本發(fā)明涉及有色金屬冶煉，具體涉及一種內熱法真空煉鎂裝置及方法。

背景技術：

1、金屬鎂及鎂合金是最輕金屬結構材料，具有高比強度和比剛度、良好的阻尼減振性、高導熱導電性、強電磁屏蔽性、易切削和回收等優(yōu)點，被譽為“21世紀綠色工程材料”，它在交通工具、電子產品、建筑材料、航空航天等領域都有廣泛的應用。

2、金屬鎂冶煉方法可以分兩大類：電解法和熱還原法。電解法以氯化鎂為原料，在電解獲得金屬鎂同時，副產氯氣，環(huán)保問題難以解決，目前全球的金屬鎂產量中只有不到20％采用電解法。

3、熱還原法主要工藝是硅熱還原法，即以硅為還原劑還原氧化鎂，在高溫和真空條件下獲得金屬鎂蒸氣，然后冷凝獲得金屬鎂的工藝。其中，占據(jù)硅熱還原法主流的是皮江法。

4、皮江法實質是在1200℃、高真空(<5kpa)條件下，通過外部加熱還原罐(還原金屬鎂容器)，用硅鐵(75％s?i)還原煅燒白云石(煅白)煉鎂。因為具有工藝流程短和設備簡單、生產規(guī)模靈活、以及成品鎂純度高等優(yōu)點，再加上我國具有豐富的鎂礦白云石資源和固體燃料煤礦資源，使其在我國得以推廣應用。雖然通過不斷改進，皮江法能耗和污染有一定程度的降低，但是也存在一些難以克服的問題：

5、1、采用外部加熱，熱量由還原罐外部逐漸傳導到內部，熱能利用率低。

6、2、在金屬鎂還原過程中，為防止還原罐因為高溫氧化和高溫蠕變導致變形(癟肚)和開裂，還原罐需要具備高的抗高溫氧化能力和高溫強度，因此還原罐材質為高成本的含鎳、鉻等元素的耐熱鋼。即便如此，還原罐使用壽命仍然較短，平均3-4個月的壽命。

7、3、隨還原罐容積增加，還原罐自重和表面積相應增加，還原罐抵抗高溫蠕變的能力降低，使用壽命進一步縮短。由于還原罐容積受限，導致原料的裝填量不多/金屬鎂產量不高：目前單個容器最大裝料量600kg，單個還原罐一次18小時產出原鎂90-100公斤。因此皮江法煉鎂工廠占地面積大，現(xiàn)場管理難度大，不容易實現(xiàn)大規(guī)模生產和機械化作業(yè)。

8、4、在金屬鎂還原過程中，原料與還原罐接觸并發(fā)生化學反應，其產物粘附在還原罐內壁，即出現(xiàn)皮江法常見的“粘罐結釉”的現(xiàn)象。釉質物一方面增加了還原罐的熱阻，進一步降低熱能利用率；另一方面占據(jù)還原罐內部空間，進一步降低原料裝填量/鎂產量。為減緩還原罐內壁“粘罐結釉”現(xiàn)象，需要定期通過人工“捅”或“刮”等方式清除粘結的釉質物，勞動強度大，且存在員工燙傷、燒傷的隱患。

9、意大利開發(fā)的波爾札諾法屬于內熱還原法，是皮江法的改良工藝，所用的原料與皮江法一樣，只是加熱方式從外加熱改為內加熱。采用內加熱磚體柱狀臥式還原爐，將煅燒白云石和硅鐵混合后壓制成的塊狀物料放置在臥式還原爐內的支撐架上，通過導電支撐架對物料進行加熱。臥式還原爐上部有用于收集氣態(tài)金屬鎂產物的結晶室。波爾札諾法因為采用了內加熱，因此提高了熱能利用率，并且采用磚體而非昂貴的耐熱合金鋼還原室，降低了設備成本。但是，波爾札諾法仍存在物料在還原過程中發(fā)生粘接導致清除不便的問題。中國專利cn1952191a公開了“一種內電阻加熱金屬熱還原煉鎂爐及煉鎂方法”，其主要變化是在臥式還原爐下部增加了一個用于還原渣的接收室，這有利于自動移除臥式還原爐內的還原渣，但是沒有解決物料在還原過程中粘接在加熱體上導致清渣不便的問題。中國專利cn102816938a公開了“電熱法煉鎂臥式還原爐”，其主要變化是可以實現(xiàn)爐內物料不與發(fā)熱體接觸，這樣可以避免物料粘接在加熱體上的問題，但是不足之處在于結晶室沒有設置在臥式還原爐內溫度較低的頂部區(qū)域，而是設置在爐內溫度較高的兩側區(qū)域，因此存在鎂蒸氣更容易凝結在臥式還原爐頂部而不是在結晶室中，導致金屬鎂收得率較低。中國專利cn00124698.4公開了“內熱法煉鎂生產工藝及設備”，它是以燃氣為燃料，通過布置在反應釜內與燃燒室相連通的輻射管，加熱由氧化鎂和硅鐵制成的球團還原生產金屬鎂。其主要變化是采用氣體能源代替電能，但是無法解決反應釜高溫和高真空條件下因蠕變導致的罐體變形，以及反應產物粘附在反應釜內壁和輻射管壁的“粘罐結釉”現(xiàn)象。

技術實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種內熱法真空煉鎂裝置及方法，旨在至少解決上述現(xiàn)有技術存在的技術問題之一，為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術解決方案如下：

