電磁感應(yīng)加熱熔融還原金屬鎂真空還原爐的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及真空冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種電磁感應(yīng)加熱熔融還原金屬鎂真空還原爐，可用于熱還原法制備鎂、鋰，鍶、鈣等高蒸汽壓金屬的設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬，可以使用熱還原法在真空條件下制備。目前在金屬鎂生產(chǎn)領(lǐng)域中，廣泛使用的還原設(shè)備是使用燃?xì)獾戎苯蛹訜嵊赡蜔岷辖鹬瞥傻倪€原罐。此法受還原罐結(jié)構(gòu)及材料性能的限制，反應(yīng)溫度低、傳熱慢、能耗高，并且由于還原罐的氧化等損耗大量消耗昂貴的鎳鉻合金。
[0003]電熱式熔融還原爐可以克服外熱式還原爐的能耗高及還原罐消耗等問題。如U.S.Patent 2,971,833在1961年就公開了一種交流電阻爐原理的熔融態(tài)鎂還原爐。還原在石墨為內(nèi)襯的電渣導(dǎo)電爐內(nèi)進行。交流電源通過上石墨電極，熔融導(dǎo)電渣，石墨內(nèi)襯形成回路?；芈冯娏鞯慕苟鸁嵝?yīng)使得導(dǎo)電渣維持熔融狀態(tài)并提供了還原反應(yīng)所需的熱量。還原反應(yīng)則以液固和液液兩種方式發(fā)生。在液態(tài)中反應(yīng)，物質(zhì)的傳質(zhì)較固態(tài)容易，因此反應(yīng)速度快，還原時間大大縮短。原料均以塊料入爐，不需要破粉碎、制球和壓塊，大大降低了勞動成本，提高了生產(chǎn)效率。U.S.Patent 4, 699, 653.在1987年公開了一種稱為MINTEK的熔融態(tài)金屬鎂還原爐。該爐使用直流電弧來加熱以石墨為內(nèi)襯的爐膛內(nèi)的導(dǎo)電渣，電流同樣是經(jīng)上石墨電極，熔融導(dǎo)電渣，石墨內(nèi)襯形成回路。
[0004]現(xiàn)有技術(shù)存在的問題是:爐膛內(nèi)首先需要置有初渣。爐從冷態(tài)啟動時需要額外的設(shè)施和操作，啟動過程復(fù)雜，應(yīng)用不便。石墨電極和石墨內(nèi)襯在高溫下的損耗較大，設(shè)備維護成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對現(xiàn)有電熱熔融態(tài)真空還原爐的技術(shù)難題，本實用新型提供一種電磁感應(yīng)加熱熔融還原金屬鎂真空還原爐，用于鎂、鋰，鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產(chǎn)。
[0006]本實用新型是采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)的:
[0007]一種電磁感應(yīng)加熱熔融還原金屬鎂真空還原爐，包括爐體，所述爐體內(nèi)設(shè)置有由硬質(zhì)保溫材料制成的料斗，所述料斗的中心部設(shè)有穿過料斗底面的中心通道，料斗在任一個半徑上的剖面呈U形；所述料斗底面同心設(shè)置有一個或者多個環(huán)狀溝槽，所述溝槽內(nèi)設(shè)有固態(tài)或者熔融態(tài)的鐵。
[0008]所述爐體內(nèi)設(shè)置有矩形鐵芯，所述矩形鐵芯的一條邊穿過料斗的中心通道，所述矩形鐵芯的另一條邊繞有原邊線圈；所述原邊線圈的銅質(zhì)繞組引出端經(jīng)爐體上的絕緣密封裝置引出至爐外與電源裝置相連。
[0009]所述爐體和料斗之間設(shè)置有保溫層；所述矩形鐵芯和料斗之間設(shè)置有保溫層；則保溫層、料斗和矩形鐵芯拼接固定。
[0010]所述爐體頂部設(shè)有進料通道，該進料通道貫穿保溫層后與料斗聯(lián)通。
[0011]所述爐體底部設(shè)有排渣通道，該排渣通道貫穿保溫層和料斗后與料斗內(nèi)腔底部聯(lián)通。
[0012]所述爐體上部通過金屬蒸汽通道連接結(jié)晶室，所述金屬蒸汽通道內(nèi)設(shè)置有保溫層，所述金屬蒸汽通道上開設(shè)有粗抽口。
[0013]所述結(jié)晶室外設(shè)置有水冷套，所述結(jié)晶室上部設(shè)有精抽口。
