[实用新型]高效率金属镁冶炼装置

说明书

本实用新型公开了一种高效率金属冶炼装置，包括还原罐，经过预处理的载热体和粉末状反应原料以一定方式均匀混合后装入还原罐的反应区内，在远离还原罐的反应区的一端设置有结晶器，结晶器外侧设置有水循环系统，还原罐的反应区的外部设置有加热系统，还原罐还与真空系统连通。在制球时将载热体压入料球内获得混合料球，也可以将料球与载热体混合均匀后加入罐内，同时也可以将混合料球与料球混合加入罐内，使载热体分布在料球内部、料球之间以及料球与罐壁之间，从而增加了热传导接触面积，提高了综合传热效率，缩短了热量在料球内部及料球之间的传递时间，从而缩短还原时间，提高生产率。

技术领域

本实用新型属于金属冶炼技术领域，具体涉及一种高效率金属冶炼装置及利用该装置进行金属冶炼的方法。

背景技术

目前，世界上原镁生产主要集中在中国，而我国原镁冶炼主要依靠皮江法生产。皮江法也称为外热式硅热法，该工艺方法首先需要将冶炼的原料（煅烧后的白云石、硅铁、萤石等）进行破碎、混合、磨粉，压制成球团（料球），再加入到还原罐（反应器）中，用燃料或电从还原罐外进行加热，热量沿罐壁向料球传递，同时，用真空泵对还原罐进行抽真空，使罐内料球在高温及真空条件下发生还原反应，生成的镁蒸气在结晶器内冷凝成粗镁，经过精炼铸锭成为商品镁。

上述罐内还原过程在真空条件下进行，热量从还原罐壁传递至料球，再通过料球之间进行传递，该传热过程主要以料球之间的传导与辐射为主，镁蒸气对流换热为辐的综合传热形式。由于硅热法用原料形状以椭球型为主，在罐内以点接触形式排列。点接触的方式使得传热面很小，从而增加了料球之间的热阻，而料球自身导热系数较小，热量从球团外向内传递速率很慢，料球的导热系数也将随着温度的升高而减小，这都严重影响了物料及物料之间的传热效果，从而使得该冶炼工艺还原周期长（一般在10-12小时），生产效率低。有企业尝试使用竖罐法炼镁，但还原时间并没有明显减少。而通过一些学者的研究数据可知，热量沿罐壁向罐内传递，直至中心温度与罐壁温度相同时，所需的时间约为8小时以上，占还原总时间约70%以上。可见，传热效率低影响了还原反应速率，使得还原时间大幅度延长。

国内有研究者提出在还原罐内焊装导热板，以增加热传导的接触面积来提高传热效率。而在罐内增加导热板会造成还原罐制造工艺复杂，成本增加；同时，在热还原过程中导热板上容易形成的粘接物需要频繁清理，使得工艺运行不能连续。从一些工厂实际的运行状况来看，罐内增加导热板的方式并不能有效提高传热效率，缩短还原时间，提高生产率。而罐内的传热效率低的问题也是阻碍还原罐不能实现大型化的一个重要原因。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对金属镁冶炼工艺中，还原罐内壁与料球之间、料球与料球之间因热传导接触面积小，料球导热系数低等原因造成换热效率低的问题，提供一种高效率金属冶炼装置及利用该装置进行金属冶炼的方法，在还原罐内增加载热体，并使其充满料球与料球之间以及料球与还原罐壁之间的空隙，或分布于料球内部，从而扩大还原罐内壁与料球之间、料球与料球之间的热传导接触面积，增大热量在物料内部及物料之间传递的综合传热系数，提高换热效率，并通过工艺设计使之应用于实际生产中，解决现有技术工艺还原反应时间长、生产效率低、燃料消耗量大高、设备占用时间长等行业现状。

本实用新型的目的是以下述方式实现的：

高效率金属冶炼装置，包括还原罐，经过预处理的载热体和粉末状反应原料以一定方式均匀混合后装入还原罐的反应区内，在远离还原罐的反应区的一端设置有结晶器，结晶器外侧设置有水循环系统，还原罐的反应区的外部设置有加热系统，还原罐还与真空系统连通。

所述载热体为碳基材料、金属基材料、碳化硅基陶瓷材料、氮化硅基陶瓷材料和氧化铝基陶瓷材料中的至少一种。

所述碳基材料为木炭、煤炭或石墨，金属基材料为钽、铌或钨，碳化硅基陶瓷材料为金刚砂，氮化硅基陶瓷材料为氮化硅陶瓷，氧化铝基陶瓷材料为刚玉或莫来石。

所述载热体的粒度为1-50mm。