SK283044B6 - Retortová pec na výrobu horčíka a použitie horizontálnej komorovej koksovacej pece - Google Patents

Abstract

Retortová pec na výrobu horčíka redukciou vsádzky oxidického horčíka, predovšetkým dolomitického vápna, pomocou redukčného činidla, najmä ferosilícia, pri teplotách minimálne 1000 °C a vo vákuu, je vytvorená ako horizontálna komorová pec, ktorá je známa na výrobu koksu. Retortová komora (3) je vybavená obložením (30) z plechu stien zo žiaruvzdorného materiálu (26) a kondenzátory (9) na sedimentáciu kondenzovaného horčíka sú vákuovo tesne pripojené na plniace otvory (7).ŕ

Description

Oblasť techniky

Vynález sa týka retortovej pece na výrobu horčíka redukciou vsádzky oxidického horčíka, najmä dolomitického vápna, pomocou redukčného činidla, hlavne ferosilicia, pri teplotách minimálne 1000 °C a vo vákuu. Vynález sa ďalej týka použitia horizontálnej komorovej koksovacej pece.

Doterajší stav techniky

Plne prevažujúci podiel svetovej výroby horčíka sa vyrába elektrolytickým postupom z chloridu horečnatého. Tento spôsob je veľmi nákladný, pretože je potrebná veľká spotreba energie a vzniká problém vedľajších a odpadových produktov. Chlorid horečnatý musí byť preto nákladné chemicky spracovávaný. Dôsledkom toho je relatívne vysoká cena horčíka, i keď sa vyskytuje v dostatočnom množstve v horečnatých zlúčeninách.

Rovnako je známe získavať horčík pomocou termickej redukcie oxidu horečnatého, ktorý je hojne k dispozícii v podobe dolomitického vápna (CaO.MgO). Pritom sa dolomitické vápno zmieša s redukčným činidlom, ktoré môže pozostávať z cenovo primeraného ferosilicia, prednostne v stechiometrickom pomere 2:1a umiestni sa do žiaruvzdornej oceľovej retorty. Oceľová retorta sa externe ohreje na reakčnú teplom 1200 °C a vákuuje pod tlakom 10 mbar. Na chladnom konci retorty kondenzuje horečnatá para, takže sa získa kovový horčík. Tento spôsob, tzv. Pídgeonov spôsob, nedovoľuje vysoké výťažky, pretože je obmedzený veľkosťou retorty z dôvodu žiarupevnosti oceľovej retorty pri vysokých teplotách. Priemyselne používané rúrkové retorty sú dlhé 3 m a majú vnútorný priemer 27,5 m. Hospodárne použitie je pri týchto malých výrobných kapacitách mysliteľné iba pre veľmi čistý špeciálny horčík.

Pri podobnom spôsobe, tzv. Bolzanov spôsob, sa s rovnakými východiskovými materiálmi vykonáva silikotermická reakcia v reaktore, ktorý je interne ohrievaný prúdom. Tento reaktor pozostáva z oceľovej nádrže, ktorá je vyložená v oblasti ohrevu zvnútra žiaruvzdorným materiálom. Horná časť reaktora, tvorená kupolou, je ochladzovaná, takže na stenách kupole kondenzuje para horčíka a na stenách sa usadzuje horčík. Kupola je kvôli získaniu horčíka odoberateľná. Aj tento spôsob je nehospodárny, pretože mechanizácia zavážania a vyprázdňovania reaktora je len ťažko možná. Okrem toho nie je hospodárny elektrický ohrev, pretože neumožňuje využitie ohriatych odpadových plynov.

Podstata vynálezu

Problém vyplývajúci zo stavu techniky spočíva v tom, že výroba horčíka nie je šetrná k životnému prostrediu a nie je ani hospodárna. Pretože použitie horčíka ako ľahkého zlievarenského kovu, napríklad v automobilovom priemysle, narastá, existuje značná potreba zlepšeného získavania horčíka.

Uvedený problém sa podľa vynálezu vyrieši retortovou pecou vpredu uvedeného typu, ktorá je vytvorená ako horizontálna komorová pec s aspoň jednou retortovou komorou umiestnenou v pozdĺžnom smere, ktorá má steny zo žiaruvzdorného materiálu a je vybavená vákuom tesniacim vnútorným obložením z plechu z kovu a rovnako hore ležiacimi plniacimi otvormi s vykurovacími komorami umiestnenými obojstranne pozdĺž retortovej komory a s kondenzátormi na ochladenie horčíkových pár a usadenie kondenzovaného horčíka, ktoré sú vytvorené k vákuum tesniacemu pripojeniu na plniace otvory.

