机械化生产、自动化
热法炼镁的间断式生产方式目前，在金属冶炼行业，还采用类似热法镁这种间断式生产工艺的金属不多，其他金属行业基本上都采用连续式生产，生产效率高、企业规模大、自动化程度高。
5)缺乏高品质的镁及镁合金产品
虽然我国是金属镁生产的大国，但并不是金属镁生产的强国，中国每年的金属镁产量中，大部分为原镁，有竞争力且价格较高的镁合金产品产量不大。国外的企业在购置中国的原镁进行深加工后，其产品往往以几十倍的价格再销售到中国市场。
专利CN201610498925.2提出的一种种真空感应炉炼镁系统，其采用的是普通感应加热炉，主要用于铁液的加热熔化，为其主体工艺中喷入的原料提供反应必须的热氛围；其次，此种结构的真空腔较大，热利用不合理。专利CN95239103.1提出的卧式电内加热还原炼镁炉，其原理还是通过电阻板发热，利用热传导及热辐射对原料进行加热，相对本发明所利用的感应和微波比较，此加热方式加热速度慢、热效率及热利用率相对较低。专利CN00254071.1提出的内加热式炼镁炉，采用火焰加热结构，加热效率低、能源利用率低。专利CN200510047081.1，其仍采用的皮江法还原罐加热方式，加热速度慢、热利用率低。
另外，中国的部分金属镁厂忽视质量控制并缺乏必要的检测手段，致使产品质量良莠不齐，在冶炼过程中缺乏控制金属杂质的手段，同时，在精炼过程中同样缺乏控制非金属杂质的技术，导致原镁产品杂质元素种类多、含量高、波动大，不利于后续镁合金的生产加工。
发明内容
针对上述已有技术存在的不足，本发明提供一种用于还原金属镁的真空冶炼炉。
本发明是通过以下技术方案实现的。
一种用于还原金属镁的真空冶炼炉，包括真空加料装置(1)、炉体(3)，还包括感应加热器(2)、微波加热器(4)、真空出料装置(5)、冷凝罐与结晶器(6)、真空系统(7)；所述感应加热器(2)设置于炉体(3)内上部，微波加热器(4)设置于炉体(3)外下部；所述真空加料装置(1)安装在炉体(3)顶部，用于将反应物料加入炉体(3)内的感应加热器(2)中，反应所产生的镁蒸气进入位于炉体(3)顶部的冷凝罐与结晶器(6)中结晶；真空出料装置(5)位于炉体(3)底部，将进一步反应处理后的物料排出；真空系统(7)用于确保整个真空冶炼炉在真空条件下工作，各部件之间的连接均采用真空条件要求连接。
本发明的真空冶炼炉，感应加热器(2)和微波加热器(4)可安装在同一炉体，也可单独安装在各自的炉体，且在两种方式下，工作时都可以单独控制。
本发明的真空冶炼炉，感应加热器(2)包括磁轭、感应发热线圈、反应器、镁蒸气采集器、支撑框架。磁轭安装在感应发热线圈的外部，反应器安装在感应发热线圈的内部，镁蒸气采集器安装在反应器的中心，由安装在炉体内部的上端支撑框架支撑。
本发明的真空冶炼炉，所述微波加热器(4)包括磁控管、保温部件。
本发明的真空冶炼炉，还包括冷却循环水系统(10)，其与感应加热器(2)、微波加热器(4)连接，用于确保感应加热器(2)、微波加热器(4)在合适的温度下工作。
本发明的真空冶炼炉，还包括感应加热器电源(8)、微波加热器电源(9)，感应加热器电源(8)为感应加热器(2)提供加热能源；微波加热器电源(9)为微波加热器(4)提供加热能源。
本发明的用于还原金属镁的真空冶炼炉，工作流程为：金属镁还原物料由输送设备按设定量加入真空加料装置内，再由专用加料器加入到感应加热器的反应器内，物料发生还原反应，还原出的镁蒸气由镁蒸气采集器进入冷凝罐与结晶器，从而结晶成为金属镁固体；反应后的物料进入微波加热区进一步反应和物料处理后由真空出料装置排出；整个过程均在真空条件下进行；装置的加热方式均为内加热。
本发明的有益技术效果：
