CN113430396A - 一种金属镁冶炼装置及还原方法 - Google Patents

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Abstract

一种金属镁冶炼装置及还原方法，冶炼装置包括一级、二级料仓、闸板密封阀、上盖、还原罐、一级、二级坩埚、结晶器和真空泵组；所述的还原罐竖直设置，其顶端设置有上盖；所述的上盖设置有连接口A及连接口B，上盖与还原罐之间设有锥形的三通集气罩；所述的三通集气罩小端口通过管道连接到上盖连接口A处，三通集气罩侧方开口通过蒸汽管道连接到上盖连接口B处；所述的一级坩埚和二级坩埚依次竖直设置在还原罐的内部。该装置结构设计合理，利用氧化镁和铝为原料，在两级料仓和两级坩埚内同时加热进行还原反应，生产结晶镁的同时还生产镁铝尖晶石，整个生产过程连续循环，提高了生产能力和效率，降低了能源消耗，为企业创造了较高的经济效益。

Description

一种金属镁冶炼装置及还原方法
技术领域
本发明属于金属镁冶炼还原技术领域，具体涉及一种氧化镁与铝直接反应炼成镁和镁铝尖晶石耐火材料的装置，及使用该装置还原镁的同时生产镁铝尖晶石耐火材料的工艺方法。
背景技术
目前金属镁冶炼行业主要采用皮江法进行镁的生产，皮江法生产金属镁是以氧化镁为原料、硅铁为还原剂进行计量配料，粉磨后压制成球，称为球团，将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至一定的大气压，则产生镁蒸气，镁蒸气在反应罐前端的冷凝器中冷凝形成结晶镁，再经熔剂精炼，铸成镁锭；而氧化镁主要是采用煅烧白云石或者菱镁矿后通过逐级分离制得，通过此法仅能制得粗镁，剩余残渣为无用物料，并且此方法还原过程属于间歇作业、单台生产能力低下、能耗较高，影响了金属镁的冶炼发展。
发明内容
本发明的目的是提供一种金属镁冶炼装置及还原方法，该装置利用氧化镁和铝为原料，在还原罐的进料口设置两级料仓，在还原罐内设置两级坩埚，坩埚的外围设置感应线圈，两级料仓循环加入料块，进入两级坩埚的料块设置不同的加热温度，一级坩埚中氧化镁与铝反应生成镁蒸气与氧化铝，二级坩埚中氧化镁与氧化铝反应生成镁铝尖晶石，实现连续化生产，避免了皮江法以氧化镁为原料、硅铁为还原剂进行配料生产镁的同时而产生的废料。
本发明的目的可采用如下技术方案来实现：一种金属镁冶炼装置，包括一级料仓、闸板密封阀Ⅰ、二级料仓、上盖、还原罐、一级坩埚、二级坩埚、冷却仓、星型给料器、闸板密封阀Ⅱ、底部料仓、结晶器、波纹补偿管、过滤器和真空泵组；所述的还原罐竖直设置，还原罐的顶端设置有上盖，还原罐与上盖之间通过橡胶密封圈进行密封连接；所述的上盖顶部设置有连接二级料仓的连接口A及连接结晶器的连接口B，上盖与还原罐之间设置有锥形的三通集气罩；所述的三通集气罩的小端口通过管道连接到上盖的连接口A处，与二级料仓相通，三通集气罩的侧方开口通过蒸汽管道连接到上盖的连接口B处，与结晶器连通；所述的二级料仓通过橡胶密封圈与上盖的连接口A的外端固定连接；所述的一级料仓设置在二级料仓的上部，一级料仓通过闸板密封阀Ⅰ与二级料仓连接；所述的一级坩埚和二级坩埚依次竖直设置在还原罐的内部中心，一级坩埚的上部开口与上盖内的三通集气罩的大端口对应连接，二级坩埚的下端出口与还原罐底部的出料口连接；所述的冷却仓设置在还原罐的底部，冷却仓通过橡胶密封圈与还原罐底部的出料口密封连接；所述的星型给料器设置在冷却仓的下方，二者通过橡胶密封圈密封连接；所述的底部料仓设置在星型给料器的下方，底部料仓通过闸板密封阀Ⅱ与星型给料器连接；所述的结晶器设置在还原罐的顶部一侧，结晶器通过蒸汽管道与上盖的连接口B密封连接；所述的过滤器设置在结晶器的一侧，过滤器的一端通过补偿波纹管与结晶器连接；所述的真空泵组设置在过滤器的另一端，二者通过真空管道连接在一起。
所述的还原罐为双层罐，双层罐的中间通冷却循环水。
