專利名稱：一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，屬于有色金屬冶煉領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的熱還原金屬鎂爐窯大多是外燒式的皮江法工藝，反應(yīng)罐與結(jié)晶罐為連體單罐結(jié)構(gòu)，產(chǎn)能低，耗材高，污染大，效益差；內(nèi)熱法有碳還原的，但僅限于實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，目前澳大利亞、美國(guó)等國(guó)家的一些研究機(jī)構(gòu)也正在進(jìn)行這方面的研究，尤其是澳大利亞的CS^O 對(duì)真空碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的工藝已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，從全世界范圍來(lái)看，目前還沒(méi)有真空碳熱還原法煉鎂擴(kuò)大實(shí)驗(yàn)研究成功的案例和工業(yè)化生產(chǎn)的報(bào)道。國(guó)內(nèi)昆明理工大近年來(lái)進(jìn)行了大量的研究，取得了可喜成果，尤其是提出了兩階段理論，一是氧化物理解析出氧，二是氧與還原劑(如碳)的化合，反應(yīng)如下MgeO = Me+l/202l/202+C = COMgO+C = Me+CO此外北京科技大最近又設(shè)計(jì)了一種以液態(tài)鈣作為還原劑的金屬鎂還原工藝及裝置。其特征是采用液鈣為還原劑，與氧化鎂反應(yīng)得到鎂蒸氣，工藝流程如下首先向反應(yīng)器中加入固體鈣并加熱使其熔化，加入量保證熔化后液鈣的體積占反應(yīng)器容積的1/3 2/3 ； 然后，將固體鈣和氧化鎂粉末按(1 幻1的比例混合后送入反應(yīng)器中，物料浸在液鈣中；當(dāng)溫度達(dá)到1090°C時(shí)，反應(yīng)開(kāi)始進(jìn)行，產(chǎn)生鎂蒸氣，反應(yīng)溫度控制在1150 1300°C，鎂蒸氣通過(guò)引風(fēng)機(jī)進(jìn)入結(jié)晶器冷卻。該工藝具有反應(yīng)在常壓下進(jìn)行，不使用還原罐，反應(yīng)為固一液相反應(yīng)，反應(yīng)速率快，反應(yīng)物接觸充分等優(yōu)點(diǎn)。但液鈣來(lái)源有限，且尚未見(jiàn)批量生產(chǎn)的報(bào)導(dǎo)。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為克服已有技術(shù)的不足，設(shè)計(jì)了一種真空熱還原金屬鎂還原爐裝置，該裝置是一個(gè)用20-30mm的碳鋼卷制焊接制成的筒體，筒體上面開(kāi)設(shè)了多個(gè)功能孔，分別有混合氣體排放孔，氮?dú)廨斎肟?、安全閥孔、循環(huán)水孔、電源孔、測(cè)溫孔、測(cè)壓孔等； 分長(zhǎng)短兩種規(guī)格，短規(guī)格爐是一端封堵一端開(kāi)啟門結(jié)構(gòu)，長(zhǎng)規(guī)格爐是兩段可開(kāi)啟門結(jié)構(gòu)， 長(zhǎng)、短爐均臥式擺放形似隧道，也叫隧道窯爐；從爐體向內(nèi)，依次分布有耐高溫高鋁質(zhì)保溫綿氈、高純石墨硬質(zhì)碳?xì)謮K或多晶氧化鋁纖維板填充及石墨碳板等組成，再向內(nèi)是倒U型石墨質(zhì)碳棒或硅鉬棒加熱元件，底部設(shè)有軌道，軌道上面是載車；窯外兩側(cè)的上部設(shè)計(jì)有多組排氣管，排氣管端部設(shè)有閥門，與冷凝結(jié)晶罐的一端相連，泠凝罐的另一端排煙口與兩級(jí)真空泵相連，冷凝罐的水冷系統(tǒng)與水環(huán)泵相連，產(chǎn)量低時(shí)采用一端封堵一端開(kāi)啟結(jié)構(gòu)的短爐；產(chǎn)量大時(shí)采用一端進(jìn)料另一端出料的長(zhǎng)爐，長(zhǎng)爐的兩端開(kāi)口均采用垂直式可升降的錐形閘閥密封封堵；該裝置實(shí)施包括下列工藝步驟[0009]將已經(jīng)配備壓制好的塊料或球團(tuán)料在爐外經(jīng)220°C干燥脫水，然后將脫水后的料裝入移動(dòng)式載車進(jìn)焙燒爐560°C碳化(固化)后同載車一同再進(jìn)入真空還原爐，在 1200-1500°C,0. 