真空碳管炉炼镁的应用的制作方法

1.本发明涉及一种真空碳管炉炼镁的应用，属于镁金属冶炼技术领域。


背景技术：

2.1833年英国科学家法拉第发明了用电解熔融氯化镁的方法制得纯金属镁，又经过53年的艰苦试验研究于1886年才在德国开始工业化生产，以后经过100多年的不断的改进、完善，才成为当今世界镁生产的主要方法。但是今日世界人们越来越关心生成环境污染的情况下，这种放出大量氯气电解炼镁法已越来越为人们所不容。
3.1941年加拿大多多大学教授皮江(l.m.pidgeon)首先创建了以硅铁还原白云石炼镁试验厂，并获得成功。50年代世界各国普遍采用。由于具有炉型简单，投资少，生产过程好掌握等特点，发展非常快。该方法采用耐热钢反应罐3c24nin为外热法。将罐横卧在反应炉内，可分为单排、或双排反应罐，或对装罐，用煤或煤气燃烧≤1200℃时，在真空条件下进行mgo si
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mg si2的置换反应。生成的镁蒸汽在结晶器内(450
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550℃)形成结晶镁。皮江法最大的缺点是(耐热钢反应罐)成本高、消耗大。尤其到后期，反应罐变型，加料量减少，使产镁率减少，增加了成本，浪费能源，co2排放严重，严重的粉尘污染和恶劣的劳动环境，且制造还原罐成本高，使用寿命短，限制了许多镁厂的发展。
4.真空碳管炉用于冶炼难熔金属和高熔点贵金属及高端合金产品案例很多，如：金 属w、re、os、ta、mo、nb、v、cr、pt、ti等，因为真空碳管炉加热温度可达摄氏3000度以上，而且在高真空度的条件下，炉胆内无任何材质，如：导料层等，冶炼的产品精度高。其缺点是：熔炼的金属物料需要放在坩埚中，置于石墨碳管发热体内进行熔炼，产量小，一般每炉熔炼量仅为公斤级或公斤以下级，所以相对能耗高，炉内环境要求高，在业内没人考虑用真空碳管炉炼镁，一般认为行不通。因为炼镁的原料为镁球，镁球是由经煅烧的白云石和一定比例的硅铁粉碎混合压球而成，原料内杂质较多，不符合现有真空碳管炉的熔炼要求，而且就算有人认为能够熔炼，但真空碳管炉极低的产量和相对的高能耗也使得业内无人尝试。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种容量大、热能利用率高、用于替代皮江法中的真空还原炉及耐热钢反应罐，能够大大缩短镁的冶炼周期，使镁的回收率高的真空碳管炉炼镁的应用。
6.本发明的技术方案如下：一种真空碳管炉炼镁的应用，其特征是：将真空碳管炉用于冶炼金属镁。
7.所述真空碳管炉包括炉壳、镁结晶器，炉壳为立式筒状结构，顶部设有上大盖、底部设有出渣口，贴着炉壳内壁设有整体的耐火料层，镁结晶器设置在炉壳侧壁的上部，在炉壳大盖中心位置和炉壳底部中心位置分别设有石墨电极接头，在炉壳内上下两石墨电极接头之间连接有高纯度石墨发热管，环绕石墨发热管设有氮化硅护套。
8.在所述炉壳侧壁的上部左右对称的设有两个镁结晶器；
所述镁结晶器为水平设置；所述上大盖与炉壳之间通过法兰盘连接，且法兰盘上配有密封圈；在所述炉壳大盖的石墨电极接头上设有上部水冷套，上部水冷套与炉壳大盖间绝缘；在炉壳底部的石墨电极接头上设有下水冷套，下水冷套与炉壳间绝缘；所述耐火料层由高铝耐火料捣制而成，耐火料层中设有锚钉和不锈钢网；在所述氮化硅护套的侧壁上均匀的开有通气孔；在所述炉壳外侧设有支撑脚；所述将真空碳管炉用于冶炼金属镁，是将镁球置于氮化硅护套和炉壳内壁的耐火料层之间的炉膛内；所述将真空碳管炉用于冶炼金属镁，真空碳管炉炉膛内的真空度控制到小于10pa，石墨发热管初始升温到1450~1600℃，持续对炉膛加热，直到耐火料层表面温度达到1150~1200℃，控制石墨发热管温度，使得耐火料层表面温度保持在1150~1200℃之间，恒温4~6小时，在镁结晶器中获得粗镁。
9.本发明的优点是：采用真空碳管炉炼镁，改变了业内普遍认为真空碳管炉不能用于炼镁的偏见：本发明对真空碳管炉在结构上做了一定的改变，在炉壳内壁增加了保温隔热的耐火料层、在炉壳侧壁上部设置了镁结晶器，并设计了专门的进出料口，同时改变了真空碳管炉的使用方法，将炉料加注到了发热体外，从而使得真空碳管炉能够炼镁；采用真空碳管炉炼镁，占地面积小，排布合理扩大了生产；自动化程度高，每台真空碳管炉能代替六只还原罐，不用煤气，减少二氧化碳排放量，热能利用率达到95%；真空度高，碳管发热体加热温度高（原皮江法炼镁炉小于1200摄氏度，否则还原罐寿命短），大大缩短了镁的冶炼周期，使镁的回收率高；在装球料及排废渣球料方面，大大缩短了装卸料的时间，同时大大降低粉尘污染，改善了生产条件，真正实现还原工段的绿色生产，每炉产镁量在110至120公斤，真空碳管炉炼镁使用寿命长。
