一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备和方法.pdf

1、(10)申请公布号 CN 104087752 A (43)申请公布日 2014.10.08 C N 1 0 4 0 8 7 7 5 2 A (21)申请号 201410363490.1 (22)申请日 2014.07.28 C22B 5/04(2006.01) C22B 26/22(2006.01) C22B 19/20(2006.01) C22B 26/12(2006.01) C22B 13/02(2006.01) (71)申请人北京中冶设备研究设计总院有限公 司 地址 100029 北京市朝阳区安外胜古庄2号 北京中冶设备院 (72)发明人梁文玉 郭华 汪玉娇 (74)专利代理机构北京中安

2、信知识产权代理事 务所(普通合伙) 11248 代理人周淑昌 (54) 发明名称 一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备 和方法 (57) 摘要 本发明提供一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐 式冶炼设备和方法，其设备包括真空罐盖车系统、 熔体包、真空盖、真空加料系统、真空喷粉枪系统、 测温、取样枪系统、抽真空机组系统、虹吸熔渣出 渣系统、除尘净化器、收集器；真空加料系统、真 空喷粉枪系统、测温、取样枪系统设置在真空盖 上，虹吸熔渣出渣系统连接在真空罐侧壁；提供 一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，将 3595的硅铁加入熔体包内加热到1350 1680后熔化成液态，通过喷粉枪系统，将含镁原

3、料与助溶剂混合粉剂连续喷入液态硅铁中，开启 抽真空机组使真空罐内的压强降至85000Pa， 镁蒸汽溢出熔体包，经除尘净化器后收集，其优点 是：节能高效、生产周期短、产量大、污染物排放 少、资源可二次利用。 (51)Int.Cl. 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书3页 说明书7页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104087752 A CN 104087752 A 1/3页 2 1.一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备，由观察窗及电视摄像头(1)、收集器 (4)、真空加料系统(6)、除尘净化器(7)、测温取样枪(

4、9)、真空喷粉枪系统(10)、渣罐(15)、 渣罐车(16)、真空切断阀a(17)、真空腔(21)、真空切断阀b(24)、真空罐(25)、真空罐盖 (26)组成，其特征是：还包括事故还原熔体浇铸坑(2)、事故熔体流槽(3)、可移动U形弯 头(5)、抽真空机组系统(8)、熔渣溢流槽(11)、真空罐盖车系统(12)、混合粉剂喷粉系统 (13)、虹吸熔渣出渣系统(14)、熔体包(18)、外磁轭(19)、事故还原熔体安全阀(20)、内磁 轭(22)、防溅盖(23)、氩气除尘器(27)、回收氩气贮罐(28)、氩气加压泵(29)、熔渣加热 器(30)、熔渣与熔体连续测温系统(31)；相互连接的真空罐(25

5、)、真空罐盖(26)、防溅盖 (23)、真空罐盖车系统(12)、熔体包(18)、外磁轭(19)、内磁轭(22)、观察窗及电视摄像头 (1)组成了真空反应室系统；连接在真空室内防溅盖(23)上的除尘净化器(7)收集器(4) 与抽真空机组系统(8)相互用管道和真空切断阀b(24)连接组成了收集及抽真空系统；由 相互连接的两个粉料喷粉罐、连接管道、阀门组成了混合粉剂喷粉系统(13)，并与真空切断 阀a(17)和真空腔(21)组成了真空喷粉枪系统(10)；带测温取样真空腔(21)和真空切断 阀a(17)的测温取样枪组成了测温取样枪系统(9)；真空加料系统(6)固定连接在混合粉 剂喷粉系统(13)的下部

6、；带熔渣加热器(30)的虹吸熔渣出渣系统(14)设置在熔渣溢流槽 (11)的下部；真空罐盖(26)扣在真空罐(25)上，连接处有橡胶密封；防溅盖(23)吊挂在 真空罐盖(26)上，外磁轭(19)和内磁轭(22)分别设置在熔体包(18)的外部和内部；真空 加料系统(6)、真空喷粉枪系统(10)、测温取样枪系统(9)、观察窗及电视摄像头(1)焊接在 真空盖(26)上，设有横向止动装置的真空盖(26)吊挂在真空罐盖车系统(12)上；带真空 切断阀a(17)的除尘净化器(7)与收集器(4)由可移动U形弯头(5)管路法兰连接，连接 法兰之间设有真空密封环；虹吸熔渣出渣系统(14)与真空罐(25)焊接，熔

7、渣溢流槽(11) 焊接在熔体包(18)侧壁上，虹吸熔渣出渣系统(14)出渣口与外部大气连通，出渣口下部 设置有渣罐(15)，渣罐(15)置于渣罐车(16)上；事故还原熔体安全阀(20)设置在真空罐 (25)底部，事故还原熔体浇铸坑(2)设置在真空罐外的地下，事故还原熔体浇铸坑(2)与 事故还原熔体安全阀(20)之间由事故熔体流槽(3)连接起来；相互连接的抽真空机组系统 (8)、氩气除尘器(27)、回收氩气贮罐(28)、氩气加压泵(29)组成了氩气回收系统；观察窗 及电视摄像头(1)焊接在真空罐盖(26)上；熔渣、熔体连续测温系统(31)从熔体包(18) 的外磁轭上部插入熔体包碳质或碳化硅质耐火

