一种电弧炉真空炼镁系统及其炼镁方法

摘要

本发明专利公开了一种电弧炉真空炼镁系统，其特征在于该系统包括依次连接的粉磨系统、预热分解系统、煅烧系统、二次加热系统、真空反应系统、冷凝收集系统，其炼镁方法包括前序准备、电弧炉真空炼镁和结束开停机三个阶段；本发明用粉磨分解加热后的含镁粉料，在铁熔化为液体的熔池里，经真空处理后，充入氩气，喷人高温镁粉料，使其还原产生镁蒸汽，镁蒸汽通过收集冷凝后，变为镁液体，形成粗镁，然后经精炼铸成镁锭，生产过程合理、紧促、设备配套、工艺完整、反应过程快、时间短、生产效率高、降低生产成本1/3以上。

说明书

技术领域

本发明涉及金属冶炼系统及其方法，具体涉及一种产率高，费用低，使环境污染少的电弧炉真空炼镁系统及其炼镁方法。

背景技术

镁是地球中储量极为丰富的金属元素，约占地球总质量的2.1％---2.7％，我国储量是全球镁资源储量最大的国家。目前，已探明数百亿吨。镁及镁合金具有比重小，强度高，减震性好，抗冲击，切削性好，导热性好，可回收再生利用，对环境污染少，具有优良的环境优势和性能优势，使用范围广泛，是一种可循环利用的难得金属。大力发展镁产业在我国和全球具有明显的资源优势和市场优势。

镁的生产方法目前主要有氯化镁熔盐电解法和热还原法两类。目前，全球镁产量的85％都是由热还原法中的金属还原法，即“皮江法”生产的。热还原法生产以金属还原法中的“皮江法”为例，目前生产存在诸多不足。①导热半径大，热损失大，环境污染严重，还原时间长12—14小时；②全部人工操作，现场工人劳动强度大，效率低；③生产成本高，主要存在能耗高，还原罐成本高，收得率低，经济效益不理想；④不能形成规模化连续生产，不符合现代大工业发展的要求。

有些国家利用自身资源条件，采用氯化镁熔盐电解法生产过程中会产生氯气，对人员和环境造成伤害和污染，目前这种生产方法很少使用。

目前，我国金属镁生产已占全球份额的85％，大部采用热还原法生产，即“皮江法”生产。

目前现有技术的“皮江法”生产工艺主要是以煅烧白云石为原料、硅铁为还原剂、萤石为催化剂，进行计量配料。粉磨后压制成球，称为球团。将球团装入还原罐中，加热到1200℃，内部抽真空至13.3Pa或更高，则产生镁蒸汽。镁蒸汽在还原罐前端的冷凝器中形成结晶镁，亦称粗镁。再经熔剂精炼，产出商品镁锭，即精镁。皮江法炼镁生产工序皮江法炼镁生产工序(1)白云石煅烧：将白云石在回转窑或竖窑中加热至1100～1200℃，烧成煅白(MgO·CaO)。(2)配料制球：将煅白、硅铁粉和萤石粉计量配料、粉磨，然后压制成球。(3)还原：将料球在还原罐中加热至1200+10℃，在13.3Pa或更高真空条件下，保持8～10小时，氧化镁还原成镁蒸汽，冷凝后成为粗镁。(4)精炼铸锭：将粗镁加热熔化，在约710℃高温下，用溶剂精炼后，铸成镁锭，亦称精镁。(5)酸洗：将镁锭用硫酸或硝酸清洗表面，除去表面夹杂，使表面美观。(6)造气车间：将原煤转换成煤气，作为燃料使用。直接使用原煤的镁厂没有造气车间。

