一種內(nèi)外加熱的金屬鎂還原加熱方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于金屬鎂生產(chǎn)工藝改造領(lǐng)域，涉及皮江法煉鎂過程中在現(xiàn)有還原罐外加 熱的基礎(chǔ)上在還原罐內(nèi)加裝電加熱器同時(shí)加熱的還原技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] 傳統(tǒng)的皮江法煉鎂還原罐加熱方法是多只還原罐裝在還原爐內(nèi)，還原爐燃燒煤 氣，或天然氣、焦?fàn)t氣、煤層氣等燃料，將還層罐外壁加熱，通過熱傳導(dǎo)將還原罐內(nèi)的還原混 合料加熱，并在真空條件下發(fā)生還原反應(yīng)，產(chǎn)生粗鎂結(jié)晶，由于還原混合料的熱能傳遞效果 差，一般反應(yīng)需要10-12小時(shí)。
[0003] 對(duì)于這種由還原罐外部向內(nèi)傳熱的方式，由于還原罐壁是耐熱不銹鋼材料，傳熱 速度較快，但進(jìn)入還原罐罐內(nèi)含有氧化鎂、氧化鈣和硅鐵粉的混合料層后，由于這種混合料 導(dǎo)熱系數(shù)低，再加上還原罐內(nèi)是在真空狀態(tài)下，無有對(duì)流傳熱方式進(jìn)行，只存在熱傳導(dǎo)和熱 輻射兩種傳熱方式，傳熱速率很低。由于還原罐從剖面是圓形的，所以縱剖面溫度分布理 論上是一種由罐外到罐中心，是一個(gè)由高到低的圓形溫度梯度分布圖，還原罐外壁到還原 罐中心物料的溫差約有150-250°C之間，升溫前期較大，升溫進(jìn)入高溫區(qū)時(shí)較小。而金屬鎂 的還原反應(yīng)溫度區(qū)間是1100-1250 °C之間，超出1250 °C時(shí)，還原罐壁就進(jìn)入軟化變形區(qū)間， 不能超越，而低于ll〇〇°C以下，還原反應(yīng)就不再進(jìn)行，而且還原反應(yīng)速度是由溫度動(dòng)力學(xué)控 制，溫度低，反應(yīng)速度就慢，低溫區(qū)的物料反應(yīng)所用時(shí)間是高溫區(qū)的數(shù)倍，甚至更多時(shí)間，要 得到反應(yīng)物料總轉(zhuǎn)化率就要靠延長反應(yīng)時(shí)間即加熱時(shí)間來完成，延長加熱時(shí)間就要消耗大 量能源這就是金屬鎂冶煉能耗高的問題所在。根據(jù)計(jì)算，理論能耗是目前金屬鎂冶煉技術(shù) 水平所消耗能量的10%左右。在不降低反應(yīng)速度的前提下，要降低能耗、降低成本，縮短反 應(yīng)時(shí)間是解決這一重大問題的關(guān)鍵。
[0004] 國內(nèi)北京鋼鐵研究總院趙沛、劉光火、郭培民等人在2010年提出的專利號(hào)為：中 國201010205830X (P) 2010-06-12的"微波真空分解冶煉金屬鎂的方法"中提出利用微波技 術(shù)對(duì)皮江法煉鎂還原混合料進(jìn)行加熱的煉鎂方法。專利中反應(yīng)時(shí)間可縮減到1-5小時(shí)，結(jié) 果是誘人的，但此結(jié)果是在IOkg混合料實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的，要實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)，要經(jīng) 歷放大后的微波穿透能力，爐子的散熱損失及放大后的可操作性等諸多因素的影響，還要 走一大段路，近期難于實(shí)現(xiàn)工業(yè)化。