8、材料内；熔体包(18)是分条无磁不锈钢板 设计，设有绝热耐火毡包裸层、绝热层、永久层、石墨或碳化硅工作层，外磁轭(19)和内磁 轭(22)分别设置在熔体包(18)的外部和内部，感应线圈内部耐火材料及其内盛的还原熔 体由线圈内的熔体包壁或外磁轭线圈框架固定，底部以无磁不锈钢作为底托，可沿设定的 转轴转动一定的角度的外磁轭(19)线圈框架与熔体包(18)固定连接；防溅盖(23)扣在熔 体包(18)上，并与除尘净化器(7)用导管连接，之间设置真空切断阀b(24)；金属蒸汽的导 出管设在防溅盖(23)的上部或侧面；真空罐(25)底部设有用于事故应急的事故还原熔体 安全阀(20)，真空罐(25)下部设有

9、事故还原熔体浇铸坑(2)，事故还原熔体安全阀(20)和 事故还原熔体浇铸坑(2)由事故熔体流槽(3)连接；抽真空机组系统(8)由能够以达到冶 炼所需的真空度38000Pa的多级真空泵灵活组合；混合粉剂喷粉系统(13)包括两个带 阀门和电子称量计的粉料喷粉罐及连接管道和氩气输送管；真空喷粉枪系统(10)的喷粉 枪带有能更换喷粉枪枪头的真空腔(21)和能隔绝真空反应室与真空腔(21)的真空切断阀 权 利 要 求 书CN 104087752 A 2/3页 3 a(17)；真空罐盖车系统(12)、混合粉剂喷吹系统(13)、真空喷粉枪系统(10)、测温取样枪 系统(9)、真空加料系统(6)全部焊接在真空

10、罐盖(26)上，整个真空罐盖(26)吊挂在真空 罐盖车系统(12)上；虹吸熔渣出渣系统(14)内置电加热熔渣加热器(30)；设置与真空罐 (25)相连接的两个真空腔，真空腔有渣罐。 2.如权利要求1所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备，其特征在于：收集 及抽真空系统包括连接在真空室内防溅盖(23)上的除尘净化器(7)、两套收集器(4)、抽真 空机组系统(8)，除尘净化器(7)与防溅盖(23)由带真空切断阀b(24)的管路连接，收集器 (4)与除尘净化器(7)之间用可移动U形弯头(5)连接，可移动U形弯头(5)前后各设置一 个切断阀，与抽真空机组系统(8)用带阀门的管路连接，收集器(4

11、)内带熔渣加热器(30)， 熔渣加热器(30)设置成带水冷的形式。 3.如权利要求1所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备，其特征在于：包含 两套采用感应加热方式或电弧、等离子加热方式的真空罐式冶炼设备，两套真空罐式冶炼 设备与一套收集器(4)、抽真空机组系统(8)、氩气除尘器(27)、回收氩气贮罐(28)、氩气加 压泵(29)连通。 4.一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，以炼镁为例作为实施方案，金属锌、铅、 锂的冶炼与镁金属冶炼原理、设备相同；其特征在于：包括先将3595的硅铁加入熔 体包(27)中加热升温至13501680后熔化成液态，助溶剂按照含镁矿粉的310 添加，含镁

12、矿粉和助溶剂在入喷粉罐前被混合，或在混料管道中被惰性气体均匀混合后，通 过真空喷粉枪系统(10)连续喷入液态硅铁还原剂中，开启抽真空机组系统(8)使真空罐内 的压强降至35000Pa，所喷入的含镁矿粉被硅铁液还原生成单质镁，并以镁蒸汽的形式 溢出熔体包(18)的上部空间内，在真空系统的抽力作用下，通过防溅盖(23)上的导气管在 除尘净化器(7)中净化，收集器(4)中得到收集，当熔体包(18)中的熔渣渣线高过熔渣溢 流槽(11)的槽口时，通过虹吸排渣系统(14)排入大气中的渣罐。 5.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：熔体 包(18)中的熔渣通过熔渣溢流槽(

13、11)可以连续将熔渣排入真空虹吸排渣管路，设置与真 空罐连接的两个真空腔，真空下将熔渣先排出到与真空罐(25)相连的第一个真空腔的渣 罐中，移动渣罐车到第二个真空腔中，关闭位于第一个真空腔与第二个真空腔之间的阀门， 切断第一个渣罐腔室与真空罐的连接，使真空罐保持连续真空冶炼，打开位于第二个真空 腔与大气环境之间的真空切断阀，满罐渣在非真空下由渣罐车移出，两道真空阀组切换操 作，更换空渣罐从第二个真空腔至第一个真空罐腔室的渣罐位置，排渣继续进行。 6.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：反应 生成的金属蒸汽经防溅盖(23)导出管导出后在除尘净化器(7)中净化后