附图说明
10.图1是本发明的结构示意图；图2是图1的俯视图。
11.图中：1、上部水冷套；2、上端电缆线；3、石墨电极接头；4、下料口；5、上大盖；6、水冷结晶器套；7、真空管；8、镁结晶器；9、高纯度石墨发热管；10、氮化硅护套；11、耐火料层；12、炉売；13、下水冷套；14、出渣口；15、下端电缆线；16、镁球；17、支脚。
具体实施方式
12.本发明的一种真空碳管炉炼镁的应用是：将真空碳管炉用于冶炼金属镁。
13.参照附图，本发明的真空碳管炉，包括炉壳12、镁结晶器8，炉壳为立式筒状结构，采用锅炉钢板制造，各配件保证密封、真空下不漏气的条件；炉壳顶部设有上大盖5，上大盖是经过锅炉钢板加工焊接内部捣制耐高温保温隔热的耐火料层并设有大法兰，可整体吊起，以便在炉壳中安装高纯度石墨发热管及氮化硅护套，以防球料碰坏石墨发热管，大法兰与炉壳顶部安装的下法兰匹配，配密封圈密封，安装上大盖的炉壳称为炉体。炉壳底部对称的设有两个出渣口14，其作用是每次冶炼完成后定时排废渣球，及时放入渣车内运走到热
渣仓，热渣仓起余热回收和冷却渣作用，可最大限度的减少热量损失，节能降耗增产效果显著。贴着炉壳内壁设有整体的耐火料层11，耐火料层由高铝耐火料捣制而成，耐火料层中设有锚钉和不锈钢网，达到耐高温、耐磨、耐热，增长了炉体使用寿命；在炉壳大盖中心位置和炉壳底部中心位置分别设有石墨电极接头3，石墨接头与炉体绝缘，安装在炉壳大盖的石墨接头与上端电缆线2连接，安装炉壳底部的石墨接头与下端电缆线15连接，在炉壳大盖的石墨电极接头上设有上部水冷套1，上部水冷套与上大盖间绝缘；在炉壳底部的石墨电极接头上设有下水冷套13，下水冷套与炉壳间绝缘；上部水冷套和下水冷套均为紫铜件，与对应的石墨接头紧配合；在上大盖上对称的设有两个用于镁球16进料的下料口4，下料口上设有密封盖。在炉壳内上下两石墨电极接头之间连接高纯度石墨发热管9，环绕石墨发热管设有氮化硅护套10，在氮化硅护套的侧壁上均匀的开有通气孔，保护石墨发热管且热传导快。采用石墨发热管作为发热体，可加温度达到3000摄氏度以上，但我们控制到小于1600摄氏度下。停炉排渣时可用氮气保护延长发热体的使用寿命，石墨发热管升温速度快，大幅度提高镁球的反应速度，严格控制炉内墙边镁球温度为1200摄氏度，热效率明显提高，缩短冶炼周期。在炉壳侧壁的上部左右对称的设有两个镁结晶器8，镁结晶器为水平设置，具体的是在炉壳侧壁的上部左右对称的水平设置两个与炉壳联通的外端口封闭的不锈钢管，镁结晶器设置在不锈钢管中，不锈钢管外设置水冷结晶器套6，镁结晶器温度控制在450至550摄氏度之间；真空管7穿过水冷结晶器套6与不锈钢管连接，真空管另一端与一台2*70机械泵配电磁控制阀（防止因突然停电机械泵油倒灌）、一台2jp
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150罗茨泵及金属波纹软管连接；在炉壳外侧设有支撑脚17。变压器与真空碳管炉单独配套，采用与使用功率相匹配的变压器及电缆与上端电缆线和下端电缆线连接，温控系统采用可控硅电压调整器控温，控温采用西门子材料，程序速显控温仪等。
14.本发明的将真空碳管炉用于冶炼金属镁，工艺流程如下：外购白云石的有效化学组分及杂质成分要求wt%：mgo
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<0.05粒径20~40
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，进入回转窑，用天然气1200℃煅烧后，称为：煅白，其有效化学组分及杂质成分要求wt%：mgo
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0.3冶炼一吨镁需11吨白云石煅烧后，白云石为6.5吨，活性度大于25%，需配75wt%硅铁，破碎到小于20毫米的硅铁块，进入球磨机：煅白、硅铁同时按比例进入球磨机出粉料小于200目，进入球磨机压块18兆帕，块为20至30毫米，预热球儿400到600摄氏度，镁球通过进料口装入真空碳管炉内，装料量为700至800公斤 (相当于五到六只还原罐料量，每只还原罐，直径370毫米、长2.8米、装料量为140公斤) ，炉体全部密封，先抽真空再给电，真空度小于10pa，石墨发热管发热温度控制在1500摄氏度内，当炉内壁球温达到1200摄氏度时，控制恒温约四到六小时，使镁蒸汽全部进入结晶器内获得85wt%粗镁，每炉产镁量在110至120公斤之间。
15.本技术是目前在国内外炼镁工艺中最为先进的设备炉型，将成为我国镁业发展的优势，加快镁业结构调整，走创新型镁工业道路，建设提升原皮江法炼镁厂落后的生产工
艺，提升我国镁业节能环保增效的绿色加工基地。