Horizontálne komorové pece, ktoré sú ohrievané externe, sú známe na výrobu koksu. Pritom sa používajú jednotky retortových pecí, ktoré môžu byť až 14 m dlhé, 6 m vysoké a 0,3 až 0,6 m široké. Každý pecový element môže pritom napríklad obsiahnuť 30 t uhlia. Zavezenie retortovej pece sa vykonáva plniacimi otvormi na hornej strane, zatiaľ čo vyrábaný koks sa vyberá pri otvorených dverách pomocou vykladacích strojov na čelných stranách pecových elementov. Takéto koksovacie zariadenia majú vysoký stupeň mechanizácie, pretože sú vyvíjané už mnoho desaťročí.

Retortová pec podľa vynálezu na výrobu horčíka sa podobá konštrukciou známej koksovacej peci, je však podľa vynálezu modifikovaná na vykonanie termickej redukcie oxidu horečnatého bez toho, aby sa menila manipulácia, ktorá sa osvedčila pri výrobe koksu. Pomocou obloženia z kovového plechu je retortová komora vytvorená tesná proti vákuu, takže je možné vytvoriť vákuum potrebné na výrobu horčíka. Okrem toho možno odobrať kondenzovaný horčík pomocou kondenzátorov tesne proti vákuu pripojených na plniace otvory tak, že sa napríklad môžu kondenzátory vymeniť. Kovom použitým na obloženie z kovového plechu prednostne je austenická oceľ alebo zásaditá niklová zliatina, ktoré sú stabilné pri teplotách potrebných na redukčnú reakciu, ktorá je medzi 1200 °C a 1300 °C a tiež za podmienok vákua, pričom vypadávaniu obloženia z plechu, umiestneného na vnútornej strane steny, za vysokej teploty a za podmienok vákua sa môže prednostne zabrániť vloženými briketami. Vypadávaniu obloženia z plechu sa môže v neplnenej hornej časti retortovej komory zabrániť tým, že obloženie z plechu je v tejto časti vedené vnútri žiarupevného materiálu a je prednostne ukončené krycou tvarovkou, ktorá uzatvára retortovú komoru na jej hornej strane.

Retortová pec podľa vynálezu dovoľuje použitie Pidgeonovho spôsobu vo veľmi hospodárnej podobe. Hospodárnosť sa môže ešte zvýšiť tým, že sa na produkciu horčíka používajú ešte existujúce, ale už nepotrebné koksovacie pece, ktoré sú dodatočne vybavené obložením z plechu podľa vynálezu a sú upravené v plniacich otvoroch, pripadne na plniacich otvoroch na ustavenie kondenzátorov.

V prednostnom vyhotovení vynálezu sú kondenzátory navzájom a so zdrojom vákua spojené pomocou vedenia vákua. Vakuácia retortovej komory nastáva cez pripájacie príruby na kondenzátoroch pripojených na plniace otvory.

Prednostne sú kondenzátory vytvorené na vákuovo tesné nasadenie na tesnenie plniacich otvorov. Prednostne predstavujú v podstate predĺženie plniaceho otvoru, pričom zrazenina horčíka sa vytvára na vložke kondenzátora, ktorá je vyberateľná.

Steny kondenzátorov sú prednostne chladené vodou.

Obloženie z plechu môže byť tvorené austenitickou oceľou, ako tiež zásaditou niklovou zliatinou a je stabilná pri pôsobení teploty a vákua. Pritom môže byť účelné zakotviť obloženie z plechu s predpätim na stenách rotorovej komory zo žiaruvzdorného materiálu.

Žiaruvzdorný materiál, prednostne tvorený zo silikátového muriva, nemá v teplotnej oblasti medzi 600 °C a reakčnou teplotou prakticky žiadnu tepelnú rozťažnosť. Pretože toto neplatí na obloženie z plechu, je výhodne vybaviť toto obloženie z plechu pozdĺžnymi alebo priečnymi vydutinami kvôli vyrovnaniu tepelnej rozťažnosti.