14、进入收集器(4) 中被收集，通过控制收集器的加热器加热温度或控制冷却水的水量和水压，金属蒸汽可在 真空下进行液态或固态收集，且不影响还原过程的连续性，也不会影响金属蒸汽的连续冷 凝。液态收集的金属可进入精炼处理工序。 7.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：两 套采用感应加热方式或电弧、等离子加热方式的真空罐式冶炼设备，共用一套收集器(4)、 抽真空机组系统(8)、氩气除尘器(27)、回收氩气贮罐(28)、氩气加压泵(29)，其中一套真 空罐式冶炼设备用于炼镁反应时，另一套用于冶炼硅铁还原剂；关闭总阀切断阀b(24)，可 权 利 要 求 书CN 104087

15、752 A 3/3页 4 以切断真空罐式冶炼设备与收集器之间的管路，从而用于冶炼硅铁(增加还原剂浓度)，冶 炼硅铁的铁水是炼镁反应结束后的熔体包(18)内剩余的铁水，打开总阀切断阀b(24)，即 可连通真空罐与收集器，从而再次用于炼镁反应，大大节约了还原剂的成本，可不用停炉操 作，实现连续炼镁。 8.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：氩气 回收系统收集来自于抽真空机组系统(8)的氩气，被连接到氩气除尘器(27)、回收氩气贮 罐(28)、氩气加压泵(29)的管路中，喷吹混合料过程中带入的氩气，进入熔池后溢出，通过 抽真空机组系统(8)氩气加压泵(29)经过管

16、路最后进入氩气除尘器(27)、回收氩气贮罐 (28)，进行再利用。 9.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：在真 空罐(25)顶部喷吹粉料，对熔池进行搅拌，增加炼镁反应速度，其搅拌方向与感应加热的 电磁力搅拌力反方向，既兼顾搅拌熔池增加反应速率，又兼顾防止熔池中溶体、渣液飞溅； 少量飞溅可以通过吊挂在真空罐盖(26)下的防溅盖(23)阻挡在熔体包(18)中。 10.如权利要求4所述的一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，其特征在于：测 温取样枪带有升降系统，可实现真空下测温与取样，关闭真空切断阀a(17)，测温、取样枪 的枪头可在测温取样真空腔(21)中

17、实现真空冶炼状态下更换枪头；内磁轭(22)与外磁 轭(19)的加热方式使熔体包磁轭系统的漏磁显著降低，且可阻止径向磁场在包壳表面形 成环形涡流，导致包壳表面涡流损耗可减少90以上，同时使熔池熔体的吸收功率可上升 810，总消耗功率将下降约5。 权 利 要 求 书CN 104087752 A 1/7页 5 一种金属镁、 锌、 铅、 锂的真空罐式冶炼设备和方法 技术领域 ： 0001 本发明属于金属冶炼设备及方法技术领域，特别是涉及金属镁、锌、铅、锂的真空 罐式冶炼设备和方法。 背景技术 ： 0002 以现有技术中金属镁的冶炼为例对背景技术进行介绍。金属镁自身的还原性极 强，在标准状态下，它的氧化

18、物很难被常用的还原剂如硅、铝等金属还原。我国自然界镁主 要以碳酸盐或者卤化镁的形式存在。氯化镁中的镁需要用电解法提取，成本的缘故，国内 已经很少使用电解法。主要成分为碳酸镁的白云石矿经煅烧后的主要成分为氧化镁，在真 空条件下改变反应的分压，煅烧白云石中的氧化镁可以被还原剂还原出来。目前我国的原 镁产量占到世界原镁产量的80左右，均采用皮江法生产。皮江法是将煅烧白云石与还原 剂硅铁磨成粉并压制成球，装入横卧排列的耐热不锈钢罐内，由罐外燃煤得煤气或其它燃 料加热，在真空度5-13Pa、温度1200左右进行固相反应。反应产物镁蒸汽用冷凝方法收 集。初装的球状料经还原反应后，由人工从不锈钢罐内掏出。这

19、种方法效率低，能耗高，污 染大，劳动强度大，且残余硅铁还原剂与渣料仍呈扁球状混合在一起，难以进行二次利用。 由此诸多因素，为了限制低水平重复型建设，我国将新建皮江法原镁冶炼列为限制性项目。 国内竖罐法冶炼金属镁，典型的有外热竖罐皮江法，文献刘勇，游国强，黄彦彦.竖罐炼 镁技术的发展现状与展望.轻金属.2010(06):45-49，任玲，夏德红，毕寒冰.新型竖 置镁还原罐的设计.有色金属(冶炼部分).2012(02):30-33，和专利周向阳，李劼， 刘宏专，徐日瑶，伍上元，李昌林，杨娟.中南大学.一种外热竖罐炼镁装置.CN101706204 A，共同之处在于改变不锈钢罐横卧排列为竖置的布置方式

20、，开发了竖罐冶炼金属镁技术， 其工作重点均在提高机械化、自动化程度，有的还同时改善燃烧效率，通过变化装料、卸料 的方式，能将还原周期由传统的12小时缩短至9-10小时。另一种内热竖罐皮江法，文 献沈晶鑫.多热源内热式镁冶炼炉内温度分布规律模拟与实验研究.西安科技大学 硕士论文.2007改变供能来源，采用电热方法，热源均布于竖罐内的含煅烧白云石、硅铁 粉、萤石球料之中。文献5牛强、储少军的RH及单嘴精炼炉冶炼金属镁的专利，专利号为 CN101999005A及CN101906544A，其方法是采用钢铁冶炼的钢水真空处理设备RH及单嘴精 炼炉用于金属镁的冶炼，在硅铁水包的铁水液面上插入RH或单嘴插入

