[发明专利]多层节能还原炉制备金属镁的方法

说明书

技术领域

本发明属于有色金属冶炼以及能源高效利用领域，涉及一种新型多层蓄热式金属镁还原工艺，提供一种温度分布均匀、低能耗、低污染的新型节能还原炉，并最大限度循环利用烟气余热的方法，可以提高金属镁的生产效率和降低NO_x排放。

背景技术

镁及镁合金作为一种新型的应用材料，近年来已广泛应用于军用、民用领域的许多方面；镁合金作为最轻的结构材料，能满足交通运输业日益严格的节能和尾气排放的要求。另外我国是镁资源大国，储量居世界首位，也是世界上产镁最多的国家。改进原镁冶炼技术是我国镁工业发展的出路。

我国传统的炼镁多采用符合我国国情的皮江法炼镁工艺，其工艺实质是将白云石在回转窑中煅烧，然后经过研磨与硅铁粉和萤石粉混合制球，送入耐热钢还原罐内，在1190℃～1210℃的温度及真空条件下，还原制成粗镁，最后经过熔剂精炼、铸锭、表面处理、产生金属镁锭。

而在整个皮江法炼镁工艺过程中，最需要改进的环节是真空还原炼镁阶段。传统的金属镁冶炼工艺多采用单层外加热式真空蒸馏罐，内用硅铁还原白云石制镁的工艺。就加热方式而言，目前我国采用最广的为返焰式加热，主要是将高温烟气从烟气入口引入炉膛后，对还原罐由上到下进行对流加热，但由于烟气在炉膛内停留很短，对还原罐的对流换热效率非常低，高温烟气也没有得到有效的回收和充分的利用；另外还原罐在这种还原炉内的传热过程中，与烟气的对流换热在轴向上存在明显的不均匀，燃烧温度控制不灵活，造成还原罐的使用寿命不均一，生产出的金属镁品质很低。因此传统的加热方式普遍存在着高耗能、高污染、热利用率低、工业自动化程度低、还原罐寿命短等问题。

随着高温空气燃烧技术的发展，为大幅度提高炼镁效率提供了可能性。高温空气燃烧技术是上世纪八十年代末田中良一等人提出的一种新概念燃烧技术，它突破了几百年来人们对燃烧的传统认识，这种技术采用两个蓄热式烧嘴相互交替工作，通过蓄热体极限回收烟气余热并将助燃空气预热到1000℃以上，这样，即使是热值很低的燃料也能实现稳定着火和高效燃烧。这项技术是一项划时代的节能和环保技术，可以满足在极限回收烟气物理热的同时，维持空气中较低的含氧量，获得性能优异的火焰，以及极低的NO_x排放量，达到最佳的节能和环保效果。

在此基础上发展起来的新型蓄热式金属镁还原炉，结合了高温空气燃烧技术与金属镁还原工艺的特点。燃烧方式使用高效直燃式，燃烧器布置在还原炉的两端墙上，火焰直接辐射加热炉内的耐热钢还原罐。摒弃传统金属镁还原炉的倒焰的加热方式，而是使用直接裸烧的方式，直燃式裸烧可以强化烟气与还原罐之间的传热过程，而这恰好可以打破制约传统还原炉生产率和热效率的瓶颈。

现有的金属镁还原炉所采用的蓄热室多布置于左右两侧端墙的底部，蓄热室A和B内部充满新型蓄热体陶瓷蜂窝体或陶瓷小球。正常运行时，A组蓄热室放热，加热流经A组蓄热体的空气；此时，B组蓄热室吸热，回收流经B组蓄热体的烟气的显热。经过一个换向周期后，A组蓄热体吸热，B组蓄热体放热，这样，两个蓄热室可以交替切换工作状态来回收高温烟气中的余热。还原炉的两端墙内部布置过气(高温空气或烟气)通道。炉膛中的高温烟气由烧嘴排出后经过过气通道进入蓄热室，蓄热室中预热后的空气也是经过该过气通道再通过烧嘴进入炉膛助燃。

将高温空气燃烧技术应用于能耗颇高的金属镁还原炉上，可使排出炉膛的高温烟气(1200℃左右)的热量得到最大限度的回收，从而可以使还原炉的热效率大幅提高，具有很好的节能效果，可以获得良好的经济效益和环保效果。

这种新型的蓄热式金属镁还原炉可以提供均匀的温度场，从而在提高还原效率、减少有害气体排放的同时，可以最大限度的回收并利用烟气余热，符合节能环保和循环型经济的产业要求。

基于蓄热式金属镁还原炉的优秀性能，如何将高温空气燃烧技术真正有效的应用于金属镁还原炉成为我们研究的重中之重。但目前的工艺中绝大多数采用的仅为单层或双层还原罐的蓄热式还原炉，还原炉内无用空间大，还原罐的支撑墙占据较大空间，影响热传导；炉膛内温度分布不均匀，对还原罐的烧损有较大差异，并且影响物料反应的均匀性，热量损失巨大；受到空间的限制，空气燃烧技术所形成的均匀高温没有得到充分的利用，还原罐的使用数量有限，不能保证高效率的工作状态；蓄热室的作用有限，左右两侧底端的蓄热室不能对煤气或空气进行有效的预热。