CN201981246U - 一种真空热还原金属镁的还原炉装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种真空热还原金属镁的还原炉装置，属于冶金设备领域，装置特点是两头在外，中间还原，即被还原物料在还原炉外完成成型、脱水、干燥、装车碳化(固化)牵引进入真空还原炉，炉内1100-1550℃，1-330Pa真空环境中碳热还原，形成镁蒸汽，炉外冷凝结晶罐在抽真空系统和水循环系统的共同作用下形成急冷环境，使镁蒸汽在凝结晶罐内冷凝结晶成固态金属镁，然后机械将冷凝罐内的结晶罐卸出，同时更换新罐并及时封闭；并将粗镁结晶罐机械卸出，然后将结晶罐内粗机械顶推出罐，然后在精炼炉精炼，还原车载废渣再通过牵引装置运至炉外，如此循环，间歇式生产。

Description

一种真空热还原金属镁的还原炉装置

技术领域

本实用新型一种真空热还原金属镁的还原炉装置，属于有色金属冶炼领域。

背景技术

现有的热还原金属镁炉窑大多是外烧式的皮江法工艺，反应罐与结晶罐为连体单罐结构，产能低，耗材高，污染大，效益差；内热法有碳还原的，但仅限于实验室设备，目前澳大利亚、美国等国家的一些研究机构也正在进行这方面的研究，尤其是澳大利亚的CSIRO对真空碳热还原氧化镁制取金属镁的工艺已经取得了一定进展，从全世界范围来看，目前还没有真空碳热还原法炼镁扩大实验研究成功的案例和工业化生产的报道。国内昆明理工大近年来进行了大量的研究，取得了可喜成果，尤其是提出了两阶段理论，一是氧化物理解析出氧，二是氧与还原剂(如碳)的化合，反应如下：

MgeO＝Me+1/2O₂

1/2O₂+C＝CO

MgO+C＝Me+CO

此外北京科技大最近又设计了一种以液态钙作为还原剂的金属镁还原工艺及装置。其特征是采用液钙为还原剂，与氧化镁反应得到镁蒸气，工艺流程如下：首先向反应器中加入固体钙并加热使其熔化，加入量保证熔化后液钙的体积占反应器容积的1/3～2/3；然后，将固体钙和氧化镁粉末按(1～2)∶1的比例混合后送入反应器中，物料浸在液钙中；当温度达到1090℃时，反应开始进行，产生镁蒸气，反应温度控制在1150～1300℃，镁蒸气通过引风机进入结晶器冷却。该工艺具有反应在常压下进行，不使用还原罐，反应为固一液相反应，反应速率快，反应物接触充分等优点。但液钙来源有限，且尚未见批量生产的报导。

发明内容

本实用新型的目的是为克服已有技术的不足，设计了一种真空热还原金属镁还原炉装置，该装置是一个用20-30mm的碳钢卷制焊接制成的筒体，筒体上面开设了多个功能孔，分别有混合气体排放孔，氮气输入孔、安全阀孔、循环水孔、电源孔、测温孔、测压孔等；分长短两种规格，短规格炉是一端封堵一端开启门结构，长规格炉是两段可开启门结构，长、短炉均卧式摆放形似隧道，也叫隧道窑炉；从炉体向内，依次分布有耐高温高铝质保温绵毡、高纯石墨硬质碳毡块或多晶氧化铝纤维板填充及石墨碳板等组成，再向内是倒U型石墨质碳棒或硅钼棒加热元件，底部设有轨道，轨道上面是载车；窑外两侧的上部设计有多组排气管，排气管端部设有阀门，与冷凝结晶罐的一端相连，泠凝罐的另一端排烟口与两级真空泵相连，冷凝罐的水冷系统与水环泵相连，产量低时采用一端封堵一端开启结构的短炉；产量大时采用一端进料另一端出料的长炉，长炉的两端开口均采用垂直式可升降的锥形闸阀密封封堵；

该装置实施包括下列工艺步骤：

将已经配备压制好的块料或球团料在炉外经220℃干燥脱水，然后将脱水后的料装入移动式载车进焙烧炉560℃碳化(固化)后同載车一同再进入真空还原炉，在1200-1500℃，0.1-350Pa真空环境中还原，在炉外冷凝结晶形成的金属镁粗镁产品，该装置可大容量批量还原金属镁，真空炉内集中还原，炉外多级抽真空系统和水循环系统的共同作用下，在冷凝结晶罐内完成金属镁结晶，结晶分离后的CO烟气集中处理用于物料干燥和碳化(固化)炉的燃料，循环利用，密闭式生产，从而提高了热效率，大幅度降低了能耗，且热量充分有效利用。

