一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備和方法
【專利摘要】本發明提供一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備和方法，其設備包括真空罐蓋車系統、熔體包、真空蓋、真空加料系統、真空噴粉槍系統、測溫、取樣槍系統、抽真空機組系統、虹吸熔渣出渣系統、除塵凈化器、收集器；真空加料系統、真空噴粉槍系統、測溫、取樣槍系統設置在真空蓋上，虹吸熔渣出渣系統連接在真空罐側壁；提供一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，將35％～95％的硅鐵加入熔體包內加熱到1350～1680℃后熔化成液態，通過噴粉槍系統，將含鎂原料與助溶劑混合粉劑連續噴入液態硅鐵中，開啟抽真空機組使真空罐內的壓強降至8～5000Pa，鎂蒸汽溢出熔體包，經除塵凈化器后收集，其優點是：節能高效、生產周期短、產量大、污染物排放少、資源可二次利用。
【專利說明】
【技術領域】：
[0001] 本發明屬于金屬冶煉設備及方法【技術領域】，特別是涉及金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空 罐式冶煉設備和方法。 一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備和方法

【背景技術】：
[0002]以現有技術中金屬鎂的冶煉為例對【背景技術】進行介紹。金屬鎂自身的還原性極 強，在標準狀態下，它的氧化物很難被常用的還原劑如硅、鋁等金屬還原。我國自然界鎂主 要以碳酸鹽或者鹵化鎂的形式存在。氯化鎂中的鎂需要用電解法提取，成本的緣故，國內 已經很少使用電解法。主要成分為碳酸鎂的白云石礦經煅燒后的主要成分為氧化鎂，在真 空條件下改變反應的分壓，煅燒白云石中的氧化鎂可以被還原劑還原出來。目前我國的原 鎂產量占到世界原鎂產量的80%左右，均采用皮江法生產。皮江法是將煅燒白云石與還原 劑硅鐵磨成粉并壓制成球，裝入橫臥排列的耐熱不銹鋼罐內，由罐外燃煤得煤氣或其它燃 料加熱，在真空度5-13Pa、溫度1200°C左右進行固相反應。反應產物鎂蒸汽用冷凝方法收 集。初裝的球狀料經還原反應后，由人工從不銹鋼罐內掏出。這種方法效率低，能耗高，污 染大，勞動強度大，且殘余硅鐵還原劑與渣料仍呈扁球狀混合在一起，難以進行二次利用。 由此諸多因素，為了限制低水平重復型建設，我國將新建皮江法原鎂冶煉列為限制性項目。 國內堅罐法冶煉金屬鎂，典型的有外熱堅罐皮江法，文獻[①劉勇，游國強，黃彥彥.堅罐煉 鎂技術的發展現狀與展望.輕金屬.2010 (06): 45-49]，[②任玲，夏德紅，畢寒冰.新型堅 置鎂還原罐的設計.有色金屬（冶煉部分）.2012 (02): 30-33]，和專利[③周向陽，李劼， 劉宏專，徐日瑤，伍上元，李昌林，楊娟.中南大學.一種外熱堅罐煉鎂裝置.CN101706204 A]，共同之處在于改變不銹鋼罐橫臥排列為堅置的布置方式，開發了堅罐冶煉金屬鎂技術， 其工作重點均在提高機械化、自動化程度，有的還同時改善燃燒效率，通過變化裝料、卸料 的方式，能將還原周期由傳統的12小時縮短至9-10小時。另一種內熱堅罐皮江法，文 獻[④沈晶鑫.多熱源內熱式鎂冶煉爐內溫度分布規律模擬與實驗研究.西安科技大學 碩士論文.2007]改變供能來源，采用電熱方法，熱源均布于堅罐內的含煅燒白云石、硅鐵 粉、螢石球料之中。文獻[5牛強、儲少軍的RH及單嘴精煉爐冶煉金屬鎂的專利，專利號為 CN101999005A及CN101906544A，其方法是采用鋼鐵冶煉的鋼水真空處理設備RH及單嘴精 煉爐用于金屬鎂的冶煉，在硅鐵水包的鐵水液面上插入RH或單嘴插入管，利用插入管鐵水 上部的氬氣氣泡泵將鐵液抽入真空室內，在真空室與鐵包之間形成鐵液的循環，含鎂原料 由噴粉系統噴入真空室下的鐵水包循環鐵液中與硅鐵液混合反應，形成鎂蒸汽被真空系統 抽入鎂收集裝置中收集。上述方法大都是以皮江法為基礎進行的改進，而原料的狀態、反應 原理均與皮江法完全一樣，未能從根本上解決皮江法的弊端。這些方法都存在效率低，能耗 高，污染大，勞動強度高，且殘余硅鐵還原劑與渣料仍呈扁球狀混合在一起，難以進行二次 利用的問題。


【發明內容】