[0005] 國外意大利的布爾扎諾法和國內(nèi)鄭州輕金屬研究院上世紀(jì)未在青海民和土族村 的金屬鎂廠，均采用還原料層內(nèi)部加裝電加熱器的還原方式，由于全部利用還原容器內(nèi)部 加熱器，散熱損失大，電熱轉(zhuǎn)換效率低，電耗均在25000-40000kwh左右，在電價(jià)較高的條件 下都難以正常運(yùn)行。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明基于溫度是金屬鎂還原的首要條件基礎(chǔ)理論的基點(diǎn)上，并在原有還原系統(tǒng) 外部加熱的基礎(chǔ)上，在還原罐內(nèi)加裝1只隨時(shí)可以拆卸或安裝的活動(dòng)式電加熱器進(jìn)行還原 罐的內(nèi)部加熱。
[0007] 通過此方法可使得：
[0008] 1、還原罐內(nèi)中心區(qū)域的物料由原來的8-10小時(shí)可以提前5-7小時(shí)升溫至反應(yīng)溫 度，甚至達(dá)到或超過反應(yīng)溫度，并且使原來的反應(yīng)區(qū)域加大，使得原加熱過程煤耗的降低 40-50%左右，設(shè)備能力擴(kuò)大30%以上。
[0009] 2、原來的還原罐外壁最高溫度也不再是首要條件，還原罐的熱變形，破損現(xiàn)象也 可顯著降低，還原罐使用時(shí)間可以延長10-20天左右。
[0010] 3、由于罐內(nèi)溫度提高，反應(yīng)區(qū)域加大，反應(yīng)時(shí)間縮短，反應(yīng)劇烈，反應(yīng)速度加快，鎂 的蒸氣壓增大，鎂結(jié)晶區(qū)溫度提高，結(jié)晶致密，鉀、鈉分離良好，鎂的質(zhì)量提高。
[0011] 總之，可使鎂的產(chǎn)量、消耗、質(zhì)量都有所顯著改善，使企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益大大提高。
【具體實(shí)施方式】：
[0012] 本發(fā)明是通過以下過程實(shí)現(xiàn)的：
[0013] ①在還原罐內(nèi)加裝電加熱器接線柱：
[0014] a、在原有材質(zhì)為ZG3Cr24Ni7NSiRe壁厚為30-32mm的不銹鋼還原罐體出口罐端 IOOmm處，圓周邊間距150mm處為中心線鉆038孔兩個(gè)，在此兩處裝接線柱，
[0015] b、接線柱為014,長度115-125mm的lGrl8Ni9Ti的不銹鋼棒，兩端各車削長度為 35-40mm的可裝配M14螺母的螺紋，
[0016] c、在接線柱和罐壁間裝上內(nèi)徑015,外徑036,高度30mm的剛玉絕緣環(huán)，
[0017] d、在每個(gè)接線柱和還原罐壁內(nèi)外側(cè)各裝1只內(nèi)徑015,外徑045-50mm，厚度IOmm 的云母墊片用于罐體和電加熱器的絕緣，
[0018] e、在接線柱內(nèi)外側(cè)加裝內(nèi)徑,016,外徑040材質(zhì)lGrl8Ni9Ti厚度2mm的墊片2只，
[0019] f、在接線柱內(nèi)外側(cè)不銹鋼墊片上各加裝M14材質(zhì)為lGrl8Ni9Ti不銹鋼螺母各2 只，
[0020] ②在還原罐內(nèi)加裝活動(dòng)的電加熱器
[0021] a、厚度3. 5mm，寬度3. 5mm，lGrl8Ni9Ti不銹鋼板加工成板間距70mmU型電加熱器
[0022] b、在U型電加熱器開口端兩端頭距板邊20mm各鉆014孔1只，用于和電源連接板 進(jìn)行連接，
[0023] ③利用連接板接通電源
[0024] a、厚度3mm，寬度35mm，長度20mm，lGrl8Ni9Ti不銹鋼板用作電加熱器和罐體接線 柱連接板，
[0025] b、連接板兩端頭距板邊15mm處分別鉆012和016的孔各一個(gè)，分別用于電加熱器 和接線柱的連接。
[0026] ④還原罐外壁接線柱和自動(dòng)控制電腦連通進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。
[0027] 附圖1電加熱器在還原罐內(nèi)裝配位置
[0028] 1、電加熱器
[0029] 2、接線柱（組合件）
