CN115164586A - 一种高纯镁熔炼炉 - Google Patents
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Abstract
本发明属于金属冶炼设备领域，公开了一种高纯镁熔炼炉，它包括炉体和炉体顶部的炉盖，炉体包括外胆、内胆；外胆外侧壁上端沿周向设有与炉盖对应使炉盖对内胆进行密封的密封槽；外胆套装在所述内胆的外侧，内胆的外径与外胆的内径尺寸相等；外胆采用耐温不低于700℃的耐热钢。本发明用于制备出高纯度的镁，通过材料和结构的改进，避免了熔炼过程中向高纯镁中引入杂质，同时不用再添加覆盖剂、精炼剂和溶解剂，在避免引入杂质的同时，降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明属于金属冶炼设备领域，涉及熔炼炉，具体地说是一种高纯镁熔炼炉。
背景技术
镁是最轻的结构金属材料之一，又具有比强度和比刚度高、阻尼性和切削性好、易于回收等优点。高纯镁在陶瓷物质、电子零件、航天、制药和精细化学品等领域都具有广泛的应用前景。国标金属镁中的镁含量为99.92-99.98%，实际上，由于金属镁中具有较多有害杂质，标准工业镁的实际镁含量是小于99.9%的。因此，如何制备出高纯度的镁，将其熔炼制成成品后仍能保持高纯度尤为重要。
传统高纯度镁熔炼的过程在熔炼炉内进行，为了防止污染镁，熔炼时不宜用一般的硅砖作为炉衬，理论上，熔炼炉的材料只要不与镁发生反应，熔点比镁高即可，但由于镁化学性质活泼，对杂质也很敏感，比如镍含量超过0.03%时，铸锭便易热裂，并降低其耐蚀性。因此熔炼炉的材料的选择比较有限，可以选择钛或钨，但钨成本太高，并不利于工业生产；钛的成本相对于钨较低，但一方面钛高温下也会与氧反应，易被氧化，另一方面钛比较脆，大约2个月左右就会破裂，使用寿命较短。因此，目前熔炼炉的材料仍然是较别的钢材在熔炼时释放的金属元素较少、成本较低、较为耐氧化的锅炉钢。
由于传统的熔炼炉材料为锅炉钢，必然会向高纯镁中引入铁、锰、硅等杂质元素，因此熔炼过程中需要向炉内投入精炼剂和熔解剂等熔剂，以实现结晶镁的熔炼并减少熔炼过程中引入的杂质。同时由于熔炼过程中各种熔剂会不断下沉，需要陆续补充新熔剂，因此传统的熔炼炉为开放式炉子，便于加入熔剂。由于镁性质活泼，熔炼过程中与空气中的氧气、氮气、氢气、水等接触，都会发生反应，引入杂质，还会发生燃烧，甚至爆炸，因此还需要加入覆盖剂，防止镁氧化、燃烧。由于加入的精炼剂、熔解剂和覆盖剂很难与镁熔体完全分离而导致在熔体中形成熔剂夹杂，因此得到的高纯镁的纯度也必然会下降。
发明内容
本发明的目的，是要提供一种高纯镁熔炼炉，以解决高纯镁熔炼过程中引入杂质元素，纯度降低的问题。
本发明为实现上述目的，所采用的技术方案如下：
一种高纯镁熔炼炉，它包括炉体和炉体顶部的炉盖，炉体包括外胆、内胆；所述外胆外侧壁上端沿周向设有与炉盖对应使炉盖对内胆进行密封的密封槽，密封槽内设有密封圈；
所述外胆套装在所述内胆的外侧，内胆的外径与外胆的内径尺寸相等；外胆采用耐温不低于700℃的耐热钢；
所述炉盖由上表面、下表面和侧壁组成，炉盖内部为中空并用于盛装冷却水的空腔，炉盖上设有分别与上表面、下表面连接并贯穿的保护气体添加通管、排气通管、进料通管、压力表通管、测温通管、观察窗通管，所述压力表通管内插设有用于检测内胆压力的压力表，测温通管内插设有用于检测内胆温度的温度表；所述保护气体添加通管、排气通管、进料通管、压力表通管、测温通管、观察窗通管均通过硅胶塞密封；
所述炉盖上表面或侧壁上设有与外部冷却水进水管连通的进水管，以及与外部冷却水出水管连通的出水管。
作为限定，所述外胆厚度至少为12mm，内胆厚度至少为5mm。
作为第二种限定，所述外胆采用不锈钢或锅炉钢材质。
作为第三种限定，所述内胆采用金属钛或金属钨。
作为第四种限定，所述外胆加热膨胀后将内胆套装到外胆内，冷却后外胆和内胆贴合紧固。