[0014]工作時，首先將粉狀的還原爐料通過爐體頂部的進料通道裝填在料斗底部，直接與料斗底部的鐵及殘余料渣(上一次冶煉的殘留物)接觸。粉狀還原爐料的上部再裝填粒狀或塊狀的爐料。由電源裝置施加在銅質(zhì)繞組上的高頻交流電在鐵芯中產(chǎn)生交變的磁場。該交變的磁場在料斗底部的環(huán)形鐵中產(chǎn)生感生電流，電流產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)和輻射兩種方式對殘余料渣和爐料進行加熱。當(dāng)爐料和料渣加熱到熔融狀態(tài)后，其也具有導(dǎo)電性，其內(nèi)部的感生電流也產(chǎn)生熱量共同對爐料進行加熱。通過這一電磁感應(yīng)過程，電能無接觸地傳遞給鐵環(huán)和熔融料渣加熱反應(yīng)爐料及供給還原反應(yīng)。隨著爐料的熔融，還原反應(yīng)在液固和液液兩種方式發(fā)生。最終，爐料全部熔融，還原反應(yīng)完成。
[0015]在料斗底部的一側(cè)設(shè)有排渣口。還原反應(yīng)完成后，破真空，打開排渣口，液態(tài)的料渣將自動流出；也可以采用氣栗加壓的方式促使料渣快速排出。由于密度不同的原因，較重的鐵水沉在料斗底部的溝槽中不會被排出，用以在下一個工作循環(huán)初始時感生電流產(chǎn)生熱量；多余的鐵水隨料渣一起排出，由于密度不同，在爐外鐵水可以與料渣分離收集。
[0016]還原過程中，在粗抽真空階段使用粗抽口抽氣，從而爐室氣體內(nèi)的浮塵不會沉積在結(jié)晶室中而使結(jié)晶鎂的純度降低。當(dāng)達到較高的真空度，此時氣體流量已很低，關(guān)閉粗抽口，從經(jīng)過結(jié)晶室的精抽口處抽真空。
[0017]優(yōu)選的，鐵芯的一條邊位于圓柱形爐室的軸線上，并穿過中空圓筒形料斗的中心，鐵芯的另外三條邊貼近爐殼壁。
[0018]進一步地，為了使得還原爐的裝料更加便捷。
[0019]設(shè)計還原室頂部設(shè)有多個進料通道，從此爐料自然下落裝入料斗。
[0020]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具體如下優(yōu)點:
[0021]1、料斗由硬質(zhì)保溫材料構(gòu)成，不需使用有導(dǎo)電性的石墨內(nèi)襯，造價低廉，高溫下不宜損壞，運行維護成本低。
[0022]2、初始發(fā)熱體為料斗底部溝槽中的鐵，在還原過程中爐料中殘留的低硅鐵會對其不斷補充，多余的鐵水會隨料渣一起排掉。初始發(fā)熱體在運行過程中不需維護。
[0023]3、料斗中的料渣可以盡可能得排掉，不必留有余渣用于再次啟動時作為發(fā)熱體。料斗的空間可以更多地留給新裝入的爐料。這樣該還原爐可以采用類似皮江法的間歇生產(chǎn)流程，以得到比現(xiàn)有工藝更高純度的產(chǎn)品。
[0024]4、料斗底部的環(huán)形溝槽的數(shù)量分布依據(jù)熱場需要設(shè)計。加熱過程中溫度分布均勻，沒有過熱點。
[0025]5、供電裝置將電源施加于一個等效變壓器的原邊線圈上，供電電壓高，饋電電極電流小。同時饋電電極不與發(fā)熱體接觸，因而無需使用水冷電極，爐體結(jié)構(gòu)簡單，熱量損失小。
[0026]6、爐料還原反應(yīng)后殘留的低硅鐵可以被回收。
[0027]7、該還原爐在工作過程中不必連續(xù)加料，而采用一次性加料方式，也不會破壞加熱電流回路，這樣該還原爐還可以采用類似皮江法的間歇生產(chǎn)流程，便于與現(xiàn)有皮江法工藝兼容，而使得工藝轉(zhuǎn)換的難度與風(fēng)險減小。
[0028]8、爐殼整體構(gòu)成，沒有活動部件，爐殼便于實現(xiàn)密封，允許還原過程在各種真空條件下進行。
[0029]本實用新型設(shè)計合理，可以調(diào)節(jié)還原爐溫度場的分布，傳熱效率快；主要用于鎂、鋰，鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產(chǎn)。
【附圖說明】
[0030]圖1表示本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖2表示電磁組件剖面圖。
[0032]圖中，1-爐體，2-結(jié)晶室，3-還原爐料，4-料斗，5-金屬蒸汽通道，6_矩形鐵芯，7-溝槽，8-保溫層，9-原邊線圈，10-進料通道，11-排渣通道，12-水冷管道，13-粗抽口，
14-精抽口，15-水冷套。
【具體實施方式】
[0033]下面結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施例進行詳細(xì)說明。
[0034]—種電磁感應(yīng)加熱熔融還原金屬鎂真空還原爐，包括爐體