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[0003] 本發明的目的是徹底摒棄皮江法生產工藝的弊端，將VD真空處理、鋼包噴粉、真 空感應爐的設備及方法進行組合形成一種新的過量液態金屬還原劑中噴入被還原劑-含 鎂混合粉劑，使含鎂原料在真空高溫下氣固液三相反應還原的金屬鎂的冶煉，以及同樣可 用于金屬鋅、鉛、鋰的冶煉，能達到效率高，污染小，自動化強度高并且能夠實現渣相好、易 排渣的連續冶煉工藝的金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備和方法
[0004] 本發明解決其技術問題所采用的方案是：提供一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式 冶煉設備，由觀察窗及電視攝像頭、收集器、真空加料系統、除塵凈化器、測溫取樣槍、真空 噴粉槍系統、渣罐、渣罐車、真空切斷閥a、真空腔、真空切斷閥b、真空罐、真空罐蓋組成，其 特征是：還包括事故還原熔體澆鑄坑、事故熔體流槽、可移動U形彎頭、抽真空機組系統、熔 渣溢流槽、真空罐蓋車系統、混合粉劑噴粉系統、虹吸熔渣出渣系統、熔體包、外磁軛、事故 還原熔體安全閥、內磁軛、防濺蓋、氬氣除塵器、回收氬氣貯罐、氬氣加壓泵、熔渣加熱器、熔 渣與熔體連續測溫系統；相互連接的真空罐、真空罐蓋、防濺蓋、真空罐蓋車系統、熔體包、 外磁軛、內磁軛、觀察窗及電視攝像頭組成了真空反應室系統；連接在真空室內防濺蓋上 的除塵凈化器收集器與抽真空機組系統相互用管道和真空切斷閥b連接組成了收集及抽 真空系統；由相互連接的兩個粉料噴粉罐、連接管道、閥門組成了混合粉劑噴粉系統，并與 真空切斷閥a和真空腔組成了真空噴粉槍系統；帶測溫取樣真空腔和真空切斷閥a的測 溫取樣槍組成了測溫取樣槍系統；真空加料系統固定連接在混合粉劑噴粉系統的下部；帶 熔渣加熱器的虹吸熔渣出渣系統設置在熔渣溢流槽的下部；真空罐蓋扣在真空罐上，連接 處有橡膠密封；防濺蓋吊掛在真空罐蓋上，外磁軛和內磁軛分別設置在熔體包的外部和內 部；真空加料系統、真空噴粉槍系統、測溫取樣槍系統、觀察窗及電視攝像頭焊接在真空蓋 上，設有橫向止動裝置的真空蓋吊掛在真空罐蓋車系統上；帶真空切斷閥a的除塵凈化器 與收集器由可移動U形彎頭管路法蘭連接，連接法蘭之間設有真空密封環；虹吸熔渣出渣 系統與真空罐焊接，熔渣溢流槽焊接在熔體包側壁上，虹吸熔渣出渣系統出渣口與外部大 氣連通，出渣口下部設置有渣罐，渣罐置于渣罐車上；事故還原熔體安全閥設置在真空罐底 部，事故還原熔體澆鑄坑設置在真空罐外的地下，事故還原熔體澆鑄坑與事故還原熔體安 全閥之間由事故熔體流槽連接起來；相互連接的抽真空機組系統、氬氣除塵器、回收氬氣貯 罐、氬氣加壓泵組成了氬氣回收系統；觀察窗及電視攝像頭焊接在真空罐蓋上；熔渣、熔體 連續測溫系統從熔體包的外磁軛上部插入熔體包碳質或碳化硅質耐火材料內；熔體包是分 條無磁不銹鋼板設計，設有絕熱耐火氈包裸層、絕熱層、永久層、石墨或碳化硅工作層，外磁 軛和內磁軛分別設置在熔體包的外部和內部，感應線圈內部耐火材料及其內盛的還原熔體 由線圈內的熔體包壁或外磁軛線圈框架固定，底部以無磁不銹鋼作為底托，可沿設定的轉 軸轉動一定的角度的外磁軛線圈框架與熔體包固定連接；防濺蓋扣在熔體包上，并與除塵 凈化器用導管連接，之間設置真空切斷閥b ;金屬蒸汽的導出管設在防濺蓋的上部或側面； 真空罐底部設有用于事故應急的事故還原熔體安全閥，真空罐下部設有事故還原熔體澆鑄 坑，事故還原熔體安全閥和事故還原熔體澆鑄坑由事故熔體流槽連接；抽真空機組系統由 能夠以達到冶煉所需的真空度3?8000Pa的多級真空泵靈活組合；混合粉劑噴粉系統包括 兩個帶閥門和電子稱量計的粉料噴粉罐及連接管道和氬氣輸送管；真空噴粉槍系統的噴粉 槍帶有能更換噴粉槍槍頭的真空腔和能隔絕真空反應室與真空腔的真空切斷閥a ;真空罐 蓋車系統、混合粉劑噴吹系統、真空噴粉槍系統、測溫取樣槍系統、真空加料系統全部焊接 在真空罐蓋上，整個真空罐蓋吊掛在真空罐蓋車系統上；虹吸熔渣出渣系統內置電加熱熔 渣加熱器；設置與真空罐相連接的兩個真空腔，真空腔有渣罐；其特征還在于：收集及抽真 空系統包括連接在真空室內防濺蓋上的除塵凈化器、兩套收集器、抽真空機組系統，除塵凈 化器與防濺蓋由帶真空切斷閥b的管路連接，收集器與除塵凈化器之間用可移動U形彎頭 連接，可移動U形彎頭前后各設置一個切斷閥，與抽真空機組系統用帶閥門的管路連接，收 集器內帶熔渣加熱器，熔渣加熱器設置成帶水冷的形式；包含兩套采用感應加熱方式或電 弧、等離子加熱方式的真空罐式冶煉設備，兩套真空罐式冶煉設備與一套收集器、抽真空機 組系統、氬氣除塵器、回收氬氣貯罐、氬氣加壓泵連通。