作为第五种限定，所述炉盖采用不锈钢材质。
作为第六种限定，所述炉盖上设有起吊钩。
本发明由于采用了上述的技术方案，其与现有技术相比，所取得的技术进步在于：
（1）本发明提供的一种高纯镁熔炼炉，采用了双胆设计，外层采用不锈钢或锅炉钢外胆，内层是紧贴的钛或钨内胆，熔炼过程中，钛或钨不与镁反应，不会引入杂质，因此不用添加精炼剂、熔解剂等熔剂；
（2）本发明提供的一种高纯镁熔炼炉，设计为封闭式炉子，充入保护气体，隔绝空气，因此也不用再添加覆盖剂，不会引入其他杂质，保证了高纯镁的纯度，同时降低了成本；
（3）本发明提供的一种高纯镁熔炼炉，双胆之间紧密贴合，不留缝隙，不锈钢或锅炉钢材料耐氧化性能好，熔炼过程中，外部通过不锈钢或锅炉钢外胆隔绝空气对内胆进行保护，内部充入保护气体使内胆与空气隔绝，极大地延长了钛或钨作为内胆材料的使用寿命；另一方面，钛和不锈钢导热性能很接近，双胆之间紧密贴合，没有空气，使得两层之间传热速度快；
（4）本发明提供的一种高纯镁熔炼炉，炉盖上设有保护气体添加通管、排气通管，用于充入保护气体，排出空气；设有观察窗通管，便于观察熔炼炉内情况；设有压力表通管并插设压力表，便于控制熔炼炉内的压力；炉盖内部为用于冷却的空腔，便于对用于密封的炉盖、硅胶塞、密封圈进行保护，防止变形。
本发明属于金属冶炼设备领域，提供了一种高纯镁熔炼炉，通过材料和结构的改进，避免了熔炼过程中向高纯镁中引入杂质，同时不用再添加覆盖剂、精炼剂和溶解剂，在避免引入杂质的同时，降低了生产成本。
附图说明
图1所示为本发明实施例的结构示意图。
图中：1、外胆；2、内胆；3、炉盖；4、密封槽；5、保护气体添加通管；6、排气通管；7、进料通管；8、压力表通管；9、测温通管；10、观察窗通管；11、进水管；12、出水管；13、起吊钩。
具体实施方式
为了更好的解释本发明，以便于理解，下面结合附图，通过具体实施方式，对本发明作详细描述。
实施例 一种高纯镁熔炼炉
如图1所示，本实施例包括炉体和炉体顶部的炉盖3，炉体呈圆柱形结构，炉体包括内部为空腔的外胆1、内胆2；外胆1外侧壁上端沿周向设有与炉盖3对应使炉盖3对内胆2进行密封的密封槽4，密封槽4内设有密封圈；其中，炉盖3采用不锈钢材质，炉盖3上设有起吊钩13。
本实施例中，外胆1、内胆2都是卷曲成筒焊接底盖，外胆1厚度为12mm，内胆2厚度为5mm，外胆1采用不锈钢材质外胆1，内胆2采用金属钛，外胆1套装在内胆2的外侧，内胆2的外径与外胆1的内径尺寸相等。
在将内胆2套装到外胆1内的过程中，首先通过电热丝对外胆1隔空加热，加热温度为200-300℃，在外胆1加热膨胀后将内胆2套装到外胆1内，冷却后外胆1和内胆2贴合紧固。通过实验证明，外胆1、内胆2套在一起后，再一同进行加热，其膨胀系数相当，不会额外产生分层，也不会出现内胆2挤压外胆1的情况，外胆1、内胆2之间紧密贴合，不留缝隙。其中外胆1采用不锈钢材料耐氧化性能好，熔炼过程中，外部通过不锈钢外胆1隔绝空气对内胆2进行保护，内部充入保护气体使内胆2与空气隔绝，极大地延长了钛作为内胆2材料的使用寿命；另一方面，钛和不锈钢导热性能很接近，双胆之间紧密贴合，没有空气，使得外胆1、内胆2之间传热速度快。
本实施例中，炉盖3由上表面、下表面和侧壁组成，炉盖3内部为中空并用于盛装冷却水的空腔，炉盖3上设有分别与上表面、下表面连接并贯穿的保护气体添加通管5、排气通管6、进料通管7、压力表通管8、测温通管9、观察窗通管10。其中，保护气体添加通管5用于通入保护气体，排气通管6用于通入保护气体时将氧气排出，进料通管7用于添加结晶高纯度镁碎块，压力表通管8内插设有用于检测内胆2压力的压力表，测温通管9内插设有用于检测内胆2温度的温度表，观察窗通管10可以用于观察内胆2中高纯度镁的熔炼。通过设置保护气体添加通管5、排气通管6、进料通管7、压力表通管8、测温通管9、观察窗通管10分别与炉盖3上表面、下表面连接并贯穿，保护气体、物料、压力表、温度表等可以直接进入内胆2中，不经过炉盖3内部的空腔。