21、管，利用插入管铁水 上部的氩气气泡泵将铁液抽入真空室内，在真空室与铁包之间形成铁液的循环，含镁原料 由喷粉系统喷入真空室下的铁水包循环铁液中与硅铁液混合反应，形成镁蒸汽被真空系统 抽入镁收集装置中收集。上述方法大都是以皮江法为基础进行的改进，而原料的状态、反应 原理均与皮江法完全一样，未能从根本上解决皮江法的弊端。这些方法都存在效率低，能耗 高，污染大，劳动强度高，且残余硅铁还原剂与渣料仍呈扁球状混合在一起，难以进行二次 利用的问题。 发明内容 ： 说 明 书CN 104087752 A 2/7页 6 0003 本发明的目的是彻底摒弃皮江法生产工艺的弊端，将VD真空处理、钢包喷粉、真 空感应炉

22、的设备及方法进行组合形成一种新的过量液态金属还原剂中喷入被还原剂-含 镁混合粉剂，使含镁原料在真空高温下气固液三相反应还原的金属镁的冶炼，以及同样可 用于金属锌、铅、锂的冶炼，能达到效率高，污染小，自动化强度高并且能够实现渣相好、易 排渣的连续冶炼工艺的金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备和方法 0004 本发明解决其技术问题所采用的方案是：提供一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式 冶炼设备，由观察窗及电视摄像头、收集器、真空加料系统、除尘净化器、测温取样枪、真空 喷粉枪系统、渣罐、渣罐车、真空切断阀a、真空腔、真空切断阀b、真空罐、真空罐盖组成，其 特征是：还包括事故还原熔体浇铸坑、事故熔体流槽

23、、可移动U形弯头、抽真空机组系统、熔 渣溢流槽、真空罐盖车系统、混合粉剂喷粉系统、虹吸熔渣出渣系统、熔体包、外磁轭、事故 还原熔体安全阀、内磁轭、防溅盖、氩气除尘器、回收氩气贮罐、氩气加压泵、熔渣加热器、熔 渣与熔体连续测温系统；相互连接的真空罐、真空罐盖、防溅盖、真空罐盖车系统、熔体包、 外磁轭、内磁轭、观察窗及电视摄像头组成了真空反应室系统；连接在真空室内防溅盖上 的除尘净化器收集器与抽真空机组系统相互用管道和真空切断阀b连接组成了收集及抽 真空系统；由相互连接的两个粉料喷粉罐、连接管道、阀门组成了混合粉剂喷粉系统，并与 真空切断阀a和真空腔组成了真空喷粉枪系统；带测温取样真空腔和真空切断

24、阀a的测 温取样枪组成了测温取样枪系统；真空加料系统固定连接在混合粉剂喷粉系统的下部；带 熔渣加热器的虹吸熔渣出渣系统设置在熔渣溢流槽的下部；真空罐盖扣在真空罐上，连接 处有橡胶密封；防溅盖吊挂在真空罐盖上，外磁轭和内磁轭分别设置在熔体包的外部和内 部；真空加料系统、真空喷粉枪系统、测温取样枪系统、观察窗及电视摄像头焊接在真空盖 上，设有横向止动装置的真空盖吊挂在真空罐盖车系统上；带真空切断阀a的除尘净化器 与收集器由可移动U形弯头管路法兰连接，连接法兰之间设有真空密封环；虹吸熔渣出渣 系统与真空罐焊接，熔渣溢流槽焊接在熔体包侧壁上，虹吸熔渣出渣系统出渣口与外部大 气连通，出渣口下部设置有渣罐

25、，渣罐置于渣罐车上；事故还原熔体安全阀设置在真空罐底 部，事故还原熔体浇铸坑设置在真空罐外的地下，事故还原熔体浇铸坑与事故还原熔体安 全阀之间由事故熔体流槽连接起来；相互连接的抽真空机组系统、氩气除尘器、回收氩气贮 罐、氩气加压泵组成了氩气回收系统；观察窗及电视摄像头焊接在真空罐盖上；熔渣、熔体 连续测温系统从熔体包的外磁轭上部插入熔体包碳质或碳化硅质耐火材料内；熔体包是分 条无磁不锈钢板设计，设有绝热耐火毡包裸层、绝热层、永久层、石墨或碳化硅工作层，外磁 轭和内磁轭分别设置在熔体包的外部和内部，感应线圈内部耐火材料及其内盛的还原熔体 由线圈内的熔体包壁或外磁轭线圈框架固定，底部以无磁不锈钢作

26、为底托，可沿设定的转 轴转动一定的角度的外磁轭线圈框架与熔体包固定连接；防溅盖扣在熔体包上，并与除尘 净化器用导管连接，之间设置真空切断阀b；金属蒸汽的导出管设在防溅盖的上部或侧面； 真空罐底部设有用于事故应急的事故还原熔体安全阀，真空罐下部设有事故还原熔体浇铸 坑，事故还原熔体安全阀和事故还原熔体浇铸坑由事故熔体流槽连接；抽真空机组系统由 能够以达到冶炼所需的真空度38000Pa的多级真空泵灵活组合；混合粉剂喷粉系统包括 两个带阀门和电子称量计的粉料喷粉罐及连接管道和氩气输送管；真空喷粉枪系统的喷粉 枪带有能更换喷粉枪枪头的真空腔和能隔绝真空反应室与真空腔的真空切断阀a；真空罐 盖车系统、混

