專利名稱：一種適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐，屬于真空
冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
二背景技術(shù)：
在US 2582119和US 2582120中公開了F.哈士吉(Hansgirg)在常壓下用碳還原氧化 鎂制取金屬鎂的冶煉設(shè)備，該套設(shè)備主要包括還原電爐和金屬鎂粉冷凝器兩部分，還 原電爐為豎式結(jié)構(gòu)，混合物料從豎管加入到電爐的坩堝內(nèi)進(jìn)行碳熱還原，還原溫度需 要保持在2000'C左右，產(chǎn)生的鎂蒸氣和CO的混合氣體進(jìn)入側(cè)面的冷凝器內(nèi)，冷凝器屬 于臥式圓錐體結(jié)構(gòu)，冷凝器上設(shè)置有氣體噴嘴，大量的天然氣經(jīng)氣體壓縮機(jī)壓縮后急 速的噴入冷凝器內(nèi)，使鎂蒸氣快速冷凝下來變成金屬鎂粉。該套冶煉設(shè)備還原溫度比 較高，耗能較大。該套冶煉設(shè)備通過急速注入大量天然氣使鎂蒸氣快速冷凝下來，得 到的基本上是鎂的粉狀物，鎂粉容易自燃爆炸，設(shè)備操作的安全性比較差。整套設(shè)備 未設(shè)置有過濾裝置，還原得到的金屬鎂粉中含有碳黑，不能熔合鑄錠，需要進(jìn)一步蒸 餾提純。
R.溫納德(Winand)對真空還原系統(tǒng)和金屬鎂冷凝系統(tǒng)進(jìn)行了獨(dú)立設(shè)計(jì)，其間有 密封連接裝置，其他包括了真空抽氣系統(tǒng)、連續(xù)進(jìn)出料系統(tǒng)、收塵器、過濾器、CO 燃燒器、儲倉等裝置。爐子的加熱部分為矩形，橫切面0.23mX0.46m，高1.5m，內(nèi) 襯純鎂氧磚，輕質(zhì)耐火磚隔熱。石墨發(fā)熱體由板狀料加工而成，每一根在18O0K時(shí)功 率為12kW，用4根裝在料內(nèi)，第5根在料面上，以防止在冷凝器進(jìn)口處發(fā)生凝結(jié)和逆 反應(yīng)。用羅茨泵和旋轉(zhuǎn)活塞泵的串聯(lián)組合抽真空，分別在羅茨泵進(jìn)口處和金屬鎂冷凝 器內(nèi)安裝有真空計(jì)測壓。實(shí)驗(yàn)實(shí)行連續(xù)操作方式,規(guī)模按20kg/h進(jìn)料(其中Mg 3kg/h)， 排渣10kg/h。用一般的菱鎂礦與冶金焦粉反應(yīng)時(shí)，因燒結(jié)而引起過濾器的阻塞，當(dāng)用
更純的菱鎂礦與冶金焦粉反應(yīng)時(shí)沒有發(fā)生燒結(jié)阻塞問題，也用煅燒白云石試過。
昆明理工大學(xué)真空冶金及材料研究所的鐘勝博士對白云石的真空熱分解及氧化鎂
的真空碳熱還原進(jìn)行了初步研究,實(shí)驗(yàn)雖然得到了金屬鎂，由于還原設(shè)備和冷凝器存在
一些缺陷，結(jié)果得到的金屬鎂量比較少，呈粉末狀，易自燃爆炸，不能有效收集。該
所的李志華博士后來通過研制新的設(shè)備，對真空碳熱還原氧化鎂進(jìn)行了更多的工作(我
國的專利號ZL2005 10011049.8):真空還原系統(tǒng)和冷凝金屬鎂系統(tǒng)設(shè)計(jì)在同一個(gè)裝置內(nèi)，石墨坩堝可裝物料ioo克，石墨發(fā)熱體采用橫向切口形式，保溫爐襯采用高鋁質(zhì)
耐火纖維棉厚壁與石墨隔熱反射屏相結(jié)合的方式，采用W-3Re/W-25Re熱電偶進(jìn)行測溫，
采用2X-8型旋片式真空泵抽真空，用旋轉(zhuǎn)式麥?zhǔn)险婵沼?jì)(0 650Pa)測量爐內(nèi)壓強(qiáng)。實(shí)
驗(yàn)采用氧化鎂或白云石等為原料，煤炭作還原劑，5 45Pa真空條件下，完成焦結(jié)、
還原、冷凝過程，控制焦結(jié)溫度在50(TC 80(TC，時(shí)間30 60min,還原溫度在1300
'C 1600'C，冷凝溫度60(TC 80(TC，獲得純度達(dá)到94%的結(jié)晶金屬鎂塊。李志華博
士雖然取得了一些進(jìn)展，但是爐型較小，投加的物料和得到的產(chǎn)物均比較少，其冷凝
