[發明專利]多層節能還原爐制備金屬鎂的方法

無效

• 申請號: 200910092521.3
• 申請日: 2009-09-17
• 公開（公告）號: CN101713032A
• 公開（公告）日: 2010-05-26
• 發明（設計）人: 袁章福;徐秉聲;戴城;趙宏欣;傅振祥;江涌;席亮;熊紹鋒;韓鵬
• 申請（專利權）人: 北京大學
• 主分類號: C22B26/22
• 分類號: C22B26/22;F27B14/00;F27B14/08;F27B14/14;F27D17/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于有色金屬冶煉以及能源高效利用領域，涉及一種新型多層蓄熱式金屬鎂還原工藝，提供一種溫度分布均勻、低能耗、低污染的新型節能還原爐，并最大限度循環利用煙氣余熱的方法，可以提高金屬鎂的生產效率和降低NO_x排放。

背景技術

鎂及鎂合金作為一種新型的應用材料，近年來已廣泛應用于軍用、民用領域的許多方面；鎂合金作為最輕的結構材料，能滿足交通運輸業日益嚴格的節能和尾氣排放的要求。另外我國是鎂資源大國，儲量居世界首位，也是世界上產鎂最多的國家。改進原鎂冶煉技術是我國鎂工業發展的出路。

我國傳統的煉鎂多采用符合我國國情的皮江法煉鎂工藝，其工藝實質是將白云石在回轉窯中煅燒，然后經過研磨與硅鐵粉和螢石粉混合制球，送入耐熱鋼還原罐內，在1190℃～1210℃的溫度及真空條件下，還原制成粗鎂，最后經過熔劑精煉、鑄錠、表面處理、產生金屬鎂錠。

而在整個皮江法煉鎂工藝過程中，最需要改進的環節是真空還原煉鎂階段。傳統的金屬鎂冶煉工藝多采用單層外加熱式真空蒸餾罐，內用硅鐵還原白云石制鎂的工藝。就加熱方式而言，目前我國采用最廣的為返焰式加熱，主要是將高溫煙氣從煙氣入口引入爐膛后，對還原罐由上到下進行對流加熱，但由于煙氣在爐膛內停留很短，對還原罐的對流換熱效率非常低，高溫煙氣也沒有得到有效的回收和充分的利用；另外還原罐在這種還原爐內的傳熱過程中，與煙氣的對流換熱在軸向上存在明顯的不均勻，燃燒溫度控制不靈活，造成還原罐的使用壽命不均一，生產出的金屬鎂品質很低。因此傳統的加熱方式普遍存在著高耗能、高污染、熱利用率低、工業自動化程度低、還原罐壽命短等問題。

隨著高溫空氣燃燒技術的發展，為大幅度提高煉鎂效率提供了可能性。高溫空氣燃燒技術是上世紀八十年代末田中良一等人提出的一種新概念燃燒技術，它突破了幾百年來人們對燃燒的傳統認識，這種技術采用兩個蓄熱式燒嘴相互交替工作，通過蓄熱體極限回收煙氣余熱并將助燃空氣預熱到1000℃以上，這樣，即使是熱值很低的燃料也能實現穩定著火和高效燃燒。這項技術是一項劃時代的節能和環保技術，可以滿足在極限回收煙氣物理熱的同時，維持空氣中較低的含氧量，獲得性能優異的火焰，以及極低的NO_x排放量，達到最佳的節能和環保效果。

在此基礎上發展起來的新型蓄熱式金屬鎂還原爐，結合了高溫空氣燃燒技術與金屬鎂還原工藝的特點。燃燒方式使用高效直燃式，燃燒器布置在還原爐的兩端墻上，火焰直接輻射加熱爐內的耐熱鋼還原罐。摒棄傳統金屬鎂還原爐的倒焰的加熱方式，而是使用直接裸燒的方式，直燃式裸燒可以強化煙氣與還原罐之間的傳熱過程，而這恰好可以打破制約傳統還原爐生產率和熱效率的瓶頸。

現有的金屬鎂還原爐所采用的蓄熱室多布置于左右兩側端墻的底部，蓄熱室A和B內部充滿新型蓄熱體陶瓷蜂窩體或陶瓷小球。正常運行時，A組蓄熱室放熱，加熱流經A組蓄熱體的空氣；此時，B組蓄熱室吸熱，回收流經B組蓄熱體的煙氣的顯熱。經過一個換向周期后，A組蓄熱體吸熱，B組蓄熱體放熱，這樣，兩個蓄熱室可以交替切換工作狀態來回收高溫煙氣中的余熱。還原爐的兩端墻內部布置過氣(高溫空氣或煙氣)通道。爐膛中的高溫煙氣由燒嘴排出后經過過氣通道進入蓄熱室，蓄熱室中預熱后的空氣也是經過該過氣通道再通過燒嘴進入爐膛助燃。

將高溫空氣燃燒技術應用于能耗頗高的金屬鎂還原爐上，可使排出爐膛的高溫煙氣(1200℃左右)的熱量得到最大限度的回收，從而可以使還原爐的熱效率大幅提高，具有很好的節能效果，可以獲得良好的經濟效益和環保效果。

這種新型的蓄熱式金屬鎂還原爐可以提供均勻的溫度場，從而在提高還原效率、減少有害氣體排放的同時，可以最大限度的回收并利用煙氣余熱，符合節能環保和循環型經濟的產業要求。

基于蓄熱式金屬鎂還原爐的優秀性能，如何將高溫空氣燃燒技術真正有效的應用于金屬鎂還原爐成為我們研究的重中之重。但目前的工藝中絕大多數采用的僅為單層或雙層還原罐的蓄熱式還原爐，還原爐內無用空間大，還原罐的支撐墻占據較大空間，影響熱傳導；爐膛內溫度分布不均勻，對還原罐的燒損有較大差異，并且影響物料反應的均勻性，熱量損失巨大；受到空間的限制，空氣燃燒技術所形成的均勻高溫沒有得到充分的利用，還原罐的使用數量有限，不能保證高效率的工作狀態；蓄熱室的作用有限，左右兩側底端的蓄熱室不能對煤氣或空氣進行有效的預熱。