27、合粉剂喷吹系统、真空喷粉枪系统、测温取样枪系统、真空加料系统全部焊接 说 明 书CN 104087752 A 3/7页 7 在真空罐盖上，整个真空罐盖吊挂在真空罐盖车系统上；虹吸熔渣出渣系统内置电加热熔 渣加热器；设置与真空罐相连接的两个真空腔，真空腔有渣罐；其特征还在于：收集及抽真 空系统包括连接在真空室内防溅盖上的除尘净化器、两套收集器、抽真空机组系统，除尘净 化器与防溅盖由带真空切断阀b的管路连接，收集器与除尘净化器之间用可移动U形弯头 连接，可移动U形弯头前后各设置一个切断阀，与抽真空机组系统用带阀门的管路连接，收 集器内带熔渣加热器，熔渣加热器设置成带水冷的形式；包含两套采用感应加热

28、方式或电 弧、等离子加热方式的真空罐式冶炼设备，两套真空罐式冶炼设备与一套收集器、抽真空机 组系统、氩气除尘器、回收氩气贮罐、氩气加压泵连通。 0005 提供一种用于上述设备的金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，以炼镁为例作 为实施方案，金属锌、铅、锂的冶炼与镁金属冶炼原理、设备相同；其特征在于：包括先将 3595的硅铁加入熔体包中加热升温至13501680后熔化成液态，助溶剂按照含 镁矿粉的310添加，含镁矿粉和助溶剂在入喷粉罐前被混合，或在混料管道中被惰 性气体均匀混合后，通过真空喷粉枪系统连续喷入液态硅铁还原剂中，开启抽真空机组系 统使真空罐内的压强降至35000Pa，所喷入的含镁矿粉

29、被硅铁液还原生成单质镁，并以 镁蒸汽的形式溢出熔体包的上部空间内，在真空系统的抽力作用下，通过防溅盖上的导气 管在除尘净化器中净化，收集器中得到收集，当熔体包中的熔渣渣线高过熔渣溢流槽的槽 口时，通过虹吸排渣系统排入大气中的渣罐；其特征还在于：熔体包中的熔渣通过熔渣溢 流槽可以连续将熔渣排入真空虹吸排渣管路，设置与真空罐连接的两个真空腔，真空下将 熔渣先排出到与真空罐相连的第一个真空腔的渣罐中，移动渣罐车到第二个真空腔中，关 闭位于第一个真空腔与第二个真空腔之间的阀门，切断第一个渣罐腔室与真空罐的连接， 使真空罐保持连续真空冶炼，打开位于第二个真空腔与大气环境之间的真空切断阀，满罐 渣在非真空

30、下由渣罐车移出，两道真空阀组切换操作，更换空渣罐从第二个真空腔至第一 个真空罐腔室的渣罐位置，排渣继续进行；反应生成的金属蒸汽经防溅盖导出管导出后在 除尘净化器中净化后进入收集器中被收集，通过控制收集器的加热器加热温度或控制冷却 水的水量和水压，金属蒸汽可在真空下进行液态或固态收集，且不影响还原过程的连续性， 也不会影响金属蒸汽的连续冷凝。液态收集的金属可进入精炼处理工序；两套采用感应加 热方式或电弧、等离子加热方式的真空罐式冶炼设备，共用一套收集器、抽真空机组系统、 氩气除尘器、回收氩气贮罐、氩气加压泵，其中一套真空罐式冶炼设备用于炼镁反应时，另 一套用于冶炼硅铁还原剂；关闭总阀切断阀b，可

31、以切断真空罐式冶炼设备与收集器之间 的管路，从而用于冶炼硅铁(增加还原剂浓度)，冶炼硅铁的铁水是炼镁反应结束后的熔体 包内剩余的铁水，打开总阀切断阀b，即可连通真空罐与收集器，从而再次用于炼镁反应， 大大节约了还原剂的成本，可不用停炉操作，实现连续炼镁；氩气回收系统收集来自于抽真 空机组系统的氩气，被连接到氩气除尘器、回收氩气贮罐、氩气加压泵的管路中，喷吹混合 料过程中带入的氩气，进入熔池后溢出，通过抽真空机组系统氩气加压泵经过管路最后进 入氩气除尘器、回收氩气贮罐进行再利用；在真空罐顶部喷吹粉料，对熔池进行搅拌，增加 炼镁反应速度，其搅拌方向与感应加热的电磁力搅拌力反方向，既兼顾搅拌熔池增加

