一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及其工艺方法

本发明涉及金属镁冶炼装置及其方法，尤其涉及一种采用蓄热式竖罐还原炉生产金属镁的装置及其工艺方法。

背景技术：

1、目前，皮江法炼镁是金属镁的主要生产方法，其生产工艺是以煅烧后的白云石、硅铁和萤石为原料压制成球团，在1100~1250℃温度范围进行固相热还原反应获得金属镁。现行皮江法炼镁工艺简单且成熟，生产规模可灵活扩建。

2、但也存在一些问题有待改进：首先是生产过程能耗大，平均吨镁耗能4.5-5.5t标煤左右；还原炉热效率低，用于加热原料球团和提供反应热的能量，仅分别还原炉总能耗的3~5%和18~22%，而无效热损耗高达75~80%；环境污染严重，直接和间接排放约30吨co2/吨镁；单罐还原周期长，用时约在8~12小时；单罐生产能力低，平均产量为20~25kg镁/罐；还原罐体寿命短，长期处在高温含氧的环境中的还原罐使用寿命仅60~90天，频繁更换罐体也是现阶段皮江法炼镁效率低、成本高的原因之一。

3、此外，皮江法生产过程需要人工扒渣和装料，劳动强度大、作业环境差也亟需寻求有效改善措施。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及其工艺方法，本发明采用蓄热式竖罐技术，以内热方式完成热还原过程，使还原罐使用周期延长，能量利用率和生产效率提高，实现节能减排的效果。

2、本发明采用了如下技术方案：

3、一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置，所述装置包括两个竖式还原罐，每个反应罐由法兰盖、结晶器、加热体和中心料塞，罐体法兰盖上设有吊耳，结晶器由钾钠捕集器、镁结晶器和外接真空口组成，结晶器外侧设有水冷套，靠近还原罐一侧设有防尘网；加热体由加热器件和隔热屏构成；还原罐上部和底部设有气体管路和真空换热阀门，用于控制热还原结束后的换热过程；相邻还原罐采用换热气体管路连接，前一个反应罐上部的换热管路与换热气体总管路连接，底部换热管路与后一个还原罐的底部换热管路连接，后一个还原罐上部的气体管路与烟气排放总管路连接，连接管路上都设有真空换热阀门。

4、所述的一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置，所述装置加热体材料的选择包含但不限于金属钼、钨及其合金，硅碳棒、硅钼棒，石墨。

5、一种蓄热式竖罐还原炉炼镁工艺方法，所述方法采用内加热方式，包括以下工艺步骤：

6、（1）将混合原料粉末压制成球团，装入还原罐内，装上隔热板，密封还原罐；

7、（2）开启与结晶器外部真空接口相连接的真空阀门，对还原罐进行抽真空，直到系统真空稳定在5~20pa；

8、（3）开启升温系统，直到还原罐内温度达到900~1000℃，打开镁结晶器外的冷却水系统，罐内温度保持在1150~1250℃条件1~6小时；

9、（4）按上述步骤（1）的方式完成相邻还原罐的装料；

10、（5）待反应结束后，关闭温度控制系统，开启结晶器法兰，依次取出钾钠捕集器和镁结晶器，换上备用结晶器和钾钠捕集器并快速密封结晶器法兰；开启还原罐和相邻还原罐上、下部换热气体管路上的真空换热阀门，换热气体由热罐流经相邻冷罐后排放至烟气排放管路，完成冷罐内的原料球团的预热；

11、（6）相邻还原罐预热完成后，关闭还原罐换热管路的上、下真空换热阀门，按上述步骤（2）、（3）操作完成升温与还原过程；

12、（7）开启冷却后的还原罐上部和底部法兰，取下隔热板，还原罐底部利用卸渣车接收还原渣，上方利用刚性吊臂轻提中心料塞，使还原渣在重力作用下卸至卸渣车内，完成清洁收集；

13、（8）清理还原罐后，中心料塞归位，按照上述步骤（1），再次完成装料，待相邻还原罐反应结束后，按上述步骤（5）完成预热，再按上述步骤（2）、（3）、（6）、（7）依次完成后续炼镁过程即可。

14、所述的一种蓄热式竖罐还原炉炼镁工艺方法，所述混合原料的工艺过程，是将煅烧后的白云石、硅铁和萤石按质量比50: 11: 2配置混合后压制成球团，由左侧还原罐上部法兰口装入还原罐内，没过加热体15cm后，装上隔热板，密封罐体法兰盖。

15、本发明优点与积极效果是：

16、1、采用本发明所述蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及方法，对比现行皮江法横罐设备和还原工艺，内热式还原炉热效率显著提高，还原罐使用寿命可显著延长，利于提高单炉产量、缩短反应时间、提高生产效率、降低生产成本。

17、2、采用本发明所述蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及方法，可以实现还原后的高温罐体加速冷却和冷态还原罐原料的预热，预热后再采用内加热方式升温，可进一步降低过程能耗，降低镁冶炼碳排。

18、3、本发明所述蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及方法，排渣在还原罐底部完成，操作空间可实现清洁环保，单个还原炉罐体间连接装配简单，易实现模块化安装，可为规模化生产金属镁提供便利条件。

技术特征：

1.一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置，其特征在于，所述装置包括两个竖式还原罐，每个反应罐由法兰盖、结晶器、加热体和中心料塞，罐体法兰盖上设有吊耳，结晶器由钾钠捕集器、镁结晶器和外接真空口组成，结晶器外侧设有水冷套，靠近还原罐一侧设有防尘网；加热体由加热器件和隔热屏构成；还原罐上部和底部设有气体管路和真空换热阀门，用于控制热还原结束后的换热过程；相邻还原罐采用换热气体管路连接，前一个反应罐上部的换热管路与换热气体总管路连接，底部换热管路与后一个还原罐的底部换热管路连接，后一个还原罐上部的气体管路与烟气排放总管路连接，连接管路上都设有真空换热阀门。

2.根据权利要求1所述的一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置，其特征在于，所述装置加热体材料的选择包含但不限于金属钼、钨及其合金，硅碳棒、硅钼棒，石墨。

3.一种蓄热式竖罐还原炉炼镁工艺方法，其特征在于，所述方法采用内加热方式，包括以下工艺步骤：

4.根据权利要求3所述的一种蓄热式竖罐还原炉炼镁工艺方法，其特征在于，所述混合原料的工艺过程，是将煅烧后的白云石、硅铁和萤石按质量比50: 11: 2配置混合后压制成球团，由左侧还原罐上部法兰口装入还原罐内，没过加热体15cm后，装上隔热板，密封罐体法兰盖。

技术总结本发明公开了一种蓄热式竖罐还原炉炼镁装置及其工艺方法，涉及一种生产金属镁的装置及其方法，以煅烧后的白云石或菱镁矿、硅铁和萤石为原料，按比例压制成球团后，由上部法兰处装入还原罐内，还原罐内中心位置设有中心料塞和加热体；还原产物镁蒸气在外部真空作用下进入外部结晶器，反应结束后关闭还原炉控温程序，取出结晶镁后密封罐体，开启换热阀门，完成相邻冷罐和其中原料的预热；相邻还原罐继续升温还原，依次循环操作。本发明采用蓄热式内加热的竖罐还原炉，可有效提高能量利用率、缩短单炉生产周期，提高生产效率、节约生产成本，并且易实现模块化安装和规模化生产，是一种低能耗、低碳排、低成本的炼镁技术。技术研发人员：赵坤,黄小锐,许光文,程继光受保护的技术使用者：沈阳化工大学技术研发日：技术公布日：2024/6/11