目前现有技术中中国专利申请号为95100495.6,名为电炉热装料硅热还原真空炼镁新工艺，继承了“皮江法”镁以硅铁为还原剂，在热状态下，可以还原出镁这一“皮江法”的核心理论。通过还原反应，即在增温条件下产生镁蒸汽，然后通过冷凝器变为镁液体，但专利期已失效，没有生产例记，且不能连续化生产。中国专利(201010255111.9)，单漫渍管硅浴真空环流炼镁装置及其方法，中国专利(201010255097.2)双漫渍管硅浴真空环流炼镁装置及其方法，和专利(201080000976.9)一种真空环流熔态硅热法炼镁的方法及其设备。针对目前炼镁技术落后和生产缺陷，提出了熔态硅热法还原炼镁的观点，但由于单、双浸渍管的环流机理制约对硅热浴容积要求极高，加热难度较大，出渣 造成不能连续化生产，对现场要求苛刻，投资和生产规模极大，并且在暴露大气的环境中，金属镁收得率低。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供一种使其更具备连续化生产的直接条件，可以充分使金属镁原料从分解加热得到充分利用，从而使得产率高，费用低，使环境污染少的电弧炉真空炼镁系统及其炼镁方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是：

一种电弧炉真空炼镁系统，其特征在于：该系统包括依次连接的粉磨系统、预热分解系统、煅烧系统、二次加热系统、真空反应系统、冷凝收集系统，所述的冷凝收集系统上设置有排尘集气系统；其中：

所述粉磨系统包括依次连接的破碎机、贮存库、第一提升机、磨头稳料仓、立磨机、分离器、第一除尘器、第二提升机、第一贮料库，分离器连接在立磨机的上部，并与第一除尘器、第一排风机依次串接同时与产品出口贯穿，立磨机的底部连接有第一引风机；

所述预热分解系统包括通过圆管计量铰刀与粉磨系统中第一贮料库连接的斗式提升机，还包括与斗式提升机依次连接的入料螺旋输送机和四级预热分解塔，旋风除尘器与四级预热分解塔并联在入料螺旋输送机上，所述旋风除尘器上部连接有鼓风机，下端连接有第二排风机，鼓风机上设置有排风烟囱，旋风除尘器的出料口处设置有回料铰刀；

所述煅烧系统包括与四级预热分解塔呈上下连贯的回转窑，该回转窑的尾部燃烧室设置燃气喷射枪并与送风机联装，燃气喷射枪所用燃气由远端燃气贮罐提供，回转窑的窑尾端设置有输送料的输送机，输送机一端连接到第三提升机，另一端装置有前置冷风机，第三提升机连接到第二贮料库上；

所述二次加热系统包括通过“Z”形埋刮板输送机与第二贮料库连接的加热罐，与加热罐连接的热风炉，第二贮料库和加热罐均通过管道连接到第二除尘器上，加热罐尾部通过加料阀和输料管连接到真空反应系统上；

所述真空反应系统包括通过输料管和料粉喷吹枪与二次加热系统中加热罐连接的真空电弧炉、置于真空电弧炉内的预熔硅铁液包、真空炉上盖，还包括配备的两个或两个以上的硅铁液包，硅铁液包内盛装有预熔化硅铁液，硅铁液包上部的电弧炉上盖上设置有加热电极装置和硅铁合金加料口，该真空电弧炉由外到内依次为外炉体、保温砖、真空反应室、预熔硅铁液包、及预熔硅铁液包内盛装的硅铁液，真空炉上盖设置在升降装置上，且该真空炉上盖上设置有电极加热装置，真空电弧炉的出渣口上设置有排渣阀，真空电弧炉和硅铁液包之间设置有旋转移动装置，真空电弧炉底部设置有平移装置，所述料粉喷吹枪从真空电弧炉侧壁上深入到硅铁液中，该料粉喷吹枪与外设吹氩阀连通，并同输料管和加料阀交臂贯穿，在吹氩阀和料粉喷吹枪间安装有止回阀；

所述冷凝收集系统包括通过镁蒸汽输送筒与真空反应系统中真空炉上盖连接的镁蒸汽集结承载器，依次与镁蒸汽集结承载器连接的止回阀、镁蒸汽冷凝捕集装置、镁液收集罐，所述镁蒸汽冷凝捕集装置上部连接有排尘集气系统的第三除尘器，该第三除尘器顶部设置有真空抽气装置和冷水喷雾器，该真空抽气装置通过氩气净化捕集装置连接到氩气贮气罐上，第三除尘器内部交错分布有百叶窗。

