專利名稱：一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種金屬冶煉裝置，特別是涉及一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置。
背景技術(shù)：
鎂合金具有密度小、消震性好、穩(wěn)定性高、電磁屏蔽性佳、散熱好和可再生等優(yōu)點(diǎn)，是優(yōu)秀的結(jié)構(gòu)和功能材料，在國防、航空、航天、石油、化工等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，目前使用最廣的鎂合金是鎂鋁合金。
現(xiàn)有的金屬鎂熱還原罐都是為皮江法氧化鎂-還原劑固固還原反應(yīng)設(shè)計(jì)的，皮江固固還原法有反應(yīng)溫度過高(1200°C )導(dǎo)致的熱能消耗大，還原罐使用壽命短(還原罐更換成本占總成本1/4)，以及粗鎂純度低等缺點(diǎn)；有固-固反應(yīng)導(dǎo)致的反應(yīng)速度和原料利用率低，反應(yīng)過程溫度傳遞慢、需要另設(shè)壓球車間將原料壓球以及壓球過程中高溫條件下獲得的原料熱量浪費(fèi)等缺點(diǎn)；有還原反應(yīng)爐渣不能被再生利用帶來的環(huán)境污染問題(每生產(chǎn)一噸鎂，產(chǎn)爐渣6-7噸)；以及不能連續(xù)生產(chǎn)帶來的產(chǎn)量小等問題。目前金屬鎂的用量僅為金屬鋁的1%，其中一個(gè)重要的原因就是煉制金屬鎂的成本過高，產(chǎn)量過小。鎂合金及其上游產(chǎn)品金屬鎂、金屬鋁都需要在較高的溫度下煉制，而目前使用的合金煉制裝置沒能有效利用上游金屬煉制過程中產(chǎn)生的余熱。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，本發(fā)明將鋁電解槽、鎂還原爐和鎂鋁合金熔煉爐通過管路連接成一個(gè)有機(jī)整體，使上游產(chǎn)生的高溫液體和氣體能夠在下游被直接利用。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的: 一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，其所述裝置由鎂還原罐內(nèi)側(cè)和外側(cè)通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)、外側(cè)相連接構(gòu)成，鎂還原罐內(nèi)側(cè)分別通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)側(cè)相通，構(gòu)成流體物料流通通道；流通通道與鋁電解槽相連接的三條管路分別連接在鎂還原罐底部和電解槽底部陰極處之間，還原罐底部和電解槽中部陽極電解液，以及還原罐上部和電解槽上部,合金熔煉罐內(nèi)側(cè)的管路分別連接在還原罐和熔煉罐上部氣體進(jìn)出口和下部液體進(jìn)出口之間。
所述的一種鋁 鎂合金聯(lián)合煉制裝置，所述鎂還原罐外側(cè)保溫層內(nèi)通過管路與鋁電解槽生成氣體富集處和鎂鋁合金熔煉罐外側(cè)保溫層之間連通成余熱利用通道。
所述的一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，所述連接鋁電解槽、鎂還原罐和鎂鋁合金熔煉罐之間的管路設(shè)有閥門、濾網(wǎng)及緩沖罐。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)與效果是: 1.本發(fā)明降低了煉制金屬鎂的還原溫度，從而降低了鎂還原過程中的熱量消耗，延長了還原罐的使用壽命，提高了氣態(tài)粗鎂的純度。
2.本發(fā)明回收使用了金屬鎂煉制過程中產(chǎn)生的氧化鋁爐渣，即節(jié)省了原料成本又減輕了環(huán)境污染。
3.本發(fā)明通過液相反應(yīng)，增大了溫度傳遞速度和反應(yīng)速度，提高了原料利用率。