其中，保护气体添加通管5、排气通管6、进料通管7、压力表通管8、测温通管9、观察窗通管10均通过硅胶塞密封；炉盖3上表面或侧壁上设有与外部冷却水进水管连通的进水管11，与外部冷却水出水管连通的出水管12。通过进水管11、出水管12向炉盖3内部的空腔中通入冷却水，可以在高温下，对炉盖3、硅胶塞、密封圈进行保护，防止变形。
使用本实施例在熔炼过程中对结晶高纯度镁碎块进行熔炼的过程为：将结晶高纯度镁碎块通过进料通管7加入到本实施例的熔炼炉的内胆2中，通过保护气体添加通管5加入保护气体，并通过排气通管6将氧气排出，其中保护气体为氩气和六氟化硫的混合气体，氩气和六氟化硫的质量比为16：1，对氧气进行隔离驱赶，然后加热熔炼炉对结晶高纯度镁碎块在670-700℃加热进行熔炼加工，得到高纯度镁成品。
本实施例改善了结晶高纯度镁碎块在熔炼炉熔炼过程中加入其他杂质元素使得熔炼后的高纯度镁纯度下降的问题，制得的高纯镁纯度达到99.999%。
在熔炼炉熔炼过程中，通过进水管11、出水管12持续向炉盖3内部的空腔中通入冷却水，通过压力表检测内胆2压力，温度表检测内胆2温度，观察窗通管10观察内胆2中高纯度镁的熔炼。
本实施例中，外胆1采用不锈钢材质外胆1，内胆2采用金属钛，在实际应用中，外胆1采用耐温不低于700℃的耐热钢，内胆2采用不与镁发生反应，不向镁中添加杂质的材料均可以。外胆1厚度、内胆2厚度可以根据具体情况选择。
需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域技术人员来说，其依然可以对上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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，它包括炉体和炉体顶部的炉盖，炉体包括外胆、内胆；所述外胆外侧壁上端沿周向设有与炉盖对应使炉盖对内胆进行密封的密封槽，密封槽内设有密封圈；
所述外胆套装在所述内胆的外侧，内胆的外径与外胆的内径尺寸相等；外胆采用耐温不低于700℃的耐热钢；
所述炉盖由上表面、下表面和侧壁组成，炉盖内部为中空并用于盛装冷却水的空腔，炉盖上设有分别与上表面、下表面连接并贯穿的保护气体添加通管、排气通管、进料通管、压力表通管、测温通管、观察窗通管，所述压力表通管内插设有用于检测内胆压力的压力表，测温通管内插设有用于检测内胆温度的温度表；所述保护气体添加通管、排气通管、进料通管、压力表通管、测温通管、观察窗通管均通过硅胶塞密封；
所述炉盖上表面或侧壁上设有与外部冷却水进水管连通的进水管，以及与外部冷却水出水管连通的出水管。
2.根据权利要求1所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述外胆厚度至少为12mm，内胆厚度至少为5mm。
3.根据权利要求2所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述外胆采用不锈钢或锅炉钢材质。
4.根据权利要求3所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述内胆采用金属钛或金属钨。
5.根据权利要求4所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述外胆加热膨胀后将内胆套装到外胆内，冷却后外胆和内胆贴合紧固。
6.根据权利要求1所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述炉盖采用不锈钢材质。
7.根据权利要求6所述的一种高纯镁熔炼炉，其特征在于，所述炉盖上设有起吊钩。
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