进一步地，粉磨系统中第一贮存库的出料口设置有调节闸板，磨头稳料仓的出料口通过电子皮带秤连接到立磨机上。

进一步地，第二贮料库出料口设置有库底调控阀门，加热罐出料口处设置有加料阀，加热罐上连接有第二引风机，第二除尘器上连接有第三排风机。

进一步地，氩气贮气罐的入口设置有进气阀，出口设置有氩气输出阀，且该氩气贮气罐上设置有安全阀，镁液收集罐上设置有镁液排放口，第三除尘器底部设置有自动锁气排尘阀。

本发明同时公开了一种电弧炉真空炼镁方法，其特征在于包括前序准备、电弧炉真空炼镁和结束开停机三个阶段；

所述前序准备阶段包括：

步骤一、准备反应物—含镁矿粉：

1、粉磨：首先将镁质矿石(白云石)经粉磨系统中的破碎机破碎，然后经立磨机粉磨，保证检验细度0.05—0.3mm，放入第一贮料库，2、预热分解：将第一贮料库中的粉磨料经斗式提升机提升输送入四级分解预热塔中进行预热分解，3、煅烧：将四级分解预热塔中的预热分解料溜进回转窑煅烧，使碳酸钙溢出，形成含氧化镁40％～46％的锻白粉(主要成分为Mgo、Cao)，并将锻白粉经第三提升机输送至第三贮料库中贮存，4、加热：将第三贮料库中的锻白粉经“Z”型埋刮板输送机输送至加热罐中，予以再加热至900℃±150℃，暂存待用；

步骤二、准备反应溶剂-预熔硅铁液：在配备的硅铁液包中，根据容量及比例计量加入工业硅和75％左右的硅铁，插入加热电极装置，使其熔化成硅铁液，在1400℃--1650℃左右保温待用；

所述电弧炉真空炼镁阶段包括：

步骤三、真空电弧炉抽真空：用旋转移动装置将硅铁液包吊置于真空电弧炉的真空反应室中，启动真空电弧炉底座的平移装置，使其就位，再启用真空炉上盖的升降装置，盖上真空炉上盖，使其真空反应室与真空炉上盖完全密封牢固，然后利用真空抽气装置将其抽成真空，真空压力值为20-2500Pa；

步骤四、氩气填充：打开吹氩阀，向步骤三抽真空后的真空反应室内回填氩气，同时开启电极加热装置，使硅铁液沸腾且温度保持在1400-1650℃，并氩气全部充盈；

步骤五、添加反应物：将料粉喷吹枪从真空电弧炉侧部插入硅铁液中，并混合氩气向硅铁液中适量喷吹加热后的镁矿粉；由于氩气喷吹的作用，使镁矿粉与硅铁液得以充分搅拌混合，且在真空状态和控制范围的高温下发生置换还原反应，产生镁蒸汽；

步骤六、冷却收集：步骤五产生的镁蒸汽沿真空方向依次经镁蒸汽输送筒输送、镁蒸汽集结承载器承载、止回阀，进而流入温控在650±40℃的镁蒸汽冷凝捕集装置中，该镁蒸汽冷凝捕集装置中得到的镁液(或滴)流(滴)入镁液收集罐中，待进行浇锭或精炼，在真空高温的冶炼中所使用的氩气经气第三除尘器由氩气净化捕集装置处理后流向氩气贮气罐；

步骤七、清渣：还原反应结束后，将预熔硅铁液包中的渣液通过排渣阀排出；

步骤八、按照步骤二～步骤七的步骤进行下一轮操作，依次轮番作业；

所述结束开停机阶段包括：

步骤九、真空反应室的反应结束后，关闭料粉喷吹枪；再依次关闭吹氩阀、电弧炉加热装置、真空抽气装置、氩气净化捕集装置、氩气输出阀、冷水喷雾器，并使收集的气体不产生二次回流；

步骤十、当从检测仪器上看到真空反应室压强与大气平衡后，分别启动升降装置和平移装置，使其真空反应室与真空炉上盖分离，启动旋转移动装置将用毕和預用的硅铁包进行更换，各就其位。