4.本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)鎂金屬和鎂鋁合金的連續(xù)生產(chǎn)，原料的利用率可接近100%綜合利用了金屬鎂，金屬鋁以及鎂鋁合金煉制過程中的余熱和防護(hù)條件，大大節(jié)省了整個(gè)合金煉制過程的成本。


圖1為本發(fā)明的整體裝置示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖所示實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明包括金屬鋁的煉制、金屬鎂的煉制、鎂鋁合金的熔煉三部分。圖中:1:電解鋁的石墨陰極；2:電解鋁的保溫槽；3:石墨陽極；4:還原罐外側(cè)連接管；5:還原罐內(nèi)側(cè)連接管；6:鋁液通路管；7:氧化鋁回收管；8:還原罐保溫槽；9:真空進(jìn)料槽；10:鎂鋁合金液通路管；11:合金熔煉罐保溫槽；12:鎂鋁合金液出口 ；13:金屬鎂出口 ；14:保溫槽連接管；15鎂氣體通路管；16真空進(jìn)料槽。
鋁電解槽的反應(yīng)溫度在950_970°C，反應(yīng)產(chǎn)生的高溫氣體通過兩組內(nèi)置濾網(wǎng)和閥門的管路連接到鎂還原爐中。其中一組管路接在還原罐外側(cè)用于對還原罐進(jìn)行預(yù)熱，另一組管路連還原罐內(nèi)側(cè)，在回流氧化鋁爐渣時(shí)使用。在電解鋁裝置陰極端有與鎂還原罐底部連接的管路，在電解產(chǎn)生的液態(tài)金屬鋁的液面高度高過 連接管的電解槽端的出口上沿Icm以上時(shí)，打開管路閥門將兩個(gè)反應(yīng)器連接起來，以便電解產(chǎn)生的高溫鋁液能進(jìn)入鎂還原罐。
金屬鎂還原罐的底部要高于電解鋁反應(yīng)中冰晶石-氧化鋁熔體的上液面，以便煉鎂時(shí)產(chǎn)生的氧化鋁爐渣能夠被回流使用，具體高出的高度與還原罐和電解槽的真空度、進(jìn)入還原罐的鋁液流量等因素相關(guān)。當(dāng)需要高溫鋁液進(jìn)入鎂還原罐進(jìn)行還原反應(yīng)時(shí)，將鎂還原罐抽真空，液態(tài)鋁在兩個(gè)反應(yīng)器的壓力差下流入還原罐。原料氧化鎂粉在反應(yīng)前從還原罐頂端的真空加料裝置中加入。理論上液態(tài)鋁真空還原氧化鎂的反應(yīng)溫度可以低到700°C，實(shí)際溫度根據(jù)情況可以選700-1000°C之間，以煉鋁過程中產(chǎn)生的液態(tài)鋁和高溫氣體帶入鎂還原罐的熱量來維持。而鎂還原罐預(yù)熱和為了加快還原速度而進(jìn)行熱量補(bǔ)充時(shí)的加熱方式采取可控溫的電阻加熱，以節(jié)省熱能消耗。液態(tài)鋁在700-1000°C溫度和l-20000Pa壓力下與氧化鎂進(jìn)行還原反應(yīng)，生成氣態(tài)金屬鎂和固態(tài)氧化鋁，氣態(tài)金屬鎂從還原罐上部鎂真空出口流出，沒發(fā)生還原反應(yīng)的液態(tài)鋁從還原罐下部出口真空抽出。固體氧化鋁爐渣的回收在兩次還原操作的間歇進(jìn)行:當(dāng)還原罐中95%以上的氧化鎂被還原后，關(guān)閉鋁液進(jìn)料管路，然后用大功率的羅茨泵將還原得到的金屬鎂和沒還原的鋁液安所需比例從還原罐分別抽入金屬鎂收集器和美鋁合熔煉罐，接著關(guān)閉還原罐中金屬鎂、鋁流出管路；打開連接在電解槽陽極端和鎂還原罐底部的管路的閥門，使低氧化鋁濃度的冰晶石-氧化鋁熔體從鋁電解槽進(jìn)入鎂還原罐，溶解還原反應(yīng)產(chǎn)生的氧化鋁爐渣，得到高氧化鋁濃度的冰晶石-氧化鋁熔體，接著打開將鋁電解產(chǎn)物氣和還原罐內(nèi)側(cè)相連的管路，使電解產(chǎn)生的氣體流入鎂還原罐，以增大還原罐中的壓力，使高氧化鋁濃度的冰晶石-氧化鋁熔體流回鋁電解槽，反復(fù)幾次操作可以使氧化鋁被完全回流；氧化鋁回流操作完成后，關(guān)閉氧化鋁回流管路，打開電解鋁生成氣體抽出管路，用真空泵將還原罐內(nèi)的氣體抽回還原罐外加熱管路中，接著關(guān)閉連接電解槽與還原罐內(nèi)側(cè)的通氣管；最后重新打開還原罐中的金屬鋁進(jìn)料管，開始下一次還原操作。