Dvere retortovej komory umiestnené pri horizontálnej komorovej peci spravidla na čelnej strane, sú vytvorené vákuovo tesne uzatvárateľné, prednostne pomocou pastovitého, odlievateľného alebo nástrekového tesniaceho pros tricdku. Kvôli zabráneniu odtoku alebo odkvapkávania tesniaceho prostriedku sú dvere alebo dverový rám vybavené kapsovitými segmentmi na zachytenie tesniaceho prostriedku.

Prehľad obrázkov na výkresoch

Vynález je ďalej bližšie objasnený na nasledujúcich príkladoch vyhotovenia, schematicky znázornených na výkresoch. Na výkresoch znázorňuje: obr. 1 pozdĺžny rez retortovou pecou podľa vynálezu, obr. 2 schematický pohľad na dvere na čelnej strane s kapsovitými segmentmi pre tesniaci prostriedok, obr. 3 vertikálny rez kondenzátorom nasadeným na plniaci otvor, obr. 4 priečny rez retortovou komorou a susednou vykurovacou komorou retortovej pece podľa obr. 1, obr. 5 detail A z obr. 4, ktorý znázorňuje konštrukciu žiaruvzdorného materiálu s obložením z plechu z kovu a obr. 6 detail B z vertikálny obr. 5, znázorňujúci ťahovú kotvovú skrutku.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Na obr. 1 je zrejmá horizontálna komorová pec 1, ktorá má spodnú stavbu 2 a po celej dĺžke vytvorenú retortovú komoru 3. Retortová komora 3 je na svojich oboch čelných stranách uzatvorená dverami 4, 5. Pod dverami 4, 5 sú umiestnené zvonka horizontálne komorové pece 1 podseku 6, na ktorých je umiestnený neznázornený vyvážací stroj, prípadne dopravné zariadenie vyvážacieho stroja.

Retortová komora 3 má v zobrazenom príklade vyhotovenia plniace otvory 7, ktoré sú vytvorené medzi krycími tvarovkami 8.

Na plniace otvory 7 sú nasadené kondenzátory 9, ktoré sú spojené navzájom a so zdrojom 11 vákua pomocou vedenia 10 vákua.

Z obr. 1 možno zistiť, že retortová komora 3 je naplnená briketami 12, ktoré sú vyrobené zo zmesi dolomitického vápna (CaO.MgO) a ferosilícia, pričom horná časť retortovej komory 3 nie je vyplnená.

Obr. 2 znázorňuje pôdorys dverí 4, 5 na čelnej strane retortovej komory 3. V protiklade k príslušným dverám na koksovacej peci musia byť dvere 4, 5 na komorovej peci 1 podľa vynálezu vyhotovené vákuovo tesné, takže musí byť zvonka dovnútra vytvorené tesnenie. To sa napríklad dosiahne tým, že je do tesniacej škáry nastriekaný, naliaty alebo prednostne rozprášený tesniaci prostriedok 14, pričom sa tesniaci prostriedok 14 vpastovitej alebo tekutej forme musí nanášať v prebytku, tým tesniaci prostriedok 14 za pôsobenia podtlaku v retortovej komore 3 zatečie zvonka do tesniacej škáry a za pôsobenia tepla sa v retortovej komore 3, prípadne na dverách 4, 5 vytvrdí a vznikne tým tesniaci účinok. Pretože pritom môže v oblasti dverí 4, 5 vytekať alebo odkvapkávať tesniaci prostriedok 14 v tekutej forme, sú dvere 4, 5 vybavené kapsovitými segmentmi 13, pomocou ktorých sa môže zachytávať odtekajúci tesniaci prostriedok 14.

Obr. 3 znázorňuje ako zväčšený detail A z obr. 1 konštrukciu príkladového vyhotovenia kondenzátora 9, ktorý je ustanovený v uložení 15, vytvorenom na plniacom otvore 7 a je utesnený tesnením 16. Uloženie 15 je tvorené zošikmením prispôsobeným tvaru plášťa kondenzátora 9. Kondenzátor 9 pozostáva v podstate z valcovej steny 17, pokračujúcej v podstate z plniaceho otvoru 7, ktorá je na svojom voľnom konci uzatvorená krytom 18. Kryt 18 je v uzatvorenej polohe zablokovaný, čo nie je znázornené a má očko 19 na zdvíhanie krytu 18, prípadne celého kondenzátora 9 s uzatvoreným, zablokovaným krytom 18. Vo valcovej stene 17 je vložená vložka 20, ktorá má tvar obrátene postaveného pohára, na ktorom sa usadzuje v podobe pary horčík.

