[实用新型]具有增强散热作用的水套和结晶筒的金属镁还原结晶系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用皮江法炼镁的还原装置，具体为具有增强散热作用的水套和结晶筒的金属镁还原结晶系统。

背景技术

皮江法炼镁是将煅烧后的白云石和一定量的硅铁（还原剂）制粉混合后压制成料球，将压制成的料球放在还原罐内，还原罐内抽成低于13Pa以下的真空；还原罐放在加热炉（又叫还原炉）内，在1200℃左右的温度下加热，使煅烧后的白云石（MgO＋Ca0）与硅铁进行还原反应，从而置换出金属镁，置换出的金属镁蒸汽在罐外遇到由循环水套冷却后的结晶筒后结晶，变为粗镁。

还原罐内抽成真空主要目的是降低还原反应的能量---吉布斯自由能，使其能够在1200℃的工况下实现还原反应。不同的平衡蒸汽压对应有不同的反应温度，平衡蒸汽压越大，反应需要的温度越高。

目前的还原工艺一般是在1220℃以上（最高可达1280）的炉内温度下实现还原，还原时间为11～12小时，平均料镁比（料球重量/出镁量）为6.2～6.5左右。

如图1所示，皮江法炼镁的装置包括还原炉、还原罐和结晶系统等，所述结晶系统主要包括水套和结晶筒。首先，将料球2装入到还原罐1内，然后放置挡火板3，安装结晶筒和水套，安放完毕后封盖开始抽真空，还原罐长期放置在还原炉里，还原炉内温度一般为1200℃～1250℃，受还原罐耐温条件限制，最高可以达到1280℃，随着加热时间的延长，料球的温度也在逐渐升高，真空度逐渐提高；当真空剩余压力达到13Pa以下时，还原罐内温度达到1180℃时开始还原反应（实际还原反应随料球温度、真空度不同会有变化）， 反应过程中，料球中的硅通过还原反应置换出煅白（MgO·CaO）中的镁，置换出来的金属镁在高温下以蒸汽形式存在，由于金属镁属于高蒸汽压介质，在1200℃左右还原罐内和结晶筒空间内的平衡蒸汽压力一般为4400～6500Pa，在一定温度和蒸汽压的条件下实现还原反应。当还原置换后的镁蒸汽，到达结晶筒空间后，由于结晶筒受冷却水套的冷却，其空间温度为500℃～600℃左右，在该温度区域，过热的金属镁蒸汽变为饱和或过饱和的金属镁蒸汽，过饱和的金属镁蒸汽遇到结晶筒的低温壁面，继续冷凝变为固体，结晶到结晶筒壁面上。金属镁由蒸汽冷凝结晶为固相，相变反应有热量释放，所释放的热量经过结晶筒由冷却水套通过循环水排出筒外，结晶筒部位的温度保持稳定。另一方面，由于镁蒸汽结晶，使镁蒸汽空间压力变小，使还原反应向正方向进行，又有新的镁蒸汽产生。与此同时，反应中出现的不凝气体，通过抽真空装置排出系统之外。只要是还原空间的实际压力小于工况温度下的反应平衡压力，还原反应一直连续进行。如此周而复始。

理想的反应过程是：在一定的温度工况下，还原反应产生的金属镁蒸汽，全部能够被及时的在结晶筒内凝结，而凝结发生相变释放的热量，通过冷却水套能够及时排出，同时，反应过程中产生的不凝气体，随抽真空系统及时排出，保持剩余压力在13Pa以下，各方保持平衡，从而连续、平衡、高效的工作。而实际过程中往往会出现较大的偏差，比如：在还原高峰期，还原出的镁蒸汽较多，还原出的镁蒸汽到达结晶筒区域后，由于镁蒸汽结晶而释放热量，如果所释放的热量不能及时排出，那么就会降低结晶效率，由于被加热部分有镁蒸汽源源不断的还原产生，而镁蒸汽又不能获得同步结晶，从而使镁蒸汽的空间压力增加，当镁蒸汽的空间蒸汽分压增加后，就会打破还原反应的平衡，降低还原速度，在高的压力下，如果要求还原反应正常进行，就需要增加能量输入，也就是需要增加工况温度，如此的梯度增长会使还原反应的条件变差（高温、高压），高的工况温度也会降低还原罐的使用寿命。同时，由于结晶潜热不能及时排出，直接导致镁的还原效率下降，还原时间延长，还原时间的延长导致单位时间内的还原生产率降低和吨镁的能耗增加。以上综合因素导致还原工序的成本增加。

因此，运用皮江法炼镁要想获得高的还原效率和低得还原工况温度，增加结晶筒的散热能力将是克服其瓶颈的关键技术，因此，有必要对现有的冷却水套和结晶筒进行改进。

发明内容

本实用新型为了解决利用皮工法炼镁的结晶系统结构不甚合理的问题，提供了一种具有增强散热作用的水套和结晶筒的金属镁还原结晶系统。

本实用新型是采用如下技术方案实现的：

一种具有强冷型水套和结晶筒的金属镁还原炉，包括冷却水套和结晶筒；所述冷却水套的内壁设有金属肋片。

工作时，通过在冷却水套的内壁增加肋片（翅片），从而增加了冷却水套内侧的给热面积，提高了冷却水套的热交换能力，从而增加水套向冷却水散热的能力，配合结晶筒将结晶过程释放的热量及时排出，获得高的还原效率。