所述的上盖为半椭圆形双层壳体结构，双层壳体的中间通冷却循环水，上盖与还原罐的连接处设置有密封槽，上盖内部填充耐热石棉。
所述的一级坩埚和二级坩埚为石墨材质，一级坩埚和二级坩埚的外圈设置有感应线圈和反应加热温度的测温热电偶，一级坩埚与二级坩埚之间设置连接通道，并设置阀门。
所述的三通集气罩的大端口尺寸小于一级坩埚的上部开口尺寸，三通集气罩与上盖的连接口A连接的管道和与上盖的连接口B连接的蒸汽管道均密封连接。
所述的一级料仓的顶部开口处设置半圆形的端盖，端盖通过橡胶密封圈与一级料仓的顶部开口固定连接，端盖的顶部设置观察一级料仓内部料块运行情况的观察孔，一级料仓上还设置有连接真空管道的连接口。
所述的冷却仓为双层套筒结构，双层套筒的中间通冷却循环水，冷却仓上还设置有连接真空管道的抽气孔。
所述的结晶器外部为水套结构，并在水套上设置上、下进出冷却循环水的入水口和出水口，在结晶器的上部设置有与补偿波纹管连接的抽气口。
所述的过滤器内部设置有不锈钢丝网，在过滤器的入口处分别设置与一级料仓和冷却仓连接的真空管道。
利用上述装置冶炼金属镁的还原方法为：
步骤一：先将氧化镁与铝按比例混合，通过压球机压制成椭圆形团状料块；
步骤二：打开一级料仓上的端盖，将氧化镁与铝混合成的团状料块放入一级料仓内，关闭端盖，固定密封牢固；
步骤三：打开闸板密封阀Ⅰ，料块通过二级料仓滑入还原罐内上部的一级坩埚中，然后关闭闸板密封阀Ⅰ；
步骤四：打开真空泵组抽真空，当还原罐内的真空度达到设定的大气压值时，开始对一级坩埚外围的感应线圈通电加热，并在结晶器的外部水套中通入冷却循环水；
步骤五：当一级坩埚内的温度达到1200-1250℃左右时，氧化镁与铝反应生成镁蒸气，镁蒸气通过蒸汽管道进入结晶器中，在结晶器中凝结成结晶镁；
步骤六：保持温度2-3h，氧化镁与铝反应终了，打开一级坩埚和二级坩埚之间的阀门，一级坩埚中的物料全部进入到二级坩埚中，然后在一级料仓中加入料块，重复步骤二、步骤三和步骤四的内容，对一级坩埚和二级坩埚的感应线圈同时进行加热，保持一级坩埚中的温度在1200-1250℃，二级坩埚中温度在1500-1600℃；
步骤七：保持温度2-3h，一级坩埚中氧化镁与铝反应生成镁蒸气与氧化铝，二级坩埚中氧化镁与氧化铝反应生成镁铝尖晶石，打开还原罐下部的冷却仓闸阀，同时开启星型给料器和闸板密封阀Ⅱ，二级坩埚中生成的镁铝尖晶石通过冷却仓降温后经过星型给料器及闸板密封阀Ⅱ卸入下部的底部料仓；
步骤八：循环重复上述步骤，当底部料仓内的镁铝尖晶石达到核定数量后，打开底部料仓的出料口，将镁铝尖晶石排出，落入移动小车或者运输皮带上，即完成金属镁及镁铝尖晶石的冶炼过程。
本发明的有益效果为：该装置结构设计合理，两级料仓和两级坩埚同时加热进行还原反应，生产结晶镁的同时还生产耐火材料镁铝尖晶石，避免了废料的产生，整个生产过程连续循环，提高了生产能力和效率，降低了能源消耗，为企业创造了较高的经济效益。
附图说明
图1为本发明的连接结构剖视示意图；
图2为本发明的还原罐剖视示意图；
图3为本发明的上盖剖视示意图；
图4为本发明的一级料仓剖视示意图；
图5为本发明的结晶器剖视示意图；
图6为本发明的冷却仓剖视示意图；；
图中标记：1、一级料仓，2、闸板密封阀Ⅰ，3、二级料仓，4、上盖，5、还原罐，6、一级坩埚，7、二级坩埚，8、感应线圈，9、冷却仓，10、星型给料器，11、闸板密封阀Ⅱ，12、底部料仓，13、三通集气罩，14、结晶器，15、波纹补偿管，16、过滤器,17、真空泵组，18、真空管道，19、连接口A，20、连接口B，21、测温热电偶，22、端盖，23、观察孔，24、移动小车。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式做进一步的详细说明。