器由于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的一些缺陷，鎂蒸汽不能全部進(jìn)入冷凝器內(nèi)冷凝，影響了金屬鎂的
收集率。
三、i).明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的是設(shè)計(jì)一種適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐。 該爐有獨(dú)立的真空還原系統(tǒng)和金屬鎂冷凝系統(tǒng)，兩系統(tǒng)之間有真空密封的管道連接， 真空還原系統(tǒng)的溫度可以達(dá)到1400'C，金屬鎂冷凝系統(tǒng)的溫度可^達(dá)到65(TC,該爐使 用電作為熱源，采用圓筒豎式切口形狀的石墨發(fā)熱體,該爐設(shè)計(jì)有更大容積的石墨坩 堝，可以盛裝公斤級的反應(yīng)物料。該爐配有相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)，在 冷態(tài)下，該爐的真空度可穩(wěn)定在30Pa左右，經(jīng)2個(gè)小時(shí)左右的升溫，爐溫可達(dá)到1400 。C。
圖l是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)圖，其包括爐子頂蓋l,水冷套2，碳?xì)直貭t襯3， 石墨隔熱反射屏4，爐子外殼5，隔熱耐火磚6,爐子底座7，石墨發(fā)熱體和發(fā)熱體底座 8,橡膠密封墊圈9，水冷銅電極IO，膠木絕緣套ll,石墨螺栓12，石墨坩鍋13,碳材 料過濾篩14,石墨套管冷凝器15，真空抽氣連接管道16，碳?xì)诌^濾器17，熱電偶組合 18。爐子頂蓋l、爐子外殼5和爐子底座7,使用不銹鋼材料制作，均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的水 冷套2，其外層壁厚為5mm，內(nèi)層壁厚為8mm，通過法蘭用螺栓連接，連接處有橡膠 密封圈進(jìn)行真空密封,人爐子的保溫爐襯分上部、側(cè)面、底部三個(gè)部分，上部使用30mm 厚的碳?xì)?保溫爐襯，側(cè)面的保溫爐襯采用碳?xì)趾癖诤褪魺岱瓷淦?相結(jié)合的 方式，底部除了鋪墊20mm厚的碳?xì)直貭t襯外，在碳?xì)直貭t襯上還放置了30mm厚 度的隔熱耐火磚6，爐子發(fā)熱體和底座8使用石墨材料制作，發(fā)熱體設(shè)計(jì)成筒型豎切 口的形狀,水冷銅電極10通過石墨螺栓12與發(fā)熱體底座8連接，水冷銅電極10 和爐子底座7的連接處設(shè)置橡膠密封墊圈9并使用膠木絕緣套11 ,爐內(nèi)坩鍋13頂 部設(shè)計(jì)有一個(gè)石墨蓋，側(cè)面開了一個(gè)直徑50mm的孔，該孔與作為金屬鎂冷凝器的石墨 套管15相連，在坩鍋13和石墨套管15連接處設(shè)計(jì)了一個(gè)用石墨材料制作的過濾篩14，該過濾篩的孔徑為2mm，在石墨套管15的尾端放置了10mm厚的碳?xì)?7。
從爐子的運(yùn)行情況來看，爐子的保溫效果良好，熱散失比較少，爐子發(fā)熱體和底座 使用石墨材料制作，具有導(dǎo)電性能好、使用壽命長、耐高溫等特點(diǎn)，供電系統(tǒng)輸入的 電流先由水冷銅電極傳導(dǎo)給發(fā)熱體的底座，然后經(jīng)發(fā)熱體底座再傳導(dǎo)給石墨發(fā)熱體， 最后在石墨發(fā)熱體上電能轉(zhuǎn)化成熱能，使?fàn)t溫得到升高，為了保證爐內(nèi)的真空度，坩 鍋頂部設(shè)計(jì)有一個(gè)石墨蓋，側(cè)面開了一個(gè)直徑50mm的？L該孔與作為金屬鎂冷凝器的 石墨套管15相連，這樣碳熱還原氧化鎂(或鎂礦石)產(chǎn)生的鎂蒸汽不會到處亂跑，只 會沿著小孔全部進(jìn)入石墨套管內(nèi)15冷凝成結(jié)晶塊狀鎂團(tuán)，這樣提高了金屬鎂的收集 率，石墨套管是熱的良導(dǎo)體，不需要外部加熱就可以保證鎂蒸汽冷凝成結(jié)晶塊狀鎂， 當(dāng)冷凝溫度在65(TC左右時(shí)，鎂蒸汽才可能冷凝成結(jié)晶塊狀，而不是鎂粉，從而有效防-止鎂粉的自燃和爆炸，提高操作的安全性。 與現(xiàn)有技術(shù)相比具有的優(yōu)點(diǎn)及積極效果
