CN203782209U

CN203782209U - 微波加热炼镁炉

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Publication number: CN203782209U
Application number: CN201420170346.1U
Authority: CN
Inventors: 于洪喜; 何叶青; 李华梅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-04-10
Filing date: 2014-04-10
Publication date: 2014-08-20
Anticipated expiration: 2024-04-10

Abstract

本实用新型微波加热炼镁炉涉及炼镁设备技术领域。采取“微波加热炉及技术控制”关键技术，其炉体圆壁上端与膨胀器由耐火材料砌制，炉体圆壁下端与托盘固定，膨胀器内侧面与支撑外圆面滑动活连接，托盘与微孔陶瓷管下端、支撑与微孔陶瓷管上端固定，炉体壁与微波发生器、炉体外壁与壳体固定，壳体上端与上法兰、壳体下端与下法兰固定，支撑以上炉体壁与壳体上收口段及上法兰内侧构成集镁气室，镁气出口管穿入集镁气室后与炉体且与壳体固定，托盘以下炉体壁与壳体下收口段及下法兰内侧构成渣料室，微孔陶瓷管内放镁球，渣料室内放渣料。用于炼镁。为微波新能源加热技术设备。

Description

微波加热炼镁炉

技术领域

本实用新型微波加热炼镁炉，涉及冶金设备技术领域；特别涉及炼镁设备技术领域；尤其涉及微波加热炼镁炉的技术领域。

背景技术

在实用金属材料中，镁及其合金密度低，被誉为21世纪的超轻材料。将陶瓷增强体加入镁，可显著提高弹性模量、强度、耐磨和耐高温性能，镁与其它金属相比具有更低的密度和更高的比刚度及良好的阻尼性，在航空、航天工业中应用兴趣浓厚，更是当今国防和高技术领域中最希望采用的材料，其广泛的应用前景，正呈现出方兴未艾的态势。镁的应用领域还有冶金、化学、电学、牺牲阳极、烟花、3C产品等。在寻找降低运输部门排放量的策略和办法过程中，轻量化设计是使汽车、火车或飞机提高效率的较佳解决方案。镁比钢减轻55％，与铝相比减轻25％，某些部件与铝相比，减轻47％的重量。通过镁可有效的降低材料的重量，可实现节省燃料和减少废气排放量的目的。其中德国航空中心(DLR)所作的金属镁LCA(全生命周期分析)项目进展表明——镁作为一种轻质材料——为各种重量敏感的应用提供了可观的潜力。为此，世界各国对镁的生产与研究极为重视。

根据镁矿资源和种类的不同，镁的生产方法可分为两大类，即氯化熔盐电解法和热还原法。电解法：氯化熔盐电解法包括氯化镁的生产及电解冶镁两大过程；该法又分为以菱镁矿为原料的无水氯化镁电解法和以海水为原料制取氯化镁的电解法。后者的难点是如何去除MgCl·6H₂O的结晶水。生产MgCl·3/2H₂O，但这种生产物在空气中加热易水解反应，生成不利于电解的杂质，如Mg(OH)₂。由于电解法生成过程中产生氯气，污染环境、耗电量大、成本高，现在全世界已基本停产。热还原法：根据还原剂的不同，热还原法可分为硅热法、铝热法、碳热法。硅热法根据装备、能源条件形成了三种工艺——皮江(Pia-geon)外热法、波尔扎诺(Bolzano)电内热法和马格尼特(Magnethem)熔渣导电半连续硅热法。

加拿大科学家皮江(L·M·Piageon)教授发明的一种硅热还原炼镁工艺，称为Piageon工艺，其还原反应为：2(CaO·MgO)(s)+Si(Fe)(s)＝2Mg(g)+2CaO·SiO2(s)+Fe(Si)(s)；该工艺将白云石煅烧，硅铁作还原剂，萤石作催化剂，粉磨，制成镁球，装入还原罐，加温到1200℃，8—12小时产镁20-24kg。中国目前采用皮江(Pia-geon)法，占世界镁产量的80％。2013年中国原镁产量76.97万吨，镁合金29.78万吨，镁粒(粉)13.29万吨。

