CN113548874A - 一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法及装置，包括以下步骤：将菱镁矿原料经轻烧得轻烧氧化镁粉，研磨，压坯，得到轻烧球团，轻烧球团用微波煅烧得到氧化镁中间体，氧化镁中间体用电弧煅烧得到电熔镁坨，电熔镁坨经冷却、破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品；电熔镁砂装置包括电熔镁砂装置本体，电熔镁砂装置本体内设有进料口、出料口、推料器、基座、微波层、第一耐火梁、微波发射器、绝热层、透波层、吸波层、第二耐火梁及炉膛。本发明通过对菱镁矿进行轻烧后，通过在微波装置中对菱镁矿石进行微波煅烧，有效的改善了电熔镁砂的孔隙率，最终制得的氧化镁晶体孔隙率4％‑10％。
Description
技术领域
本发明涉及非金属矿烧结技术领域，尤其涉及一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法及装置。
背景技术
电熔镁砂是镁质原料经过受热、脱碳(采用菱镁石时)、脱水(采用水镁石时)、熔融、析晶、晶体长大、冷却等一系列物理化学变化过程后，形成的一种耐高温、硬度大、纯度高、密度高的氧化镁晶体。电熔镁砂作为重要的工业原料广泛应用于高温电气绝缘材料，同时也是制作高档镁砖、镁碳砖及不定形耐火材料的重要原料。此外，单晶、多晶、高纯电熔镁砂，还用于制造高级和超高级耐温、耐压、耐高频绝缘材料、热电偶材料、电子陶瓷材料、火箭、核子熔炉等。
电熔镁砂的主要生产原料是菱镁矿石，目前的生产工艺分一步熔融法和两步锻烧熔融法两种形式。一步熔融法是以天然菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉为原料，在电弧炉中经高温熔融而成；两步煅烧熔融法是将菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉，在竖窑或回转窑内经轻烧得到轻烧氧化镁粉，再经过细磨，压坯，最后在电弧炉内经高温融炼制得电熔镁砂。
然而，目前的工业规模电弧炉生产电熔镁砂时，所得电熔镁砂产品的孔隙率高、单晶尺寸小。而孔隙率是决定电熔镁砂耐火性能、电气性能的主要因素，较高的孔隙率限制了电熔镁砂在耐火材料、电工材料等领域的应用。
发明内容
本发明提供一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法及装置，以克服传统工艺生产的电熔镁砂孔隙率高、单晶尺寸小的问题。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将菱镁矿原料经轻烧得轻烧氧化镁粉，研磨，压坯，得到轻烧球团；
S2：将S1中所述的轻烧球团用微波煅烧得到氧化镁中间体；
S3：将S2中所述的氧化镁中间体用电弧煅烧得到电熔镁坨；
S4：将S3中所述的电熔镁坨经冷却、破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品。
进一步的，所述步骤S1中的所述菱镁矿原料为菱镁矿石或菱镁矿精矿粉。
进一步的，所述步骤S1中，所述轻烧温度为900-1000℃，所述的研磨为干磨，研磨时不添加水。
进一步的，所述步骤S2中，所述微波煅烧的温度为1400-1600℃，频率为915-2500MHz，时间≤40min。
进一步的，所述步骤S3中的所述电弧煅烧的温度≥2800℃。
一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其特征在于，包括：电熔镁砂装置本体，所述的电熔镁砂装置本体内设有进料口、出料口、推料器、基座、微波层、第一耐火梁、微波发射器、绝热层、透波层、吸波层、第二耐火梁及炉膛；
所述进料口设置在所述电熔镁砂装置本体的上端，所述出料口设置在所述电熔镁砂装置本体的下端；
所述基座上设置有所述微波层，所述微波层上设置有所述推料器，所述推料器上设置有所述第一耐火梁；
所述微波发射器和绝热层均设置在所述第一耐火梁和所述第二耐火梁之间；
所述透波层和吸波层设置在炉膛的内壁上。
进一步的，所述微波发射器穿过所述吸波层，且不穿过所述透波层。
进一步的，所述微波发射器和绝热层交替设置在所述炉膛的两侧。
进一步的，所述进料口呈倒梯形结构。
进一步的，所述出料口呈楔形结构。