如图1、图2、图3、图4、图5、图6所示，一种金属镁冶炼装置，包括一级料仓1、闸板密封阀Ⅰ2、二级料仓3、上盖4、还原罐5、一级坩埚6、二级坩埚7、冷却仓9、星型给料器10、闸板密封阀Ⅱ11、底部料仓12、结晶器14、波纹补偿管15、过滤器16和真空泵组17，所述的还原罐5竖直设置，还原罐5的顶端设置有上盖4，二者之间通过耐热的橡胶密封圈进行密封，还原罐5为双层罐，双层罐的中间通冷却循环水，其作用是降低罐体温度，保证还原罐5的正常使用；所述的上盖4的顶部设置有连接二级料仓3的连接口A19及连接结晶器14的连接口B20，上盖4与还原罐5的连接处设置有密封槽，便于安装橡胶密封圈，上盖4为半椭圆形双层壳体结构，双层壳体的中间通冷却循环水，目的是降低还原罐5内的温度，上盖4与还原罐5之间设置有锥形的三通集气罩13，上盖4内部填充耐热石棉，防止上盖因温度高的镁蒸气而损坏；所述的三通集气罩13的小端口通过管道连接到上盖4的连接口A19处，与二级料仓3相通，小端口和连接口A19与管道密封连接，三通集气罩13的侧方开口通过蒸汽管道连接到上盖4的连接口B20处，与结晶器14连通，侧方开口和连接口B20与蒸汽管道密封连接；所述的二级料仓3通过橡胶密封圈与上盖4的连接口A19的外端固定连接；所述的一级料仓1设置在二级料仓3的上部，一级料仓1通过闸板密封阀Ⅰ2与二级料仓3固定连接，一级料仓1的顶部开口处设置半圆形的端盖22，端盖22通过橡胶密封圈与一级料仓1的顶部开口固定连接，端盖22的顶部设置观察一级料仓1内部料块运行情况的观察孔23，一级料仓1上还设置有连接真空管道18的连接口；所述的一级坩埚6和二级坩埚7依次竖直设置在还原罐5的内部中心，一级坩埚6的上部开口与上盖4内的三通集气罩13的大端口对应连接，三通集气罩13的大端口尺寸小于一级坩埚6的上部开口尺寸，便于滑入三通集气罩13的料块全部落入一级坩埚6中，防止料块掉入坩埚与罐体之间的间隙内，二级坩埚7的下端出口与还原罐5底部的出料口连接，一级坩埚6和二级坩埚7均为石墨材质，一级坩埚6和二级坩埚7的外圈设置有感应线圈8和反应加热温度的测温热电偶21，一级坩埚6与二级坩埚7之间设置连接通道，并设置阀门；所述的冷却仓9设置在还原罐5的底部，冷却仓9通过橡胶密封圈与还原罐5底部的出料口密封连接，冷却仓9为双层套筒结构，双层套筒的中间通冷却循环水，便于给落入冷却仓9内的料块进行降温，冷却仓9上还设置有连接真空管道18的抽气孔；所述的星型给料器10设置在冷却仓9的下方，二者通过橡胶密封圈密封连接在一起；所述的底部料仓12设置在星型给料器10的下方，底部料仓12通过闸板密封阀Ⅱ11与星型给料器10密封连接；所述的结晶器14设置在还原罐5的顶部一侧，结晶器14通过蒸汽管道与上盖4的连接口B20密封连接，结晶器14的外部为水套结构，并在水套上设置上、下进出冷却循环水的入水口和出水口，冷却循环水的循环流动，能加快镁蒸汽的结晶速度，在结晶器14的上部设置有与补偿波纹管15连接的抽气口，用于连接过滤器16；所述的过滤器16设置在结晶器14的一侧，过滤器16的一端通过补偿波纹管15与结晶器14的抽气口连接，过滤器16的内部设置有不锈钢丝网，用于真空泵组17抽真空时进行过滤，在过滤器16的入口处分别设置与一级料仓1和冷却仓9连接的真空管道18，对一级料仓1和冷却仓9内的空气进行抽真空，防止该整个装置内因存有空气而影响金属镁的还原过程；所述的真空泵组17设置在过滤器16的另一端，二者通过真空管道连接在一起。
利用上述装置冶炼金属镁的还原方法为：
步骤一：先将氧化镁与铝按比例混合，通过压球机压制成椭圆形团状料块；
步骤二：打开一级料仓1上的端盖22，将氧化镁与铝混合成的团状料块放入一级料仓1内，关闭端盖22，固定密封牢固；
步骤三：打开闸板密封阀Ⅰ2，料块通过二级料仓3滑入还原罐5内上部的一级坩埚6中，然后关闭闸板密封阀Ⅰ2；
步骤四：打开真空泵组17抽真空，当还原罐5内的真空度达到设定的大气压值时，本实施例的真空度设定10pa以下，开始对一级坩埚6外围的感应线圈8通电加热，并在结晶器14的外部水套中通入50℃以下的冷却循环水；
