一種內外加熱的金屬鎂還原加熱方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于金屬鎂生產工藝改造領域，涉及皮江法煉鎂過程中在現有還原罐外加 熱的基礎上在還原罐內加裝電加熱器同時加熱的還原技術。
【背景技術】
[0002] 傳統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，還原爐燃燒煤 氣，或天然氣、焦爐氣、煤層氣等燃料，將還層罐外壁加熱，通過熱傳導將還原罐內的還原混 合料加熱，并在真空條件下發生還原反應，產生粗鎂結晶，由于還原混合料的熱能傳遞效果 差，一般反應需要10-12小時。
[0003] 對于這種由還原罐外部向內傳熱的方式，由于還原罐壁是耐熱不銹鋼材料，傳熱 速度較快，但進入還原罐罐內含有氧化鎂、氧化鈣和硅鐵粉的混合料層后，由于這種混合料 導熱系數低，再加上還原罐內是在真空狀態下，無有對流傳熱方式進行，只存在熱傳導和熱 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，升溫進入高溫區時較小。而金屬鎂 的還原反應溫度區間是1100-1250 °C之間，超出1250 °C時，還原罐壁就進入軟化變形區間， 不能超越，而低于ll〇〇°C以下，還原反應就不再進行，而且還原反應速度是由溫度動力學控 制，溫度低，反應速度就慢，低溫區的物料反應所用時間是高溫區的數倍，甚至更多時間，要 得到反應物料總轉化率就要靠延長反應時間即加熱時間來完成，延長加熱時間就要消耗大 量能源這就是金屬鎂冶煉能耗高的問題所在。根據計算，理論能耗是目前金屬鎂冶煉技術 水平所消耗能量的10%左右。在不降低反應速度的前提下，要降低能耗、降低成本，縮短反 應時間是解決這一重大問題的關鍵。
[0004] 國內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 術對皮江法煉鎂還原混合料進行加熱的煉鎂方法。專利中反應時間可縮減到1-5小時，結 果是誘人的，但此結果是在IOkg混合料實驗室實驗結果得出的，要實現工業化生產，要經 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，近期難于實現工業化。
[0005] 國外意大利的布爾扎諾法和國內鄭州輕金屬研究院上世紀未在青海民和土族村 的金屬鎂廠，均采用還原料層內部加裝電加熱器的還原方式，由于全部利用還原容器內部 加熱器，散熱損失大，電熱轉換效率低，電耗均在25000-40000kwh左右，在電價較高的條件 下都難以正常運行。

【發明內容】

[0006] 本發明基于溫度是金屬鎂還原的首要條件基礎理論的基點上，并在原有還原系統 外部加熱的基礎上，在還原罐內加裝1只隨時可以拆卸或安裝的活動式電加熱器進行還原 罐的內部加熱。
[0007] 通過此方法可使得：
[0008] 1、還原罐內中心區域的物料由原來的8-10小時可以提前5-7小時升溫至反應溫 度，甚至達到或超過反應溫度，并且使原來的反應區域加大，使得原加熱過程煤耗的降低 40-50%左右，設備能力擴大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，破損現象也 可顯著降低，還原罐使用時間可以延長10-20天左右。
[0010] 3、由于罐內溫度提高，反應區域加大，反應時間縮短，反應劇烈，反應速度加快，鎂 的蒸氣壓增大，鎂結晶區溫度提高，結晶致密，鉀、鈉分離良好，鎂的質量提高。
[0011] 總之，可使鎂的產量、消耗、質量都有所顯著改善，使企業的經濟效益大大提高。
【具體實施方式】：
[0012] 本發明是通過以下過程實現的：
[0013] ①在還原罐內加裝電加熱器接線柱：
[0014] a、在原有材質為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，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徑015,外徑036,高度30mm的剛玉絕緣環，
[0017] d、在每個接線柱和還原罐壁內外側各裝1只內徑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、在接線柱內外側加裝內徑,016,外徑040材質lGrl8Ni9Ti厚度2mm的墊片2只，
[0019] f、在接線柱內外側不銹鋼墊片上各加裝M14材質為lGrl8Ni9Ti不銹鋼螺母各2 只，
[0020] ②在還原罐內加裝活動的電加熱器
[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，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控制電腦連通進行網絡控制。
[0027] 附圖1電加熱器在還原罐內裝配位置
[0028] 1、電加熱器
[0029] 2、接線柱（組合件）
[0030] 3、結晶器
[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、粗鎂結晶