本发明提供了一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法及装置，采用微波技术对轻烧球团进行处理，通过微波实现对材料的固相烧结。轻烧球团在低于熔点的高温作用下，通过颗粒间的相互粘结作用和物质传递，微孔气孔逐渐缩小圆化至消失，颗粒系统体积收缩，晶粒增大，致密度提高，孔隙率降低，并且通过使用微波烧结对轻烧球团进行精准控温，使轻烧球团内外受热均匀，收缩均匀，受热不开裂粉化。另外，由于在轻烧球团阶段微孔气孔几乎消失，待其氧化镁中间体在电弧炉烧结时不涉及脱碳，脱水及微孔迁移的变化，只涉及溶融、析晶及晶体长大，从而可有效减小电熔镁砂的孔隙率，使最终制得的氧化镁晶体孔隙率达4％-10％。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的电熔镁砂工艺的流程示意图；
图2为本发明微波煅烧装置的结构示意图。
图中，1、进料口，2、出料口，3、推料器，4、基座，5、微波层，6、第一耐火梁，7、微波发射器，8、绝热层，9、透波层，10，吸波层，11，第二耐火梁，12、炉膛。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1：
如图1所示，一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，具体操作步骤如下：
S1、将菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉在电弧炉中经轻烧得到轻烧氧化镁粉，控制轻烧时的温度为1000℃，再经过干磨使其研磨成粉末，压坯得到轻烧球团。其中，干磨时不需加入水，水会与氧化镁发生反应，使其轻烧后的氧化镁粉发生变质；
S2、将轻烧球团在如图2所示的微波煅烧装置的炉膛12中通过煅烧得到氧化镁中间体，微波煅烧时的温度为1600℃，频率为915MHz，煅烧40min；
S3、使用电熔镁炉对所得氧化镁中间体进行熔炼，电熔镁炉温度为2800℃，得到电熔镁坨；
S4、将熔炼后的电熔镁坨经过破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品。其中，根据实际的需求将电熔镁坨破碎为不同大小的电熔镁砂成品，常用的雷蒙机可使电熔镁砂粉碎至0-400目，选用气流磨可使电熔镁砂粉碎至更小的颗粒。
将粉碎后得到的电熔镁砂成品采用CT检测技术观察分析内部气孔情况，由于不同密度的物质在CT扫描时成像灰度不同，通过CT检测技术和配套的软件计算得出电熔镁砂成品的孔隙率为10％。
实施例2：
一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，具体操作步骤如下：
S1、将菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉在电弧炉中经轻烧得到轻烧氧化镁粉，控制轻烧时的温度为1000℃，再经过干磨使其研磨成粉末，压坯得到轻烧球团。其中，干磨时不需加入水，水会与氧化镁发生反应，使其轻烧后的氧化镁粉发生变质；
S2、将轻烧球团在如图2所示的微波煅烧装置的炉膛12中通过煅烧得到氧化镁中间体，微波煅烧时的温度为1600℃，频率为2500MHz，煅烧40min；
S3、使用电熔镁炉对所得氧化镁中间体进行熔炼，电熔镁炉温度为2800℃，得到电熔镁坨；
S4、将熔炼后的电熔镁坨经过破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品。其中，根据实际的需求将电熔镁坨破碎为不同大小的电熔镁砂成品，常用的雷蒙机可使电熔镁砂粉碎至0-400目，选用气流磨可使电熔镁砂粉碎至更小的颗粒。
将粉碎后得到的电熔镁砂成品采用CT检测技术观察分析内部气孔情况，由于不同密度的物质在CT扫描时成像灰度不同，通过CT检测技术和配套的软件计算得出电熔镁砂成品的孔隙率为8％。
实施例3：
一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，具体操作步骤如下：
S1、将菱镁矿石或提纯的菱镁矿精矿粉在电弧炉中经轻烧得到轻烧氧化镁粉，控制轻烧时的温度为1000℃，再经过干磨使其研磨成粉末，压坯得到轻烧球团。其中，干磨时不需加入水，水会与氧化镁发生反应，使其轻烧后的氧化镁粉发生变质；
S2、将轻烧球团在如图2所示的微波煅烧装置的炉膛12中通过煅烧得到氧化镁中间体，微波煅烧时的温度为1400℃，频率为915MHz，煅烧40min；
S3、使用电熔镁炉对所得氧化镁中间体进行熔炼，电熔镁炉温度为2800℃，得到电熔镁坨；
S4、将熔炼后的电熔镁坨经过破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品。其中，根据实际的需求将电熔镁坨破碎为不同大小的电熔镁砂成品，常用的雷蒙机可使电熔镁砂粉碎至0-400目，选用气流磨可使电熔镁砂粉碎至更小的颗粒。