步骤五：当一级坩埚6内的温度达到1200-1250℃左右时，氧化镁与铝反应生成镁蒸气，镁蒸气通过蒸汽管道进入结晶器14中，在结晶器14中凝结成结晶镁；
步骤六：保持温度2-3h，氧化镁与铝反应终了，打开一级坩埚6和二级坩埚7之间的阀门，一级坩埚6中的物料全部进入到二级坩埚7中，然后在一级料仓1中再次加入料块，重复步骤二、步骤三和步骤四的内容，对一级坩埚6和二级坩埚7的感应线圈8同时进行加热，保持一级坩埚6中的温度在1200-1250℃，二级坩埚7中温度在1500-1600℃；
步骤七：保持温度2-3h，一级坩埚6中氧化镁与铝反应生成镁蒸气与氧化铝，二级坩埚7中氧化镁与氧化铝反应生成镁铝尖晶石，打开还原罐5下部的冷却仓9的闸阀，同时开启星型给料器10和闸板密封阀Ⅱ11，二级坩埚7中生成的镁铝尖晶石通过冷却仓9降温后经过星型给料器10及闸板密封阀Ⅱ11卸入下部的底部料仓12；
步骤八：循环重复上述步骤，当底部料仓12内的镁铝尖晶石达到核定数量后，打开底部料仓12的出料口，将镁铝尖晶石排出，落入移动小车24或者运输皮带上，即完成金属镁及镁铝尖晶石的冶炼过程。
本发明未详述部分为现有技术，实施方案中公知的具体结构及特性等常识未作过多描述 ，相同相似部分可互相参见。该发明已在本企业应用，效果良好，建议推广。

Claims (10)

1.一种金属镁冶炼装置，包括一级料仓（1）、闸板密封阀Ⅰ（2）、二级料仓（3）、上盖（4）、还原罐（5）、一级坩埚（6）、二级坩埚（7）、冷却仓（9）、星型给料器（10）、闸板密封阀Ⅱ（11）、底部料仓（12）、结晶器（14）、波纹补偿管（15）、过滤器（16）和真空泵组（17），其特征是：所述的还原罐（5）竖直设置，还原罐（5）的顶端设置有上盖（4），还原罐（5）与上盖（4）之间通过橡胶密封圈进行密封；所述的上盖（4）顶部设置有连接二级料仓（3）的连接口A（19）及连接结晶器（14）的连接口B（20），上盖（4）与还原罐（5）之间设置有锥形的三通集气罩（13）；所述的三通集气罩（13）的小端口通过管道连接到上盖（4）的连接口A（19）处，与二级料仓（3）相通，三通集气罩（13）的侧方开口通过蒸汽管道连接到上盖（4）的连接口B（20）处，与结晶器（14）连通；所述的二级料仓（3）通过橡胶密封圈与上盖（4）的连接口A（19）的外端固定连接；所述的一级料仓（1）设置在二级料仓（3）的上部，一级料仓（1）通过闸板密封阀Ⅰ（2）与二级料仓（3）连接；所述的一级坩埚（6）和二级坩埚（7）依次竖直设置在还原罐（5）的内部中心，一级坩埚（6）的上部开口与上盖（4）内的三通集气罩（13）的大端口对应连接，二级坩埚（7）的下端出口与还原罐（5）底部的出料口连接；所述的冷却仓（9）设置在还原罐（5）的底部，冷却仓（9）通过橡胶密封圈与还原罐（5）底部的出料口密封连接；所述的星型给料器（10）设置在冷却仓（9）的下方，二者通过橡胶密封圈密封连接；所述的底部料仓（12）设置在星型给料器（10）的下方，底部料仓（12）通过闸板密封阀Ⅱ（11）与星型给料器（10）密封连接；所述的结晶器（14）设置在还原罐（5）的顶部一侧，结晶器（14）通过蒸汽管道与上盖（4）的连接口B（20）密封连接；所述的过滤器（16）设置在结晶器（14）的一侧，过滤器（16）的一端通过补偿波纹管（15）与结晶器（14）连接；所述的真空泵组（17）设置在过滤器（16）的另一端，二者通过真空管道连接在一起。
2.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的还原罐（5）为双层罐，双层罐的中间通冷却循环水。
3.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的上盖（4）为半椭圆形双层壳体结构，双层壳体的中间通冷却循环水，上盖（4）与还原罐（5）的连接处设置有密封槽，上盖（4）的内部填充耐热石棉。
