本發明屬于真空冶金設備技術領域，具體涉及一種高溫銅質線圈鎂還原罐電磁感應加熱裝置，可用于熱還原法制備鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬的設備。

背景技術：

鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬，可以使用熱還原法在真空條件下制備。目前在金屬鎂生產領域中，廣泛使用的還原設備是使用燃氣等直接加熱由耐熱合金制成的還原罐。此法受還原罐結構及材料性能的限制，反應溫度低、傳熱慢、能耗高，并且由于還原罐的氧化等損耗大量消耗昂貴的鎳鉻合金。

實用新型專利號zl96247592.0中公開了一種感應加熱還原煉鎂裝置，其中公開了一個技術特點，加熱過程中使用感應加熱使被加熱工件自身發熱，感應線圈及電源均處于冷態，熱量損耗小，能耗低，熱效率顯著提高。但是在該技術方案中，還原罐外壁上敷設有輕質保溫層，罐體外壁上繞設有與罐體相絕緣的感應線圈，而其權利要求書中并未描述清楚感應線圈與保溫層的關系，使得該技術無法實現，若按其說明書中描述感應線圈處冷態，工作時還原罐為高溫狀態，保溫層存在熱量耗散。保溫層加厚，熱傳導損耗小，感應線圈處于保溫層外，直徑增大，線圈電阻損耗增加。綜合考慮感應加熱裝置的熱傳導損耗和線圈電阻損耗，處于冷態的感應線圈位于保溫層之外，總損耗并不是最優。

技術實現要素：

本發明為了解決現有技術中存在的感應加熱還原鎂裝置中公開存在矛盾導致無法實現的問題，提供了一種高溫銅質線圈鎂還原罐電磁感應加熱裝置。

為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種高溫銅質線圈鎂還原罐電磁感應加熱裝置，包括還原罐、第一保溫層、感應線圈和第二保溫層，所述還原罐外壁上敷設有第一保溫層；所述感應線圈放置于第一保溫層外；所述感應線圈外敷設有第二保溫層；所述感應線圈采用銅線，工作溫度為900～1000℃；所述電磁感應加熱裝置置于真空環境或填充有減輕銅質感應線圈氧化的保護性氣體環境中。圖2給出了不同熱傳導損耗下的煉鎂還原系統總損耗(標幺值)隨感應線圈所處溫度的變化關系，在保證傳輸功率、銅線質量一定的情況下，可見在不同保溫層厚度下，即在任一熱傳導損耗下，隨著感應線圈直徑的減小，其在保溫層所處溫度升高，總損耗越小。在感應線圈處于保溫層最外側，即冷態時，總損耗達到最大，能量利用效率最低。銅線熔點為1083℃，當允許感應線圈工作的最大溫度達到1000℃，圖3給出了總損耗隨著熱傳導損耗的變化關系。可見，在高溫1000℃時，存在總損耗最小值使得能量傳輸效率達到最大。

所述第一保溫層和第二保溫層由導熱系數較低的氧化鋁陶瓷纖維和硬質碳氈構成，根據溫度分布對第一保溫層和第二保溫層材料進行布置，溫度不高于500℃時，采用氧化鋁陶瓷纖維作為保溫層材料，高于500℃時，采用硬質碳氈作為保溫層材料。

本發明采用以上技術方案，與現有技術相比，本發明具體如下優點：

1、感應線圈放置于保溫層中，且工作溫度達到900～1000℃，而非冷態，這樣可以減小還原過程的總損耗，提高能量傳遞效率；

2、還原罐外抽真空或填充減輕銅質感應線圈氧化的保護性氣體，可有效防止感應線圈銅線高溫氧化。在罐外抽真空的情況下，罐體承壓大大減小，材料熱強度需求降低，因此，還原罐只需使用普通耐熱鋼制造；

3、工作時，由電源裝置施加在感應線圈上的高頻交流電在還原罐中產生交變的磁場。由此在還原罐中產生感應電流。在還原罐中感生的電流產生的熱量通過傳導和輻射兩種方式對爐料進行加熱。通過這一電磁感應過程，電能無接觸地傳遞給還原罐來加熱反應爐料；

4、本發明設計合理，可以減小還原過程的總損耗，提高了能量傳遞效率；主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產。

附圖說明

圖1是本發明的結構示意圖；

圖2是本發明在不同熱傳導損耗下總損耗(標幺值)隨感應線圈所處溫度的變化關系圖；

圖3是本發明總損耗隨著熱傳導損耗的變化關系；

圖4是仿真時保溫層導熱系數所參考數據。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例中的一種高溫銅質線圈鎂還原罐電磁感應加熱裝置，包括還原罐1、第一保溫層2、感應線圈3和第二保溫層4，所述還原罐1外壁上敷設有第一保溫層2；所述感應線圈3放置于第一保溫層2外；所述感應線圈3外敷設有第二保溫層4；所述感應線圈3采用銅線，工作溫度為900～1000℃；所述電磁感應加熱裝置置于真空環境或填充有減輕銅質感應線圈3氧化的保護性氣體環境中。

所述第一保溫層2和第二保溫層4由導熱系數較低的氧化鋁陶瓷纖維和硬質碳氈構成，還原罐1外壁溫度為1200℃，第二保溫層4最外側通過冷卻裝置將其穩定在60℃。根據溫度分布對第一保溫層2和第二保溫層4材料進行布置，溫度不高于500℃時，采用氧化鋁陶瓷纖維作為保溫層材料，高于500℃時，采用硬質碳氈作為保溫層材料。仿真時保溫層導熱系數所參考數據如圖4中實線所示。

在不同保溫層厚度下，保證傳輸功率、銅線質量一定，把感應線圈3放置于保溫層中不同溫度下，通過仿真分析銅損的變化規律如圖2所示，得出感應線圈3處于保溫層中高溫時總損耗小，且在感應線圈3允許工作的最大溫度1000℃時，存在總損耗最小值使得能量利用效率達到最大，如圖3所示。

上述真空高蒸汽壓金屬還原裝置主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照本發明實施例進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發明的技術方案的精神和范圍，其均應涵蓋本發明的權利要求保護范圍中。

技術特征：

技術總結
本發明涉及真空冶金設備技術領域，具體為一種高溫銅質線圈鎂還原罐電磁感應加熱裝置，包括還原罐(1)、第一保溫層(2)、感應線圈(3)和第二保溫層(4)。所述還原罐(1)外部設置有保溫層；所述感應線圈(3)放置于第一保溫層(2)與第二保溫層(4)之間，工作溫度為900～1000℃。本發明設計合理，可以有效的減小鎂還原系統的總損耗，提高能量傳遞效率；主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產。

技術研發人員：張靜;禹健;張亞斌;白建云;印江;王琦
受保護的技術使用者：山西大學
技術研發日：2017.05.05
技術公布日：2017.07.07