[0030] 3、結(jié)晶器
[0031] 4、水冷卻套
[0032] 5、真空出口
[0033] 6、還原罐蓋法蘭
[0034] 7、還原罐罐體
[0035] 8、粗鎂結(jié)晶
[0036] 9、鉀鈉捕集器
[0037] 10、連接板
[0038] 附圖2接線柱構(gòu)造
[0039] 1、接線柱柱體 014 L = 115-125mm，材質(zhì) lGrl8Ni9Ti
[0040] 2、螺母 M14 材質(zhì) lGrl8Ni9Ti
[0041] 3、墊片0 內(nèi) 15/ 0外 38 厚度 2mm 材質(zhì) lGrl8Ni9Ti
[0042] 4、云母墊片0內(nèi)15/ 0外5厚度IOmm
[0043] 5、絕緣環(huán)0內(nèi)15/ 0外36高度30mm材質(zhì)剛玉瓷環(huán)
[0044] 6、還原罐罐體 0325*3〇〇〇~32〇〇 δ = 30-32 材質(zhì) ZGr3Cr24Ni7N
[0045] 附圖3電加熱器
[0046] 35* (2900 ~3000) *3. 5 材質(zhì) IGr 18Ni9Ti 不銹鋼 U 型間距 70mm
[0047] 附圖4連接板
[0048] 厚度 3mm，寬度 35mm，長度 200mm 材質(zhì) lGrl8Ni9Ti
[0049] 具體操作方法：
[0050] 〈1>在原有外加熱的金屬鎂還原過程中，新循環(huán)槽作時(shí)，把料球裝進(jìn)罐內(nèi)水平線中 心線時(shí)，把料球用鐵制扒板扒平；
[0051] 〈2>把可以拆卸的活動(dòng)電加熱器裝入還原罐中；
[0052] 〈3>把電加熱器上部按正常操作裝滿料球；
[0053] 〈4>將電加熱器和還原罐上接線柱用連接板連接起來，用MlO螺栓固定；
[0054] 〈5>按原操作程序加上結(jié)晶器，鉀、鈉捕集器和還原罐罐口法蘭蓋，開啟真空閥正 式開始還原；
[0055] 〈6>真空表上真空度達(dá)350_600Pa時(shí)通知自動(dòng)控制中心給還原罐中電加熱器送 電；
[0056] 〈7>還原結(jié)束后，通知自動(dòng)控制中心關(guān)閉電加熱器電源；
[0057] 〈8>按原操作程序開啟罐蓋，取下鉀鈉捕集器，結(jié)晶器；
[0058] 〈9>拆下罐內(nèi)電加熱器和罐壁接線柱間連接板的MlO螺栓，取出連接板，拔出電加 熱器放到指定位置下一循環(huán)備用；
[0059] 〈10>按操作程序扒出罐內(nèi)還原渣進(jìn)行下一循環(huán)操作。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種內(nèi)外加熱的金屬鎂還原加熱方法，其特征在于，包括以下幾個(gè)步驟： 〈1>在原有外加熱的金屬鎂還原過程中，新循環(huán)槽作時(shí)，把料球裝進(jìn)罐內(nèi)水平線中心線 時(shí)，把料球用鐵制扒板扒平； 〈2>把可以拆卸的活動(dòng)電加熱器裝入還原罐中； 〈3>把電加熱器上部按正常操作裝滿料球； 〈4>將電加熱器和還原罐上接線柱用連接板連接起來，用MlO螺栓固定； 〈5>按原操作程序加上結(jié)晶器，鉀、鈉捕集器和還原罐罐口法蘭蓋，開啟真空閥正式開 始還原； 〈6>真空表上真空度達(dá)350-600Pa時(shí)通知自動(dòng)控制中心給還原罐中電加熱器送電； 〈7>還原結(jié)束后，通知自動(dòng)控制中心關(guān)閉電加熱器電源； 〈8>按原操作程序開啟罐蓋，取下鉀鈉捕集器，結(jié)晶器； 〈9>拆下罐內(nèi)電加熱器和罐壁接線柱間連接板的MlO螺栓，取出連接板，拔出電加熱器 放到指定位置下一循環(huán)備用； 〈1〇>按操作程序扒出罐內(nèi)還原渣進(jìn)行下一循環(huán)操作。