该装置实施包括下列工艺步骤：

1是物料准备，指煅烧后的氧化镁与主还原剂碳或硅铁的一种加其它还原剂、粘接剂矿化剂等经科学配伍，压制成球团或多孔型块，事先干燥脱水后，再装入載车再经560℃温度下碳化(固化)使其球团或块料的水分和焦油等易挥发物质集中排出，形成原形状不变并具多孔状和一定强度的型块或球团料，然后将这些干燥固化好的炽热车载物料，经窑前牵引装置至摆渡车待用；

2是打开真空还原炉炉门，再经牵引装置将载车驶入真空炉内，然后封闭炉门，开启真空泵排出炉内气体，接着打开电源，给加热元件通电，炉内温度迅速增高，同时打开水环泵给炉内相关系统降温；做到加温、抽真空、水循环同步进行，当温度达到1100℃镁蒸汽逐步形成，随着温度升高，镁离解析出速度加快，镁蒸汽量加大，窑外冷凝结晶亦加快，直到1500℃左右，95％以上镁被逸出；

3是当仪表反映炉内镁蒸汽基本耗尽时，此时打开氮气阀，向真空炉内注入氮气，将炉内剩余CO等气体排出并集中于集气箱内它用；

4是具备卸料程序时，用电动方式打开一侧炉门卸料，启动底部牵延装置将载车上炼镁废渣拉出炉至摆渡车上，然后启动摆渡车转向器，再由排渣系统牵延装置将废渣车驶入卸渣工段卸出，然后将空车再牵引至装料工段进行装料循环；

5是人工或机械将冷凝结晶罐内的结晶罐卸出，更换新罐并同时封闭，卸出的粗镁结晶罐，由行车电葫芦集中搬运至运载车上拉运至压机房，将结晶罐内粗镁顶推出罐，然后运往精炼炉，如此循环往复完成真空碳热还原金属镁的全过程。

通过上述途径的设计创新，使得物料进还原炉前先将水分和易挥发气体排出，然后在560℃碳化(固化)，期间排出了全部的水分、焦油等碳化后的热烟气和极少量粉尘，为真空还原炉还原减轻了压力，也为后工序抽真空创造了条件，不易堵塞真空管路，同时也提高了生产效率，延长了系统使用寿命；炉外冷凝结晶，亦为快速更换结晶罐提高生产率创造了条件，且将CO等热烟气集中排放至集气箱，然后用于干燥、热解碳化物料，废气余热得到了充分有效的利用，大幅度节约了能耗，采用的设备都是经过优化筛选再创新设计制造的设备，设备利用率高，兼容性好，投资小见效快，零排放，无污染，取得了事半功倍的效果，综合经济，社会、环保效益极为显著。

附图说明

图1为本实用新型平面示意

图2为图1的横剖面图；主要显示水平冷凝结晶罐装置

图3为图1的剖面图；主要显示冷凝结晶罐垂直布置示意图

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明：

本实用新型设计的真空热还原金属镁的还原炉装置如图1，图2，图3所示，本实施例的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其外形为卧式圆柱形筒体，包括真空炉主体1，左侧封头1-1，连接法兰1-2可开启炉门1-3，右侧固定封头1-4，连接法兰1-5，；排气口2，炉内耐高温刚玉陶瓷管2-1，法兰盘2-2，三通阀3，三通阀对称连接支法兰3-1，冷凝结晶罐4，冷凝罐4-1，冷凝罐夹层套入水口阀4-1-1，水环泵4-1-2，冷凝罐出水口阀4-1-3，蓄水池4-1-4，结晶罐4-2，结晶罐密封端盖4-2-1，结晶罐气体出口4-2-2，真空泵组4-2-3，废气集气箱4-2-4主炉测温铂铑热电偶5，主炉压力传感器6，结晶罐测温热电偶7，结晶罐压力传感器8，氮气输入口9，主炉水环泵10，水环泵接入口法兰10-1，倒“U”加热元件11，加热元件电源接口11-1，轨道12，载车13，钢板车架13-1，高铝耐火砖13-2，刚玉泡沫陶瓷隔热砖13-3，石墨碳砖13-4；氧化镁蜂窝砖料层14；安全阀15；看火电视探头16，电葫芦17等部件组成，如果采用竖式冷凝结晶罐，如图3中18所示布置。