上述炼镁工艺共同存在的不足、缺陷与弊端是：电耗高、能耗大、设备损坏快、产品纯度低、产能小、还原周期长、劳动强度大、无法实现大工业化生产，自动化程度低等；特别是皮江(Pia-geon)法炼镁工艺对环境污染及其严重。

近年来，微波加热技术迅速发展，已经广泛应用于各种物料的干燥、加热以及粉末煅烧。微波是一种频率在300～3000MHz的电磁波，即波长为100cm—1mm的电磁波，微波加热是通过在材料内部产生微观电流，造成材料内部的电性能量耗散直接加热物料，它不需要由表及里的热传导。因此，微波加热不需要像传统的燃料式加热或电阻式加热那样的传热过程，由微波发生器所产生的能量可直接由物料吸收而实现整体均匀升温。微波具有选择性加热料、升温速率快、加热效率高的突出特点与优势，而且具有降低反应温度、缩短反应时间、节能降耗明显等优点。因此，开发理论研究，进行先进、高效的微波煅烧新工艺研究具有重大意义。但是，值得注意的是：目前，对于微波煅烧的系统研究、且能够形成理论体系的大型冶炼设备及控制技术还未出现。

基于发明人的专业知识与工作经验及对事业精益求精的不懈追求，在认真而充分的调查、了解、分析、总结、研究已有公知技术和现状基础上，采取“微波加热炉及技术控制”关键技术，研制成功了“微波加热炼镁炉”，有效的解决了已有公知技术和现状的不足、缺陷与弊端。

实用新型内容

本实用新型采用“微波加热炉及技术控制”关键技术，其炉体圆壁上端与膨胀器由耐火材料砌制，炉体圆壁下端与托盘固定，膨胀器内侧面与支撑外圆面滑动活连接，托盘与微孔陶瓷管下端、支撑与微孔陶瓷管上端固定，炉体壁与微波发生器、炉体外壁与壳体固定，壳体上端与上法兰、壳体下端与下法兰固定，支撑以上炉体壁与壳体上收口段及上法兰内侧构成集镁气室，镁气出口管穿入集镁气室后与炉体且与壳体固定，托盘以下炉体壁与壳体下收口段及下法兰内侧构成渣料室，微孔陶瓷管内放镁球，渣料室内放渣料。

通过本实用新型达到的目的是：①、采用“微波加热炉及技术控制”关键技术，提供“微波加热炉”专用炼镁设备。②、采用“微波加热炉及技术控制”关键技术，提供“微波加热技术控制”先进工艺。③、本实用新型以微波加热炉专用设备及微波加热方式对镁球进行冶炼，开拓了炼镁的新工艺技术。④、本实用新型的微波加热工艺，充分发挥了微波所产生的能量可直接由物料吸收而实现整体均匀升温的有益效果。⑤、本实用新型通过微波加热炉，充分发挥微波的选择性加热料、升温速率快、加热效率高的特点，而且具有降低反应温度、缩短反应时间、节能降耗明显等优点。⑥、本实用新型设置有微孔陶瓷管，既可使微波穿透微孔陶瓷管对镁球实施加热、又可使镁球经加热后被蒸发出来的镁气进入集镁气室为对气态镁的收集创造条件。⑦、本实用新型设置有壳体，它不仅对炉体起到了保护作用，更主要的是能够对微波起到屏蔽作用。⑧、本实用新型设置有膨胀器，它可使微孔陶瓷管在热胀冷缩的物理变化过程中通过支撑与膨胀器的上下滑动，从而起到缓冲作用、保证了设备的安全与生产的顺畅进行。⑨、本实用新型构思新颖、设计合理、结构简单、操作方便，便于制作、成本低、使用效果稳定可靠，可广泛的推广应用。