[0005] 提供一種用于上述設備的金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，以煉鎂為例作 為實施方案，金屬鋅、鉛、鋰的冶煉與鎂金屬冶煉原理、設備相同；其特征在于：包括先將 35%?95%的硅鐵加入熔體包中加熱升溫至1350?1680°C后熔化成液態，助溶劑按照含 鎂礦粉的3%?10%添加，含鎂礦粉和助溶劑在入噴粉罐前被混合，或在混料管道中被惰 性氣體均勻混合后，通過真空噴粉槍系統連續噴入液態硅鐵還原劑中，開啟抽真空機組系 統使真空罐內的壓強降至3?5000Pa，所噴入的含鎂礦粉被硅鐵液還原生成單質鎂，并以 鎂蒸汽的形式溢出熔體包的上部空間內，在真空系統的抽力作用下，通過防濺蓋上的導氣 管在除塵凈化器中凈化，收集器中得到收集，當熔體包中的熔渣渣線高過熔渣溢流槽的槽 口時，通過虹吸排渣系統排入大氣中的渣罐；其特征還在于：熔體包中的熔渣通過熔渣溢 流槽可以連續將熔渣排入真空虹吸排渣管路，設置與真空罐連接的兩個真空腔，真空下將 熔渣先排出到與真空罐相連的第一個真空腔的渣罐中，移動渣罐車到第二個真空腔中，關 閉位于第一個真空腔與第二個真空腔之間的閥門，切斷第一個渣罐腔室與真空罐的連接， 使真空罐保持連續真空冶煉，打開位于第二個真空腔與大氣環境之間的真空切斷閥，滿罐 渣在非真空下由渣罐車移出，兩道真空閥組切換操作，更換空渣罐從第二個真空腔至第一 個真空罐腔室的渣罐位置，排渣繼續進行；反應生成的金屬蒸汽經防濺蓋導出管導出后在 除塵凈化器中凈化后進入收集器中被收集，通過控制收集器的加熱器加熱溫度或控制冷卻 水的水量和水壓，金屬蒸汽可在真空下進行液態或固態收集，且不影響還原過程的連續性， 也不會影響金屬蒸汽的連續冷凝。液態收集的金屬可進入精煉處理工序；兩套采用感應加 熱方式或電弧、等離子加熱方式的真空罐式冶煉設備，共用一套收集器、抽真空機組系統、 氬氣除塵器、回收氬氣貯罐、氬氣加壓泵，其中一套真空罐式冶煉設備用于煉鎂反應時，另 一套用于冶煉硅鐵還原劑；關閉總閥切斷閥b，可以切斷真空罐式冶煉設備與收集器之間 的管路，從而用于冶煉硅鐵（增加還原劑濃度），冶煉硅鐵的鐵水是煉鎂反應結束后的熔體 包內剩余的鐵水，打開總閥切斷閥b，即可連通真空罐與收集器，從而再次用于煉鎂反應， 大大節約了還原劑的成本，可不用停爐操作，實現連續煉鎂；氬氣回收系統收集來自于抽真 空機組系統的氬氣，被連接到氬氣除塵器、回收氬氣貯罐、氬氣加壓泵的管路中，噴吹混合 料過程中帶入的氬氣，進入熔池后溢出，通過抽真空機組系統氬氣加壓泵經過管路最后進 入氬氣除塵器、回收氬氣貯罐進行再利用；在真空罐頂部噴吹粉料，對熔池進行攪拌，增加 煉鎂反應速度，其攪拌方向與感應加熱的電磁力攪拌力反方向，既兼顧攪拌熔池增加反應 速率，又兼顧防止熔池中溶體、渣液飛濺；少量飛濺可以通過吊掛在真空罐蓋下的防濺蓋阻 擋在熔體包中；測溫取樣槍帶有升降系統，可實現真空下測溫與取樣，關閉真空切斷閥a， 測溫、取樣槍的槍頭可在測溫取樣真空腔中實現真空冶煉狀態下更換槍頭；內磁軛與外磁 軛的加熱方式使熔體包磁軛系統的漏磁顯著降低，且可阻止徑向磁場在包殼表面形成環形 渦流，導致包殼表面渦流損耗可減少90%以上，同時使熔池熔體的吸收功率可上升8%? 10 %，總消耗功率將下降約5 %。
[0006] 本發明的有益效果：1、由于提供兩套真空罐式冶煉設備，共用收集器、抽真空機組 系統以及氬氣回收系統，兩套設備輪換用來金屬冶煉生產和硅鐵還原劑的補充，兩套設備 的輪換通過真空切斷閥控制，不用停爐操作，冶煉硅鐵的鐵水來自煉鎂反應結束后的熔體 包內剩余的鐵水，從而實現鐵水的循環利用，避免了煉鎂反應結束后鐵水的浪費，實現連續 煉鎂，生產周期由l〇h縮短到30min。2、由于采用的熱源是電，相比較皮江法，污染物的排 放大大減少，噸煤能耗及生產成本也隨之降低。3、由于采用外磁軛與內磁軛感應加熱方式， 對熔池中的熔體還原劑直接加熱，使熔體包一磁軛系統的漏磁顯著降低，且可阻止徑向磁 場在包殼表面形成環形渦流，從而使熔體包包殼表面渦流損耗可減少90%以上，同時使熔 池熔體的吸收功率可上升8%?10%，總消耗功率將下降約5%，并且對熔池具有攪拌作用 強。4、由于真空噴粉槍系統中噴粉槍帶有能更換噴粉槍槍頭的真空腔和能隔絕真空反應 室與真空腔的真空切斷閥a，是從真空罐蓋和防濺蓋頂部插入熔體包熔池里，噴吹的混合流 體對熔池的攪拌作用力與電磁感應對熔池的攪拌力相互耦合形成抑制噴濺的流動場，從而 實現冶煉過程中噴粉槍槍頭的更換，并且既能延長被還原粉料在熔體中的停留時間，增加 反應速率，又能防止熔池中溶體、渣液飛濺。