CN213447254U

CN213447254U - 液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置

Info

Publication number: CN213447254U
Application number: CN202021728836.0U
Authority: CN
Inventors: 黄忠源; 李凤善; 刘猛; 梁文玉; 徐子涵; 司佑智
Original assignee: Beijing Metallurgical Equipment Research Design Institute Co Ltd
Current assignee: Beijing Metallurgical Equipment Research Design Institute Co Ltd
Priority date: 2020-08-18
Filing date: 2020-08-18
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2030-08-18

Abstract

本实用新型提供一种液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，包括真空给料系统、真空还原系统、出渣系统以及收集净化系统，其中，真空给料系统用于向真空还原系统加入炉料；真空还原系统用于对炉料进行真空还原处理；其中喷枪插入真空罐内的液态还原剂中，以氩气为载体向液态还原剂中喷入被还原粉剂，并且使得被还原粉与液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且金属蒸汽随所述氩气泡逸出还原剂液面；出渣系统用于处理真空还原系统处理后的炉渣；收集净化系统用于净化收集在真空还原系统生成的金属蒸汽以及非目标金属蒸汽。利用本实用新型，能够解决现有的皮江法成本高、要求真空度较高等问题。

Description

液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置

技术领域

本实用新型涉及金属冶炼技术领域，涉及一种在真空液态还原剂中喷吹方式加入被还原剂粉生产金属镁、锂、铅、锌等金属的装置。

背景技术

金属镁、锂、铅、锌存在一个共同点：在液态还原剂温度下呈气态，鉴于此共同点，冶炼镁、锂、铅、锌金属的原理相同，因此可采用相同的冶炼装置和冶炼方法冶炼镁、锂、铅、锌金属。下面以金属镁为例，介绍此类金属冶炼的目前状态。

目前金属镁或类似的可以还原后产生金属蒸汽的其它金属生产方法主要分二大类，一类是熔盐电解生产，另一类为热还原法生产，在热还原法中有分为固态还原法、半固态还原法、液态还原法。镁热法还原的现状如下：

1)法国“玛格尼姆法”(Magnetherm Process)：

2(CaO·MgO)_(s)+SiFe_(s)+0.3Al₂O_3(s)＝2Mg_(g)+2CaO·SiO₂·0.3Al₂O_3(l)+Fe_(l)

采用石墨电极加热的(类似矿热炉)真空设备内熔池中，真空下加入硅铁、萤石、煅烧白云石以及铝土块矿，通过融化的熔渣导电电阻和石墨电极电弧加热熔渣，调整Al₂O₃含量可调节熔渣导电性、同时可有效抑制碳热还原反应，将硅铁和煅白等炉料熔化成铁液和炉渣，原料在液态渣发生渣-还原剂金属反应，产生的镁蒸汽进入冷凝器收集，生成的渣和残余的硅铁分别通过出渣口和出铁口周期性排出。

其中，Magnetherm法还原速率高、还原时间较短，生产效率较高，是国内外研究的热点。Magnetherm法还原过程的电耗约10500-13500kWh/t-Mg。该法在世界其他国家建有多套生产线，但在2000年后逐渐停产，目前已经很少工厂在生产。其主要技术问题在于高温的电极真空密封问题一直得不到解决，密封处吸入空气与新生的镁蒸汽发生燃烧，漏气量大时发生局部爆炸，导致安全性不好、镁金属纯度比不上皮江法，成本上也没有优势。

2)南非MTMP法：

2004年南非在Magnetherm法基础上开发了MTMP法，其主要是改真空冶炼为常压充入氩气保护并造成相对真空冶炼，但冶炼温度高达1650-1700℃左右，电耗高，对耐火材料的要求高，工业生产成本较高。

3)过量还原剂液态还原法：

我国近年来在液态硅热法冶炼方面也积极开展研究，出现了利用炼钢设备RH、单嘴精炼炉、VOD技术移植冶炼新思路，在原理上不同于Magnetherm 法，采用过量还原剂硅铁液体中加入被还原煅白粉的方法冶炼。

其代表性技术就是液态喷吹法，液态喷吹法实际生产过程中，液态真空喷吹法实际生产过程中要求真空度较高，不利于降低生产成本。

基于上述问题，本实用新型亟需提供一种液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置。

实用新型内容

鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，以解决现有皮江法成本高、要求真空度较高等问题。

本实用新型提供一种液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，包括真空给料系统、真空还原系统、出渣系统以及收集净化系统，其中，