为实现上述目的，本实用新型提供的技术方案为：

一种微波加热炼镁炉，由炉体、膨胀器、托盘、支撑、微孔陶瓷管、微波发生器、壳体、上法兰、下法兰、集镁气室、渣料室、镁气出口管、镁球、渣料构成；

所述微波加热炼镁炉，其炉体圆壁内的上端与膨胀器由以耐火材料砌制的方式相连接，其炉体圆壁内的下端与托盘固定连接，其膨胀器的内侧面与支撑的外圆面以上下滑动的方式活连接，其托盘的安装孔与微孔陶瓷管的下端、支撑的安装孔与微孔陶瓷管的上端均固定连接，其炉体的圆壁与微波发生器、炉体的外壁与壳体均固定连接，其壳体的上端与上法兰、壳体的下端与下法兰均固定连接，其支撑以上炉体的炉壁与壳体的上收口段及上法兰内侧共同构成锥形腔体形状的集镁气室，其镁气出口管穿入集镁气室后与炉体且与壳体固定连接，其托盘以下炉体的炉壁与壳体的下收口段及下法兰内侧共同构成反向锥形腔体形状的渣料室，其微孔陶瓷管内放置有镁球，其渣料室内放置有渣料。

所述的微波加热炼镁炉，所述炉体为由耐火材料砌制成中间呈圆形且两端均呈锥形的腔体状结构，所述膨胀器为由耐火材料砌制成的块状结构，所述托盘、支撑均为设置有安装孔的圆板状结构，所述微孔陶瓷管为设置有微孔的陶瓷管状结构，所述微波发生器为产生微波的发生器，所述壳体为中间呈圆形且两端均呈锥形的壳体状结构，所述上法兰、下法兰为法兰状结构，所述集镁气室为锥形的腔体，所述渣料室为反向锥形的腔体，所述镁气出口管为管状结构，所述镁球为人体肾形的球块状结构，所述渣料为不规则的块状结构。

所述的微波加热炼镁炉，所述膨胀器为3—9个，所述微孔陶瓷管为3—15个，所述微波发生器本身设置有温控及冷却装置。

本实用新型的工作原理及工作过程是：

众所周知，微波加热对被加热的物料具有强烈的选择性。例如，氧化铝陶瓷、石英以及有机绝缘材料等几乎不吸收微波，微波发生器产生的微波可以自由地穿过这些材料而几乎不损失能量；由氧化镁与Al—Si合金粉末混合而成的镁球具有良好的吸收微波能量的特性，可使用低品位的硅铁，价格低，加入量多，等于多加入了微波感应体，吸微波大，使氧化物升温快而高。因此，将所述镁球置于用氧化铝陶瓷(Al₂O)、石英(Si)等不吸收微波的材料制作的容器内(具体的说就是本实用新型中的微孔陶瓷管)，可使微波自由穿过而几乎不损失能量，微波穿过微孔陶瓷管对镁球实施加热——达到微波煅烧的目的，微波煅烧是利用物料自身吸收微波的性能加热分解物质，便可实现对镁球的快速、均匀加热。采用原位合成莫来石晶相的方式对微波专用陶瓷材料进行韧化处理，获得了微波冶金专用承载体材料增韧原理，研制出力学和热学性能优良，抗热震性好，热膨胀率低的微波专用陶瓷材料——微孔陶瓷管。另外，导电性能良好的金属材料如不锈钢、碳钢、镁铝、铜、石墨等对微波产生全反射，因此可以用导电性能良好的金属材料做成密封容器——本实用新型中所述的壳体，使微波的作用局限在特定的范围内，防止微波泄漏而不损失微波的有效能量，并由此实现在真空状态下的单向还原反应，以低成本、高效率获得高质量的金属镁。

本实用新型对所述微波发生器的功率设定为1—500KW、频率设定为300-3000MHz、温度控制在1200-1350℃之间、冶炼时间设定为15—60分钟。具体操作是——通过打开上法兰将镁球装入微孔陶瓷管中，封闭上法兰，在此之前渣料室内存放有上次经过热化学加工反应后的渣料，开启微波发生器，便开始对镁球实施热化学加工，在这个热化学反应过程中，产生出来的镁气进入集镁气室经镁气出口管输送出来，经过15—60分钟，此次炼镁过程完成；此次炼镁过程完成后，打开下法兰，将所述渣料室内存放的上次经过热化学加工反应后的渣料放出、同时将这次炼镁过程完成后留存下来的渣料存放在渣料室中，封闭下法兰，进行下一次炼镁过程的操作。本实用新型的操作方便快捷、效果稳定可靠。以此方式，使镁球有选择性地快速自加热。由于不存在像传统的燃料式加热或电阻式加热那样的传热过程，镁球可被快速升温到1200～1350℃。镁球的自加热所产生的热量促使所述氧化镁与Al—S i合金粉末混合而成的镁球内发生下述还原反应：