应当注意的是，第三除尘器工作前应先打开顶部均匀分布的若干个冷水喷 雾器，使水雾交叉覆盖于整个收尘室，并利用室内的水温提高粉尘的物理沉降作用，喷雾水自收尘器壁和百叶窗集流于沉降室下锥斗，由自动锁气排尘阀定时排入沉淀池，冷却净化后重复利用。

从以上描述可以看出，本发明具备以下优点：

本发明的电弧炉真空炼镁新方法的优点在于用粉磨分解加热后的含镁粉料，在硅铁熔化为液体的熔池里，经真空处理后，充入氩气，喷人高温含镁粉料，使其产生镁蒸汽，镁蒸汽通过收集冷凝后，变为镁液体，形成粗镁，然后经精炼铸成镁锭。如此循环，可形成连续生产，热能得到充分利用，生产成本得到大幅度降低。

用含硅量40％---75％预先熔化硅铁液，温度1400^C---1650^C，送至交直流电弧加热设备位置，加盖密封后，并通过电弧加热保持其温度，开动抽气设备，使其形成真空，先向容器内填充氩气，待所充氩气饱和后，开始向硅铁液包中喷人900^c---1000^c含量20％---80％含镁矿粉，在充满氩气的沸腾环境中，镁矿粉与硅铁液产生还原反应，真空度200---25000P^a，反应后的镁蒸汽通过镁汽承载装置，经过镁液激冷器，形成镁液体，然后通过镁液接受装置送至镁液精炼处，进行精炼浇注或直接生产其它产品，氩气通过冷却除尘装置进行处理回收。本发明生产过程合理、紧凑、设备配套，工艺完整，反应过程快，时间短、生产效率高，降低生产成本1/3以上。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

附图1为本发明的镁质矿石原料生产制备装置的示意图；

附图2是附图1的局部示意图；

附图3是附图1的局部示意图；

附图4是附图1的局部示意图；

附图5为是本发明的电弧炉真空炼镁装置的结构示意图；

附图6是附图5的局部示意图；

附图7是附图5的局部示意图；

图中附图标记为：

101破碎机、102贮存库、103调节闸板、104第一提升机、105磨头稳料仓、106电子皮带秤、107立磨机、108分离器、109第一除尘器、110第一排风机、111第一引风机、112产品出口、113第三提升机、114第一贮料库、115圆管计量铰刀、116斗式提升机、117入料螺旋输送机、118四级分解预热塔、119第二排风机、120旋风除尘器、121回料铰刀、122回转窑、123燃气喷射枪、124送风机、125输送机、126前置冷风机、127鼓风机、128排风烟囱、129远端燃气贮罐、130第三提升机、131第二贮料库、132库底调控阀门、133“Z”型埋刮板输送机、134加热罐、135热风炉、136第二引风机、137第二除尘器、138第三排风机、139加料阀、140输料管、201硅铁液包、202加热电极装置、203电弧炉上盖、204预熔化硅铁液、205硅铁合金加料口、301真空电弧炉、302保温砖、303真空反应室、304预熔硅铁液包、305硅铁液、306料粉喷吹枪、307吹氩阀、308止回阀、309真空炉上盖、310电极加热装置、311升降装置、312平移装置、313旋转移动装置、401镁蒸汽输送筒、402镁蒸汽集结承载器、403止回阀、404镁蒸汽冷凝捕集装置、405镁液收集罐、406金属镁液体、407镁液排放口、408第三除尘器、409真空抽气装置、410 氩气净化捕集装置、411氩气贮气罐、412安全阀、413氩气输出阀、414自动锁气排尘阀、415冷水喷雾器、416百叶窗。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。

如附图1和2所示，本实施例公开了一种真空感应炉炼镁系统，包括依次连接的粉磨系统、预热分解系统、煅烧系统、二次加热系统、真空反应系统、冷凝收集系统，所述的冷凝收集系统上设置有排尘集气系统；其中：