该真空热还原金属镁的还原炉装置中相互关系是：如图1、图2、图3中的主体1为普通碳钢或16Mn锅炉钢板加工焊接而成，上面开有多个直径大小不等形状位置各异的装置连接孔，分别是多组排气孔2，炉内耐高温刚玉陶瓷管2-1一端开口伸向真空炉空腔，一端与炉壁内侧法兰连接，3是三通阀，一端与2-1法兰连接，另两端与冷凝结晶罐4相连；真空炉热电偶5测温端插入真空炉内至空腔壁，另一端与仪表密封相连；真空炉压力传感器6一端与接入真空炉内的耐热钢管至空腔壁，另一端与仪表密封相连；倒“U”加热元件11的两端分别与电源线接入孔11-1相连，氮气输入口12，一端用耐高温刚玉陶瓷管在炉内壁上的法兰相连，另一端接氮气输入法兰；炉内循环水10内侧与真空炉底部循环水管法兰10-1连接，外侧接水环泵10-2；，载车13，底部车轮与钢轨13-1接触，13-1安装在真空炉底部的耐火砖上，載车骨架由型钢焊接而成，上面是钢板，钢板上底层平铺高铝耐火砖1-2层，然后再铺放200mm左右的刚玉泡沫陶瓷隔热砖，再上面是200mm左右的石墨碳砖；再上面便是氧化镁蜂窝砖料层14，14如果采用球团料，可以采用多个耐热材料料箱装料，如果是压型多孔砖块料，可直接码放在上面；安全阀15设在主炉的；安全阀15直接与真空炉顶部的安全法兰连接，看火电视探头16设在炉的固定封头一侧的2/3高度；电葫芦17设在炉外顶部的航车上，共同组成该装置，如果采用竖式冷凝结晶罐，如图3中18所示布置。

Claims (7)

1.一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，包括卧式炉主体，该主体是一个一端封闭一端可开启的柱状钢制筒体，或两端都可开启的卧式隧道窑式筒体炉，产量大时采用一端进料另一端出料的结构，炉的一端开口用垂直式可升降的锥形闸门密封封堵，或水平液压密封封堵；筒体内主要包括耐火复合材料内衬，从炉体向内，内腔壁向中心依次设有高铝质保温棉，高纯石墨硬质碳毡块或多晶氧化铝纤维保温板填充及石墨碳板模块式组合结构；再向内是倒U型石墨质碳棒或硅钼棒加热元件，底部设有轨道，轨道上面是载车；窑外两侧的上部设计有多组冷凝罐，泠凝罐的排烟口与两级真空泵相连，冷凝罐的水冷系统与水环泵相连。

2.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，包括炉外壳是20～30mm的碳钢板卷筒焊接而成，上下根据需要设计了加热元件接线孔，镁蒸汽及其它气体排出口及各种测试仪表和氮气注如入口等孔洞；

3.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，所述的内腔壁向中心依次设有高铝质保温棉，高纯石墨硬质碳毡块或多晶氧化铝纤维板填充而成及石墨碳板模块式组合结构；

4.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，耐火材料模块结构组成的倒”U”型空洞内等距离装置了多组石墨质碳棒或硅钼棒加热元件；加热元件的接线端从底部的两侧边接线孔引入。

5.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于其内部底部设计了行车轨道，轨道两侧的耐火内衬侧边安装了循环水管。循环水管两端分别从炉体相应位置接入出。

6.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，顶部两侧设计了多个排气孔，排气孔上安装了冷凝结晶罐，结晶罐尾部安装了多级真空泵，冷凝罐上下进出管安装了水环泵；

7.如权利要求1所述的一种真空热还原金属镁的还原炉装置，其特征在于，包括卧式炉主体，该主体是一个一端封闭一端敞开的似柱状耐热钢筒体，或两端都可开启的卧式隧道窑式筒体，产量大时采用一端进料另一端出料的结构，炉的一端开口用垂直式可升降的锥形闸门密封封堵，或液压式密封装置密封封堵。

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