Vnútorný priestor valcovej steny 17 je pomocou vedenia 21 pripojený k vákuovej pripájacej prírube 22. K vákuovej pripájacej prírube 22 je pripojené vedenie 10 vákua, zrejmé na obr. 1.

Valcová stena 17 je obopnutá vonkajšou valcovou stenou 23, ktorá je vybavená vstupným hrdlom 24 a výstupným hrdlom 25 na chladiacu vodu, pomocou ktorej sú valcová stena 17, a tým i vložka 20, ochladzované na teplotu maximálne 100 °C.

Obr. 4 znázorňuje vykurovací systém na retortovú komoru 3, ktorý je zhotovený vo vyhotovení známom pre koksovacie pece. Steny retortovej komory 3 sú vytvorené zo žiaruvzdorného materiálu 26 a oddeľujú retortovú komoru 3 od na oboch stranách susediacich vykurovacích komôr 27. Do vykurovacích komôr 27 sa privádza horľavý plyn a do rekuperátora predhriaty vzduch, a to na viacerých miestach po dĺžke vykurovacích komôr 27, ktoré sú od seba navzájom rovnomerne vzdialené. Spaliny pokračujú cez horný odťahový otvor 28, ktorý je tvorený žiaruvzdornými prstencami 29, von z komorovej pece 1.

Retortová komora 3 je na vnútornej strane steny zo žiaruvzdorného materiálu 26 a na dne retortovej komory 3 vybavená obložením 30 z plechu z kovu. Obloženie 30 z plechu z kovu sa plošne opiera na stenách zo žiaruvzdorného materiálu 26. Uloženie na stenách zo žiaruvzdorného materiálu 26 je podporené naplnením retortovej komory 3 briketami 12.

V hornej oblasti retortovej komory 3, ktorá nie je vyplnená briketami 12, sa obloženie 30 z plechu z kovu stupňovito rozširuje von a v hornej časti 31 je vedenie vnútri žiaruvzdorného materiálu 26 kvôli vylúčeniu vypadávania obloženia 30 z plechu z kovu v oblasti, v ktorej nepôsobia na obloženie 30 z plechu z kovu brikety 12 plniacim tlakom smerujúcim von.

Odťahové otvory 28 sú vedené vnútri šamotového krytu 32, ktorý zakrýva komorovú pec 1 mimo kondenzátory 9.

Obr. 5 znázorňuje vo zväčšenom znázornení detail A z obr. 1 konštrukcie steny zo žiaruvzdorného materiálu 26, ktorým prednostne je silikát, s obložením 30 z plechu z kovu. Steny zo žiaruvzdorného materiálu 26 sú zmontované zo žiaruvzdorných lícujúcich tvaroviek 33. Obloženie 30 z plechu z kovu je predpnuté ťahom pomocou ťahových kotvových skrutiek 34 proti stene zo žiaruvzdorného materiálu 26, takže je zaistené uloženie obloženia 30 z plechu z kovu na stene zo žiaruvzdorného materiálu 26 tiež vtedy, keď je vnútri retortovej komory 3 vytvorené vákuum a nastavená vysoká teplota.

Pretože stena zo žiaruvzdorného materiálu 26, keď pozostáva zo silikátu, nemá medzi teplotami 600 °C a 1200 °C žiadnu teplotnú rozťažnosť a obloženie 30 z plechu z kovu sa oproti tomu za tepla značne rozpína, sú v obložení 30 z plechu z kovu vytvorené vydutiny 35, ktoré môžu vyrovnávať svojim zväčšením, prípadne zmenšením, teplotnú rozťažnosť obloženia 30 z plechu z kovu.

Obr. 6 znázorňuje detail na obr. 5, na ktorom je na obložení 30 z plechu z kovu privarený čap 36 s vnútorným závitom 37, do ktorého je naskrutkovaný závit ťahovej kotvovej skrutky 34, takže priskrutkovaním ťahovej kotvovej skrutky 34 je obloženie 30 z plechu z kovu pritiahnuté proti lícujúcej tvarovke 33, tvoriacej stenu zo žiaruvzdorného materiálu 26.