所述真空给料系统，用于向所述真空还原系统给料并加入炉料；

所述真空还原系统，用于对所述炉料进行真空还原处理；其中，

所述真空还原系统包括：真空罐、与所述真空罐相连通的喷枪机构真空室、设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪，其中，

所述喷枪插入所述真空罐内的液态还原剂上中，以氩气或其它惰性气体为载体向所述液态还原剂中喷入被还原粉剂，并且使得所述被还原粉与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面；

所述出渣系统，用于处理所述真空还原系统处理后生成的炉渣；

所述收集净化系统，用于净化收集在所述真空还原系统生成的金属蒸汽。

此外，优选的方案是，所述真空还原系统还包括：设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪升降器，其中，

所述喷枪升降器固定所述喷枪，所述喷枪在所述喷枪升降器的作用下运动至所述真空罐内的液态还原剂中。

此外，优选的方案是，所述真空还原系统包括喷粉机构，其中，

所述喷粉机构，用于向所述喷枪提供被还原剂粉以及造渣剂粉。

此外，优选的方案是，在所述喷枪的金属管的外部依次设置有高温绝热层、耐火材料层，其中，

所述喷枪的金属管采用耐高温的金属材料；

所述耐火材料层为石墨质或包裹氮化硼的氧化镁。

此外，优选的方案是，在所述真空罐内设置有铁水包，所述铁水包通过支架固定在所述真空罐上；

在所述铁水包上部设置有防溅盖，在所述真空罐上设置有真空罐盖，并且，所述真空罐盖设置在所述防溅盖上方。

此外，优选的方案是，在所述真空罐盖、所述防溅盖上分别设置有开口，所述喷枪通过所述开口伸入到所述铁水包中。

此外，优选的方案是，所述铁水包的加热方式包括感应线圈、电阻、微波、以及电弧加热。

此外，优选的方案是，所述出渣系统包括设置在所述铁水包一侧的出渣口、设置在所述铁水包迎流侧内的挡渣坝、导渣槽穿过所述真空罐连通所述虹吸出渣器，其中，

所述虹吸出渣器通过所述导渣槽与所述铁水包相连通。

此外，优选的方案是，所述收集净化系统包括与所述真空罐相连通的金属蒸汽除尘器、液态金属收集器、金属蒸汽净化系统，其中，

所述金属蒸汽除尘器采用不同粒度的氧化镁球或石墨球构成；

所述液态金属收集器的内壁设置有耐火层，所述液态金属收集器的耐火层采用石墨质或包覆氮化硼氧化镁层的耐火材料；

所述金属蒸汽净化系统包括各个不同高度的温度段收集区间段，用于分别收集液态目标金属、液态非目标金属。

从上面的技术方案可知，本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，通过真空还原系统对所述炉料进行真空还原处理；其中，所述喷枪插入所述真空罐内的液态还原剂中，以氩气或其它惰性气体为载体向所述液态还原剂中喷入被还原粉剂，并且使得所述被还原粉与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面；通过所述收集净化系统净化收集在所述真空还原系统生成的金属蒸汽以及还原剂，从而解决现有皮江法成本高、要求真空度较高等问题；并且本实用新型改用喷吹氩气或其它惰性气体充入反应体系造成相对真空的原理，在低真空或大气压下进行金属还原冶炼，从而进一步降低冶炼成本。

附图说明

通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：

图1为根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的正视图；

图2为根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的侧视图；

图3为根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的俯视图。

其中的附图标记包括：1、真空罐，2、铁水包，3、防溅盖，4、真空罐盖，5、喷枪机构真空室，6、喷枪升降器，7、喷粉机构，8、喷枪，9、出渣口，10、挡渣坝，11、导渣槽，12、虹吸出渣器，13、抽气口，14、导气管， 15、金属蒸汽除尘器，16、液态金属收集器，17、金属蒸汽净化系统，18、事故漏液槽，19、内外双密封，20、环形通气道，21、事故充氩气自动阀门， 22、铁水包耐火材料，23、感应线圈，24、换枪门，25、罐盖车，26、升降机构，27、备用给料系统，28、塔盘，29、液态还原剂。