(1) 本實(shí)用新型真空度和工作溫度可以達(dá)到碳熱還原氧化鎂(或鎂礦石)的要 求，爐子冷態(tài)真空度穩(wěn)定在30Pa左右，經(jīng)2小時(shí)左右升溫，爐溫可達(dá)140(TC。
(2) 本實(shí)用新型坩鍋使用普通石墨材料，爐子外殼使用一般不銹鋼材料，爐子 制造成本低。
(3) 本實(shí)用新型可以大大降低碳熱還原氧化鎂(或鎂礦石)的反應(yīng)溫度，不僅 降低了能耗，而且可以延長爐子的使用壽命。其屬于真空密閉容器，使用過程中不會 發(fā)生反應(yīng)氣體(主要是C02、鎂蒸汽、CO)的無組織排放，對大氣環(huán)境的影響很小。 反應(yīng)產(chǎn)生的鎂蒸汽進(jìn)入冷凝器內(nèi)，并最終生成結(jié)晶塊狀鎂團(tuán)，而不是鎂粉，提高了操 作環(huán)境的安全性。
四、
圖1是本實(shí)用新型的組成結(jié)構(gòu)圖，其中1為爐子頂蓋,2為水冷套，3為 碳?xì)直貭t襯，4為石墨隔熱反射屏，5為爐子外殼，6為隔熱耐火磚，7為爐子底座,8為石 墨發(fā)熱體和發(fā)熱體底座,9為橡膠密封墊圈，IO為水冷銅電極，ll為膠木絕緣套，12為石 墨螺栓，13為石墨坩鍋，14為碳材料過濾篩，15為石墨套管冷凝器，16為真空抽氣連接管 道，17為碳?xì)诌^濾器，18為熱電偶組合。
五具體實(shí)施方式
實(shí)施例如圖l所示的結(jié)構(gòu)，其包括爐子頂蓋l,水冷套2，碳?xì)直貭t襯3,石墨 隔熱反射屏4,爐子外殼5，隔熱耐火磚6,爐子底座7，石墨發(fā)熱體和發(fā)熱體底座8， 橡膠密封墊圈9，水冷銅電極IO，膠木絕緣套ll，石墨螺栓12，石墨柑鍋13，碳材料 過濾篩14,石墨套管冷凝器15,真空抽氣連接管道16，碳?xì)诌^濾器17,熱電偶組合18。爐子頂蓋1、爐子外殼5、爐子底座7均使用不銹鋼材料制作，均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的 水冷套2為外層壁厚為5mm，內(nèi)層壁厚為8mm，通過法蘭用螺栓連接，連接處有橡膠 密封圈進(jìn)行真空密封,人爐子的保溫爐襯分上部、側(cè)面、底部三個(gè)部分，上部使用30mm 厚的碳?xì)?保溫爐襯，側(cè)面的保溫爐襯采用碳?xì)趾癖诤褪魺岱瓷淦?相結(jié)合的方式， 底部除了鋪墊20mm厚的碳?xì)直貭t襯外，在碳?xì)直貭t襯上還放置了30mm厚度的隔 熱耐火磚6，爐子發(fā)熱體和底座8使用石墨材料制作，發(fā)熱體設(shè)計(jì)成筒型豎切口的形 狀，水冷銅電極10通過石墨螺栓12與發(fā)熱體底座8連接，水冷銅電極10和爐子底座7 的連接處設(shè)置橡膠密封墊圈9并使用膠木絕緣套ll,爐內(nèi)坩鍋13頂部設(shè)計(jì)有一個(gè)石 墨蓋，側(cè)面開了一個(gè)直徑50mm的孔，該孔與作為金屬鎂冷凝器的石墨套管15相連， 在坩鍋13和石墨套管15連接處設(shè)計(jì)了一個(gè)用石墨材料制作的過濾篩14 ，該過濾 篩的孔徑為2mm,在石墨套管15的尾端放置了10mm厚的碳?xì)?7。 具體設(shè)計(jì)參數(shù)
1、 爐子總結(jié)構(gòu)尺寸①432X448mm，外殼使用普通不銹鋼材料制作；
2、 坩鍋結(jié)構(gòu)尺寸①180X215mm，使用普通石墨材料制作， 一次最多可裝物料
2kg;
3、 發(fā)熱體電阻為0.072Q，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為筒型豎切口的形狀，使用高功率石墨材 料制作，電阻率不大于7u Q*m;
4、 金屬鎂冷凝器圓筒狀，內(nèi)筒直徑30mm，外筒直徑50mm，長380mm,使 用普通石墨材料制做；
5、 最大電功率22KW;
6、 爐子真空度冷態(tài)真空度為30Pa;