5、由于設置了兩套內帶加熱器或者設置成帶水 冷壁的收集器，通過控制收集器的加熱器加熱溫度或控制冷卻水的水量和水壓，反應生成 的金屬蒸汽可在真空下進行液態或固態收集，且不影響還原過程的連續性，液態收集的金 屬可進行精煉處理工序。6、由于虹吸管路內置電加熱熔渣加熱器，從而使熔渣在虹吸管路 中始終保持較好的流動性。7、由于在抽真空機組系統后設置了由氬氣除塵器、回收氬氣貯 罐、氬氣加壓泵組成的氬氣回收系統，從而使來源于混料噴吹系統的氬氣得到凈化，再次被 用于混料噴吹系統進行混料噴吹，實現氬氣的循環利用，節省了資源和成本。8、由于熔體包 的分條無磁不銹鋼板設計，起到降低電磁感應損失和降低包內熔體熱量損失的作用，外磁 軛線圈框架可與熔體包等一起可沿設定的轉軸轉動一定的角度，以傾倒爐渣或部分還原熔 體。9、設置防濺蓋可使濺起的爐渣及金屬被擋在熔體包內而不外濺到真空罐內，同時將反 應生成的金屬蒸汽集中在防濺蓋與熔體包之間的空間內。10、設置事故處理裝置，若熔體包 內熔體發生滲漏，事故還原熔體安全閥被熔斷，熔體進入事故還原熔體澆鑄坑可以收集熔 體，并熔掉安全閥，使真空罐與其下部的事故熔體流槽或事故包相連通，事故還原熔體由真 空罐流入事故熔體流槽進入事故還原熔體澆鑄坑直接澆鑄成成品鐵合金或流入事故包中 移出處理。11、熔體包溢漁口的溢渣情況、熔體包內的反應狀況可通過焊接在真空罐蓋上的 觀察窗及電視攝像頭觀察。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0007] 附圖1是本發明實施例一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備和方法的工藝 流程示意圖；
[0008] 附圖2是本發明實施例一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備的主視圖；
[0009] 附圖3是圖2的左視圖；
[0010] 附圖4是圖2的俯視圖。
[0011] 附圖中：1.觀察窗及電視攝像頭；2.事故還原熔體澆鑄坑；3.事故熔體流槽； 4.收集器；5.可移動U形彎頭；6.真空加料系統；7.除塵凈化器；8.抽真空機組系統； 9.測溫取樣槍系統；10.真空噴粉槍系統；11.熔渣溢流槽；12.真空罐蓋車系統；13.混合 粉劑噴粉系統；14.虹吸熔渣出渣系統；15.渣罐；16.渣罐車；17.真空切斷閥a ;18.熔體 包；19.外磁軛；20.事故還原熔體安全閥；21.真空腔；22.內磁軛；23.防濺蓋；24.真空 切斷閥b ;25.真空罐；26.真空罐蓋；27.氬氣除塵器；28.回收氬氣貯罐；29.氬氣加壓泵； 30.熔渣加熱器；31.熔渣與熔體連續測溫系統。
[0012] 具體實施方法：
[0013] 下面結合附圖對本發明實施例作進一步詳細描述：如圖1?圖4所示的一種金屬 鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備，包括兩套真空罐式冶煉設備，主要有真空罐25、真空罐 蓋26、防濺蓋23、真空罐蓋車系統12、熔體包18、外磁軛19、內磁軛22、觀察窗及電視攝像 頭1組成的真空反應室系統；連接在真空室內防濺蓋23上的除塵凈化器7收集器4與抽 真空機組系統8相互用管道和真空閥門b24連接組成的收集及抽真空系統；由兩個粉料噴 粉罐、連接管道、閥門組成的混合粉劑噴粉系統13,并與真空切斷閥al7和真空腔21組成 的真空噴粉槍系統10 ;帶測溫取樣真空腔21和真空切斷閥al7的測溫取樣槍組成的測溫 取樣槍系統9,真空加料系統6,帶熔渣加熱器30的虹吸熔渣出渣系統14 ;真空反應室系統 中的熔體包18用于熔化還原劑和冶煉反應，具有降低電磁感應損失和降低包內熔體熱量 損失的作用的熔體包18采用分條無磁不銹鋼板設計，該設計采用絕熱耐火氈包裸層、絕熱 層、永久層、石墨或碳化硅工作層，熔體包18的加熱方式采用的是分別設置在熔體包18的 外部和內部的外磁軛19和內磁軛22共同感應加熱，此加熱方式使熔體包一磁軛系統的漏 磁顯著降低，且可阻止徑向磁場在包殼表面形成環形渦流，從而使包殼表面渦流損耗可減 少90%以上，同時使熔池熔體的吸收功率可上升8%?10%，總消耗功率將下降約5%，對 熔池具有攪拌作用強，感應線圈內部耐火材料及其內盛的還原熔體由線圈內的熔體包壁或 外磁軛線圈框架固定，底部以無磁不銹鋼作為底托，外磁軛19線圈框架可與熔體包18等 一起可沿設定的轉軸轉動一定的角度，以傾倒爐渣或部分還原熔體。