一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置製造方法
2023-09-23 12:53:05 2
一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置製造方法
【專利摘要】本發明設計了一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，該裝置是複合耐熱無縫鋼管或直接澆築成型的合金鋼管（或C/C複合材料專用管），單個管體一端為進料和出渣，另一端用於結晶器裝卸。有多個管體按一定幾何尺寸固定在鋼架上，鋼架的底部設有一組或多組液壓頂升系統，組成的多管式還原爐，兩端頭分別設計了組合式液壓密封閘門，同時配套了自動進料裝置，自動清渣裝置和結晶器自動裝卸裝置，筒體上面端頭開設了多個功能孔，分別有混合氣體排放孔，氮氣輸入孔、安全閥孔、循環水孔、測溫孔、測壓孔等；兩端蓋密封件及結晶器冷凝罐的水冷系統與水環泵相連組成，實現了自動進出料，清潔生產。
【專利說明】一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置
【技術領域】
[0001]本發明專利是一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，屬於有色金屬真空冶煉領域。
【背景技術】
[0002]現有的熱還原金屬鎂爐窯大多是外燒式的皮江法工藝，反應罐與結晶罐為連體單罐結構，一端開口，一端封閉，固定在耐火磚砌體上面，人工進出料，產能低，耗能高，汙染大，還原時間長，效率低，效益差；內熱法有碳還原的，但僅限於實驗室設備，目前澳大利亞、美國等國家的一些研究機構也正在進行這方面的研究，尤其是澳大利亞的CSIRO對真空碳熱還原氧化鎂製取金屬鎂的工藝已經取得了一定進展，從全世界範圍來看，目前還沒有真空碳熱還原法煉鎂擴大實驗研究成功的案例和工業化生產的報導。國內昆明理工大近年來進行了大量的研究，取得了可喜成果，尤其是提出了兩階段理論，一是氧化物理解析出氧，二是氧與還原劑(如碳)的化合，反應如下:
MgeO=Me+I/202
l/202+C=C0
Mg0+C=Mg+C0
該工藝目前還沒有工業化生產。
[0003]此外北京科技大最近又設計了一種以液態鈣作為還原劑的金屬鎂還原工藝及裝置。其特徵是採用液鈣為還原劑，與氧化鎂反`應得到鎂蒸氣，工藝流程如下:首先向反應器中加入固體鈣並加熱使其熔化，加入量保證熔化後液鈣的體積佔反應器容積的I /3~2 / 3 ;然後，將固體鈣和氧化鎂粉`末按(I~2): I的比例混合後送入反應器中，物料浸在液鈣中；當溫度達到I O 9 O °C時，反應開始進行，產生鎂蒸氣，反應溫度控制在
II 5 O~I 3 O (TC，鎂蒸氣通過引風機進入結晶器冷凝。該工藝具有反應在常壓下進行，不使用還原罐，反應為固一液相反應，反應速率快，反應物接觸充分等優點。但液鈣來源有限，且尚未見批量生產的報導。西安科技大學材料與工程學院研製的多熱源-內熱式-電熱法煉鎂技術始於2003年，設想在還原罐內設置若干發熱體，以縮小傳熱距離，加快傳熱速度，提高反應，鎂回收率可以達到83%~88%，此值高於目前國內皮江法工藝75%~80%的水平。該工藝合適的還原時間為:T5h，當真空度達到6Pa時，還原時間可以縮短到2.5^3.5h，但電耗高，一般為1000(Tl3000kwh/tMg，缺點是耗電量大，成本優勢不明顯。
[0004]鄭州麥格姆鎂科技有限公司發明並設計了豎式煉鎂還原爐試生產取得成功。豎式還原爐顧名思義是相對目前爐型還原罐水平放置而言，它利於重力向下的原理，實現還原爐的快速裝料和出渣等作業。克服以往還原爐操作全靠人工，勞動強度大，爐前工作環境惡劣的缺點，實現了裝料、取結晶器和出渣的機械化。爐膛內熱氣流的上升有利於還原反應的進行，可以使還原周期縮短。爐膛取消了支罐磚，還原罐四周「透火」，傳熱條件好，與橫罐還原爐相比更加節能。該技術已經推向生產應用，缺點是還原罐內要設置排氣管，製造裝配難度增大。
【發明內容】