将粉碎后得到的电熔镁砂成品采用CT检测技术观察分析内部气孔情况，由于不同密度的物质在CT扫描时成像灰度不同，通过CT检测技术和配套的软件计算得出电熔镁砂成品的孔隙率为4％。
如图2所示为用于菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂装置，其特征在于，包括：电熔镁砂装置本体，所述的电熔镁砂装置本体内设有进料口1、出料口2、推料器3、基座4、微波层5、第一耐火梁6、微波发射器7、绝热层8、透波层9、吸波层10、第二耐火梁11及炉膛12；优选的，所述进料口1采用抗波材料，所述出料口2的下面设置有微波层5和基座4，所述微波层5采用抗波材料，对出料口2出料时电熔镁砂的微波进行阻挡；所述基座4采用耐火材料。
所述进料口1设置在所述电熔镁砂装置本体的上端，所述出料口2设置在所述电熔镁砂装置本体的下端；
所述基座4上设置有所述微波层5，所述微波层5上设置有所述推料器3，所述推料器3上设置有所述第一耐火梁6；
所述微波发射器7和绝热层8均设置在所述第一耐火梁6和所述第二耐火梁11之间；
所述透波层9和吸波层10设置在炉膛12的内壁上。
进一步的，所述微波发射器7穿过所述吸波层10，且不穿过所述透波层9。优选的，所述透波层9采用耐磨的透波材料，由于轻烧球团表面的不规则性在微波炉膛12内煅烧时，采用耐磨的透波材料，一方面增加其使用时间，另一面可使微波发射器7的微波透过对炉膛12内的轻烧球团进行微波煅烧。另外，吸波层10可以对多余的微波进行吸收，使其微波可以均匀的辐射轻烧球团，降低其球团内的孔隙率。
进一步的，所述微波发射器7和绝热层8交替设置在所述炉膛12的两侧。
进一步的，所述进料口1呈倒梯形结构。优选的，进料口1呈倒梯形，方便加入轻烧球团。
进一步的，所述出料口2呈楔形结构。优选的，出料口2设置成楔形结构，出料时可以使氧化镁中间体在重力作用下，逐渐下落，而不是直接滑出，如果直接滑出时，在重力的作用下，氧化镁中间体之间易产生碰撞进行摩擦破损，破坏氧化镁中间体的煅烧面。
使用菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，首先，根据生产电熔镁砂的工艺流程，将电熔镁砂在1000℃的电弧炉中进行轻烧得到轻烧氧化镁，然后通过研磨，不加入水进行干磨后，对研磨后的轻烧氧化镁进行压坯，得到轻烧球团；将轻烧球团在如图2所示的微波煅烧装置中进行微波煅烧，轻烧球团在1400-1600℃的温度范围内微波煅烧。由于温度低于熔点，微观上颗粒间相互粘结发生物质传递。随着烧结的进行颗粒间的中心距减小、接触生成烧结颈并不断长大，颗粒系统收缩，微孔气孔逐渐缩小圆化至消失，此时得到的氧化镁是由非晶体向氧化镁晶体转换完全的氧化镁中间体。再使用电熔镁炉对氧化镁中间体进行熔炼，电熔镁炉温度≥2800℃，得到电熔镁坨，将熔炼后的电熔镁坨冷却后，破碎、分拣、计量、粉碎后得到低孔隙率的电熔镁砂成品，通过将粉碎后得到的电熔镁砂成品采用CT检测技术观察分析内部气孔情况，由于不同密度的物质在CT扫描时成像灰度不同，通过CT检测技术和配套的软件计算得出电熔镁砂成品的孔隙率为4％-10％，比传统技术制备得到的电熔镁砂成品的孔隙率降低了50％-60％。
传统工业规模电弧炉生产电熔镁砂是采用原料本身作炉衬的电炉熔炼技术，镁质原料在640～800℃时转化为氧化镁非晶体，氧化镁非晶体是CO2大量逸出形成发达的多孔产物，是MgCO3晶型结构的硬团聚体；氧化镁非晶体在800～1700℃转化为氧化镁晶体，此时的氧化镁晶体渐趋于完善并聚合形成密的细小晶体，出现烧结和结晶现象，晶体结构变的致密；氧化镁晶体在2800℃以上时转化为氧化镁液体；冷却再结晶就得到致密的电熔氧化镁晶体，即电熔镁砂。熔融开始后，随温度的升高，熔点较低的杂质先达到熔点温度，并转变成液态，含Si、Al、Fe、Ca等杂质开始聚集在固－液界面上逐步向外迁移。温度继续升高，当达到氧化镁熔点温度时，此时氧化镁开始熔化，因氧化镁的密度相对较高，其它杂质的密度相对较低不断上升，使得杂质逐渐向上迁移。其中，低熔点的杂质可以直接升华成气态从熔池中逸出，因而熔池中氧化镁的含量越来越高。随温度略微降低，氧化镁晶体开始结晶析出，此时系统温度仍高于杂质熔点温度，杂质仍为液态。由于毛细作用、温度以及浓度梯度的影响，杂质逐渐向外和向上迁移或析出，最后散落在电熔镁砂的晶界上，杂质排出后得到氧化镁晶体。