4.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的一级坩埚（6）和二级坩埚（7）为石墨材质，一级坩埚（6）和二级坩埚（7）的外圈设置有感应线圈（8）和反应加热温度的测温热电偶（21），一级坩埚（6）与二级坩埚（7）之间设置连接通道，并设置阀门。
5.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的三通集气罩（13）的大端口尺寸小于一级坩埚（6）的上部开口尺寸，三通集气罩（13）与上盖（4）的连接口A（19）连接的管道及与上盖（4）的连接口B（20）连接的蒸汽管道均固定密封连接。
6.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的一级料仓（1）的顶部开口处设置半圆形的端盖（22），端盖（22）通过橡胶密封圈与一级料仓（1）的顶部开口固定连接，端盖（22）的顶部设置观察一级料仓（1）内部料块运行情况的观察孔（23），一级料仓（1）上还设置有连接真空管道（18）的连接口。
7.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的冷却仓（9）为双层套筒结构，双层套筒的中间通冷却循环水，冷却仓（9）上还设置有连接真空管道（18）的抽气孔。
8.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的结晶器（14）外部为水套结构，并在水套上设置上、下进出冷却循环水的入水口和出水口，在结晶器（14）的上部设置有与补偿波纹管（15）连接的抽气口。
9.根据权利要求1所述的一种金属镁冶炼装置，其特征是：所述的过滤器（16）内部设置有不锈钢丝网，在过滤器（16）的入口处分别设置与一级料仓（1）和冷却仓（9）连接的真空管道（18）。
10.一种如权利要求1-9任意一种金属镁冶炼装置的还原方法，其特征是：包括以下步骤：
步骤一：先将氧化镁与铝按比例混合，通过压球机压制成椭圆形团状料块；
步骤二：打开一级料仓（1）上的端盖（22），将氧化镁与铝混合成的团状料块放入一级料仓（1）内，关闭端盖（22），固定密封牢固；
步骤三：打开闸板密封阀Ⅰ（2），料块通过二级料仓（3）滑入还原罐（5）内上部的一级坩埚（6）中，然后关闭闸板密封阀Ⅰ（2）；
步骤四：打开真空泵组（17）抽真空，当还原罐（5）内的真空度达到设定的大气压值时，开始对一级坩埚（6）外围的感应线圈（8）通电加热，并在结晶器（14）的外部水套中通入冷却循环水；
步骤五：当一级坩埚（6）内的温度达到1200-1250℃左右时，氧化镁与铝反应生成镁蒸气，镁蒸气通过蒸汽管道进入结晶器（14）中，在结晶器（14）中凝结成结晶镁；
步骤六：保持温度2-3h，氧化镁与铝反应终了，打开一级坩埚（6）和二级坩埚（7）之间的阀门，一级坩埚（6）中的物料全部进入到二级坩埚（7）中，然后在一级料仓（1）中再次加入料块，重复步骤二、步骤三和步骤四的内容，对一级坩埚（6）和二级坩埚（7）的感应线圈（8）同时进行加热，保持一级坩埚（6）中的温度在1200-1250℃，二级坩埚（7）中温度在1500-1600℃；
步骤七：保持温度2-3h，一级坩埚（6）中氧化镁与铝反应生成镁蒸气与氧化铝，二级坩埚（7）中氧化镁与氧化铝反应生成镁铝尖晶石，打开还原罐（5）下部的冷却仓（9）的闸阀，同时开启星型给料器（10）和闸板密封阀Ⅱ（11），二级坩埚（7）中生成的镁铝尖晶石通过冷却仓（9）降温后经过星型给料器（10）及闸板密封阀Ⅱ（11）卸入下部的底部料仓（12）；
步骤八：循环重复上述步骤，当底部料仓（12）内的镁铝尖晶石达到核定数量后，打开底部料仓（12）的出料口，将镁铝尖晶石排出，落入移动小车（24）或者运输皮带上，即完成金属镁及镁铝尖晶石的冶炼过程。
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