防濺蓋6扣在熔體包 18上，并與除塵凈化器7用導管連接，之間設置真空切斷閥b24。防濺蓋6可使濺起的爐渣 及金屬被擋在熔體包18內而不外濺到真空罐內，同時將反應生成的金屬蒸汽集中在防濺 蓋23與熔體包18之間的空間內，金屬蒸汽的導出管設在防濺蓋23的上部或側面。真空罐 25底部設有用于事故應急的事故還原熔體安全閥20,真空外部設有事故還原熔體澆鑄坑 2,事故還原熔體安全閥20和事故還原熔體澆鑄坑2由事故熔體流槽3連接，其原理是：事 故狀態下，若熔體包18內熔體發生滲漏，事故還原熔體安全閥20被熔斷，熔體進入事故還 原熔體澆鑄坑2可以收集熔體，并熔掉安全閥20,使真空罐與其下部的事故熔體流槽3或 事故包相連通，事故還原熔體由真空罐流入事故熔體流槽3進入事故還原熔體澆鑄坑2直 接澆鑄成成品鐵合金或流入事故包中移出處理。熔渣溢流槽11焊接在真空罐中的熔體包 18側壁，熔體包18溢渣口的溢渣情況、熔體包內的反應狀況可通過焊接在真空罐蓋26上 的觀察窗及電視攝像頭1觀察。混合粉劑噴吹系統13真空噴粉槍系統10、測溫取樣槍系 統9、真空加料系統6全部焊接在真空罐蓋26上，防濺蓋23吊掛在真空罐蓋26下，整個真 空罐蓋26吊掛在真空罐蓋車系統12上，并設有橫向止動裝置。混合粉劑噴粉系統13包括 兩個帶閥門和電子稱量計的粉料噴粉罐及連接管道以及氬氣輸送管，打開真空切斷閥al7， 通過電自稱量計可以控制粉料的比例和質量，真空噴粉槍系統10帶有更換噴粉槍槍頭的 真空腔21和能隔絕真空反應室與真空腔21的真空切斷閥al7,噴粉槍由真空罐蓋26和防 濺蓋23插入熔體包18熔池里，從頂部向熔體包18噴吹粉料，噴吹的混合流體對熔池的攪 拌作用力與電磁感應對熔池的攪拌力相互耦合形成抑制噴濺的流動場，既能延長被還原粉 料在熔體中的停留時間，增加反應速率，又能防止熔池中溶體、渣液飛濺；少量飛濺可以通 過吊掛在真空蓋7下的防濺蓋6阻擋在熔體包18中。測溫取樣槍系統9包括可升降測溫 取樣槍、能更換測溫取樣槍槍頭的真空腔21和能隔絕真空反應室與真空腔21的真空切斷 閥al7,實現真空下測溫與取樣，關閉真空切斷閥al7,測溫、取樣槍的槍頭可在測溫取樣真 空換頭腔21中實現真空冶煉狀態下更換槍頭。收集及抽真空系統包括連接在真空室內防 濺蓋23上的除塵凈化器7、兩套收集器4、抽真空機組系統8,除塵凈化器7與防濺蓋23由 帶真空切斷閥b24的管路連接，收集器4與除塵凈化器7之間用可移動U形彎頭5連接，可 移動U形彎頭5前后各設置一個切斷閥，與抽真空機組系統8用帶閥門的管路連接，收集器 4內帶加熱器30或者設置成帶水冷的形式，通過控制收集器的加熱器加熱溫度或控制冷卻 水的水量和水壓，金屬蒸汽可在真空下進行液態或固態收集，且不影響還原過程的連續性， 也不會影響金屬蒸汽的連續冷凝。抽真空機組系統8能夠由多級真空泵靈活組合以達到 冶煉所需的真空度3?8000Pa。虹吸熔渣出渣系統14焊接在真空罐25側壁，與焊接在熔 體包18側壁的熔渣溢流槽11連接，并且內置電加熱熔渣加熱器30,可以保持熔渣的流動 性，熔渣通過熔渣溢流槽11可以連續將熔渣排入真空虹吸排渣管路，直接排出到大氣中放 置的渣罐15中，并被渣罐車16移走，也可以設置與真空罐25相連接的兩個真空腔，真空腔 有渣罐，真空下將熔渣先排出到與真空罐25相連的真空腔1的渣罐中，移動渣罐車到真空 腔21中，關閉位于第一真空腔與第二真空腔之間的閥門，切斷溶渣與第一罐腔室1和真空 罐的連接，使真空罐保持連續真空冶煉，打開位于第二真空腔與大氣環境之間的真空切斷 閥，滿罐渣在非真空下由渣罐車移出，兩道真空閥組切換操作，更換空渣罐從第二真空腔至 真空罐第一腔室的渣罐位置，排渣繼續進行。氬氣回收系統與抽真空機組系統8用帶閥門 的管路連接，另一端與混合粉劑噴粉系統13用管路連接，噴吹粉料帶入的氬氣經氬氣除塵 器27凈化在回收氬氣貯罐28中回收，并再次用于噴吹粉料。兩套罐式冶煉設備輪換用煉 鎂和冶煉硅鐵還原劑，共用收集器4、抽真空機組系統24以及氬氣回收系統通過關閉總閥 切斷閥b24,可以切斷真空罐式冶煉設備與收集器之間的管路，從而用于冶煉硅鐵（增加還 原劑濃度），冶煉硅鐵的鐵水是煉鎂反應結束后的熔體包18內剩余的鐵水，打開總閥切斷 閥b24,即可連通真空罐與收集器，從而再次用于煉鎂反應，大大節約了還原劑的成本，可不 用停爐操作，實現連續煉鎂。