2、一種內熱法真空煉鎂裝置，包括：

3、臥式還原爐，臥式還原爐左端設有可開閉的拱形爐門，臥式還原爐右端設有可拆卸的拱形密封蓋，固定設置于臥式還原爐內腔底部的平面鋼板上固定設置有還原室和臺車軌道，臺車軌道位于還原室內，還原室由耐火磚砌成，且垂直于臥式還原爐軸線方向的截面形狀為∏字形，還原室靠近拱形爐門的一側敞開，還原室靠近拱形密封蓋的一側封閉，拱形密封蓋中心插接有延伸至還原室內的耐熱鋼管，耐熱鋼管內壁貼合有耐火內襯，還原室兩側內壁表面布置多根電加熱元件；

4、臺車機構，臺車機構包括底板，底板頂部設置有牽引軌道和牽引裝置，底板底部設置有驅動底板升降的升降裝置，臺車機構還包括耐熱基板，耐熱基板底部安裝有若干滾輪，耐熱基板頂部間隔設置有多層物料托盤，耐熱基板一端設置有豎直的邊板，邊板靠近牽引軌道的一側設置有保溫層；

5、結晶室，結晶室包括主管道及若干連接于主管道兩側的結晶器，主管道左端口連通耐熱鋼管，主管道右端口連接臥式還原爐外的真空、除塵和進氣設備。

6、作為本發(fā)明進一步的方案：臥式還原爐內壁與還原室外壁之間的空間內填充有保溫棉。

7、作為本發(fā)明進一步的方案：平面鋼板與臥式還原爐中心軸線之間的垂直距離為臥式還原爐內半徑的0.6-0.8倍。

8、作為本發(fā)明進一步的方案：臥式還原爐左端外周固定套設有左法蘭，左法蘭靠近拱形爐門的側面設置有左密封圈，拱形爐門邊緣固定套設有爐門法蘭，爐門法蘭與左法蘭相匹配；

9、臥式還原爐右端外周固定套設有右法蘭，右法蘭靠近拱形密封蓋的側面設置有右密封圈，拱形密封蓋邊緣固定套設有密封蓋法蘭，密封蓋法蘭與右法蘭相匹配。

10、作為本發(fā)明進一步的方案：耐熱基板包括從下至上依次設置的底層耐熱鋼板、中層耐火層及多張上層耐熱鋼板。

11、作為本發(fā)明進一步的方案：邊板靠近牽引軌道的一側設置有保溫層。

12、作為本發(fā)明進一步的方案：結晶器包括冷卻室和結晶桶，冷卻室一端與主管道內部連通，結晶桶的開口端可拆卸的密封插接于冷卻室遠離主管道的一端。

13、以及，一種內熱法真空煉鎂方法,包括：

14、s1，將原料制成蜂窩狀方塊物料；

15、s2，方塊物料均勻的放置在物料托盤上，載料的物料托盤依次疊放于臺車機構的耐熱基板上，物料托盤間留出供鎂蒸氣逸出的間隙；

16、s3，打開拱形爐門，升降裝置驅動底板上升，直至牽引軌道與臥式還原爐內的臺車軌道齊平，在牽引裝置作用下驅動疊放有物料托盤的耐熱基板進入還原室內，在還原室內形成密閉空間后，關閉拱形爐門；

17、s4，通過外部設備將還原室內部空氣壓力抽至小于10pa，并接通結晶器的循環(huán)冷卻水，接通還原室內部的電阻加熱元件的電源，還原室內部溫度達到1200℃，方塊物料開始發(fā)生還原反應并持續(xù)產出鎂蒸氣，鎂蒸氣被結晶器捕捉冷凝成固態(tài)金屬鎂；

18、s5，物料還原反應結束，待臥式還原爐的內外氣壓達到平衡時，即可取出結晶器獲得固態(tài)金屬鎂，打開拱形爐門，疊放有物料托盤的耐熱基板退到臥式還原爐外，關閉拱形爐門；

19、s6，移除臺車機構上盛裝鎂還原渣的物料托盤，然后重復步驟s1-s5，進入新一輪的鎂還原工序。

20、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s1中的原料包括煅燒白云石、硅鐵和螢石。

21、作為本發(fā)明進一步的方案：步驟s1中，相鄰物料托盤之間的間隙為50mm。

22、本發(fā)明具有以下有益效果：

23、本發(fā)明通過在還原爐內設置耐火磚砌成的還原室，臺車機構和還原室配合形成真空的密閉空間，還原反應是在密閉空間內進行，使臥式還原爐的外殼長期處于室溫環(huán)境，即使采用相對廉價的鍋爐和壓力容器用鋼板焊接的外殼也能滿足長期使用需求，從而克服皮江法還原罐成本高且壽命短的缺點；同時，也克服了皮江法還原罐容積受限導致單罐產量不高的問題；在本發(fā)明提供的實施例中，可實現(xiàn)單次生產金屬鎂約500公斤，較目前皮江法提升約5倍，并且，還可以通過擴大還原室容積和增加結晶器數(shù)量的方式進一步提高單次金屬鎂產量；

24、本發(fā)明通過采用真空電加熱的臥式還原爐、及通過臺車機構輸送方塊物料，即克服了皮江法的“粘罐結釉”現(xiàn)象，也更容易實現(xiàn)設備的自動化運行，從而降低工人勞動強度、提高了生產效率；

25、本發(fā)明通過在臥式還原爐內壁與還原室外壁之間的空間內填充保溫棉，可有效阻斷還原室內熱量以熱傳導、熱對流和熱輻射方式散失，從而克服皮江法熱效率不高的缺點；

26、本發(fā)明通過采用潔凈能源電能作為電加熱元件的加熱能源，尤其是來自太陽能、風力發(fā)電的綠電能源，可以克服皮江法以煤氣或天然氣為燃料所產生的大量煙塵和溫室氣體co2污染，是“雙碳”背景下的一種極具生命力的低碳鎂冶煉技術。