2. -種實(shí)現(xiàn)權(quán)利要求1的設(shè)備，其特征在于，包括以下幾個(gè)部分： 電加熱器 ① 在還原罐內(nèi)加裝電加熱器接線柱： a、 在原有材質(zhì)為ZG3Cr24Ni7NSiRe壁厚為30-32mm的不銹鋼還原罐體出口罐端IOOmm 處，圓周邊間距150mm處為中心線鉆038孔兩個(gè)，在此兩處裝接線柱， b、 接線柱為014,長度115-125mm的lGrl8Ni9Ti的不銹鋼棒，兩端各車削長度為 35-40mm的可裝配M14螺母的螺紋， c、 在接線柱和罐壁間裝上內(nèi)徑015,外徑036,高度30mm的剛玉絕緣環(huán)， d、 在每個(gè)接線柱和還原罐壁內(nèi)外側(cè)各裝1只內(nèi)徑015,外徑045-50mm，厚度IOmm的云 母墊片用于罐體和電加熱器的絕緣， e、 在接線柱內(nèi)外側(cè)加裝內(nèi)徑016,外徑040材質(zhì)lGrl8Ni9Ti厚度2mm的墊片2只， f、 在接線柱內(nèi)外側(cè)不銹鋼墊片上各加裝M14材質(zhì)為lGrl8Ni9Ti不銹鋼螺母各2只， ② 在還原罐內(nèi)加裝活動(dòng)的電加熱器 a、 厚度3. 5mm，寬度3. 5mm，lGrl8Ni9Ti不銹鋼板加工成板間距70mmU型電加熱器 b、 在U型電加熱器開口端兩端頭距板邊20mm各鉆014孔1只，用于和電源連接板進(jìn)行 連接， ③ 利用連接板接通電源 a、 厚度3mm，寬度35mm，長度20mm，lGrl8Ni9Ti不銹鋼板用作電加熱器和罐體接線柱連 接板， b、 連接板兩端頭距板邊15mm處分別鉆012和016的孔各一個(gè)，分別用于電加熱器和接 線柱的連接。 ④ 還原罐外壁接線柱和自動(dòng)控制電腦連通進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。
【專利摘要】一種內(nèi)外加熱的金屬鎂還原加熱方法，傳統(tǒng)鎂還原加熱方法采用從還原罐外向罐內(nèi)傳熱，傳熱速率低，傳熱慢，反應(yīng)時(shí)間長達(dá)10-12小時(shí)，加熱過程中煙氣和散熱造成能耗大量損失。在還原罐中心加裝可以隨時(shí)裝卸的活動(dòng)電加熱器進(jìn)行還原罐的內(nèi)外同時(shí)加熱，還原時(shí)間縮短5-7小時(shí)，還原罐中心低溫區(qū)改變?yōu)楦邷貐^(qū)，反應(yīng)區(qū)間加大，反應(yīng)速度加快，還原罐外壁也不再是高溫區(qū)，降低了還原罐消耗，同時(shí)由于還原罐內(nèi)溫度整體升高，反應(yīng)速度加快，鎂結(jié)晶致密，質(zhì)量提高。具體實(shí)施方案：1、在還原罐罐頭上裝上絕緣和密封的接線柱；2、在罐內(nèi)加裝可拆卸的活動(dòng)電加熱器；3、用接線板把罐接線柱和電加熱器連接；4、罐外接線柱和電源線及電腦控制線連接進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)控制。操作方法：1、把清理殘?jiān)蟮倪€原罐裝料至水平中心位置；2、放上活動(dòng)的電加熱器；3、把電加熱器上部空缺處裝上料球；4、按順序裝上結(jié)晶器、鉀鈉捕集器和大蓋法蘭，啟動(dòng)真空；5、真空達(dá)到35-60Pa時(shí)開啟電加熱器開關(guān)；6、反應(yīng)結(jié)束，關(guān)閉電加熱器電源，按通常順序操作后，拔出電加熱器，扒出還原渣進(jìn)行下一循環(huán)。
【IPC分類】C22B26/22, C22B5/04
【公開號(hào)】CN105177313
【申請(qǐng)?zhí)枴?br>【發(fā)明人】朱廣東, 劉英杰, 張郝琨
【申請(qǐng)人】山西八達(dá)鎂業(yè)有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請(qǐng)日】2015年8月21日