32、反应 速率，又兼顾防止熔池中溶体、渣液飞溅；少量飞溅可以通过吊挂在真空罐盖下的防溅盖阻 挡在熔体包中；测温取样枪带有升降系统，可实现真空下测温与取样，关闭真空切断阀a， 测温、取样枪的枪头可在测温取样真空腔中实现真空冶炼状态下更换枪头；内磁轭与外磁 说 明 书CN 104087752 A 4/7页 8 轭的加热方式使熔体包磁轭系统的漏磁显著降低，且可阻止径向磁场在包壳表面形成环形 涡流，导致包壳表面涡流损耗可减少90以上，同时使熔池熔体的吸收功率可上升8 10，总消耗功率将下降约5。 0006 本发明的有益效果：1、由于提供两套真空罐式冶炼设备，共用收集器、抽真空机组 系统以及氩气回收系统，两

33、套设备轮换用来金属冶炼生产和硅铁还原剂的补充，两套设备 的轮换通过真空切断阀控制，不用停炉操作，冶炼硅铁的铁水来自炼镁反应结束后的熔体 包内剩余的铁水，从而实现铁水的循环利用，避免了炼镁反应结束后铁水的浪费，实现连续 炼镁，生产周期由10h缩短到30min。2、由于采用的热源是电，相比较皮江法，污染物的排 放大大减少，吨煤能耗及生产成本也随之降低。3、由于采用外磁轭与内磁轭感应加热方式， 对熔池中的熔体还原剂直接加热，使熔体包磁轭系统的漏磁显著降低，且可阻止径向磁 场在包壳表面形成环形涡流，从而使熔体包包壳表面涡流损耗可减少90以上，同时使熔 池熔体的吸收功率可上升810，总消耗功率将下降约5

34、，并且对熔池具有搅拌作用 强。4、由于真空喷粉枪系统中喷粉枪带有能更换喷粉枪枪头的真空腔和能隔绝真空反应 室与真空腔的真空切断阀a，是从真空罐盖和防溅盖顶部插入熔体包熔池里，喷吹的混合流 体对熔池的搅拌作用力与电磁感应对熔池的搅拌力相互耦合形成抑制喷溅的流动场，从而 实现冶炼过程中喷粉枪枪头的更换，并且既能延长被还原粉料在熔体中的停留时间，增加 反应速率，又能防止熔池中溶体、渣液飞溅。5、由于设置了两套内带加热器或者设置成带水 冷壁的收集器，通过控制收集器的加热器加热温度或控制冷却水的水量和水压，反应生成 的金属蒸汽可在真空下进行液态或固态收集，且不影响还原过程的连续性，液态收集的金 属可进行

35、精炼处理工序。6、由于虹吸管路内置电加热熔渣加热器，从而使熔渣在虹吸管路 中始终保持较好的流动性。7、由于在抽真空机组系统后设置了由氩气除尘器、回收氩气贮 罐、氩气加压泵组成的氩气回收系统，从而使来源于混料喷吹系统的氩气得到净化，再次被 用于混料喷吹系统进行混料喷吹，实现氩气的循环利用，节省了资源和成本。8、由于熔体包 的分条无磁不锈钢板设计，起到降低电磁感应损失和降低包内熔体热量损失的作用，外磁 轭线圈框架可与熔体包等一起可沿设定的转轴转动一定的角度，以倾倒炉渣或部分还原熔 体。9、设置防溅盖可使溅起的炉渣及金属被挡在熔体包内而不外溅到真空罐内，同时将反 应生成的金属蒸汽集中在防溅盖与熔体包

36、之间的空间内。10、设置事故处理装置，若熔体包 内熔体发生渗漏，事故还原熔体安全阀被熔断，熔体进入事故还原熔体浇铸坑可以收集熔 体，并熔掉安全阀，使真空罐与其下部的事故熔体流槽或事故包相连通，事故还原熔体由真 空罐流入事故熔体流槽进入事故还原熔体浇铸坑直接浇铸成成品铁合金或流入事故包中 移出处理。11、熔体包溢渣口的溢渣情况、熔体包内的反应状况可通过焊接在真空罐盖上的 观察窗及电视摄像头观察。 附图说明 0007 附图1是本发明实施例一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备和方法的工艺 流程示意图； 0008 附图2是本发明实施例一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备的主视图； 0009 附

37、图3是图2的左视图； 0010 附图4是图2的俯视图。 说 明 书CN 104087752 A 5/7页 9 0011 附图中：1.观察窗及电视摄像头；2.事故还原熔体浇铸坑；3.事故熔体流槽； 4.收集器；5.可移动U形弯头；6.真空加料系统；7.除尘净化器；8.抽真空机组系统； 9.测温取样枪系统；10.真空喷粉枪系统；11.熔渣溢流槽；12.真空罐盖车系统；13.混合 粉剂喷粉系统；14.虹吸熔渣出渣系统；15.渣罐；16.渣罐车；17.真空切断阀a；18.熔体 包；19.外磁轭；20.事故还原熔体安全阀；21.真空腔；22.内磁轭；23.防溅盖；24.真空 切断阀b；25.真空罐；26

38、.真空罐盖；27.氩气除尘器；28.回收氩气贮罐；29.氩气加压泵； 30.熔渣加热器；31.熔渣与熔体连续测温系统。 0012 具体实施方法： 0013 下面结合附图对本发明实施例作进一步详细描述：如图1图4所示的一种金属 镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼设备，包括两套真空罐式冶炼设备，主要有真空罐25、真空罐 盖26、防溅盖23、真空罐盖车系统12、熔体包18、外磁轭19、内磁轭22、观察窗及电视摄像 头1组成的真空反应室系统；连接在真空室内防溅盖23上的除尘净化器7收集器4与抽 真空机组系统8相互用管道和真空阀门b24连接组成的收集及抽真空系统；由两个粉料喷 粉罐、连接管道、阀门组成的混合粉