MgO_(固)+Al_(固)→Al₂O_3(固)+Mg_(气)↑

MgO_(固)+Si_(固)S→iO_2(固)+Mg_(气)↑

其中，在1200～1350℃下镁以气态方式出现且适时对其予以收集，为对气态镁进行下道工序的处理做好准备，上述反应自左至右自发进行。

通过微波照射穿透，整个镁球的温度可以很快升高到所需的还原温度，所以加工时间可以成倍缩短。并且，由于微波使得整个镁球被快速、均匀地升高温度，因而可以使得上述反应在分子尺度上都很均匀地进行，因而所述的还原反应进行得更加彻底。

本实用新型在炼镁中的微波频率范围为：300～3000MHz，使整个镁球可在不产生辉光放电的情况下被快速、均匀地发生还原反应。镁分子被微波射线冲击后便被离子化，而镁离子表面被钝化，使镁化学反应变迟钝、抗氧化、氮化性能大大增强，改变了传统的加热方式，没有热传导过程，通过本实用新型，改变了已有工艺技术的缺点，解决了已有公知技术与现状的不足、缺陷与弊端，这一重大突破解决了困扰近100年镁应用的最大难题。

本实用新型的炉内真空度：大于1000Pa，并小于100Pa，优选大于2000Pa，并小于10Pa。

本实用新型的还原温度：1000～1400℃，优选1200～1300℃。

本实用新型炼镁还原温度下的保温时间为：15～60分钟。

在本实用新型实施过程中，镁以气态方式出现且适时收集，为气态镁下道工序做好了准备，可获得高效、高纯度的镁金属。

采用本实用新型炼镁还原过程中的能耗大幅度降低、还原反应速度成倍提高、还原反应程度进行得更为彻底。因此，大幅度提高热利用效率，显著缩短加工周期，降低生产成本，明显改善(即提高)了炼镁还原过程的收得率、降低了设备外壳的温度，提高了工业化大批量生产中炼镁设备的寿命，实现了绿色炼镁。

由于采用了本实用新型提供的技术方案；由于本实用新型采用了“微波加热炉及技术控制”关键技术；由于本实用新型的工作原理及工作过程所述；由于本实用新型其炉体圆壁上端与膨胀器由耐火材料砌制，炉体圆壁下端与托盘固定，膨胀器内侧面与支撑外圆面滑动活连接，托盘与微孔陶瓷管下端、支撑与微孔陶瓷管上端固定，炉体壁与微波发生器、炉体外壁与壳体固定，壳体上端与上法兰、壳体下端与下法兰固定，支撑以上炉体壁与壳体上收口段及上法兰内侧构成集镁气室，镁气出口管穿入集镁气室后与炉体且与壳体固定，托盘以下炉体壁与壳体下收口段及下法兰内侧构成渣料室，微孔陶瓷管内放镁球，渣料室内放渣料。使本实用新型与已有公知技术及现状相比，具有如下有益效果：

1、由于本实用新型采用了“微波加热炉及技术控制”关键技术，从而提供了“微波加热炉”专用炼镁设备。且根据实用新型固有特点，以微波加热的方式对镁球进行冶炼，开拓了炼镁的新工艺技术，提供了“微波加热技术控制”先进工艺。

2、由于本实用新型的第1条所述，从而为微波炼镁的工业化大生产奠定了理论基础、开拓了实施先例，解决了已有公知技术的不足、缺陷与弊端，将炼镁技术提高到了一个崭新的水平。

