用於生產金屬鎂的立式冷凝結晶器的製作方法

2023-05-06 21:05:26 1

本實用新型屬於金屬鎂及鎂合金生產中的機械裝備領域，具體為一種用於生產金屬鎂的立式冷凝結晶器，用於提高金屬鎂產品純度、提高金屬鎂製品的耐腐蝕能力。

背景技術：

鎂是一種銀白色的輕金屬、密度小、比強度大，化學活性較強、對電磁波有較好的屏蔽性、流動性好，並具有良好的回收性，廣泛分布在地殼外部、海水中、鹽湖中及地殼中都有豐富的貯藏。金屬鎂可廣泛用於航空航天，武器裝備、交通工具、機械工程。

金屬鎂的生產方法有電解法，也有以白雲石為原料的皮江法的還原工藝生產金屬鎂，不論用哪種生產工藝，金屬鎂產品中都有一部分雜質的存在，生產出的原鎂要通過各種精煉工藝把原鎂進一步精製純化，生產實踐證明，金屬鎂的純度越高，金屬鎂及其加工的合金製品抗腐蝕性能越佳，金屬鎂及合金製品耐腐蝕性越差，其加工後的產品使用時間越短，而且作為產品的鎂合金產品腐蝕後，強度降低，表面形象變差，部分產品如交通工具中鎂合金產品應用中因腐蝕會帶來極大的安全隱患。所以，鎂及鎂合金的腐蝕問題必須引起極大的重視。

鎂及鎂合金的腐蝕主要是由兩方面引起的，第一種是因為鎂合金在熔劑法精煉過程中帶進的部份容易吸潮的熔劑渣引起的，生產過程中控制好工藝條件，選擇好熔劑成份，嚴控好鎂及鎂合金熔液沉降時間都是較好的措施。另外一種腐蝕是由於在鎂和鎂合金生產中帶入的一部份鐵、銅、鎳等雜質引起的，這一部份雜質是由還原劑、白雲石原料和生產工藝條件的控制不當所引起的，再則是由皮江法煉鎂過程中應用的冷凝結晶器結構不合理而造成的，況且全世界皮江法煉鎂佔主導地位，而中國則佔100%，工藝特別是冷凝器基本相同，改變冷凝器結構是一個關鍵手段，是解決鎂及鎂合金產品中鐵、銅、鎳含量多少的關鍵。

傳統的皮江法還原生產金屬鎂的冷凝器均採用橫臥式結構，金屬鎂還原罐和冷凝器在同一直線布置，即還原罐罐體外端連接冷凝器，冷凝器同時也具有裝出料功能。金屬鎂還原過程中，由於氣流夾帶，部分含有鐵、銅、鎳、矽的雜質隨著還原產物鎂蒸汽進入冷凝結晶器內冷凝結晶，雜質包在鎂結晶內，特別是在還原罐內裝入還原料球開始啟動真空泵時，瞬間接近一個大氣壓時，還原罐內料球中料粉隨著氣流進入橫置還原結晶器內，由於重力作用，氣體夾帶的粉塵落入結晶器中隨鎂蒸汽冷凝結晶，而還原結束後還原罐破真空時，還原罐外是一個大氣壓，而罐內僅有10Pa左右壓力，接近一個大氣壓的空氣進入還原罐內，把還原料中粉渣吹入結晶器內鎂結晶中，致使粗鎂中雜質升高。這些帶有各種雜質的粗鎂環粗步清理，在熔化過程中大部分雜質進入精煉鍋中，熔劑法精煉只能除去粗鎂中的鉀、鈉及鎂的氧化物、碳化物和氮化物，而鎂中的鐵、矽、鎳、銅等金屬雜質是難以清除的。

因此，尋找合適的鎂冷凝結晶器結構是解決問題的主要手段。

技術實現要素：

本實用新型針對目前傳統製備金屬鎂的冷凝器採用橫臥式結構存在的上述問題，提供一種用於生產金屬鎂的立式冷凝結晶器，用於提高金屬鎂產品純度、提高金屬鎂製品耐腐蝕能力。

本實用新型是採用如下技術方案實現的：

一種用於生產金屬鎂的立式冷凝結晶器，包括還原罐罐體；所述還原罐罐體的端部連接裝出料筒，所述裝出料筒上垂直安裝一過渡變徑管節，所述過渡變徑管節上安裝冷凝器外套，所述冷凝器外套上端安裝冷凝器大蓋，所述冷凝器外套內安裝鎂結晶器，所述鎂結晶器的出口處安裝鉀鈉捕集器，所述冷凝器外套上部設置冷凝水套和真空出口管。

