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產品服務: | 回轉窯 | ||
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產品型號: | 各種型號 | ||
產品規格: | |||
產品品牌: | 朝陽重型 | ||
所 在 地: | 遼寧省朝陽市 | ||
產品單價: | 計量單位: | ||
供貨總量: | 最小訂量: | ||
更新時間: | 2020-07-08 | 有 效 期: | 2016-08-08 |
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企業名稱: | 朝陽重型建材機械制造有限公司 |
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經營模式: | 生產加工 |
企業主頁: | http:// |
聯 系 人: | 李經理 |
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地 址: | 遼寧省朝陽市 朝陽市 |
硅熱法提煉金屬鎂(鍛白)工藝
一、鎂的性質及用途
1、性質:
□□鎂的化學活性高,在自然界以化合物形式存在于白云石、菱鎂石、橄檻石、蛇紋石、地下鹵水、鹽湖和海水中。鎂是銀白色金屬,純鎂具有密度小、膨脹系數較大、彈性模量較低的特性。
鎂的密度:1.738g/cm3 鎂的熔點:922~924K
鎂的沸點:1380K 鎂的開始再結晶溫度:423K
鎂在固態下的收縮率:2%
2、用途:
1)、生產難熔金屬的還原劑:
□□鎂既可作生產稀有金屬Ti、Zr、Hf等的不原劑,也可作為生產鈹、硼的還原劑。
2)、鋁合金的添加元素:
□□鋁合金中加入金屬鎂,使合金更輕,強度更大,抗腐蝕能力更好。作為鋁合金中的主要合金元素,是鎂的一大用途。
3)、球墨鑄鐵的球化劑:
□□鎂在球墨鑄鐵中起著 球化作用,使鑄件強度、延展性更高。鎂在球墨鑄鐵中的應用在逐年增大。
4)、鋼鐵脫硫的脫硫劑:
□□整個北美、歐洲鋼鐵生產中用鎂作為鋼鐵脫硫劑。我國用鎂作為鋼鐵脫硫劑的用量也在不斷增長,市場前景廣闊。用鎂粉作為鋼鐵脫硫劑不僅工藝簡單,且由于鎂對硫具有大的親和力這種獨特性質,使鋼鐵市場在較低的成本下達到高產量、高質量,并能生產出如HSLA級低硫鋼,這種優質鋼可用于汽車、設備及結構體中。用鎂脫硫不僅改善了鋼的可鑄性、延展性、焊接性和沖擊韌性,而且降低了結構件的重量,進一步增加了鎂在鋼鐵工業中的需求量。
5)、高儲能材料:
□□鎂在常壓下,大約523K和H2作用生成MgH2,在低壓或稍高溫度下又能釋放出氫,鎂具有儲氫的作用。MgH2較一般金屬氫化物儲能高,所以鎂可以作為高儲能材料。
6)、煙火:
□□鎂在早期用來制造煙火,含鋁量超過30%的鎂鋁合金粉末燃燒時會產生耀眼的白光,該白光比自然光更適合于攝影,從而被作攝影閃光燈。鎂粉不廣泛用于焰火、禮花、軍用信號彈、照明彈、燃燒彈等方面。
7)、生產鎂合金:
□□鎂合金以其密度低,比強度高,降噪減振好,電磁屏蔽性好,易于回收等優點,成為現代交通工具、航空航天和電子通訊等領域的首選材料,被譽為“21世紀的綠色工程材料”,同時也成為僅次于鋼鐵、鋁合金的第三大金屬結構材料。因此,鎂的最大應用領域是生產不同牌號的鎂合金。
二、鎂的冶煉方法
□□根據鎂礦資源和種類不同,鎂的生產方法分為兩大類,熱還原法和氯化熔鹽電解法。熱還原法有硅熱法、炭熱法和碳化物熱還原法,后兩種在工業上較少采用。
硅熱法(現只介紹硅熱法):
□□硅熱還原法煉鎂是利用硅鐵作還原劑,將鎂從其化合物中還原出來而制得金屬鎂的一種生產方法。硅熱法又分為外熱法和內熱法,采用硅鐵還原氧化鎂生產金屬鎂的工藝有Pidgeon(硅熱法)工藝和Magnethern工藝。Pidgeon工藝屬于外熱法;Magnethern工藝屬于內熱法,根據生產的連續性又分為間歇式和半連續式。
□□硅熱法是我國目前主要應用的方法。該工藝將煅燒后的白云石和硅鐵按一定配比磨成細粉,壓成團塊,裝在耐熱合金罐內,在一定溫度和壓力條件下還原得到鎂蒸氣,冷凝結晶成固態粗鎂,精煉后得到純鎂。
□□硅熱法的特點是投資少,建設周期短,且生產工藝簡單,單位投資成本低,生產過程不產生有害氣體,副產品的爐渣可用作生產肥料或水泥的原料。
白云石的化學組成應在如下范圍內才能符合硅熱法煉鎂的要求:
名稱 | 含量(%) |
| 名稱 | 含量(%) |
MgO | 19%~21% |
| CaO | 30%~33% |
SiO2 | <0.5% |
| Fe2O3 | <0.5% |
Al2O3 | <0.3% |
| Mn | <0.005% |
Na2O+K2O | <0.01% |
| Zn | <0.001% |
燒損率 | 46.5%~47.5% |
| 灼減量 | <0.5% |
水化活性度 | >35% |
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三、煅燒白云石的產物
□□煅燒白云石的產物通常叫煅白。合格的煅白呈白色,表面有微粉,其斷面疏松多孔,質量為白云石的一半,硬度較小,不能重拍。過燒煅白表面呈微黃色,有裂紋;生燒的煅白,其質量相當于白云石,色澤基本上是白云石的本色。
□□煅白中的主要成分是CaO、MgO以分子結構(MgO·CaO)存在,其灼減量小,水化活性度高.