[0036] 9、鉀鈉捕集器
[0037] 10、連接板
[0038] 附圖2接線柱構造
[0039] 1、接線柱柱體 014 L = 115-125mm，材質 lGrl8Ni9Ti
[0040] 2、螺母 M14 材質 lGrl8Ni9Ti
[0041] 3、墊片0 內 15/ 0外 38 厚度 2mm 材質 lGrl8Ni9Ti
[0042] 4、云母墊片0內15/ 0外5厚度IOmm
[0043] 5、絕緣環0內15/ 0外36高度30mm材質剛玉瓷環
[0044] 6、還原罐罐體 0325*3〇〇〇~32〇〇 δ = 30-32 材質 ZGr3Cr24Ni7N
[0045] 附圖3電加熱器
[0046] 35* (2900 ~3000) *3. 5 材質 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 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，新循環槽作時，把料球裝進罐內水平線中 心線時，把料球用鐵制扒板扒平；
[0051] 〈2>把可以拆卸的活動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350_600Pa時通知自動控制中心給還原罐中電加熱器送 電；
[0056] 〈7>還原結束后，通知自動控制中心關閉電加熱器電源；
[0057] 〈8>按原操作程序開啟罐蓋，取下鉀鈉捕集器，結晶器；
[0058] 〈9>拆下罐內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備用；
[0059] 〈10>按操作程序扒出罐內還原渣進行下一循環操作。
【主權項】
1. 一種內外加熱的金屬鎂還原加熱方法，其特征在于，包括以下幾個步驟： 〈1>在原有外加熱的金屬鎂還原過程中，新循環槽作時，把料球裝進罐內水平線中心線 時，把料球用鐵制扒板扒平； 〈2>把可以拆卸的活動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350-600Pa時通知自動控制中心給還原罐中電加熱器送電； 〈7>還原結束后，通知自動控制中心關閉電加熱器電源； 〈8>按原操作程序開啟罐蓋，取下鉀鈉捕集器，結晶器； 〈9>拆下罐內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備用； 〈1〇>按操作程序扒出罐內還原渣進行下一循環操作。2. -種實現權利要求1的設備，其特征在于，包括以下幾個部分： 電加熱器 ① 在還原罐內加裝電加熱器接線柱： a、 在原有材質為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，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徑015,外徑036,高度30mm的剛玉絕緣環， d、 在每個接線柱和還原罐壁內外側各裝1只內徑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、 在接線柱內外側加裝內徑016,外徑040材質lGrl8Ni9Ti厚度2mm的墊片2只， f、 在接線柱內外側不銹鋼墊片上各加裝M14材質為lGrl8Ni9Ti不銹鋼螺母各2只， ② 在還原罐內加裝活動的電加熱器 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，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控制電腦連通進行網絡控制。
【專利摘要】一種內外加熱的金屬鎂還原加熱方法，傳統鎂還原加熱方法采用從還原罐外向罐內傳熱，傳熱速率低，傳熱慢，反應時間長達10-12小時，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裝卸的活動電加熱器進行還原罐的內外同時加熱，還原時間縮短5-7小時，還原罐中心低溫區改變為高溫區，反應區間加大，反應速度加快，還原罐外壁也不再是高溫區，降低了還原罐消耗，同時由于還原罐內溫度整體升高，反應速度加快，鎂結晶致密，質量提高。具體實施方案：1、在還原罐罐頭上裝上絕緣和密封的接線柱；2、在罐內加裝可拆卸的活動電加熱器；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行網絡控制。操作方法：1、把清理殘渣后的還原罐裝料至水平中心位置；2、放上活動的電加熱器；3、把電加熱器上部空缺處裝上料球；4、按順序裝上結晶器、鉀鈉捕集器和大蓋法蘭，啟動真空；5、真空達到35-60Pa時開啟電加熱器開關；6、反應結束，關閉電加熱器電源，按通常順序操作后，拔出電加熱器，扒出還原渣進行下一循環。
【IPC分類】C22B26/22, C22B5/04
【公開號】CN105177313
【申請號】
【發明人】朱廣東, 劉英杰, 張郝琨
【申請人】山西八達鎂業有限公司
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月21日