本发明针对目前皮江法生产劳动环境恶劣、劳动强度大、劳动生产率低、能耗高、无法自动化、机械化生产，而提供的一种用于还原金属镁的真空冶炼炉，本发明完全采用机械化、自动化结构，在节约能源的同时，降低了工人在高温条件下的劳动强度、提高了工作效率。同时，也为金属镁还原渣的综合利用提供一种行之有效的装置。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。
如图1所示，本发明的用于还原金属镁的真空冶炼炉，包括：真空加料装置1、感应加热器2、炉体3、微波加热器4、真空出料装置5、冷凝罐与结晶器6、真空系统7、感应加热器电源8、微波加热器电源9、冷却循环水系统10。感应加热器电源8为感应加热器2提供合适的加热能源；微波加热器电源9为微波加热器4提供合适的加热能源；冷却循环水系统10保障感应加热器2及微波加热器4在合适的温度下工作；所述真空加料装置1、感应加热器2、炉体3、微波加热器4、真空出料装置5、冷凝罐与结晶器6、真空系统7、感应加热器电源8、微波加热器电源9、冷却循环水系统10之间的连接均采用真空条件要求连接。
工作流程为：金属镁还原物料由输送设备按设定量加入真空加料装置内1，再由专用加料器加入感应加热器2的反应器内，物料发生还原反应，还原出的镁蒸气由镁蒸气采集器进入冷凝罐与结晶器6，从而结晶成为金属镁固体；反应后的物料进入微波加热器4的加热区，进一步的反应和物料处理后由真空出料装置5排出；所述装置感应加热器2及微波加热器4，整个工作过程的加热方式均为内加热方式，并在在合适的温度下工作；整个过程均在真空条件下进行。
以上所述的仅是本发明的较佳实施例，并不局限发明。应当指出对于本领域的普通技术人员来说，在本发明所提供的技术启示下，还可以做出其它等同改进，均可以实现本发明的目的，都应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种用于还原金属镁的真空冶炼炉，包括真空加料装置(1)、炉体(3)，其特征在于，还包括感应加热器(2)、微波加热器(4)、真空出料装置(5)、冷凝罐与结晶器(6)、真空系统(7)；所述感应加热器设置于炉体(3)内上部，微波加热器(4)设置于炉体(3)外下部；所述真空加料装置(1)用于将反应物料加入炉体(3)内的感应加热器(2)中，反应所产生的镁蒸气进入位于炉体(3)顶部的冷凝罐与结晶器(6)中结晶；真空出料装置(5)位于炉体(3)底部，将进一步反应处理后的物料排出；真空系统(7)用于确保整个真空冶炼炉在真空条件下工作，各部件之间的连接均采用真空条件要求连接。
2.根据权利要求1所述的用于还原金属镁的真空冶炼炉，其特征在于，替换为感应加热器(2)和微波加热器(4)分别安装在上下设置的不同炉体上，感应加热器(2)设置在位于上方的炉体的内部，微波加热器(4)设置于位于下方的炉体(3)的外部。
3.根据权利要求1所述的用于还原金属镁的真空冶炼炉，其特征在于，所述感应加热器(2)包括磁轭、感应发热线圈、反应器、镁蒸气采集器、支撑框架。
4.根据权利要求1所述的用于还原金属镁的真空冶炼炉，其特征在于，所述微波加热器(4)包括磁控管、保温部件。
5.根据权利要求1所述的用于还原金属镁的真空冶炼炉，其特征在于，还包括冷却循环水系统(10)，其与感应加热器(2)、微波加热器(4)连接，用于确保感应加热器(2)、微波加热器(4)在合适的温度下工作。
6.根据权利要求1所述的用于还原金属镁的真空冶炼炉，其特征在于，还包括感应加热器电源(8)、微波加热器电源(9)，感应加热器电源(8)为感应加热器(2)提供加热能源；微波加热器电源(9)为微波加热器(4)提供加热能源。
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