39、剂喷粉系统13，并与真空切断阀a17和真空腔21组成 的真空喷粉枪系统10；带测温取样真空腔21和真空切断阀a17的测温取样枪组成的测温 取样枪系统9，真空加料系统6，带熔渣加热器30的虹吸熔渣出渣系统14；真空反应室系统 中的熔体包18用于熔化还原剂和冶炼反应，具有降低电磁感应损失和降低包内熔体热量 损失的作用的熔体包18采用分条无磁不锈钢板设计，该设计采用绝热耐火毡包裸层、绝热 层、永久层、石墨或碳化硅工作层，熔体包18的加热方式采用的是分别设置在熔体包18的 外部和内部的外磁轭19和内磁轭22共同感应加热，此加热方式使熔体包磁轭系统的漏 磁显著降低，且可阻止径向磁场在包壳表面形成环形涡流

40、，从而使包壳表面涡流损耗可减 少90以上，同时使熔池熔体的吸收功率可上升810，总消耗功率将下降约5，对 熔池具有搅拌作用强，感应线圈内部耐火材料及其内盛的还原熔体由线圈内的熔体包壁或 外磁轭线圈框架固定，底部以无磁不锈钢作为底托，外磁轭19线圈框架可与熔体包18等 一起可沿设定的转轴转动一定的角度，以倾倒炉渣或部分还原熔体。防溅盖6扣在熔体包 18上，并与除尘净化器7用导管连接，之间设置真空切断阀b24。防溅盖6可使溅起的炉渣 及金属被挡在熔体包18内而不外溅到真空罐内，同时将反应生成的金属蒸汽集中在防溅 盖23与熔体包18之间的空间内，金属蒸汽的导出管设在防溅盖23的上部或侧面。真空罐 2

41、5底部设有用于事故应急的事故还原熔体安全阀20，真空外部设有事故还原熔体浇铸坑 2，事故还原熔体安全阀20和事故还原熔体浇铸坑2由事故熔体流槽3连接，其原理是：事 故状态下，若熔体包18内熔体发生渗漏，事故还原熔体安全阀20被熔断，熔体进入事故还 原熔体浇铸坑2可以收集熔体，并熔掉安全阀20，使真空罐与其下部的事故熔体流槽3或 事故包相连通，事故还原熔体由真空罐流入事故熔体流槽3进入事故还原熔体浇铸坑2直 接浇铸成成品铁合金或流入事故包中移出处理。熔渣溢流槽11焊接在真空罐中的熔体包 18侧壁，熔体包18溢渣口的溢渣情况、熔体包内的反应状况可通过焊接在真空罐盖26上 的观察窗及电视摄像头1观察

42、。混合粉剂喷吹系统13真空喷粉枪系统10、测温取样枪系 统9、真空加料系统6全部焊接在真空罐盖26上，防溅盖23吊挂在真空罐盖26下，整个真 空罐盖26吊挂在真空罐盖车系统12上，并设有横向止动装置。混合粉剂喷粉系统13包括 两个带阀门和电子称量计的粉料喷粉罐及连接管道以及氩气输送管，打开真空切断阀a17， 说 明 书CN 104087752 A 6/7页 10 通过电自称量计可以控制粉料的比例和质量，真空喷粉枪系统10带有更换喷粉枪枪头的 真空腔21和能隔绝真空反应室与真空腔21的真空切断阀a17，喷粉枪由真空罐盖26和防 溅盖23插入熔体包18熔池里，从顶部向熔体包18喷吹粉料，喷吹的混合

43、流体对熔池的搅 拌作用力与电磁感应对熔池的搅拌力相互耦合形成抑制喷溅的流动场，既能延长被还原粉 料在熔体中的停留时间，增加反应速率，又能防止熔池中溶体、渣液飞溅；少量飞溅可以通 过吊挂在真空盖7下的防溅盖6阻挡在熔体包18中。测温取样枪系统9包括可升降测温 取样枪、能更换测温取样枪枪头的真空腔21和能隔绝真空反应室与真空腔21的真空切断 阀a17，实现真空下测温与取样，关闭真空切断阀a17，测温、取样枪的枪头可在测温取样真 空换头腔21中实现真空冶炼状态下更换枪头。收集及抽真空系统包括连接在真空室内防 溅盖23上的除尘净化器7、两套收集器4、抽真空机组系统8，除尘净化器7与防溅盖23由 带真空

44、切断阀b24的管路连接，收集器4与除尘净化器7之间用可移动U形弯头5连接，可 移动U形弯头5前后各设置一个切断阀，与抽真空机组系统8用带阀门的管路连接，收集器 4内带加热器30或者设置成带水冷的形式，通过控制收集器的加热器加热温度或控制冷却 水的水量和水压，金属蒸汽可在真空下进行液态或固态收集，且不影响还原过程的连续性， 也不会影响金属蒸汽的连续冷凝。抽真空机组系统8能够由多级真空泵灵活组合以达到 冶炼所需的真空度38000Pa。虹吸熔渣出渣系统14焊接在真空罐25侧壁，与焊接在熔 体包18侧壁的熔渣溢流槽11连接，并且内置电加热熔渣加热器30，可以保持熔渣的流动 性，熔渣通过熔渣溢流槽11可

