[實用新型]具有增強散熱作用的水套和結晶筒的金屬鎂還原結晶系統

有效

• 申請號: 201320282366.3
• 申請日: 2013-05-22
• 公開（公告）號: CN203256316U
• 公開（公告）日: 2013-10-30
• 發明（設計）人: 董家馭
• 申請（專利權）人: 董家馭
• 主分類號: C22B26/22
• 分類號: C22B26/22;C22B5/16
• 代理公司: 太原科衛專利事務所(普通合伙) 14100
• 代理人: 朱源

技術領域

本實用新型涉及用皮江法煉鎂的還原裝置，具體為具有增強散熱作用的水套和結晶筒的金屬鎂還原結晶系統。

背景技術

皮江法煉鎂是將煅燒后的白云石和一定量的硅鐵（還原劑）制粉混合后壓制成料球，將壓制成的料球放在還原罐內，還原罐內抽成低于13Pa以下的真空；還原罐放在加熱爐（又叫還原爐）內，在1200℃左右的溫度下加熱，使煅燒后的白云石（MgO＋Ca0）與硅鐵進行還原反應，從而置換出金屬鎂，置換出的金屬鎂蒸汽在罐外遇到由循環水套冷卻后的結晶筒后結晶，變為粗鎂。

還原罐內抽成真空主要目的是降低還原反應的能量---吉布斯自由能，使其能夠在1200℃的工況下實現還原反應。不同的平衡蒸汽壓對應有不同的反應溫度，平衡蒸汽壓越大，反應需要的溫度越高。

目前的還原工藝一般是在1220℃以上（最高可達1280）的爐內溫度下實現還原，還原時間為11～12小時，平均料鎂比（料球重量/出鎂量）為6.2～6.5左右。

如圖1所示，皮江法煉鎂的裝置包括還原爐、還原罐和結晶系統等，所述結晶系統主要包括水套和結晶筒。首先，將料球2裝入到還原罐1內，然后放置擋火板3，安裝結晶筒和水套，安放完畢后封蓋開始抽真空，還原罐長期放置在還原爐里，還原爐內溫度一般為1200℃～1250℃，受還原罐耐溫條件限制，最高可以達到1280℃，隨著加熱時間的延長，料球的溫度也在逐漸升高，真空度逐漸提高；當真空剩余壓力達到13Pa以下時，還原罐內溫度達到1180℃時開始還原反應（實際還原反應隨料球溫度、真空度不同會有變化），?反應過程中，料球中的硅通過還原反應置換出煅白（MgO·CaO）中的鎂，置換出來的金屬鎂在高溫下以蒸汽形式存在，由于金屬鎂屬于高蒸汽壓介質，在1200℃左右還原罐內和結晶筒空間內的平衡蒸汽壓力一般為4400～6500Pa，在一定溫度和蒸汽壓的條件下實現還原反應。當還原置換后的鎂蒸汽，到達結晶筒空間后，由于結晶筒受冷卻水套的冷卻，其空間溫度為500℃～600℃左右，在該溫度區域，過熱的金屬鎂蒸汽變為飽和或過飽和的金屬鎂蒸汽，過飽和的金屬鎂蒸汽遇到結晶筒的低溫壁面，繼續冷凝變為固體，結晶到結晶筒壁面上。金屬鎂由蒸汽冷凝結晶為固相，相變反應有熱量釋放，所釋放的熱量經過結晶筒由冷卻水套通過循環水排出筒外，結晶筒部位的溫度保持穩定。另一方面，由于鎂蒸汽結晶，使鎂蒸汽空間壓力變小，使還原反應向正方向進行，又有新的鎂蒸汽產生。與此同時，反應中出現的不凝氣體，通過抽真空裝置排出系統之外。只要是還原空間的實際壓力小于工況溫度下的反應平衡壓力，還原反應一直連續進行。如此周而復始。

理想的反應過程是：在一定的溫度工況下，還原反應產生的金屬鎂蒸汽，全部能夠被及時的在結晶筒內凝結，而凝結發生相變釋放的熱量，通過冷卻水套能夠及時排出，同時，反應過程中產生的不凝氣體，隨抽真空系統及時排出，保持剩余壓力在13Pa以下，各方保持平衡，從而連續、平衡、高效的工作。而實際過程中往往會出現較大的偏差，比如：在還原高峰期，還原出的鎂蒸汽較多，還原出的鎂蒸汽到達結晶筒區域后，由于鎂蒸汽結晶而釋放熱量，如果所釋放的熱量不能及時排出，那么就會降低結晶效率，由于被加熱部分有鎂蒸汽源源不斷的還原產生，而鎂蒸汽又不能獲得同步結晶，從而使鎂蒸汽的空間壓力增加，當鎂蒸汽的空間蒸汽分壓增加后，就會打破還原反應的平衡，降低還原速度，在高的壓力下，如果要求還原反應正常進行，就需要增加能量輸入，也就是需要增加工況溫度，如此的梯度增長會使還原反應的條件變差（高溫、高壓），高的工況溫度也會降低還原罐的使用壽命。同時，由于結晶潛熱不能及時排出，直接導致鎂的還原效率下降，還原時間延長，還原時間的延長導致單位時間內的還原生產率降低和噸鎂的能耗增加。以上綜合因素導致還原工序的成本增加。

因此，運用皮江法煉鎂要想獲得高的還原效率和低得還原工況溫度，增加結晶筒的散熱能力將是克服其瓶頸的關鍵技術，因此，有必要對現有的冷卻水套和結晶筒進行改進。

發明內容

本實用新型為了解決利用皮工法煉鎂的結晶系統結構不甚合理的問題，提供了一種具有增強散熱作用的水套和結晶筒的金屬鎂還原結晶系統。

本實用新型是采用如下技術方案實現的：

一種具有強冷型水套和結晶筒的金屬鎂還原爐，包括冷卻水套和結晶筒；所述冷卻水套的內壁設有金屬肋片。

工作時，通過在冷卻水套的內壁增加肋片（翅片），從而增加了冷卻水套內側的給熱面積，提高了冷卻水套的熱交換能力，從而增加水套向冷卻水散熱的能力，配合結晶筒將結晶過程釋放的熱量及時排出，獲得高的還原效率。