[0014] 一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，以煉鎂為例來說明實施方案，其它金 屬的冶煉與鎂金屬冶煉原理、設備相同，本方法實施時先將75 %含娃量的娃鐵加入烙體包 27中加熱升溫至1400°C，經過lh后熔化成液態，通過電子稱量計將含鎂礦粉和助溶劑按比 例（助溶劑按照含鎂礦粉的5%添加）稱量后，并打開切斷閥在管道中被氬氣輸送的氣力混 合，通過真空噴粉槍系統10噴入液態硅鐵還原劑中，開啟抽真空機組系統8使真空罐內的 壓強降至l〇〇〇Pa，冶煉過程中升降測溫取樣槍對熔體包18中的初渣、中渣、終渣以及硅鐵 液進行取樣，在線分析其成分，當真空反應室內壓強為l〇〇〇Pa，溫度為1400°C時，所噴入的 含鎂礦粉被硅鐵液還原生成單質鎂，在觀察窗可以看到大量鎂蒸汽溢出熔體包18的上部 空間內，在真空系統的抽力作用下，通過防濺蓋23上的導氣管進入除塵凈化器7、收集器4， 控制收集器4內置電加熱器的溫度為700°C，得到含量為93%左右的液態鎂，當其中一個收 集器裝滿時，關閉此收集器的閥門進行處理鎂液，開啟另一個收集器的閥門繼續收集鎂，當 熔體包18中的熔渣渣線高過熔渣溢流槽11的槽口時，通過虹吸排渣系統14排入大氣中的 渣罐，通過取樣在線分析硅液中硅含量降至30%時，關閉與此真空罐式冶煉設備連接的收 集器的真空切斷閥b24,打開與另一臺真空罐式冶煉設備連接收集器4的真空切斷閥b24， 使用另一臺真空罐式冶煉設備煉鎂。
[0015] 本發明實施例還適用于在還原劑液相線溫度以上，能以氣態形式揮發的金屬的還 原：除了金屬鎂的還原之外，還適用于金屬鋅的還原（如鋼鐵廠除塵灰中鋅金屬還原），以 及金屬鉛、金屬鋰的還原。該還原流程為：1、抽真空機組系統8可以由單級或者多級真空 泵組合方式達到還原反應要求的8-5000Pa真空度。2、混料與噴吹：各貯粉罐備滿倉料，根 據配比要求，分別打開卸料閥門，由電子稱量器控制，將不同種類的粉料卸入儲料倉。溫度 指示滿足要求，開啟儲料倉卸料閥門，粉料在管路氣力輸送過程中混勻，并噴入真空罐熔體 包內。3、測溫取樣置于真空罐蓋車平臺上，為一個真空蓋上伸出的安裝于腔體內的測溫取 樣槍及其升降機構，測溫、取樣采用復合探頭，探頭的安裝及取出不影響還原反應在真空條 件下進行，可安裝連續測溫系統。4、虹吸熔渣出渣系統14可以連續從熔體包渣液層通過虹 吸排渣管路將熔渣直接排出到渣罐，也可以真空下先將熔渣排出到與真空罐相連的真空腔 渣罐中，由閥門切斷渣罐腔室與真空罐的連接，令真空罐連續真空冶煉，滿罐渣在非真空下 由渣罐車移出，兩道真空閥組切換操作，更換空渣罐至真空罐腔室的渣罐位置，排渣繼續進 行。5、金屬收集器4可以通過控制冷卻水的水量和水壓，控制收集管道內壁的水溫，使鎂、 鋅、鉛、鋰金屬在真空下固態收集，也可以液態下收集，進行液態金屬的后道工序處理。
【權利要求】
1. 一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備，由觀察窗及電視攝像頭（1)、收集器 (4)、真空加料系統（6)、除塵凈化器（7)、測溫取樣槍（9)、真空噴粉槍系統（10)、渣罐（15)、 渣罐車（16)、真空切斷閥a(17)、真空腔（21)、真空切斷閥b(24)、真空罐（25)、真空罐蓋 (26)組成，其特征是：還包括事故還原熔體澆鑄坑（2)、事故熔體流槽（3)、可移動U形彎 頭（5)、抽真空機組系統（8)、熔渣溢流槽（11)、真空罐蓋車系統（12)、混合粉劑噴粉系統 (13)、虹吸熔渣出渣系統（14)、熔體包（18)、外磁軛（19)、事故還原熔體安全閥（20)、內磁 軛（22)、防濺蓋（23)、氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯罐（28)、氬氣加壓泵（29)、熔渣加熱 器（30)、熔渣與熔體連續測溫系統（31);相互連接的真空罐（25)、真空罐蓋（26)、防濺蓋 (23)、真空罐蓋車系統（12)、熔體包（18)、外磁軛（19)、內磁軛（22)、觀察窗及電視攝像頭 (I) 組成了真空反應室系統；連接在真空室內防濺蓋（23)上的除塵凈化器（7)收集器（4) 與抽真空機組系統（8)相互用管道和真空切斷閥b (24)連接組成了收集及抽真空系統；由 相互連接的兩個粉料噴粉罐、連接管道、閥門組成了混合粉劑噴粉系統（13)，并與真空切斷 閥a(17)和真空腔（21)組成了真空噴粉槍系統（10);帶測溫取樣真空腔（21)和真空切斷 閥a(17)的測溫取樣槍組成了測溫取樣槍系統（9);真空加料系統（6)固定連接在混合粉 