在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。

具体实施方式

在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。

以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。

为了说明本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的结构，图1至图3分别从不同角度对液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的结构进行了示例性标示。具体地，图1示出了根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的正视结构；图2示出了根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的侧视结构；图3示出了根据本实用新型实施例的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置的俯视结构。

如图1至图3共同所示，本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，包括：真空给料系统、真空还原系统、出渣系统以及收集净化系统。

其中，所述真空给料系统，用于向所述真空还原系统加入炉料。

所述真空还原系统，用于对所述炉料进行真空还原处理；其中，所述真空还原系统包括：真空罐1、与所述真空罐1相连通的喷枪机构真空室5、设置在所述喷枪机构真空室5内的喷枪8，其中，

所述喷枪8插入所述真空罐1内的液态还原剂中，以氩气或其它惰性气体为载气向所述液态还原剂中喷入被还原颗粒或粉剂，并且使得所述被还原粉剂或颗粒与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面。

所述出渣系统，用于处理所述真空还原系统处理后生成的炉渣。所述收集净化系统，用于净化收集在所述真空还原系统生成的目标及非目标金属蒸汽。

在本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，不但可以还原生产金属镁，还可以用于还原生产锂、铅、锌，这是由于镁、锂、铅、锌金属的共同特点是：这类金属在液态还原剂温度下呈气态存在，本实用新型在液态真空还原生产金属的基础上采用相对真空的原理实施还原生产镁、锂、铅、锌金属。

本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，以生产金属镁为例进行具体产生阐明。

具体地，本实用新型可以采用真空罐周期性还原模式生产，以生产金属镁的为例，还原剂硅素在不断的还原过程中不断消耗，浓度降低，以75％硅铁为例，当硅素由75％减低到20％时，停止加入被还原物粉剂，更换新75％硅铁液再次开始新一个周期的还原过程。

本实用新型也可采用双真空罐交替半连续还原模式生产，即采用二个相同的系统，将收集管道并联在同一套液态收集及收集净化系统上，当一个真空罐处于还原状态时，另一个真空罐处于增硅状态以备用还原系统，第一个真空罐硅含量到达20％时切入第二个真空罐开始还原，此时第一个真空罐随后用于增硅到足够的硅素含量以交替还原备用。

其中，所述真空还原系统还包括：设置在所述喷枪机构真空室5内的喷枪升降器6，其中，所述喷枪升降器6与所述喷枪8相连接，所述喷枪8在所述喷枪升降器6的作用下运动至所述真空罐1内的液态还原剂中。

所述真空还原系统还包括喷粉机构7，其中，所述喷粉机构7，用于向所述喷枪7提供被还原剂粉以及造渣剂粉。

其中，在所述喷枪8的外部依次设置有高温绝热层、耐火材料层，其中，所述喷枪的金属管采用耐磨、耐高温的金属材料；所述耐火材料层为石墨质或包裹氮化硼氧化镁。

在所述真空罐1上内设置有铁水包2，所述铁水包2通过支架固定在所述真空罐1上；在所述铁水包2上部设置有防溅盖3，在所述真空罐1上设置有真空罐盖4，并且，所述真空罐盖4设置在所述防溅盖3上方。在所述真空罐盖4、所述防溅盖3上分别设置有开口，所述喷枪8通过所述开口插入到所述铁水包2中。

其中，铁水包2采用感应线圈24、电阻、微波、或者电弧加热。

在本实用新型的实施例中，喷枪8下降后插入铁水包底部之上150-200mm 的位置，以氩气或其它惰性气体为载体以一定的速度向液态还原剂，喷入被还原粉剂煅白粉或氧化镁粉和造渣剂粉，在液体还原剂的作用于下，粉剂和造渣剂一同作用被均匀地喷入液态还原剂中发生还原反应，反应产生金属蒸汽伴随氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面，同时产生的炉渣从铁液中上浮后漂浮在液体还原剂上部，形成炉渣层。

其中，为顺利液态排渣，在加入的粉剂中混入一定量的造渣剂，造渣剂是一种或多种钾、钠、钙的氟化物或氯化物以及氧化物的组合。

在本实用新型的实施例中，喷枪8在提升至上部位置后，可打开设置在喷枪机构真空室5的换枪门24，便于更换喷枪8。

其中，真空罐盖4吊挂在罐盖车25上，由升降机构26提升或下降，以便于罐盖车25移出或扣在真空罐1真空密封上。并且在真空罐盖4上部设置一套备用给料系统27，便于冶炼时加入其它原料(被还原剂以外的原料)。