3、应用本实用新型及微波加热技术控制，充分发挥了微波所产生的能量，可直接由物料吸收而实现整体均匀升温；充分发挥了微波具有选择性加热料、升温速率快、加热效率高的特点与优势，整个镁球的温度可以很快升高到所需的还原温度，使加工时间成倍缩短，使得整个镁球被快速、均匀地升高温度，可使反应在分子尺度上都很均匀地进行，使还原反应进行得更加彻底；具有降低反应温度、缩短反应时间、节能降耗的明显优点等。

4、通过本实用新型可使整个镁球在不产生辉光放电的情况下被快速、均匀地发生还原反应。镁分子被微波射线冲击后便被离子化，而镁离子表面被钝化，使镁化学反应变迟钝、抗氧化、氮化性能大大增强，改变了传统的加热方式，没有热传导过程，改变了已有技术的缺点。

5、本实用新型设置有微孔陶瓷管，既可使微波穿透微孔陶瓷管对镁球实施加热、又可使镁球经加热后被蒸发出来的镁气进入集镁气室为对气态镁的收集创造了条件。

6、本实用新型设置有壳体，它不仅对炉体起到了保护作用，更主要的是能够对微波起到屏蔽作用，使微波的作用局限在特定的范围内，防止微波泄漏而不损失微波的有效能量，并由此实现在真空状态下的单向还原反应，以低成本、高效率获得高质量的金属镁。

7、本实用新型设置有膨胀器，它可使微孔陶瓷管在热胀冷缩的物理变化过程中通过支撑外边沿与膨胀器之间的上下滑动，从而起到缓冲作用、保证了设备的安全与生产的顺畅进行。

8、通过本实用新型，实现了绿色生产，对环境不产生污染，有效的保护了环境。

9、本实用新型解决了已有公知技术与现状的不足、缺陷与弊端，这一重大突破解决了困扰近100年镁行业的最大难题。

10、本实用新型构思新颖、设计合理、结构简单、操作方便，便于制作、成本低、使用效果稳定可靠，可广泛的推广应用。

附图说明

说明书附图为本实用新型微波加热炼镁炉具体实施方式示意图。

图中的标号：1、炉体，2、膨胀器，3、托盘，4、支撑，5、微孔陶瓷管，6、微波发生器，7、壳体，8、上法兰，9、下法兰，10、集镁气室，11、渣料室，12、镁气出口管，13、镁球，14、渣料。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型作详细描述。正如说明书附图所示：

一种微波加热炼镁炉，由炉体1、膨胀器2、托盘3、支撑4、微孔陶瓷管5、微波发生器6、壳体7、上法兰8、下法兰9、集镁气室10、渣料室11、镁气出口管12、镁球13、渣料14构成；

所述微波加热炼镁炉，其炉体1圆壁内的上端与膨胀器2由以耐火材料砌制的方式相连接，其炉体1圆壁内的下端与托盘3固定连接，其膨胀器2的内侧面与支撑4的外圆面以上下滑动的方式活连接，其托盘3的安装孔与微孔陶瓷管5的下端、支撑4的安装孔与微孔陶瓷管5的上端均固定连接，其炉体1的圆壁与微波发生器6、炉体1的外壁与壳体7均固定连接，其壳体7的上端与上法兰8、壳体7的下端与下法兰9均固定连接，其支撑4以上炉体1的炉壁与壳体7的上收口段及上法兰8内侧共同构成锥形腔体形状的集镁气室10，其镁气出口管12穿入集镁气室10后与炉体1且与壳体7固定连接，其托盘3以下炉体1的炉壁与壳体7的下收口段及下法兰9内侧共同构成反向锥形腔体形状的渣料室11，其微孔陶瓷管5内放置有镁球13，其渣料室11内放置有渣料14。