[0005]本發明專利的目的是為克服已有技術的不足，設計了一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置；該裝置是一個用10~30mm厚的陶瓷複合耐熱無縫鋼管或直接澆築成型的耐熱合金鋼管(或C/C複合材料專用管)，採用無縫鋼管時內、外複製了剛玉陶瓷保護膜，經過特殊工藝製成的兩端開口的管體，單個管體一端為進料和出渣，另一端只用於結晶器裝卸，有多個管體按一定幾何尺寸固定在鋼架上，鋼架的底部設有一組或多組液壓頂升系統，組成的多管式還原爐，兩端頭分別設計了組合式液壓密封閘門，同時配套了自動進料裝置，自動清渣裝置和結晶器自動裝卸裝置，筒體上面端頭開設了多個功能孔，分別有混合氣體排放孔，氮氣輸入孔、安全閥孔、循環水孔、測溫孔、測壓孔等；兩端蓋密封件及結晶器冷凝罐的水冷系統與水環泵相連組成。
[0006]該裝置實施包括下列工藝步驟:
1.將已經配備壓制好的球團料裝入預製好的多層牛皮紙袋或複合袋內，亦可均勻散裝在兩葉半圓管進料舟內，然後將進料車駛入固定位置，對準對應的管式爐口，然後啟動車上的推進器電鈕，將料舟快速送入還原管內，然後啟動翻轉閥，將料袋或散料均勻放入還原管2/3的空間內，再啟動返回按鈕快速退出。
[0007]2.啟動組合式液壓密封閘門，下滑至對應位置，再啟動液壓密封裝置，將端頭密封，該裝置端蓋上中間裝有針形進氣閥，與主體還原爐呈動密封接觸。
[0008]3.另一端是結晶冷凝器， 與主體還原爐動密封接觸，當還原爐裝好球團料後，打開結晶冷凝器一端的閘門，機械手將結晶器安裝在結晶冷凝器內，然後關閉閘門將其密封。
[0009]4.還原爐內裝好料和結晶器後，兩端組合式液壓密封閘門全部密封，在1200~1500°C,0.1~13Pa真空環境中還原，爐外多級抽真空系統和水循環系統的共同作用下，在冷凝結晶罐內完成金屬鎂結晶，如採用碳還原工藝，還原結束後，打開進料端針形氣閥，充入一定量惰氣(氮氣，氬氣等)，將剩餘CO氣體排出，然後啟動結晶器一端密封閘門，打開閘門後，駛入結晶器機械手，取出結晶器；結晶分離後的CO煙氣集中收集在集氣箱，用於迴轉窯煅燒或精鎂冶煉，循環利用；如採用矽還原工藝，還原結束後，直接打開結晶器閘門，然後啟動結晶冷凝器一端密封閘門，打開閘門後，駛入結晶器機械手，直接取出結晶器，然後循環往復操作。
[0010]5.打開進料端密封閘門，啟動底部液壓缸，將爐體頂至傾斜45度，使還原後殘渣自動流出還原爐，然後解壓恢復原位，如果還原管內還有殘餘物料，再啟動自動清渣機，快速伸入還原罐，快速將餘渣清出。
[0011]6.重複I動作，將料裝入還原管內，同時封閉爐門，另一端安裝好結晶器，同時封閉好爐門，然後重複循環生產。
[0012]通過上述途徑的設計創新具有以下特點:①加熱方式靈活，可以用電，亦可用燃氣(天然氣，系統回收的CO氣、水煤氣等);②對現有矽熱法進行改造；③還原罐與結晶冷凝罐間是動密封接觸；④還原罐有減速電機上的齒輪通過鏈條或齒輪可以反向轉動自動化裝卸料系統可實現連續間歇式生產使用，縮短進出料時間，提高生產效率，降低勞動強度，減少乃至消除粉塵汙染，實現清潔生產。
[0013]總之，一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，有望解決我國目前傳統皮江法工藝諸多缺陷，將從根本上提升我國金屬鎂冶煉行業的技術水平，解決兩高一低，即高汙染高能耗，低效益，以及人工進出料的種種弊端，使得物料進料、殘渣排除全部實現了機械化；結晶器裝卸亦實現了機械化，減輕了勞動強度，在矽熱法的基礎上亦可採用碳熱法還原金屬鎂，如採用碳熱法，可將還原產生的CO等熱煙氣集中收集至集氣箱，然後用於白雲石煅燒或精煉，廢氣餘熱得到了充分有效的利用，大幅度節約了能耗，採用的設備都是經過優化篩選再創新設計製造的設備，設備利用率高，兼容性好，投資小見效快，近零排放，無汙染，取得了事半功倍的效果，綜合經濟，社會、環保效益極為顯著。如果採用部分設備對現有皮江法工藝改進，如採用該專利部分設備，自動進出料設備，替代人工進出料，亦可收到很好的效果。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0014]圖1為本發明專利平面示意圖。
[0015]圖2為圖1的縱剖面圖，主要顯示系統供料、還原、冷凝結晶罐裝卸裝置。
[0016]圖3為圖1的主爐卸料裝置剖面圖；主要顯示還原渣排渣時爐體自動頂升卸料裝置。
[0017]圖4為圖1的橫剖面圖，主要顯示燃氣噴嘴燃燒系統。