为安全起见，在所述真空罐1的底部设置有事故漏液槽18，其中，所述事故漏液槽18，用于接收所述铁水包2泄漏的所述液态还原剂，从而避免发生烧穿真空罐1漏气爆炸事故。

为安全起见，真空罐1与真空罐盖4之间的密封采用内外双密封19，在二个密封之间设有环形通气道20，在环形通气道20内设有氧含量动态含量分析仪管道，当氧含量超标后自动打开事故充氩气自动阀门21，使环形通气道 20存满氩气，避免空气漏入真空室发生燃烧或爆炸。为安全起见，真空罐盖 4上设有事故充氩气自动阀门21，事故状态下自动快速向环形通气道20内充入惰性气体氩气。

为安全起见，真空罐1、真空罐盖4、喷枪机构真空室5内部设有一定厚度的保温层和耐火材料层。此外，铁水包耐火材料22采用石墨碳质或一定厚度氮化硼包裹的氧化镁质内衬。

其中，真空罐盖4吊挂在罐盖车25上，由升降机构26提升或下降，以便于罐盖车25移出或扣在真空罐1真空密封上。

在本实用新型的实施例中，所述出渣系统包括设置在所述铁水包2一侧的出渣口9、设置在所述铁水罐2的迎流侧内的挡渣坝10、与所述铁水包2 相连通的导渣槽11以及与所述虹吸出渣器12，其中，所述虹吸出渣器12通过所述导渣槽11与所述铁水包2相连通。

即：出渣口9设置在铁水包炉渣区，并在迎流侧内开口处设置耐火材料挡渣坝10，使液态炉渣沿出渣口流出铁水包2，并落入穿过真空罐1壁的导渣槽11中最终通过虹吸出渣器12排出真空罐1。其中，渣虹吸出渣器12采用导电或不导电耐火材料，并通电补热，防止炉渣通道发生炉渣凝固。

在本实用新型的实施例中，所述收集净化系统包括与所述真空罐相连通的金属蒸汽除尘器15、液态金属收集器16、金属蒸汽净化系统17，其中，所述金属蒸汽除尘器15采用不同粒度的氧化镁球或石墨球构成。所述液态金属收集器16的内壁设置有耐火层，所述液态金属收集器的耐火层采用石墨质或包覆氮化硼层的氧化镁耐火材料。所述金属蒸汽净化系统17包括在不同高度上各个温度段的收集区间段，用于分别收集液态目标金属、液态非目标金属。

具体地，在铁水包2的出渣口9的对侧，离开还原剂液面一定高度的铁水包2的包壁上开设一个开口较大的抽气体口13，在该口包壁外侧设有导气管14，导气管14通过抽气体口13与真空罐1外部的金属蒸汽除尘器15、液态收集器16、金属蒸汽净化系统17相连接。

其中，金属蒸汽收集装置由金属蒸汽除尘器15和液态金属收集器16组成。其中，金属蒸汽除尘器15为带或不带可更换石头滤器，石头过滤器滤料为不同粒度的氧化镁球或石墨球构成，过滤器前后都设有高温真空切断阀，便于整体更换滤料盒；液态金属收集器16采用镁雨或多挡板加强收集，液态金属收集器16的耐火材料采用石墨质或包覆氮化硼层氧化镁的耐火材料构筑。

金属蒸汽净化系统17采用石墨质或包覆氮化硼氧化镁耐火材料砌筑，金属蒸汽净化系统17包括塔盘28和塔壁，其中，塔盘28的材质与塔壁的耐火材料相同，金属蒸汽净化系统17的外壳采用钢板焊接密封，在钢板与耐火材料之间设有足够厚度的保温层，金属蒸汽净化系统17的内部不同高度上设有不同温度段的收集区间段，分别收集液态目标金属和非目标液态金属。其中，在本实用新型中所用还原剂为硅素，液态还原剂29是硅与铁或其它金属组成的合金。

在本实用新型的实施例中，采用液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置进行冶炼的过程包括：

通过真空给料系统向所述真空还原系统加入炉料；

通过所述真空还原系统对所述炉料进行真空还原处理；其中，

所述喷枪插入所述真空罐内铁水包内的液态还原剂中，以氩气或其它惰性气体为载体向所述液态还原剂中喷入被还原粉剂或颗粒，并且使得所述被还原粉与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面；