□□如果煅白吸收空氣中的Co2和H2O。煅白吸收少量水分后,立即干固,表面生成一層硬殼,即Ca(OH)2或Mg(OH)2。影響下道工序生產。
□□因此、出窯的煅白應在較短時間內送入密封的煅白料倉中,且貯存時間般不超過12小時。窯內排出的煅白,如貯存方法合理或貯存時間太長均會變質。
煅白化學成分一覽表
組成 | MgO | CaO | K2O | Na2O | 灼減度 |
含量(%) | 38~44 | 56~62 | ≤0.05 | ≤0.05 | ≤0.5 |
煅白質量等級
等級 | 一級品(%) | 二級品(%) | 三級品(%) | 四級品(%) |
約減度 | <0.5 | <0.5 | <0.5 | ≥0.5 |
活性度 | >34 | ≥33≤34 | ≥32<33 | <32 |
四、回轉窯煅燒白云石的優點
□□回轉窯的特點是生產能力大,機械化程度高,維護操作簡單,煅白活性高,灼減低,且無論白云石是何種結構,只要控制好工藝條件,其煅燒效果均很好。
□□回轉窯主要是輻射傳熱與對流傳熱,窯內物料隨窯的旋轉,充分翻滾,強化了輻射傳熱過程。物料加熱均勻,煅燒溫度易控制。回轉窯常用煤粉、煤氣作為燃料。
五、煅白的生產方法及要求
□□煅燒白云石生產線是將豎式預熱器、回轉窯、豎式冷卻器、煙氣處理系統、原料輸送系統、成品輸送系統、煤粉制備系統等組成一條完整的生產線。
全線采用技術先進,性能可靠的DCS中央控制系統,在主控制室集中操作管理,以PLC實現各設備運行的相互連鎖。
煅白工藝流程說明
a)、原料儲運輸送
□□粒度在5~35mm的合格品經皮帶機送至預熱器頂部料倉。
b)、白云石煅燒
□□白云石煅燒系統是由一臺豎式預熱器,一臺回轉窯及一臺豎式冷卻器組成。物料由預熱器頂部料倉經下料溜管導入預熱器本體內,同時由回轉窯傳入的高溫煙氣將物料預熱至600℃以上,使白云石發生部分分解,再由豎式預熱器液壓推桿依次推入回轉窯尾部,經回轉窯高溫煅燒后再卸入冷卻器內,通過風機吹入的冷風冷卻,將物料冷卻至100℃以下排出冷卻器,冷卻器吹入的空氣作為二次空氣進入回轉窯參與煅燒。
c)、成品輸送
□□成品煅白由冷卻器卸出后經鏈式輸送機輸送至成品庫。
d)、煙氣處理
□□回轉窯燃燒產生的高溫煙氣,在預熱器內與白云石進行熱交換后,溫度降至280-300℃,一部分廢氣用管道輸送到煤粉制備系統中,利用其余熱烘干煤粉。廢氣經收塵器過濾后,煙氣溫度進一步降至80℃以下,含塵濃度符合國家排放標準后排入大氣;另一部分進入袋除塵器后經煙囪排入大氣,氣體的含塵濃度小于50mg/Nm3。
e)、煤粉制備
□□本生產線所用原煤(要求揮發份大于20\%)經外購入廠,經過儲存、均化后利用風掃煤磨配動態選粉機組成的閉路系統將原煤粉磨至0.08mm<10\%,成品煤粉通過輸送設備進入儲庫,滿足回轉窯煅燒16小時以上的燃料儲備需要。煤粉生產、輸送、儲存均設防爆裝置,防止因煤粉意外遇明火爆炸。
□□風掃煤磨所需熱源由回轉窯尾280-300℃廢氣供應,既節省能源又環保。
f)、質量控制
□□為嚴把質量關,做到以質量求生存,采取以下措施進行全面質量管理:
(1)嚴格精選原料,提高白云石入窯質量,保證原料入窯符合要求。
(2)原料進廠要跟蹤化驗,以保證原料的化學成分滿足要求。
(3)在生產過程中加強質量管理,制定企業內控質量標準,逐步達到國際標準(ISO9002認證),提高職工素質量意識,設質量檢驗員,加強自檢工作。
六、煅白提煉金屬鎂(粗鎂)
1、 還原劑:
1)硅鐵(工業生產中通常選用75%Si硅鐵作還原劑,其組成
為Si=49.86%,FeSi2=50.14%;
2)硅鋁合金:含硅和鋁各半的硅鋁合金,其還原能力高于含硅大于75%的硅鐵,在同一溫度下用硅鋁還原時,其還原能力為硅鐵的2.5倍,且還原溫度比硅鐵低373K左右,還原周期縮短;
3)廢鋁:鋁在所有還原劑中產生的鎂平衡蒸氣壓最高,即鋁的還原性比硅鐵強,鉭鋁的價格較高。如果能用廢鋁來代替硅鐵作還原劑 ,在同等還原條件下,還原溫度降到1323K以下,仍可達到硅熱法在1473K的效果,且還可延長還原罐的使用壽命。
2、 礦化劑:
□□螢石:螢石中CaF2的含量應大于94%,細度為100—200目。
□□目前生產上采用的配料比一般為:
□□煅白:硅鐵:螢石粉=80(MgO≥38%):16.5(Si≥75%):3.5(CaF2≥75%)
3、 制球:
□□將硅鐵先碎至3—5mm,螢石為浮選得到的粉狀料(-200目),煅白為15—35mm,三種原料按配料比配好后,同時進入球磨機進行混合。
□□還原劑硅鐵、原料煅白和礦化劑螢石經細磨混合制成球團。制團一般采用高壓球機,壓力15~20MPa,球團密度可達2g/cm3。其合格標準通常是球團在1.5米高的高空中自由下落到光滑的水泥地面上,以碎成四瓣作為衡量球團強度的標準。球團在高溫下進行反應,反應在固相與固相之間進行。其反應是吸熱反應,并在真空條件下無對流給熱,還原反應過程中,沒有還原氣體從球團外面向里擴散,只有還原析出的鎂蒸氣向外擴散并在鎂結晶器中冷凝結晶。
□□硅熱法煉鎂過程中,Si還原煅白云石的反應如下式:
2(CaO·MgO)+Si=2CaO·SiO2+2Mg
□□硅熱法煉鎂還原反應在1473K和真空狀態下進行,該溫度高于鎂的沸點,所以還原出來的鎂是氣體狀態。對于Si還原煅燒白云石的反應,反應物(原料及還原劑)應具有較低的蒸氣壓且在還原溫度下不形成熔體,而生成物金屬應具有較高的蒸氣壓。
4、 主要還原設施:
1)金屬鎂還原爐:是硅熱法煉鎂的核心設備,必須保證還原工藝條件(1473K,小于13.3Pa的真空度)的要求。
□□金屬鎂還原爐普遍采用的是外加熱臥式還原罐還原爐。目前,國內應用的金屬鎂還原爐的爐型較多,根據所用燃料的不同,大體上可分為兩類:用煤氣或重油加熱的還原爐與以煤為燃料的還原爐。
□□用煤氣或重油為燃料的還原爐,通常是16個橫罐的還原爐,其規格為10.54×3.59×2.94(m)。這種還原爐為矩形爐膛,還原罐間中心距約為600mm,罐呈單面單排排列,爐子背面一般分布有多支低壓燒。火焰從燃燒室進入爐膛空間,繞過還原罐周邊,靠煙囪抽力將燃燒后的煙氣抽入爐底部支煙道,經煙道與煙道閘門后進入煙囪。二次風由二次風管再通過爐底第二層二次風道送入爐內。
□□還原爐底部兩個還原罐中間設有燃燒室或煙室。還原爐既是一個倒焰爐又是一個貯熱爐。爐膛內一般裝有16支鎳鉻合金鋼制的還原罐。16個還原罐分成四組,即4個還原罐組成一組,與一個真空機組相連接(真空機組由滑閥泵和羅茨泵組成),每臺還原爐還設有一個備用真空機組,因此一臺還原爐一般有5個真空機組,每臺還原爐設有一個水環泵作為預抽泵。
□□以煤為燃料的還原爐,在我國金屬鎂還原爐主要以燃煤為主,隨著鎂冶煉工藝的不斷發展與進步,出現過多種燃煤還原爐,典型的有下面幾種:
①.單火室單面單排罐還原爐:該爐型與燃煤氣、重油還原爐爐型相似,單面單排布置還原罐。燃燒室設置在后面,爐內裝有14-16支還原罐,在兩支還原罐中間設置一過火孔。該爐型由于只有單排罐,又是單面布置,故操作十分方便,車間布置便于機械化,但其產量和熱效率都低。該爐型屬于矩形倒焰窯,火焰從燃燒室通過擋火板反射至爐頂,受煙囪抽力火焰向下,使還原罐受熱,再經過火孔,支煙道至主煙道排出。