使用時，還原罐內進行還原反應時，啟動抽真空。還原罐中心溫度為1250℃左右，鎂蒸汽到達還原罐外端部（還原罐和裝出料筒結合部）時，溫度降至600~700℃，然後鎂蒸汽經過過渡變徑管節上升進入鎂結晶器內，隨著鎂蒸汽逐步上升，溫度降至400~500℃，達到冷凝溫度，金屬鎂凝結在結晶器內壁上。在此過程中，鐵、鎳、銅等金屬雜質在重力作用下，降落至裝出料筒內；未冷凝的鉀鈉等雜質繼續上升，在冷凝器上部冷凝水套作用下，溫度降至100℃左右，鉀鈉等雜質被鉀鈉捕集器收集，防止進入真空管路。

由於原有的冷凝結晶器都採用的是臥式結晶器，各種粉塵降速沉澱進入結晶後的金屬鎂中造成雜質含量明顯升高。與現有技術相比，本實用新型採用立式冷凝結晶器，雜質顆粒隨鎂蒸汽氣流上升，鎂蒸汽進入豎式冷凝結晶器後降溫到凝結溫度後冷卻結晶於內壁，而冷凝溫度相對較高的金屬雜質顆粒由於重力和碰壁沉降在裝出料筒中，冷凝溫度相對降低的金屬雜質繼續上升後被鉀鈉捕集器收集，使得大量雜質得到脫除，產品鎂純度得到顯著提高。

金屬鎂中含有鐵、銅、鎳等元素，容易造成鎂合金製品的腐蝕，降低鐵、銅、鎳元素是提高鎂合金製品的最有效措施，本實用新型在國內原有皮江法煉鎂的基礎上把橫式冷凝器改成立式冷凝器，靠重力除塵原理除去大部份金屬雜質，提高鎂的純度，使鎂合金製品得到更廣泛的應用，也在一定程度上解決了鎂合金製品的腐蝕性。

附圖說明

圖1表示本實用新型的結構示意圖。

圖2表示圖1的側視圖。

圖中：1-還原罐罐體，2-裝出料筒，3-埠法蘭，4-過渡變徑管節，5-冷凝器外套，6-冷凝水套，7-真空出口管，8-鉀鈉捕集器，9-冷凝器大蓋，10-鎂結晶器。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細說明。

一種用於生產金屬鎂的立式冷凝結晶器，如圖1所示，包括還原罐罐體1；所述還原罐罐體1的端部連接裝出料筒2，所述裝出料筒2上垂直（立式）安裝一過渡變徑管節4，所述過渡變徑管節4上安裝冷凝器外套5，所述冷凝器外套5上端安裝冷凝器大蓋9，所述冷凝器外套5內安裝鎂結晶器10，所述鎂結晶器10的出口處安裝鉀鈉捕集器8，所述冷凝器外套5上部設置冷凝水套6和真空出口管7。

優選的，所述還原罐罐體1外端與過渡變徑管節4邊緣的最近距離30~50cm。

具體實施時，在原皮江法煉鎂橫式還原罐基礎上進行改造過程如下：

1、取掉原還原罐冷凝器水冷卻套外套筒。在原還原罐冷卻水套內筒上距不鏽鋼還原罐結合部（還原罐外端）30cm~50cm處開新的鎂蒸汽出口，原還原罐冷卻水套內筒繼續作為裝進料筒。

2、在新的內筒開口處焊接過渡變徑管節的小頭端，過渡變徑管節的大頭端與新冷凝器外套筒焊接。

3、冷凝器外套的上部外周焊接冷凝水套。

4、冷凝器外套上焊接真空出口管。

5、冷凝器外套上端頭焊接冷凝器大蓋。

6、冷凝器外套內安裝鎂結晶器。

7、在鎂結晶器出口處安裝鉀鈉捕集器。

8、裝出料口繼續在原冷凝器法蘭口處進行。

以上實施例僅用於說明本實用新型的技術方案而非限制，儘管參照較佳實例對本實用新型進行了詳細描述，本領域技術人員應當理解，可以借鑑實用新型的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本實用新型的總之和範圍，都應被視為包括在實用新型的權利要求範圍之內。