Печь для рафинирования магния

 

Изобретение относится к металлургии, в частности к печам для рафинирования магния. Технический результат: повышение производительности печи и качества магния. Печь для рафинирования магния включает свод, кожух с футерованной ванной с электродами, внутрь которой установлен колокол с патрубками и камерой с дном, и воронки для ввода магния и вывода рафинированного магния. Для достижения технического результата ванна и колокол выполнены цилиндрической формы и установлены соосно, колокол снабжен перегородкой, высота которой составляет 0,5-0,8 высоты колокола, образующей лабиринт со стенкой камеры с дном, а воронка для вывода рафинированного магния установлена после лабиринта в центральном патрубке колокола. 1 ил.

Изобретение относится к цветной металлургии, в частности к устройствам для рафинирования магния, используемого в качестве товарного металла в слитках.

Известна печь для рафинирования магния (патент России 2092760 от 05.09.95 г. ). Эта печь имеет футерованную ванну с электродами, опорами для колокола и закрыта сводом. Колокол имеет один центральный патрубок. Колокол и ванна размещены соосно друг к другу, выполнены цилиндрической формы с соотношением их диаметров (0,8-0,9):1, при этом патрубок колокола заглублен под свод, в котором выполнено отверстие.

В этой печи обогрев осуществляется электролитом (10% MgCl₂; 10% BaCl₂; 30% NaCl; 50% KCl) и электродами. Рафинирование магния-сырца производится за счет промывки магния в греющем электролите ванны и отстаивания. Ввод магния-сырца производится через длинную воронку, а вывод магния рафинированного - через короткую воронку. Воронки установлены в центральный патрубок колокола. Очистка подины от шлама производится через центральный патрубок колокола.

Недостатком данной печи является низкая производительность за счет того, что с магнием-сырцом поступает электролит электролизных ванн (10% MgCl₂; 30% NaCl; 60% KCl), который разбавляет греющий электролит. При этом снижается концентрация хлористого бария (ВаСl₂), который повышает плотность греющего электролита и тем улучшает отделение магния от него. При снижении концентрации ВаСl₂ в греющем электролите производят его корректировку. Поскольку идет сильное разбавление греющего электролита, то возникает необходимость в частых корректировках содержания ВаСl₂. Корректировку производят при остановке печи, следовательно, ее производительность значительно снижается.

Другой недостаток описанной печи - низкое качество рафинированого магния, который не пригоден для литья на конвейере в слитки из-за повышенного содержания в этом магнии хлоридов. Повышенный хлор в рафинированном магнии возникает при снижении содержания ВаСl₂ в греющем электролите, так как трудно уловить момент снижения его содержания. Такая печь пригодна в магниетермическом производстве губчатого титана, где допускается повышенное содержание хлоридов в рафинированном магнии.

Поэтому наиболее близким устройством к заявляемому является печь для непрерывного рафинирования магния (ПНР), описанная в книге Вяткина И.П., Кечина В. А. , Мушкова С.В. Рафинирование и литье первичного магния. М.: Металлургия, 1974, с. 36-42. ПНР содержит кожух с футерованной ванной прямоугольной формы со сводом, в которую установлен колокол также прямоугольной формы с рафинировочной камерой с дном и литейной без дна. Колокол имеет два патрубка, через один с помощью воронки заливается в камеру рафинирования магний-сырец с электролитом из электролизных ванн и рафинируется в этой камере путем отстаивания от этого электролита, оксидных и нитридных включений. При последующей заливке магния-сырца отстоявшийся магний перетекает в литейную камеру и выбирается из-под колокола через укороченную воронку. Обогрев печи осуществляется с помощью электролита и электродов. Состав греющего электролита: 8-14% MgCl₂; 8-12% NaCl; 5-7% BaCl₂ и 60-70% КСl.

Поскольку электролит магния-сырца остается в рафинировочной камере, то разбавления греющего электролита не происходит, и выбираемый из печи магний не загрязняется хлоридами. Однако качество рафинированного магния по оксидам (MgO) и нитридам (Mg₃N₂) магния не очень высокое, так как очистка магния-сырца производится лишь отстаиванием. Известно, что от мелких частиц MgO и Mg₃N₂ магний невозможно очистить отстаиванием в течение, например, 30 мин. А более длительный отстой нерационален из-за значительного понижения производительности печи.

Описанная печь имеет низкую производительность, так как шлам с подины этой печи возможно удалить лишь при извлечении колокола, а это весьма длительная операция, которая снижает производительность печи.

Технические результаты настоящего изобретения заключаются в повышении ее производительности и качества магния.

Технические результаты достигаются тем, что в печи рафинирования магния, включающей свод, кожух с футерованной ванной с электродами, внутрь которой установлен колокол с патрубками и с камерой с дном, и воронки для ввода магния и вывода рафинированного магния, новым является то, что ванна и колокол выполнены цилиндрической формы и установлены соосно, колокол снабжен перегородкой, высота которой составляет 0,5-0,8 высоты колокола, образующей лабиринт со стенкой камеры с дном, а воронка для вывода рафинированного магния установлена после лабиринта в центральном патрубке колокола.