45、以连续将熔渣排入真空虹吸排渣管路，直接排出到大气中放 置的渣罐15中，并被渣罐车16移走，也可以设置与真空罐25相连接的两个真空腔，真空腔 有渣罐，真空下将熔渣先排出到与真空罐25相连的真空腔1的渣罐中，移动渣罐车到真空 腔21中，关闭位于第一真空腔与第二真空腔之间的阀门，切断溶渣与第一罐腔室1和真空 罐的连接，使真空罐保持连续真空冶炼，打开位于第二真空腔与大气环境之间的真空切断 阀，满罐渣在非真空下由渣罐车移出，两道真空阀组切换操作，更换空渣罐从第二真空腔至 真空罐第一腔室的渣罐位置，排渣继续进行。氩气回收系统与抽真空机组系统8用带阀门 的管路连接，另一端与混合粉剂喷粉系统13用管路连接，喷

46、吹粉料带入的氩气经氩气除尘 器27净化在回收氩气贮罐28中回收，并再次用于喷吹粉料。两套罐式冶炼设备轮换用炼 镁和冶炼硅铁还原剂，共用收集器4、抽真空机组系统24以及氩气回收系统通过关闭总阀 切断阀b24，可以切断真空罐式冶炼设备与收集器之间的管路，从而用于冶炼硅铁(增加还 原剂浓度)，冶炼硅铁的铁水是炼镁反应结束后的熔体包18内剩余的铁水，打开总阀切断 阀b24，即可连通真空罐与收集器，从而再次用于炼镁反应，大大节约了还原剂的成本，可不 用停炉操作，实现连续炼镁。 0014 一种金属镁、锌、铅、锂的真空罐式冶炼方法，以炼镁为例来说明实施方案，其它金 属的冶炼与镁金属冶炼原理、设备相同，本方法

47、实施时先将75含硅量的硅铁加入熔体包 27中加热升温至1400，经过1h后熔化成液态，通过电子称量计将含镁矿粉和助溶剂按比 例(助溶剂按照含镁矿粉的5添加)称量后，并打开切断阀在管道中被氩气输送的气力混 合，通过真空喷粉枪系统10喷入液态硅铁还原剂中，开启抽真空机组系统8使真空罐内的 压强降至1000Pa，冶炼过程中升降测温取样枪对熔体包18中的初渣、中渣、终渣以及硅铁 液进行取样，在线分析其成分，当真空反应室内压强为1000Pa，温度为1400时，所喷入的 含镁矿粉被硅铁液还原生成单质镁，在观察窗可以看到大量镁蒸汽溢出熔体包18的上部 说 明 书CN 104087752 A 10 7/7页

48、11 空间内，在真空系统的抽力作用下，通过防溅盖23上的导气管进入除尘净化器7、收集器4， 控制收集器4内置电加热器的温度为700，得到含量为93左右的液态镁，当其中一个收 集器装满时，关闭此收集器的阀门进行处理镁液，开启另一个收集器的阀门继续收集镁，当 熔体包18中的熔渣渣线高过熔渣溢流槽11的槽口时，通过虹吸排渣系统14排入大气中的 渣罐，通过取样在线分析硅液中硅含量降至30时，关闭与此真空罐式冶炼设备连接的收 集器的真空切断阀b24，打开与另一台真空罐式冶炼设备连接收集器4的真空切断阀b24， 使用另一台真空罐式冶炼设备炼镁。 0015 本发明实施例还适用于在还原剂液相线温度以上，能以气

49、态形式挥发的金属的还 原：除了金属镁的还原之外，还适用于金属锌的还原(如钢铁厂除尘灰中锌金属还原)，以 及金属铅、金属锂的还原。该还原流程为：1、抽真空机组系统8可以由单级或者多级真空 泵组合方式达到还原反应要求的8-5000Pa真空度。2、混料与喷吹：各贮粉罐备满仓料，根 据配比要求，分别打开卸料阀门，由电子称量器控制，将不同种类的粉料卸入储料仓。温度 指示满足要求，开启储料仓卸料阀门，粉料在管路气力输送过程中混匀，并喷入真空罐熔体 包内。3、测温取样置于真空罐盖车平台上，为一个真空盖上伸出的安装于腔体内的测温取 样枪及其升降机构，测温、取样采用复合探头，探头的安装及取出不影响还原反应在真空条 件下进行，可安装连续测温系统。4、虹吸熔渣出渣系统14可以连续从熔体包渣液层通过虹 吸排渣管路将熔渣直接排出到渣罐，也可以真空下先将熔渣排出到与真空罐相连的真空腔 渣罐中，由阀门切断渣罐腔室与真空罐的连接，令真空罐连续真空冶炼，满罐渣在非真空下 由渣罐车移出，两道真空阀组切换操作，更换空渣罐至真空罐腔室的渣罐位置，排渣继续进 行。5、金属收集器4可以通过控制冷却水的水量和水压，控制收集管道