劑噴粉系統（13)的下部；帶熔渣加熱器（30)的虹吸熔渣出渣系統（14)設置在熔渣溢流槽 (II) 的下部；真空罐蓋（26)扣在真空罐（25)上，連接處有橡膠密封；防濺蓋（23)吊掛在 真空罐蓋（26)上，外磁軛（19)和內磁軛（22)分別設置在熔體包（18)的外部和內部；真空 加料系統（6)、真空噴粉槍系統（10)、測溫取樣槍系統（9)、觀察窗及電視攝像頭（1)焊接在 真空蓋（26)上，設有橫向止動裝置的真空蓋（26)吊掛在真空罐蓋車系統（12)上；帶真空 切斷閥a(17)的除塵凈化器（7)與收集器（4)由可移動U形彎頭（5)管路法蘭連接，連接 法蘭之間設有真空密封環；虹吸熔渣出渣系統（14)與真空罐（25)焊接，熔渣溢流槽（11) 焊接在熔體包（18)側壁上，虹吸熔渣出渣系統（14)出渣口與外部大氣連通，出渣口下部 設置有渣罐（15)，渣罐（15)置于渣罐車（16)上；事故還原熔體安全閥（20)設置在真空罐 (25)底部，事故還原熔體澆鑄坑（2)設置在真空罐外的地下，事故還原熔體澆鑄坑（2)與 事故還原熔體安全閥（20)之間由事故熔體流槽（3)連接起來；相互連接的抽真空機組系統 (8)、氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯罐（28)、氬氣加壓泵（29)組成了氬氣回收系統；觀察窗 及電視攝像頭（1)焊接在真空罐蓋（26)上；熔渣、熔體連續測溫系統（31)從熔體包（18) 的外磁軛上部插入熔體包碳質或碳化硅質耐火材料內；熔體包（18)是分條無磁不銹鋼板 設計，設有絕熱耐火氈包裸層、絕熱層、永久層、石墨或碳化硅工作層，外磁軛（19)和內磁 軛（22)分別設置在熔體包（18)的外部和內部，感應線圈內部耐火材料及其內盛的還原熔 體由線圈內的熔體包壁或外磁軛線圈框架固定，底部以無磁不銹鋼作為底托，可沿設定的 轉軸轉動一定的角度的外磁軛（19)線圈框架與熔體包（18)固定連接；防濺蓋（23)扣在熔 體包（18)上，并與除塵凈化器（7)用導管連接，之間設置真空切斷閥b (24);金屬蒸汽的導 出管設在防濺蓋（23)的上部或側面；真空罐（25)底部設有用于事故應急的事故還原熔體 安全閥（20)，真空罐（25)下部設有事故還原熔體澆鑄坑（2)，事故還原熔體安全閥（20)和 事故還原熔體澆鑄坑（2)由事故熔體流槽（3)連接；抽真空機組系統（8)由能夠以達到冶 煉所需的真空度3?8000Pa的多級真空泵靈活組合；混合粉劑噴粉系統（13)包括兩個帶 閥門和電子稱量計的粉料噴粉罐及連接管道和氬氣輸送管；真空噴粉槍系統（10)的噴粉 槍帶有能更換噴粉槍槍頭的真空腔（21)和能隔絕真空反應室與真空腔（21)的真空切斷閥 a(17);真空罐蓋車系統（12)、混合粉劑噴吹系統（13)、真空噴粉槍系統（10)、測溫取樣槍 系統（9)、真空加料系統（6)全部焊接在真空罐蓋（26)上，整個真空罐蓋（26)吊掛在真空 罐蓋車系統（12)上；虹吸熔渣出渣系統（14)內置電加熱熔渣加熱器（30);設置與真空罐 (25)相連接的兩個真空腔，真空腔有渣罐。
2. 如權利要求1所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備，其特征在于：收集 及抽真空系統包括連接在真空室內防濺蓋（23)上的除塵凈化器（7)、兩套收集器（4)、抽真 空機組系統（8)，除塵凈化器（7)與防濺蓋（23)由帶真空切斷閥b (24)的管路連接，收集器 (4)與除塵凈化器（7)之間用可移動U形彎頭（5)連接，可移動U形彎頭（5)前后各設置一 個切斷閥，與抽真空機組系統（8)用帶閥門的管路連接，收集器（4)內帶熔渣加熱器（30)， 熔渣加熱器（30)設置成帶水冷的形式。
3. 如權利要求1所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉設備，其特征在于：包含 兩套采用感應加熱方式或電弧、等離子加熱方式的真空罐式冶煉設備，兩套真空罐式冶煉 設備與一套收集器（4)、抽真空機組系統（8)、氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯罐（28)、氬氣加 壓泵（29)連通。