所述粉磨系统包括依次连接的破碎机101、贮存库102、第一提升机104、磨头稳料仓105、立磨机107、分离器108、第一除尘器109、第二提升机113、第一贮料库114，分离器108连接在立磨机107的上部，并与第一除尘器109、第一排风机110依次串接同时与产品出口112贯穿，立磨机107的底部连接有第一引风机111；所述预热分解系统包括通过圆管计量铰刀115与粉磨系统中第一贮料库114连接的斗式提升机116，还包括与斗式提升机116依次连接的入料螺旋输送机117和四级预热分解塔118，旋风除尘器120与四级预热分解塔118并联在入料螺旋输送机117上，所述旋风除尘器120上部连接有鼓风机127，下端连接有第二排风机119，鼓风机127上设置有排风烟囱128，旋风除尘器120的出料口处设置有回料铰刀121；

所述煅烧系统包括与四级预热分解塔118呈上下连贯的回转窑122，该回转窑122的尾部燃烧室设置燃气喷射枪123并与送风机124联装，燃气喷射枪123所用燃气由远端燃气贮罐129提供，回转窑122的窑尾端设置有输送料的输送机125，输送机125一端连接到第三提升机130，另一端装置有前置冷风机126，第三提升机130连接到第二贮料库131上；所述二次加热系统包括通过“Z”形埋刮板输送机133与第二贮料库131连接的加热罐134，与加热罐 134连接的热风炉135，第二贮料库131和加热罐134均通过管道连接到第二除尘器137上，加热罐134尾部通过加料阀139和输料管140连接到真空反应系统上；

所述真空反应系统包括通过输料管140和料粉喷吹枪306与二次加热系统中加热罐134连接的真空电弧炉301、置于真空电弧炉301内的预熔硅铁液包304、真空炉上盖309，还包括配备的两个或两个以上的硅铁液包201，硅铁液包201内盛装有预熔化硅铁液204，硅铁液包201上部的电弧炉上盖203上设置有加热电极装置202和硅铁合金加料口205，该真空电弧炉301由外到内依次为外炉体、保温砖302、真空反应室303、预熔硅铁液包304、及预熔硅铁液包304内盛装的硅铁液305，真空炉上盖309设置在升降装置311上，且该真空炉上盖309上设置有电极加热装置310，真空电弧炉301的出渣口上设置有排渣阀314，真空电弧炉301和硅铁液包201之间设置有旋转移动装置313，真空电弧炉301底部设置有平移装置312，所述料粉喷吹枪306从真空电弧炉301侧壁上深入到硅铁液305中，该料粉喷吹枪306与外设吹氩阀307连通，并同输料管140和加料阀139交臂贯穿，在吹氩阀307和料粉喷吹枪306间安装有止回阀308；

所述冷凝收集系统包括通过镁蒸汽输送筒401与真空反应系统中真空炉上盖309连接的镁蒸汽集结承载器402，依次与镁蒸汽集结承载器402连接的止回阀403、镁蒸汽冷凝捕集装置404、镁液收集罐405，所述镁蒸汽冷凝捕集装置404上部连接有排尘集气系统的第三除尘器408，该第三除尘器408顶部设置有真空抽气装置409和冷水喷雾器415，该真空抽气装置409通过氩气净化捕集装置410连接到氩气贮气罐411上，第三除尘器408内部交错分布有百叶窗416。

进一步地，粉磨系统中第一贮存库102的出料口设置有调节闸板103，磨头稳料仓105的出料口通过电子皮带秤106连接到立磨机107上。

进一步地，第二贮料库131出料口设置有库底调控阀门132，加热罐134出料口处设置有加料阀139，加热罐134上连接有第二引风机136，第二除尘器137上连接有第三排风机138。

进一步地，氩气贮气罐411的入口设置有进气阀，出口设置有氩气输出阀413，且该氩气贮气罐411上设置有安全阀412，镁液收集罐405上设置有镁液排放口407，第三除尘器408底部设置有自动锁气排尘阀414。