1-350 真空環(huán)境中還原，在爐外冷凝結(jié)晶形成的金屬鎂粗鎂產(chǎn)品，該裝置可大容量批量還原金屬鎂，真空爐內(nèi)集中還原，爐外多級(jí)抽真空系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)的共同作用下，在冷凝結(jié)晶罐內(nèi)完成金屬鎂結(jié)晶，結(jié)晶分離后的CO煙氣集中處理用于物料干燥和碳化(固化)爐的燃料，循環(huán)利用，密閉式生產(chǎn)，從而提高了熱效率，大幅度降低了能耗，且熱量充分有效利用。該裝置實(shí)施包括下列工藝步驟1是物料準(zhǔn)備，指煅燒后的氧化鎂與主還原劑碳或硅鐵的一種加其它還原劑、粘接劑礦化劑等經(jīng)科學(xué)配伍，壓制成球團(tuán)或多孔型塊，事先干燥脫水后，再裝入載車再經(jīng)560°c 溫度下碳化(固化)使其球團(tuán)或塊料的水分和焦油等易揮發(fā)物質(zhì)集中排出，形成原形狀不變并具多孔狀和一定強(qiáng)度的型塊或球團(tuán)料，然后將這些干燥固化好的熾熱車載物料，經(jīng)窯前牽引裝置至擺渡車待用；2是打開(kāi)真空還原爐爐門，再經(jīng)牽引裝置將載車駛?cè)胝婵諣t內(nèi)，然后封閉爐門，開(kāi)啟真空泵排出爐內(nèi)氣體，接著打開(kāi)電源，給加熱元件通電，爐內(nèi)溫度迅速增高，同時(shí)打開(kāi)水環(huán)泵給爐內(nèi)相關(guān)系統(tǒng)降溫；做到加溫、抽真空、水循環(huán)同步進(jìn)行，當(dāng)溫度達(dá)到1100°C鎂蒸汽逐步形成，隨著溫度升高，鎂離解析出速度加快，鎂蒸汽量加大，窯外冷凝結(jié)晶亦加快，直到 1500°C左右，95%以上鎂被逸出；3是當(dāng)儀表反映爐內(nèi)鎂蒸汽基本耗盡時(shí)，此時(shí)打開(kāi)氮?dú)忾y，向真空爐內(nèi)注入氮?dú)猓?將爐內(nèi)剩余CO等氣體排出并集中于集氣箱內(nèi)它用；4是具備卸料程序時(shí)，用電動(dòng)方式打開(kāi)一側(cè)爐門卸料，啟動(dòng)底部牽延裝置將載車上煉鎂廢渣拉出爐至擺渡車上，然后啟動(dòng)擺渡車轉(zhuǎn)向器，再由排渣系統(tǒng)牽延裝置將廢渣車駛?cè)胄对ざ涡冻?，然后將空車再牽引至裝料工段進(jìn)行裝料循環(huán)；5是人工或機(jī)械將冷凝結(jié)晶罐內(nèi)的結(jié)晶罐卸出，更換新罐并同時(shí)封閉，卸出的粗鎂結(jié)晶罐，由行車電葫蘆集中搬運(yùn)至運(yùn)載車上拉運(yùn)至壓機(jī)房，將結(jié)晶罐內(nèi)粗鎂頂推出罐，然后運(yùn)往精煉爐，如此循環(huán)往復(fù)完成真空碳熱還原金屬鎂的全過(guò)程。通過(guò)上述途徑的設(shè)計(jì)創(chuàng)新，使得物料進(jìn)還原爐前先將水分和易揮發(fā)氣體排出，然后在560°C碳化(固化)，期間排出了全部的水分、焦油等碳化后的熱煙氣和極少量粉塵，為真空還原爐還原減輕了壓力，也為后工序抽真空創(chuàng)造了條件，不易堵塞真空管路，同時(shí)也提高了生產(chǎn)效率，延長(zhǎng)了系統(tǒng)使用壽命；爐外冷凝結(jié)晶，亦為快速更換結(jié)晶罐提高生產(chǎn)率創(chuàng)造了條件，且將CO等熱煙氣集中排放至集氣箱，然后用于干燥、熱解碳化物料，廢氣余熱得到了充分有效的利用，大幅度節(jié)約了能耗，采用的設(shè)備都是經(jīng)過(guò)優(yōu)化篩選再創(chuàng)新設(shè)計(jì)制造的設(shè)備，設(shè)備利用率高，兼容性好，投資小見(jiàn)效快，零排放，無(wú)污染，取得了事半功倍的效果，綜合經(jīng)濟(jì)，社會(huì)、環(huán)保效益極為顯著。