Выполнение футерованной ванны и колокола цилиндрической формы, установленных соосно с центральным патрубком, позволяет значительно повысить производительность печи, так как шлам с подины возможно удалить через центральный патрубок, не извлекая колокола, равномерно по всей подине.

Регулярное и равномерное удаление шлама с подины позволяет поддерживать греющий (рафинирующий) электролит чистым по оксидным и нитридным включениям, что повышает его рафинирующую способность. За счет чего повышается качество магния рафинированного.

Снабжение колокола перегородкой, высота которой составляет 0,50-0,80 высоты, колокола, образование между стенкой камеры и перегородкой лабиринта и расположение вывода рафинированного магния после него позволяет увеличить путь магния, проходящего через греющий (рафинирующий) электролит. Увеличение пути магния через электролит позволяет повысить очистку магния от оксидных и нитридных включений электролитом и удаления их из магния.

Поскольку перемещение магния через лабиринт менее длительный процесс, чем отстаивание, то производительность заявляемой печи более высокая.

Следовательно, все признаки заявляемого изобретения способствуют повышению производительности печи и повышению качества рафинированного магния по оксидам, нитридам и хлоридам.

Печь для рафинирования магния изображена на чертеже. Печь состоит из кожуха 1 цилиндрической формы, футерованной ванны 2 с электродами 3 и опорами 4, на которые установлен колокол 5 цилиндрической формы с патрубком 6 для заливки в камеру 7 магния-сырца через воронку 8, с перегородкой 9, которая со стенкой 10 камеры 7 образует лабиринт; с центральным патрубком 11, в который установлена воронка 12 для вывода рафинированного магния и через патрубок 11 производится чистка подины 13 печи от шлама. Печь закрыта сводом 14. Под колоколом находится магний, а вокруг него и в нижней части колокола - греющий электролит (MgCl₂ - 12-18%; NaCl - 18-20%; NaBr - 10-20%; КСl - основа), который является и рафинирующим.

Печь для рафинирования магния работает следующим образом. В футерованную ванну 2 с кожухом 1 цилиндрической формы заливают 20 т электролита (15% MgCl₂; 18% NaCl; 15% NaBr; 52% KCl) и устанавливают соосно цилиндрический колокол 5 на опоры 4, подают переменный ток на электроды 3, печь закрывают сводом 14, в патрубок 6 устанавливают воронку 8 для ввода магния, которая входит в камеру 7. В патрубок 11 устанавливают воронку 12 для вывода рафинированного магния. После достижения в печи температуры расплава 700^oС в камеру 7 колокола 5 порциями по 1,5 т заливают 8 т магния через воронку 8. В камере 7 от магния-сырца отделяется значительная часть электролита, загруженного вместе с ним. Магний из камеры 7 по лабиринту между стенкой 10 и перегородкой 9 (которая имеет высоту 0,6 от высоты колокола) проходит через греющий электролит, заполняет верхнюю часть колокола 5. Магний, проходя по лабиринту, очищается греющим (рафинирующим) электролитом от оксидов и нитридов магния, а также от остатков электролита электролизных ванн, который неизбежно поступает в печь рафинирования с магнием-сырцом. За счет увеличения пути прохождения магния через греющий электролит и длительности его контакта с этим электролитом увеличивается эффективность очистки магния от примесей, что повышает качество магния рафинированного и снижает содержание в нем оксидов, нитридов магния и хлоридов других металлов.

Подобная промывка магния электролитом ускоряет процесс его рафинирования в сравнении с рафинированием магния отстоем, т.е. повышает производительность печи.

Одним из основных условий эффективной очистки магния-сырца от примесей оксидов, нитридов и хлоридов является скорость нагрева и выдержки при постоянной температуре (например, 700^oС) всей массы рафинируемого магния-сырца. В данной конструкции печи круглой формы с камерой 7 и лабиринтом между стенкой 10 и перегородкой 9 условия теплообмена между греющим электролитом и магнием-сырцом наиболее благоприятные, что повышает производительность печи непрерывного рафинирования и качество рафинированного магния.

Таким образом, за счет изменения конструкции печи повышаются ее производительность и качество рафинированного магния.

Формула изобретения

Печь для рафинирования магния, включающая свод, кожух с футерованной ванной с электродами, внутрь которой установлен колокол с патрубками и с камерой с дном, и воронки для ввода магния и вывода рафинированного магния, отличающаяся тем, что ванна и колокол выполнены цилиндрической формы и установлены соосно, колокол снабжен перегородкой, высота которой составляет 0,5-0,8 высоты колокола и образующей лабиринт со стенкой камеры с дном, а воронка для вывода рафинированного магния установлена после лабиринта в центральном патрубке колокола.

РИСУНКИ

Рисунок 1