本实施例同时公开了一种电弧炉真空炼镁方法，其特征在于包括前序准备、电弧炉真空炼镁和结束开停机三个阶段；

所述前序准备阶段包括：

步骤一、准备反应物—含镁矿粉：

1、粉磨：首先将镁质矿石(白云石)经粉磨系统中的破碎机101破碎，然后经立磨机107粉磨，保证检验细度0.05—0.3mm，放入第一贮料库114，2、预热分解：将第一贮料库114中的粉磨料经斗式提升机116提升输送入四级分解预热塔118中进行预热分解，3、煅烧：将四级分解预热塔118中的预热分解料溜进回转窑122煅烧，使碳酸钙溢出，形成含氧化镁40％～46％的锻白粉(主要成分为Mgo、Cao)，并将锻白粉经第三提升机130输送至第三贮料库131中贮存，4、加热：将第三贮料库131中的锻白粉经“Z”型埋刮板输送机133输送至加热罐134中，予以再加热至900℃±150℃，暂存待用；

步骤二、准备反应溶剂-预熔硅铁液：在配备的硅铁液包201中，根据容量及比例计量加入工业硅和75％左右的硅铁，插入加热电极装置202，使其熔化成硅铁液，在1400℃--1650℃左右保温待用；

所述电弧炉真空炼镁阶段包括：

步骤三、真空电弧炉301抽真空：用旋转移动装置313将硅铁液包201吊置于真空电弧炉301的真空反应室303中，启动真空电弧炉301底座的平移装置312，使其就位，再启用真空炉上盖的升降装置311，盖上真空炉上盖309，使其真空反应室303与真空炉上盖309完全密封牢固，然后利用真空抽气装置409将其抽成真空，真空压力值为20-2500Pa；

步骤四、氩气填充：打开吹氩阀307，向步骤三抽真空后的真空反应室303内回填氩气，同时开启电极加热装置310，使硅铁液沸腾且温度保持在1400-1650℃，并氩气全部充盈；

步骤五、添加反应物：将料粉喷吹枪306从真空电弧炉301侧部插入硅铁液305中，并混合氩气向硅铁液305中适量喷吹加热后的镁矿粉；由于氩气喷吹的作用，使镁矿粉与硅铁液305得以充分搅拌混合，且在真空状态和控制范围的高温下发生置换还原反应，产生镁蒸汽；

步骤六、冷却收集：步骤五产生的镁蒸汽沿真空方向依次经镁蒸汽输送筒401输送、镁蒸汽集结承载器402承载、止回阀403，进而流入温控在650±40℃的镁蒸汽冷凝捕集装置404中，该镁蒸汽冷凝捕集装置404中得到的镁液(或滴)流(滴)入镁液收集罐405中，待进行浇锭或精炼，在真空高温的冶炼中所使用的氩气经气第三除尘器408由氩气净化捕集装置410处理后流向氩气贮气罐411；

步骤七、清渣：还原反应结束后，将预熔硅铁液包304中的渣液通过排渣阀314排出；

步骤八、按照步骤二～步骤七的步骤进行下一轮操作，依次轮番作业；

所述结束开停机阶段包括：

步骤九、真空反应室的反应结束后，关闭料粉喷吹枪306；再依次关闭吹氩阀、电弧炉加热装置、真空抽气装置409、氩气净化捕集装置410、氩气输出阀413、冷水喷雾器415，并使收集的气体不产生二次回流；

步骤十、当从检测仪器上看到真空反应室303压强与大气平衡后，分别启动升降装置311和平移装置312，使其真空反应室303与真空炉上盖309分离，启动旋转移动装置313将用毕和預用的硅铁包进行更换，各就其位。

应当注意的是，第三除尘器408工作前应先打开顶部均匀分布的若干个冷水喷雾器415，使水雾交叉覆盖于整个收尘室，并利用室内的水温提高粉尘的物理沉降作用，喷雾水自收尘器壁和百叶窗集流于沉降室下锥斗，由自动锁气排尘阀414定时排入沉淀池，冷却净化后重复利用。

如此循环，可形成连续生产，热能得到充分利用，生产成本得到大幅度降低。其上步骤中的开停机程序，一般为先开动的要后停止；反之，后停止的设备则需先启动。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。