圖1為本實(shí)用新型平面示意圖2為圖1的橫剖面圖；主要顯示水平冷凝結(jié)晶罐裝置圖3為圖1的剖面圖；主要顯示冷凝結(jié)晶罐垂直布置示意圖具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型設(shè)計(jì)的真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置如圖1，圖2，圖3所示，本實(shí)施例的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其外形為臥式圓柱形筒體，包括真空爐主體1， 左側(cè)封頭1-1，連接法蘭1-2可開(kāi)啟爐門1-3，右側(cè)固定封頭1-4，連接法蘭1-5，；排氣口 2， 爐內(nèi)耐高溫剛玉陶瓷管2-1，法蘭盤2-2，三通閥3，三通閥對(duì)稱連接支法蘭3-1，冷凝結(jié)晶罐 4，冷凝罐4-1，冷凝罐夾層套入水口閥4-1-1，水環(huán)泵4-1-2，冷凝罐出水口閥4_1_3，蓄水池 4-1-4，結(jié)晶罐4-2，結(jié)晶罐密封端蓋4-2-1，結(jié)晶罐氣體出口 4-2-2，真空泵組4-2-3，廢氣集氣箱4-2-4主爐測(cè)溫鉬銠熱電偶5，主爐壓力傳感器6，結(jié)晶罐測(cè)溫?zé)犭娕?，結(jié)晶罐壓力傳感器8，氮?dú)廨斎肟?9，主爐水環(huán)泵10，水環(huán)泵接入口法蘭10-1，倒“U”加熱元件11，加熱元件電源接口 11-1，軌道12，載車13，鋼板車架13-1，高鋁耐火磚13-2，剛玉泡沫陶瓷隔熱磚 13-3，石墨碳磚13-4 ；氧化鎂蜂窩磚料層14 ；安全閥15 ；看火電視探頭16，電葫蘆17等部件組成，如果采用豎式冷凝結(jié)晶罐，如圖3中18所示布置。該真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置中相互關(guān)系是如圖1、圖2、圖3中的主體1為普通碳鋼或16Mn鍋爐鋼板加工焊接而成，上面開(kāi)有多個(gè)直徑大小不等形狀位置各異的裝置連接孔，分別是多組排氣孔2，爐內(nèi)耐高溫剛玉陶瓷管2-1 —端開(kāi)口伸向真空爐空腔，一端與爐壁內(nèi)側(cè)法蘭連接，3是三通閥，一端與2-1法蘭連接，另兩端與冷凝結(jié)晶罐4相連；真空爐熱電偶5測(cè)溫端插入真空爐內(nèi)至空腔壁，另一端與儀表密封相連；真空爐壓力傳感器6 一端與接入真空爐內(nèi)的耐熱鋼管至空腔壁，另一端與儀表密封相連；倒“U”加熱元件11的兩端分別與電源線接入孔11-1相連，氮?dú)廨斎肟?12，一端用耐高溫剛玉陶瓷管在爐內(nèi)壁上的法蘭相連，另一端接氮?dú)廨斎敕ㄌm；爐內(nèi)循環(huán)水10內(nèi)側(cè)與真空爐底部循環(huán)水管法蘭10-1 連接，外側(cè)接水環(huán)泵10-2 ；，載車13，底部車輪與鋼軌13-1接觸，13-1安裝在真空爐底部的耐火磚上，載車骨架由型鋼焊接而成，上面是鋼板，鋼板上底層平鋪高鋁耐火磚1-2層，然后再鋪放200mm左右的剛玉泡沫陶瓷隔熱磚，再上面是200mm左右的石墨碳磚；再上面便是氧化鎂蜂窩磚料層14，14如果采用球團(tuán)料，可以采用多個(gè)耐熱材料料箱裝料，如果是壓型多孔磚塊料，可直接碼放在上面；安全閥15設(shè)在主爐的；安全閥15直接與真空爐頂部的安全法蘭連接，看火電視探頭16設(shè)在爐的固定封頭一側(cè)的2/3高度；電葫蘆17設(shè)在爐外頂部的航車上，共同組成該裝置，如果采用豎式冷凝結(jié)晶罐，如圖3中18所示布置。
權(quán)利要求1.一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，包括臥式爐主體，該主體是一個(gè)一端封閉一端可開(kāi)啟的柱狀鋼制筒體，或兩端都可開(kāi)啟的臥式隧道窯式筒體爐，產(chǎn)量大時(shí)采用一端進(jìn)料另一端出料的結(jié)構(gòu)，爐的一端開(kāi)口用垂直式可升降的錐形閘門密封封堵，或水平液壓密封封堵；筒體內(nèi)主要包括耐火復(fù)合材料內(nèi)襯，從爐體向內(nèi)，內(nèi)腔壁向中心依次設(shè)有高鋁質(zhì)保溫棉，高純石墨硬質(zhì)碳?xì)謮K或多晶氧化鋁纖維保溫板填充及石墨碳板模塊式組合結(jié)構(gòu)；再向內(nèi)是倒U型石墨質(zhì)碳棒或硅鉬棒加熱元件，底部設(shè)有軌道，軌道上面是載車； 窯外兩側(cè)的上部設(shè)計(jì)有多組冷凝罐，泠凝罐的排煙口與兩級(jí)真空泵相連，冷凝罐的水冷系統(tǒng)與水環(huán)泵相連。