[0018]圖5為圖1進料裝置的傳動部分橫剖面圖；主要顯示自動進出料裝置布置示意圖。
[0019]圖6為圖1的抽真空管路布置示意圖。
[0020]圖7為圖1的還原罐傳動密封系統布置示意圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合附圖和實施例對本發明專利進一步說明:
本發明專利設計的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置分三部分組合而成，如圖1,圖2，圖3，圖4，圖5，圖6，圖7所示，本實施例的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，其主體還原爐外形為六面體鋼結構組合體，內部採用多管順序組合排列的管式結構爐，分別是左側是左側是進出料部分，與主體還原爐分體接觸:相互之間的搞關係是包括拖車滾輪與軌道I左右滾動接觸，拖車上面裝有垂直底軌的縱向軌道3，拖車2，進出料車軌道3-1，進出料車架體4、可行走的進出料裝置車5，5-1是可翻轉的進出料裝置，端頭與車架體左側的軸承5-1-1連接，中間與車架體上的轉動齒輪5-1-2相連，右面是半圓形可翻轉兩葉片裝卸料舟5-1-3，5-2是5-1的驅動裝置，通過5-1-2齒輪與5-2-1鏈輪與5-2連接；6是5的驅動裝置，由6-1鏈輪帶動車輪6_2運動；7是還原爐主體，分別由左側閘門8、供油管路8-1與液壓泵站相連，進氣(氮氣、CO、甲烷、天然氣等)針形閥8-2 —端與氮氣罐相連,另一端與移動式閘門密封相連，靠近還原罐一側安裝有密封圈，與還原罐動密封連接；提升裝置軌道9、移動門卡緊裝置10、還原罐11、還原罐的傳動裝置11-1,11_1_1是11的傳動齒輪，11-2是鏈條，11-3的還原iil 13的齒輪，11-4是還原iil右側的支撐輪；11_5是11右端帶密封的滾動套；物料12、管式爐主體與結晶器過度段堵頭13、冷凝結晶罐14，水循環冷卻系統14-1、結晶器14-2，結晶器混合氣體出口 14-2-1、伸縮式高壓管14-2-2 ；14-3結晶冷凝器液壓密封壓緊裝置；過濾器14-4、油過濾器14_5、滑閥泵14-6、旋片泵或羅茨泵14-7、集氣箱14-8，14-9是結晶冷凝上的O型密封圈，14-9-1是對稱O型圈間的擋圈，14-9-2冷凝結晶器上的水套，14-9-3是還原罐右側的支撐輪等部件組成；右側閘門15、升降軌道16、右側閘門與下面的邊框卡緊裝置17，壓力傳感器18，溫度傳感器19等部件組成；還原爐7由液壓頂升裝置25，液壓泵站26、控制系統27、連接主輔機的合頁28，收渣器29、收塵器30組成出料收塵系統；外接燃氣閥31、主燃氣管道32、噴嘴33，等部件部件組成供熱系統；右側是結晶器取出部分，與主體爐分體接觸，分別由結晶器進出機械手20、移動式裝卸料車傳動裝置21，車架體22，液壓缸23、供油系統24等幾部分組成。[0022]該機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置中相互關係是:如圖1、圖
2、圖3圖4，圖5，圖6，圖7中的主體I為輕軌，2為輕軌上行走的拖車，拖車由4輪或多輪支撐拖車運動，拖車的驅動靠端頭的牽引裝置完成；拖車上面裝有垂直底軌安裝的行車軌道3，工作時與固定軌道3-1對接；4是進出料車架體，一側邊裝有驅動裝置4-1，5是可行走的進出料裝置車，5-1是可翻轉的進出料裝置，端頭與車架體左側的軸承5-1-1連接，中間與車架體上的轉動齒輪5-1-2相連，右面是半圓形可翻轉兩葉片裝卸料舟5-1-3，6是5-1的驅動裝置，通過6-1齒輪與6-2鏈輪與5-1-2連接；7是還原爐主體，由鋼架體7_1，耐火磚7-2，左閘門液壓提升系統8、供油管路8-1與液壓泵站相連，進氣(氮氣、CO、甲烷、天然氣等)針形閥8-2 —端與氮氣罐相連，另一端與移動式閘門相連，靠近還原罐一側安裝有密封圈，與還原罐動密封連接；閘門提升裝置軌道9，移動閘門卡緊裝置10安裝在架體上；安裝在架體7上的還原罐11 ;左端由11-1是還原罐的傳動裝置(同6)，11-1-1是11的齒輪，11-2是鏈條，11-3的還原罐的齒輪，11-4是還原罐右側的支撐輪；11-5是11右端帶密封的滾動套組成還原系統；物料12 ;真空爐主體與結晶器過度段耐火材料堵頭13，分別安裝在左側和右側還原罐與結晶器過渡段；冷凝結晶罐14，水循環冷卻系統14-1密封焊接、可移動的結晶器14-2安裝在14的裡面，結晶器混合氣體出口閥14-2-1穿過14水套與結晶器端頭連接，伸縮式高壓管14-2-2 —端與液壓泵站相連，一端與移動蓋上的液壓頂緊裝置相連；14-3結晶冷凝器液壓密封壓緊裝置，14-9是14 一端結晶冷凝器上的O型密封圈，14-9-1是對稱O型圈間的擋圈，14-9-2冷凝結晶器上的水套，14-9-3是還原右側的支撐輪；主體框架右側閘門15與供油管路16、卡緊裝置17，壓力傳感器18，溫度傳感器19連接形成鎖緊密封檢測系統；還原爐7的右側與過濾器14-4、油過濾器14-5、滑閥泵14-6、旋片泵或羅茨泵14-7、至集氣箱14-8相連；底部兩側安裝有液壓頂升系統，有液壓頂升裝置25 ；泵站26、供油系統26-1組成；連接主輔爐體的合頁28，將上部的還原爐主體與底部液壓系統25、控制系統27組成外接燃氣閥31、主燃氣管道32、噴嘴33，等部件組成進、出料、還原、冷凝結晶及排渣、出料於一體的生產系統；收渣器29、收塵器30，右側結晶器裝卸系統由取出機械手20、移動式裝卸料車傳動系統21，車架體22，右側的結晶器進出料滾輪22-1，液壓系統23、供油系統24等部分組成結晶器進出系統，相互結合便形成了完整的清潔生產循環生產體系。
【權利要求】
1.一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，其特徵在於，該裝置是一個用10~30mm厚的耐熱無縫鋼管或直接澆築成型的管，管內、外複合剛玉陶瓷，經過特殊工藝製成的(或C/C複合材料)管體，有多個管體按一定幾何尺寸固定在鋼架上，筒體上面端頭及密封蓋上開設了多個功能孔，分別有混合氣體排放孔，氮氣輸入孔、安全閥孔、循環水孔、測溫孔、測壓孔等；兩端蓋密封件及結晶器冷凝罐的水冷系統與水環泵相連組成，鋼架的底部設有一組或多組液壓頂升系統，組成的多管式還原爐，兩端頭分別設計了組合式液壓密封閘門；同時配套了自動進料裝置、清渣裝置、收渣器、收塵淨化器；以及結晶器自動裝卸裝置、結晶器運輸箱三大部分組成。
2.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，包括管式爐主體，該主體是一個兩端均可開啟的柱狀市售鋼製複合材料(或C/C複合材料)筒體，或一端開啟一端密閉的管式爐，該管式爐米用耐1250°C以上的合金材質，製成10~30mm厚的無縫管或澆築而成的圓柱形筒體，管內部採用高純三氧化二鋁為主要原料，利用「SHS」自蔓燃離心法技術，經瞬間2200度高溫焙燒複合而成的厚約3mm左右的特種剛玉陶瓷膜，然後再在複合管的表面塗覆3mm左右的市售耐高溫易傳熱耐高溫塗料，形成了三層複合結構。
3.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，多管爐的兩端頭均採用了整體閘門組合，單爐分別控制，液壓密封與一體結構。
4.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，兩端開口，其中一端為進料出渣，端頭安裝密封閘門，閘門裝有針形進氣閥，液壓密封鎖緊裝置；另一端為金屬鎂結晶冷凝器裝置、結晶冷凝器與主體還原爐間焊接密封連接，過渡段有多孔堵頭，堵頭向外是可移動結晶器，結晶冷凝器分別安裝了混合氣體抽提、夾套水循環閥門及防暴檢測裝置，端蓋安裝了溫度、壓力、及液壓閘門密封鎖緊裝置。
5.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，末端配套設置了結晶器裝卸及結晶器運輸裝置，該裝置採用一個移動式上面裝有多個機械手的裝卸料裝置。
6.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，還原罐與結晶冷凝罐間是動密封接觸。
7.如權利要求1所述的一種機械進出料多管式真空熱還原金屬鎂的生產線裝置，還原罐是即可正反向轉動，整個爐體又可上下運動的動態複合結構的還原爐。
【文檔編號】C22B26/22GK103572072SQ201210281860
【公開日】2014年2月12日 申請日期:2012年8月9日 優先權日:2012年8月9日
【發明者】王 華 申請人:王 華