②.雙火室雙面雙排還原罐還原爐:該爐型也是矩形倒焰窯,裝有10支還原罐,在長度方向分兩端各裝5支上、下排列。爐型設置了四個對稱分布在兩側面的燃燒室(每面兩個),燃燒室內有傾斜15°的梁式爐柵,火焰從窯兩側燃燒室翻過擋火墻,流向爐膛中心窯頂,然后火焰倒流向爐底吸火孔、支煙道再由一端的主煙道排入煙囪。該爐的優點是爐子結構簡單,罐子排列較緊湊,爐膛空間利用率較高,其缺點在于爐子四面均為操作面,加煤燒火與還原出鎂、扒渣、裝料互有干擾,操作條件差,車間布置困難。該爐型也有爐膛空間擴大而布置14-22支罐的。
③.單火室雙面雙排罐還原爐:該爐型是兩端面雙排布罐,單火室燒火的還原爐。在兩個端面各分上、下排裝6支罐,共布罐12支,在一個側面設多個燃燒室,這樣燃煤操作比較方便,空間利用率也較高,但還原罐數量有限,產量小。
④.單火室單面雙排罐還原爐:該爐型也屬于外加熱火焰反射爐(俗稱倒焰爐)。是國內應用最為廣泛的爐型。內還原罐上、下錯開上牌布置。空間利用率較高,爐長方向沒有限制,故可以布置較多的還原罐,一般有30-40支。還原罐單面開口,與真空機組的連接較方便。燃燒室設置在爐膛后面,由擋火墻隔開,火焰從燃燒室通過擋火墻反射至爐頂,受煙囪抽力火焰向下,使還原罐受熱,再經爐底過火孔、支煙道至主煙道排出。相對于上述其他爐型,該爐型產量大、空間利用率較高、能源消耗較低、經濟性好,因此在國內得到了廣泛的應用。
2)還原罐:正常工作時,還原罐內抽成真空,其真空度為10Pa左右。目前煉鎂還原罐的材質主要為ZG3Cr24Ni7RE和ZG40Cr28Ni16兩種。
還原罐屬易消耗部件。其典型結構由半球型封頭、直筒罐體和冷卻水套等三部分組成。還原罐工作條件惡劣,一般是在1180℃-1200℃的高溫及罐內抽真空的條件下長期工作,所以要求還原罐具有良好的高溫抗氧化、抗腐蝕性能,以及足夠的高溫強度和綜合機械性能。目前,罐身一般采用離心鑄造工藝,帽頭采用砂型鑄造,半球端底和筒體的連接采用焊接工藝,冷卻水套采用鉚焊件。
□□還原罐的使用壽命:目前還原罐基本上是用高鉻鎳合金鋼鑄造成的,使用壽命較短,一般不超過2-3個月,由此導致還原罐生產成本居高不下一直是煉鎂廠家關切的問題。
□□還原罐的使用壽命與下述因素有關:
①.煙氣中含氧量高,會加速氧化;
②.煙氣中含硫量高,氧化速度更快;
③.溫度超過抗氧化臨界溫度極限,也會加快氧化速度;
④.溫度超過使用溫度,合金鋼罐機械強度極差,在真空下,造成擠壓變形
⑤.臺金鋼的質量、制造方法及焊接質量也會影響罐的使用壽命。
3)還原爐抽真空設施:一般采用三級泵的抽氣方案。粗抽泵采用水環式真空泵,101.3KPa時,抽氣速率可達27m3/min。預抽泵采用機械式滑閥泵,主泵一般采用羅茨泵,即通常所說的JZJ真空機組。視真空系統的情況和球團料的情況,一般真空達標時間為1—1.5h,真空度可以達到13.3—1.3Pa,能夠滿足硅熱法工藝要求。
□□目前,大多數鎂廠改用蒸氣射流式真空泵,它兼顧了水環泵和JZJ機組的優點,尤其是真空達標時間縮短為0.5h之內,真空度可達 10Pa以內,且省電,維修量小。該泵所需蒸氣由還原爐余熱鍋爐供給,實現了能源的充分綜合利用。
聯系人:李遠 電話:0421—7265105 手機:13154227511 郵箱:fa50925995@163.com