大型竖式炉炼镁新工艺实现升级换代

本文摘要：镁合金作为21世纪最不具潜力的一种结构材料，受到业界的高度注目，但其在冶金、提炼以及合金化过程中的一系列关键问题相当严重制约了镁行业的身体健康较慢发展。基于此，西安科技大学材料科学与工程学院王晓刚教授团队在理论计算出来与数值仿真的基础上，积极开展了多层次多种规模的系列试验，研发顺利了大型连续式电内热法竖式炉精镁及合金化新技术。

镁合金作为21世纪最不具潜力的一种结构材料，受到业界的高度注目，但其在冶金、提炼以及合金化过程中的一系列关键问题相当严重制约了镁行业的身体健康较慢发展。基于此，西安科技大学材料科学与工程学院王晓刚教授团队在理论计算出来与数值仿真的基础上，积极开展了多层次多种规模的系列试验，研发顺利了大型连续式电内热法竖式炉精镁及合金化新技术。半工业化试验获得了较好的效果，技术指标先进设备可信，未来将会构成大型绿色高效较短流程精镁及合金化新技术与新装备，从而解决问题传统镁冶金及合金化的根本性问题，为提高金属镁的冶金及其合金化技术获取技术承托。镁及其合金以其优良的性能沦为当今世界最不受注目的新型绿色工程材料之一。

中国镁产业具备较好的资源条件，已沦为我国具备竞争力的可持续发展优势产业之一。随着结构轻量化技术及环保问题的市场需求，更进一步性刺激了镁及其合金工业的发展。但在镁及其合金的冶金、提炼以及合金化过程中，不存在污染相当严重、资源消耗大、产品纯度较低、晶粒粗壮以及深加工艰难等一系列的问题，很大地容许了镁产业的发展。

因此要将我国镁产业由生产大国提高为生产强国，必需解决问题产业链中的一系列关键问题。镁冶金的关键问题我国原镁生产的98%以上使用皮江法，它是以焙烧白云石为原料，硅铁为还原剂，在1200℃左右展开真空热还原成产生镁蒸气，并冷凝结晶出细镁。

近10余年，这种“真空还原成罐间歇式”萃取镁的方法，经过不断创新实践中，构建了工艺和装备方面诸多卓有成效的突破，但距离高效、高质量、绿色冶金的差距还相当大，仍有许多关键问题没能解决问题。主要展现出在：环境污染相当严重，必要和间接废气33TCO2/TMg;还原成周期过长，每个还原成罐从装料到萃取细镁用时在8~10h;单罐生产能力较低，平均值单个还原成罐的产量为20.5~22.8kg;能耗大，平均值吨镁耗电4.5t标煤左右;热效率较低，还原炉中，用作冷却原料球团和获取反应热的能量，仅有分别还原炉总能耗的3.66%和19.83%，而违宪热损耗高达76.51%;还原成罐体寿命短，长年处在高温含氧的环境中的还原成罐用于寿命短(仅有60天)，不但影响生产，且成本增大;劳动强度大、作业环境劣，皮江法精镁必须人工鸡渣和装料，完全没机械化、自动化操作者;细镁纯度尚待提升，扣除细镁的主要杂质是一些蒸气力较高的金属杂质以及少量来自炉料的非金属杂质，如MgO、CaO、SiO2和Fe2O3等。尽管细镁纯度在98%以上，但在工业应用于前，仍须要提炼工序。

因此，提高镁的竞争力，首先须要彻底转变镁冶金的现状，对“真空还原成罐间歇式”还原成工艺及其装备展开革命性的变革。解决方案——具备独立自主产权的“连续式电内热法竖式大型精镁炉”装备针对“真空还原成罐间歇式”精镁的实际情况，项目组成员经过多年大大的研究-计算出来-仿真-设计-实验-脱胎，构成了一套具备独立自主产权的“连续式电内热法竖式大型精镁炉”的解决方案和设备，并展开了多次半工业化规模性试验，获得了较好的效果。第一阶段为理论计算出来和仿真：创建在温度场变换原理、动态表面负荷、短距离较慢热传导和热能高效利用原理之上，首次明确提出了多热源-内热式-电热法竖式炉较慢精镁方法，通过温度场的计算出来仿真指出，电内热法可使炉内温度场三维均匀分布，大幅度提高能量利用率，显著延长还原成时间。

第二阶段展开了有所不同反应器设计及试验：在前期计算出来仿真的基础上，展开了有所不同规格的反应器设计和试验。第三、四阶段的试验展开了半连续性电内热法竖式炉试验、电内热法大型连续性竖式精镁炉设计及装备设计。“连续式电内热法竖式大型精镁炉”解决问题了镁冶金的关键问题，主要展现出在炉式还原成替换罐式还原成，装料量可根据供电容量。

该工艺理论上可无限大，结晶器可充足宽，将单罐镁产量由20kg左右提升至单炉产量500kg以上，单炉产量大，构建了集约化生产。其中，改为外围冷却为内部冷却，构建了热源与原料的必要认识，强化了热传导效果，热利用率提升至60%以上，还原成时间延长为3h~5h，能耗明显降低。新工艺及装备，将镁冶金的能耗由12900~13500kWh/TMg降到8000~10000kWh/TMg;改为卧式还原成系统为竖式还原成结构，在重力起到下，构建半倒数—连续式出入漆，大幅提高生产效率，减少劳动强度;用洗手的电能源冷却，抛弃污染相当严重的煤、气冷却，掌控了粉尘、烟尘及CO2、CO、SO2等温室气体和危害气体的废气，构建清洁生产。还原成出有细镁的的组织颗粒、纯度低、损耗小，为先前提炼奠下了基础。

为在距离推开火板50cm和75cm一处，颗粒的冷凝产物层，且质地层较薄，其纯度皆在99.32~99.91wt.%以上，远高于罐式间歇式还原成的细镁纯度(98wt.%)。实行效果贞着通过这些工作的积极开展，攻下传统皮江法精镁能源消耗大、装备水平劣、自动化程度较低、劳动强度大、生产和产品质量不平稳、环境污染相当严重、资源浪费大等共性技术难题。半工业化试验获得了先进设备的经济技术指标：大幅度提高冶炼炉热效率，还原成时间延长为5～6小时;能耗减少30%以上;电耗8000~10000kWh/TMg;构建半倒数-连续性热进料、热出渣、间歇式出有镁的生产作业形式;镁还原成亲率超过85%~93%，料镁比≤6.0，还原成渣中MgO瓦解量平均值在2%~5%之间，镁纯度在99.32~99.91wt.%以上;解决问题了煤、重油、煤气和天然气冷却生产所带给的大量烟尘污染和温室气体废气问题，提高生态环境，构建还原成工段的清洁生产。本技术冶金细镁成本大约12000元/吨，经济效益好。

大型连续式电内热法精镁发展规划预计2016年6月底前，竣工单炉装料量6吨年产1500吨镁的生产样板线，已完成技术-装备-工艺-掌控的全面定型。2017年前，和国内涉及企业合作，竣工单炉装料12~18吨年产3万吨镁的大型样板生产线，该样板线将集新工艺、新技术与新装备一起，超过世界领先水平。2018年在全国推展，创产值100亿元以上。该精镁与合金化新技术与新装备集冶金-提炼-合金化于一体，具备较短流程、高效、节约能源、降耗、清洁生产等优势，未来将会彻底改变传统精镁与合金化作业模式，确实使镁产业沦为为高新技术产业，构建精镁技术升级换代，尽早促成我国由镁“大国”到“强国”的改变。

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