所述的微波加热炼镁炉，所述炉体1为由耐火材料砌制成中间呈圆形且两端均呈锥形的腔体状结构，所述膨胀器2为由耐火材料砌制成的块状结构，所述托盘3、支撑4均为设置有安装孔的圆板状结构，所述微孔陶瓷管5为设置有微孔的陶瓷管状结构，所述微波发生器6为产生微波的发生器，所述壳体7为中间呈圆形且两端均呈锥形的壳体状结构，所述上法兰8、下法兰9为法兰状结构，所述集镁气室10为锥形的腔体，所述渣料室11为反向锥形的腔体，所述镁气出口管12为管状结构，所述镁球13为人体肾形的球块状结构，所述渣料14为不规则的块状结构。

所述的微波加热炼镁炉，所述膨胀器2为3—9个，所述微孔陶瓷管5为3—15个，所述微波发生器6本身设置有温控及冷却装置。

一种微波加热炼镁技术，应用权利要求1所述的微波加热炼镁炉，所述微波发生器6的功率为1—500KW、频率为300-3000MHz、温度控制在1200-1350℃之间、冶炼时间为15—60分钟，所述镁球13为由白云石经煅烧获得的氧化镁与氧化钙再加入硅铁与萤石进行混合后压制成的人体肾形的球块状结构。

在上述的具体实施过程中：对所述膨胀器2分别以3、4、5、6、7、8、9个进行了实施；对所述微孔陶瓷管5分别以3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15个进行了实施；均获得了预期的良好效果。

以上为本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制；凡本行业的普通技术人员，均可按说明书附图所示和以上所述顺畅地实施本实用新型；但在不脱离本实用新型技术方案作出演变的等同变化，均为本实用新型的等效实施例，均属于本实用新型的技术方案。

Claims

1.一种微波加热炼镁炉，其特征在于：由炉体(1)、膨胀器(2)、托盘(3)、支撑(4)、微孔陶瓷管(5)、微波发生器(6)、壳体(7)、上法兰(8)、下法兰(9)、集镁气室(10)、渣料室(11)、镁气出口管(12)、镁球(13)、渣料(14)构成；

所述微波加热炼镁炉，其炉体(1)圆壁内的上端与膨胀器(2)由以耐火材料砌制的方式相连接，其炉体(1)圆壁内的下端与托盘(3)固定连接，其膨胀器(2)的内侧面与支撑(4)的外圆面以上下滑动的方式活连接，其托盘(3)的安装孔与微孔陶瓷管(5)的下端、支撑(4)的安装孔与微孔陶瓷管(5)的上端均固定连接，其炉体(1)的圆壁与微波发生器(6)、炉体(1)的外壁与壳体(7)均固定连接，其壳体(7)的上端与上法兰(8)、壳体(7)的下端与下法兰(9)均固定连接，其支撑(4)以上炉体(1)的炉壁与壳体(7)的上收口段及上法兰(8)内侧共同构成锥形腔体形状的集镁气室(10)，其镁气出口管(12)穿入集镁气室(10)后与炉体(1)且与壳体(7)固定连接，其托盘(3)以下炉体(1)的炉壁与壳体(7)的下收口段及下法兰(9)内侧共同构成反向锥形腔体形状的渣料室(11)，其微孔陶瓷管(5)内放置有镁球(13)，其渣料室(11)内放置有渣料(14)。

2.根据权利要求1所述的微波加热炼镁炉，其特征在于：所述炉体(1)为由耐火材料砌制成中间呈圆形且两端均呈锥形的腔体状结构，所述膨胀器(2)为由耐火材料砌制成的块状结构，所述托盘(3)、支撑(4)均为设置有安装孔的圆板状结构，所述微孔陶瓷管(5)为设置有微孔的陶瓷管状结构，所述微波发生器(6)为产生微波的发生器，所述壳体(7)为中间呈圆形且两端均呈锥形的壳体状结构，所述上法兰(8)、下法兰(9)为法兰状结构，所述集镁气室(10)为锥形的腔体，所述渣料室(11)为反向锥形的腔体，所述镁气出口管(12)为管状结构，所述镁球(13)为人体肾形的球块状结构，所述渣料(14)为不规则的块状结构。

3.根据权利要求1所述的微波加热炼镁炉，其特征在于：所述膨胀器(2)为3-9个，所述微孔陶瓷管(5)为3-15个，所述微波发生器(6)本身设置有温控及冷却装置。