4. 一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，以煉鎂為例作為實施方案，金屬鋅、鉛、 鋰的冶煉與鎂金屬冶煉原理、設備相同；其特征在于：包括先將35%?95%的硅鐵加入熔 體包（27)中加熱升溫至1350?1680°C后熔化成液態，助溶劑按照含鎂礦粉的3%?10% 添加，含鎂礦粉和助溶劑在入噴粉罐前被混合，或在混料管道中被惰性氣體均勻混合后，通 過真空噴粉槍系統（10)連續噴入液態硅鐵還原劑中，開啟抽真空機組系統（8)使真空罐內 的壓強降至3?5000Pa，所噴入的含鎂礦粉被硅鐵液還原生成單質鎂，并以鎂蒸汽的形式 溢出熔體包（18)的上部空間內，在真空系統的抽力作用下，通過防濺蓋（23)上的導氣管在 除塵凈化器（7)中凈化，收集器（4)中得到收集，當熔體包（18)中的熔渣渣線高過熔渣溢 流槽（11)的槽口時，通過虹吸排渣系統（14)排入大氣中的渣罐。
5. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：熔體 包（18)中的熔渣通過熔渣溢流槽（11)可以連續將熔渣排入真空虹吸排渣管路，設置與真 空罐連接的兩個真空腔，真空下將熔渣先排出到與真空罐（25)相連的第一個真空腔的渣 罐中，移動渣罐車到第二個真空腔中，關閉位于第一個真空腔與第二個真空腔之間的閥門， 切斷第一個渣罐腔室與真空罐的連接，使真空罐保持連續真空冶煉，打開位于第二個真空 腔與大氣環境之間的真空切斷閥，滿罐渣在非真空下由渣罐車移出，兩道真空閥組切換操 作，更換空渣罐從第二個真空腔至第一個真空罐腔室的渣罐位置，排渣繼續進行。
6. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：反應 生成的金屬蒸汽經防濺蓋（23)導出管導出后在除塵凈化器（7)中凈化后進入收集器（4) 中被收集，通過控制收集器的加熱器加熱溫度或控制冷卻水的水量和水壓，金屬蒸汽可在 真空下進行液態或固態收集，且不影響還原過程的連續性，也不會影響金屬蒸汽的連續冷 凝。液態收集的金屬可進入精煉處理工序。
7. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：兩 套采用感應加熱方式或電弧、等離子加熱方式的真空罐式冶煉設備，共用一套收集器（4)、 抽真空機組系統（8)、氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯罐（28)、氬氣加壓泵（29)，其中一套真 空罐式冶煉設備用于煉鎂反應時，另一套用于冶煉硅鐵還原劑；關閉總閥切斷閥b (24)，可 以切斷真空罐式冶煉設備與收集器之間的管路，從而用于冶煉硅鐵（增加還原劑濃度），冶 煉硅鐵的鐵水是煉鎂反應結束后的熔體包（18)內剩余的鐵水，打開總閥切斷閥b(24)，即 可連通真空罐與收集器，從而再次用于煉鎂反應，大大節約了還原劑的成本，可不用停爐操 作，實現連續煉鎂。
8. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：氬氣 回收系統收集來自于抽真空機組系統（8)的氬氣，被連接到氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯 罐（28)、氬氣加壓泵（29)的管路中，噴吹混合料過程中帶入的氬氣，進入熔池后溢出，通過 抽真空機組系統（8)氬氣加壓泵（29)經過管路最后進入氬氣除塵器（27)、回收氬氣貯罐 (28)，進行再利用。
9. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：在真 空罐（25)頂部噴吹粉料，對熔池進行攪拌，增加煉鎂反應速度，其攪拌方向與感應加熱的 電磁力攪拌力反方向，既兼顧攪拌熔池增加反應速率，又兼顧防止熔池中溶體、渣液飛濺； 少量飛濺可以通過吊掛在真空罐蓋（26)下的防濺蓋（23)阻擋在熔體包（18)中。
10. 如權利要求4所述的一種金屬鎂、鋅、鉛、鋰的真空罐式冶煉方法，其特征在于：測 溫取樣槍帶有升降系統，可實現真空下測溫與取樣，關閉真空切斷閥a(17)，測溫、取樣槍 的槍頭可在測溫取樣真空腔（21)中實現真空冶煉狀態下更換槍頭；內磁軛（22)與外磁 軛（19)的加熱方式使熔體包磁軛系統的漏磁顯著降低，且可阻止徑向磁場在包殼表面形 成環形渦流，導致包殼表面渦流損耗可減少90%以上，同時使熔池熔體的吸收功率可上升 8%?10%，總消耗功率將下降約5%。
【文檔編號】C22B26/12GK104087752SQ201410363490
【公開日】2014年10月8日 申請日期:2014年7月28日 優先權日:2014年7月28日
【發明者】梁文玉, 郭華, 汪玉嬌 申請人:北京中冶設備研究設計總院有限公司