Výkresy ukazujú, že retortová pec podľa vynálezu je vzhľadom na súčasné koksovacie pece modifikovaná pomocou obloženia 30 z plechu z kovu a ustavením kondenzátorov 9 na plniace otvory 7.

Kondenzátor 9 môže byť po skončení cyklu celkom vyzdvihnutý kvôli získaniu separovaného horčíka. Je však tiež možné oddeliť po otvorení krytu 18 iba vložku 20 a otvoreným krytom 18 kondenzátora 9 po vybraní vložky 20 retortovú komoru 3 znova zaviesť. V tomto prípade môže byť plášť kondenzátora 9 viac či menej pevne spojený s ostením plniaceho otvoru 7.

Claims (12)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Retortová pec na výrobu horčíka redukciou vsádzky oxidického horčíka, predovšetkým dolomitického vápna, pomocou redukčného činidla, hlavne ferosilícia, pri teplotách minimálne 1000 °C a vo vákuu, vyznačujúca sa t ý m , že má konštrukciu ako horizontálna komorová pec s aspoň jednou retortovou komorou (3), vytvorenou v pozdĺžnom smere, ktorá je vybavená stenami zo žiaruvzdorného materiálu (26) a vnútorným vákuovo tesným obložením (30) z plechu a rovnako hore ležiacimi plniacimi otvormi (7), s pozdĺž retortovej komory (3) obojstranne umiestnenými vykurovacími komorami (27) a s kondenzátormi (9) na ochladenie horčíkových pár a na sedimentáciu kondenzovaného horčíka, ktoré sú vákuovo tesne pripojené na plniace otvory (7).
2. 2. Retortová pec podľa nároku 1,vyznačujúca sa tým, že kondenzátory (9) sú spojené navzájom a so zdrojom (11) vákua pomocou vedenia (10) vákua.
3. 3. Retortová pec podľa nároku 1 alebo 2, vyznačuj ú c > sa tým, že kondenzátory (9) sú ustavené vákuovo tesne na tesneniach (16) plniacich otvorov (7).
4. 4. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 3, v y značujúca sa tým, že obloženie (30) z plechu je vytvorené z austenitickej ocele.
5. 5. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 3, v y značujúca sa tým, že obloženie (30) z plechu je vytvorené zo zásaditej niklovej zliatiny.
6. 6. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 5, v y značujúca sa tým, že obloženie (30) z plechu je ukotvené na stenách retortovej komory (3), vytvorenej zo žiaruvzdorného materiálu (26), s predpnutím.
7. 7. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 6, v y značujúca sa tým, že obloženie (30) z plechu je vybavené pozdĺžnymi a/alebo priečnymi vydutinami (35) na vyrovnanie tepelnej rozťažnosti.
8. 8. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 7, v y značujúca sa tým, že vákuovo tesné obloženie (30) z plechu je umiestnené v oblasti plnenia retortovej komory (3) na vnútornej strane steny tvorenej zo žiaruvzdorného materiálu (26), pričom je v hornej časti (31) retorotvei komory (3) vedené vnútri žiaruvzdorného materiálu (26).
9. 9. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 8, v y značujúca sa tým, že retortová komora (3) je na svojej hornej strane uzatvorená krycou tvarovkou (8), pričom obloženie (30) z plechu je ukončené nad krycou tvarovkou (8).
10. 10. Retortová pec podľa jedného z nárokov 1 až 9, vyznačujúca sa tým, že na čelnej strane sú umiestnené dvere (4, 5), ktoré sú vákuovo tesne uzatvorené pomocou pastovitého, lejacieho alebo nástrekového tesniaceho prostriedku (14).
11. 11. Retortová pec podľa nároku 10, vyznačujúca sa tým, že dvere (4, 5) alebo rámy dverí (4, 5) sú vybavené kapsovitými segmentmi (13) na zachytenie odtekajúceho alebo odkvapkávajúceho tesniaceho prostriedku (14).
12. 12. Použitie horizontálnej komorovej koksovacej pece ako retortovej pece na výrobu horčíka podľa nároku 1 až 11 po obložení retortovej komory (3) vákuovo tesným obložením (30) z plechu a nasadení kondenzátorov (9) na plniace otvory (7).