通过所述出渣系统处理所述真空还原系统处理后生成的炉渣；

通过收集净化系统净化收集在所述真空还原系统生成的目标金属蒸汽以及非目标金属蒸汽。

在本实用新型的实施例中，以生产金属镁为例，真空下和充氩气低真空或大气压形成的相对真空下：

2(MgO·CaO)_(s)+高硅75％Si-Fe_(l)→2Mg_(g)+2CaO·SiO_2(l)+低硅≤20％Si-Fe_(l)

低真空下或大气压下的冶炼金属的过程是在反应体系中利用充入氩气或其它惰性气体造成相对真空条件来实现金属的硅还原过程，其还原温度一般高于高真空下金属的还原温度。

通过上述实施方式可以看出，本实用新型提供的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，通过真空还原系统对所述炉料进行真空还原处理；其中，所述喷枪插入所述真空罐内的液态还原剂中，以氩气或其它惰性气体为载体向所述液态还原剂中喷入被还原粉剂，并且使得所述被还原粉与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面；通过所述收集净化系统收集净化在所述真空还原系统生成的目标金属蒸汽以及非目标金属，从而解决现有的皮江法成本高、要求真空度较高等问题；并且本实用新型也可改用喷吹氩气充入反应体系造成相对真空的原理，在低真空或大气压下进行金属还原冶炼，从而进一步降低冶炼成本。

如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。

Claims

1.一种液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，包括真空给料系统、真空还原系统、出渣系统以及收集净化系统，其特征在于，

所述真空给料系统，用于向所述真空还原系统加入炉料；

所述喷枪插入所述真空罐内的液态还原剂中，以氩气或其它惰性气体为载体向所述液态还原剂中喷入被还原粉剂及造渣剂，并且使得所述被还原粉与所述液态还原剂发生还原反应生成金属蒸汽，并且所述金属蒸汽随所述氩气或其它惰性气体泡逸出还原剂液面；

所述出渣系统，用于处理所述真空还原系统处理后产生的炉渣；

所述收集净化系统，用于收集净化在所述真空还原系统生成的金属蒸汽以及非目标金属蒸汽。

2.如权利要求1所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

所述真空还原系统还包括：设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪升降器，其中，

所述喷枪升降器与所述喷枪相连接，所述喷枪在所述喷枪升降器的作用下运动至所述真空罐内的液态还原剂中。

3.如权利要求1所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

所述真空还原系统还包括喷粉机构，其中，

所述喷粉机构，用于向所述喷枪提供稳定、均匀的被还原剂粉以及造渣剂粉。

4.如权利要求1所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

在所述喷枪的金属管的外部依次设置有高温绝热层、耐火材料层，其中，

所述高温绝热层为耐高温的金属材料层；

所述耐火材料层为石墨质或包裹氮化硼的氧化镁层。

5.如权利要求1所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

在所述真空罐内设置有铁水包，所述铁水包通过支架固定在所述真空罐内；

6.如权利要求5所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

在所述真空罐盖、所述防溅盖上分别设置有开口，所述喷枪及真空加料管通过所述开口伸入到所述真空罐中的铁水包中。

7.如权利要求5所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

所述铁水包的加热方式包括感应线圈、电阻、微波以及电弧加热。

8.如权利要求5所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

所述出渣系统包括设置在所述铁水包一侧铁液上部的出渣口、设置在所述铁水包内的迎流侧的挡渣坝、与所述真空罐外相连通的导渣槽以及虹吸出渣器，其中，

所述虹吸出渣器通过所述导渣槽与所述真空罐内的铁水包相连通。

9.如权利要求1所述的液态相对真空喷吹式冶炼金属的装置，其特征在于，

所述收集净化系统包括与所述真空罐相连通的金属蒸汽除尘器、液态金属收集器、蒸汽净化系统，其中，

所述金属蒸汽除尘器采用不同粒度的氧化镁球或石墨球构成的除尘器；

所述液态金属收集器的内壁设置有耐火层，所述液态金属收集器的耐火层采用石墨质或氮化硼包覆的氧化镁层耐火材料构成的收集器；

所述蒸汽净化系统包括各个温度段的相应液态金属收集区间段，用于分别收集液态非目标金属与目标液态金属。