2.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，包括爐外殼是20 30mm的碳鋼板卷筒焊接而成，上下根據(jù)需要設(shè)計(jì)了加熱元件接線孔，鎂蒸汽及其它氣體排出口及各種測(cè)試儀表和氮?dú)庾⑷缛肟诘瓤锥矗?br> 3.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，所述的內(nèi)腔壁向中心依次設(shè)有高鋁質(zhì)保溫棉，高純石墨硬質(zhì)碳?xì)謮K或多晶氧化鋁纖維板填充而成及石墨碳板模塊式組合結(jié)構(gòu)；
4.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，耐火材料模塊結(jié)構(gòu)組成的倒”U”型空洞內(nèi)等距離裝置了多組石墨質(zhì)碳棒或硅鉬棒加熱元件；加熱元件的接線端從底部的兩側(cè)邊接線孔引入。
5.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于其內(nèi)部底部設(shè)計(jì)了行車軌道，軌道兩側(cè)的耐火內(nèi)襯側(cè)邊安裝了循環(huán)水管。循環(huán)水管兩端分別從爐體相應(yīng)位置接入出。
6.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，頂部?jī)蓚?cè)設(shè)計(jì)了多個(gè)排氣孔，排氣孔上安裝了冷凝結(jié)晶罐，結(jié)晶罐尾部安裝了多級(jí)真空泵，冷凝罐上下進(jìn)出管安裝了水環(huán)泵；
7.如權(quán)利要求1所述的一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，其特征在于，包括臥式爐主體，該主體是一個(gè)一端封閉一端敞開(kāi)的似柱狀耐熱鋼筒體，或兩端都可開(kāi)啟的臥式隧道窯式筒體，產(chǎn)量大時(shí)采用一端進(jìn)料另一端出料的結(jié)構(gòu)，爐的一端開(kāi)口用垂直式可升降的錐形間門密封封堵，或液壓式密封裝置密封封堵。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種真空熱還原金屬鎂的還原爐裝置，屬于冶金設(shè)備領(lǐng)域，裝置特點(diǎn)是兩頭在外，中間還原，即被還原物料在還原爐外完成成型、脫水、干燥、裝車碳化(固化)牽引進(jìn)入真空還原爐，爐內(nèi)1100-1550℃，1-330Pa真空環(huán)境中碳熱還原，形成鎂蒸汽，爐外冷凝結(jié)晶罐在抽真空系統(tǒng)和水循環(huán)系統(tǒng)的共同作用下形成急冷環(huán)境，使鎂蒸汽在凝結(jié)晶罐內(nèi)冷凝結(jié)晶成固態(tài)金屬鎂，然后機(jī)械將冷凝罐內(nèi)的結(jié)晶罐卸出，同時(shí)更換新罐并及時(shí)封閉；并將粗鎂結(jié)晶罐機(jī)械卸出，然后將結(jié)晶罐內(nèi)粗機(jī)械頂推出罐，然后在精煉爐精煉，還原車載廢渣再通過(guò)牽引裝置運(yùn)至爐外，如此循環(huán)，間歇式生產(chǎn)。
文檔編號(hào)C22B5/10GK201981246SQ20112004807
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年2月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年2月25日
發(fā)明者崔福平, 王全祥, 王 華, 索雙富 申請(qǐng)人:王全祥