鎂鋁合金真空熔煉罐的熔煉溫度在700_750°C，可以由鎂還原爐中流出的高溫加熱氣和鎂還原罐中流出的高溫產(chǎn)物攜帶的熱量來維持，合金熔煉爐自身的加熱方式與鎂還原爐一樣選擇可以用繼電器-熱電偶控制溫度的電阻加熱。從鎂還原罐上部真空抽出的氣態(tài)金屬鎂在合金熔煉爐中隨溫度降低而部分液化使得氣態(tài)鎂得到進(jìn)一步精煉，而液化的金屬鎂與還原罐底流出的溶有少量金屬鎂的金屬鋁熔液進(jìn)行合金熔煉，在合金熔煉過程中可以從熔煉爐頂部真空進(jìn)料口加入合金精煉所需的溶劑和精煉劑進(jìn)行同步的合金精煉。
實(shí)施例1: 在一個(gè)300KA的電解槽中以每天4.4噸的速度電解含量為98%的氧化鋁，將生成的金屬鋁熔液吸入兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鎂還原罐與純度為93%重量為3.2噸的氧化鎂反應(yīng)，還原罐中每天得到金屬鎂1.79噸，未參加還原反應(yīng)的金屬鋁為0.29噸。可煉制AZ91鎂合金1.98噸，金屬鋁0.11噸。
實(shí)施例2: 在一個(gè)300K A的電解槽中以每天4.4噸的速度電解含量為98%的氧化鋁，將生成的金屬鋁熔液吸入兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)鎂還原罐與純度為93%重量為3.6噸的氧化鎂反應(yīng)，還原罐中每天得到金屬鎂2.01噸，未參加還原反應(yīng)的金屬鋁為0.04噸。可煉制AZ91鎂合金0.45噸，金屬鎂1.61噸。
權(quán)利要求
1.一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，其特征在于，所述裝置由鎂還原罐內(nèi)側(cè)和外側(cè)通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)、外側(cè)相連接構(gòu)成，鎂還原罐內(nèi)側(cè)分別通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)側(cè)相通，構(gòu)成流體物料流通通道；流通通道與鋁電解槽相連接的三條管路分別連接在鎂還原罐底部和電解槽底部陰極處之間，還原罐底部和電解槽中部陽極電解液，以及還原罐上部和電解槽上部，合金熔煉罐內(nèi)側(cè)的管路分別連接在還原罐和熔煉罐上部氣體進(jìn)出口和下部液體進(jìn)出口之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，其特征在于，所述鎂還原罐外側(cè)保溫層內(nèi)通過管路與鋁電解槽生成氣體富集處和鎂鋁合金熔煉罐外側(cè)保溫層之間連通成余熱利用通道。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，其特征在于，所述連接鋁電解槽、鎂還原罐和鎂鋁 合金熔煉罐之間的管路設(shè)有閥門、濾網(wǎng)及緩沖罐。
全文摘要
一種鋁鎂合金聯(lián)合煉制裝置，屬于有色金屬冶煉領(lǐng)域，裝置由鎂還原罐內(nèi)側(cè)和外側(cè)通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)、外側(cè)相連接構(gòu)成，鎂還原罐內(nèi)側(cè)分別通過管路與鋁電解槽和鎂鋁合金熔煉罐內(nèi)側(cè)相通，構(gòu)成流體物料流通通道；流通通道與鋁電解槽相連接的三條管路分別連接在鎂還原罐底部和電解槽底部陰極處之間，還原罐底部和電解槽中部陽極電解液，以及還原罐上部和電解槽上部，合金熔煉罐內(nèi)側(cè)的管路分別連接在還原罐和熔煉罐上部氣體進(jìn)出口和下部液體進(jìn)出口之間。本裝置為合金熔煉過程中使用的流體物料和加熱介質(zhì)的流動(dòng)提供了通道，通過使用本裝置，能充分利用鋁電解時(shí)產(chǎn)生的產(chǎn)物和熱量，充分回收鎂還原過程產(chǎn)生的氧化鋁爐渣。
文檔編號C22C1/02GK103173635SQ20131013017
公開日2013年6月26日 申請日期2013年4月16日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月16日
發(fā)明者張弢, 張益源, 李文秀, 裴世紅 申請人:沈陽化工大學(xué)