7、 爐子正常工作溫度1400'C。
權(quán)利要求1、一種適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐，其特征在于其包括爐子頂蓋(1)，水冷套(2)，碳?xì)直貭t襯(3)，石墨隔熱反射屏(4)，爐子外殼(5)，隔熱耐火磚(6)，爐子底座(7)，石墨發(fā)熱體和發(fā)熱體底座(8)，橡膠密封墊圈(9)，水冷銅電極(10)，膠木絕緣套(11)，石墨螺栓(12)，石墨坩鍋(13)，碳材料過濾篩(14)，石墨套管冷凝器(15)，真空抽氣連接管道(16)，碳?xì)诌^濾器(17)，熱電偶組合(18)，爐子頂蓋(1)、爐子外殼(5)和爐子底座(7)均使用不銹鋼材料制作，均設(shè)計(jì)有獨(dú)立的水冷套(2)，其外層壁厚為5mm，內(nèi)層壁厚為8mm，通過法蘭用螺栓連接，連接處有橡膠密封圈進(jìn)行真空密封，人爐子的保溫爐襯分上部、側(cè)面和底部三個(gè)部分，上部使用30mm厚的碳?xì)?3)保溫爐襯，側(cè)面的保溫爐襯采用碳?xì)趾癖诤褪魺岱瓷淦?4)相結(jié)合的方式，底部除了鋪墊20mm厚的碳?xì)直貭t襯外，在碳?xì)直貭t襯上還放置了30mm厚度的隔熱耐火磚(6)，爐子發(fā)熱體和底座(8)使用石墨材料制作，發(fā)熱體設(shè)計(jì)成筒型豎切口的形狀，水冷銅電極(10)通過石墨螺栓(12)與發(fā)熱體底座(8)連接，水冷銅電極(10)和爐子底座(7)的連接處設(shè)置橡膠密封墊圈(9)并使用膠木絕緣套(11)，爐內(nèi)坩鍋(13)頂部設(shè)計(jì)有一個(gè)石墨蓋，側(cè)面開了一個(gè)直徑50mm的孔，該孔與作為金屬鎂冷凝器的石墨套管(15)相連，在坩鍋(13)和石墨套管(15)連接處設(shè)計(jì)了一個(gè)用石墨材料制作的過濾篩(14)，該過濾篩的孔徑為2mm，在石墨套管(15)的尾端放置了10mm厚的碳?xì)?17)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐，其 特征在于爐子總結(jié)構(gòu)尺寸為0432X448mm，外殼使用普通不銹鋼材料制作，坩鍋 結(jié)構(gòu)尺寸為O180X215mm，使用石墨材料制作，發(fā)熱體為電阻0.072Q ，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)為 筒型豎切口的形狀，使用石墨材料制作，電阻率不大于7pQ，m，金屬鎂冷凝器為圓 筒狀，內(nèi)筒直徑30mm，外筒直徑50mm，長380mm，使用石墨材料制做，最大電功 率為22KW。
專利摘要本實(shí)用新型的涉及一種適用于碳熱還原氧化鎂制取金屬鎂的真空冶金爐，包括爐子頂蓋，水冷套，碳?xì)直貭t襯，石墨隔熱反射屏，爐子外殼，爐子底座，石墨發(fā)熱體和發(fā)熱體底座，水冷銅電極，石墨坩鍋，碳材料過濾篩，石墨套管冷凝器等部分。該爐有獨(dú)立的真空還原系統(tǒng)和金屬鎂冷凝系統(tǒng)，兩系統(tǒng)之間有真空密封的管道連接，金屬鎂冷凝系統(tǒng)的溫度可以達(dá)到650℃左右，該爐使用電作為熱源，采用圓筒豎式切口形狀的石墨發(fā)熱體，該爐設(shè)計(jì)有更大容積的石墨坩堝，可以盛裝公斤級的反應(yīng)物料。該爐配有相應(yīng)的電氣控制系統(tǒng)和真空抽氣系統(tǒng)，在冷態(tài)下，該爐的真空度可穩(wěn)定在30Pa左右，經(jīng)2個(gè)小時(shí)左右的升溫，爐溫可達(dá)到1400℃。
文檔編號C22B5/02GK201292397SQ200820081769
公開日2009年8月19日 申請日期2008年10月16日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月16日
發(fā)明者劉大春, 劉永成, 劉紅湘, 周小奎, 徐寶強(qiáng), 戴永年, 濤 曲, 李一夫, 斌 楊, 駿 楊, 汪鏡福, 林 王, 陽 田, 蔣文龍, 郁青春, 馬文會 申請人:昆明理工大學(xué)