本发明的菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂工艺中，菱镁矿石、菱镁矿精矿粉经过1000℃的轻烧，CO2大量逸出使产物形成发达的多孔结构，得到保持着MgCO3晶型结构的硬团聚体特征的轻烧氧化镁粉，此时的轻烧氧化镁粉晶粒尺寸小、孔隙率大。轻烧氧化镁粉经过磨粉压坯得到轻烧球团，将轻烧球团转移至微波煅烧设备，轻烧球团在1400-1600℃温度范围内煅烧。由于温度低于熔点，微观上颗粒间相互粘结发生物质传递。随着烧结的进行颗粒间的中心距减小、接触生成烧结颈并不断长大，颗粒系统收缩，微孔气孔逐渐缩小圆化至消失，此时得到的氧化镁是由非晶体向氧化镁晶体转换完全的氧化镁中间体。再使用电熔镁炉对氧化镁中间体进行熔炼，电熔镁炉温度≥2800℃，得到电熔镁坨，将熔炼后的电熔镁坨冷却后，破碎、分拣、计量、粉碎后得到低孔隙率的电熔镁砂成品，其中得出电熔镁砂成品的孔隙率为4％-10％，比传统技术制备得到的电熔镁砂成品的孔隙率降低了50％-60％。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，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范围。
Claims (10)
1.一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：将菱镁矿原料经轻烧得轻烧氧化镁粉，研磨，压坯，得到轻烧球团；
S2：将S1中所述的轻烧球团用微波煅烧得到氧化镁中间体；
S3：将S2中所述的氧化镁中间体用电弧煅烧得到电熔镁坨；
S4：将S3中所述的电熔镁坨经冷却、破碎、分拣、计量、粉碎后得到电熔镁砂成品。
2.根据权利要求1所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：所述步骤S1中的所述菱镁矿原料为菱镁矿石或菱镁矿精矿粉。
3.根据权利要求1所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：所述步骤S1中，所述轻烧温度为900-1000℃，所述的研磨为干磨，研磨时不添加水。
4.根据权利要求1所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：所述步骤S2中，所述微波煅烧的温度为1400-1600℃，频率为915-2500MHz，时间≤40min。
5.根据权利要求1所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂方法，其特征在于：所述步骤S3中的所述电弧煅烧的温度≥2800℃。
6.一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其用于生产权利要求1-5任一项所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂，其特征在于，包括：电熔镁砂装置本体，所述的电熔镁砂装置本体内设有进料口(1)、出料口(2)、推料器(3)、基座(4)、微波层(5)、第一耐火梁(6)、微波发射器(7)、绝热层(8)、透波层(9)、吸波层(10)、第二耐火梁(11)及炉膛(12)；
所述进料口(1)设置在所述电熔镁砂装置本体的上端，所述出料口(2)设置在所述电熔镁砂装置本体的下端；
所述基座(4)上设置有所述微波层(5)，所述微波层(5)上设置有所述推料器(3)，所述推料器(3)上设置有所述第一耐火梁(6)；
所述微波发射器(7)和绝热层(8)均设置在所述第一耐火梁(6)和所述第二耐火梁(11)之间；
所述透波层(9)和吸波层(10)设置在炉膛(12)的内壁上。
7.根据权利要求6所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其特征在于，所述微波发射器(7)穿过所述吸波层(10)，且不穿过所述透波层(9)。
8.根据权利要求6所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其特征在于，所述微波发射器(7)和绝热层(8)交替设置在所述炉膛(12)的两侧。
9.根据权利要求6所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其特征在于，所述进料口(1)呈倒梯形结构。
10.根据权利要求6所述的一种菱镁石微波/电弧加热联产电熔镁砂的装置，其特征在于，所述出料口(2)呈楔形结构。
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