大型连续低碳炼镁新技术
- 发布人：何俊峰
- 发布时间：2012-07-05
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我国是世界第一产镁大国，生产工艺基本上都采用皮江法。皮江法炼镁工艺创立和完善于1942年，六十多年来没有根本性的进步。皮江法炼镁工艺的本质缺陷在于：（1）固态反应速度很慢，生产周期长达10多个小时；（2）横罐作为反应器，容积太小，每次只能产镁几十公斤；（3）物耗、能耗畸高，不能连续生产。
西方一些国家采用电解法炼镁，吨镁产能投资很大，生产过程产生大量氯气，环保问题无法解决，近年来纷纷停产，让位于我国皮江法工艺。此外，法国于1950年代开发了Magnetherm半连续炼镁工艺，采用炉渣导电内热技术，但物料以固体加入，缓慢熔化，装料到出镁的周期仍然需要十多个小时。上述工艺均不符合“反应容器大型化、化学反应气液化、生产过程自动化、工艺流程连续化、物料能量循环化”的现代冶金工业趋势，也不适应资源节约、环境友好、信息化自动化的新时代产业发展要求。
二战以来，以氧气顶吹转炉、连铸、炉外精炼等短流程技术为特征，以钢铁工业为代表的现代冶金工业取得重大发展，其最重要的技术基础就在于实现了反应器大型化和激流态高速气液反应。反应器大型化方面，早期的3吨炼钢炉现在已发展到400吨的氧气转炉；激流态高速气液反应导致炼钢时间从平炉的6小时缩短到现在的转炉8分钟。
钢铁工业技术六十年的巨大进步，完全可以浓缩集成应用于炼镁产业，替代现有的皮江法等落后炼镁工艺。因此提出了一项型熔态连续炼镁新技术，以反应器大型化和激流态气液反应为主要特征，该新工艺的技术思路是：转化效率高，生产效率高；单体设备大，产能规模大；资源综合利用完全，循环经济突出；反应速度快，生产速度快；信息化、自动化程度高；连续生产。
本技术的主要设备和流程是：还原剂高温熔融液态硅铁，置于一个大型感应炉内形成熔池，含有氧化镁的镁矿粉以氩气为载气连续喷射进入硅铁液熔池，并与硅铁液一起进行剧烈的循环流动。循环流动的硅铁液和镁矿粉充分混合在一起，流经一个特殊设计的真空反应装置，在真空条件下镁被还原成镁蒸气，进入真空反应装置上部，被一个专门设计的冷凝器冷凝为液态镁，液态镁定期释放后直接进行精炼、合金化或者铸锭、连铸。硅铁、废渣可以定期或连续补充、排出，整个过程连续进行。生产一段时间后，残余硅铁水通过调整成分，作为副产品向钢铁企业出售。整个生产过程以清洁电能进行感应加热和等离子加热。
本技术实现了反应器大型化，硅铁液熔池可达百吨以上；同时实现了激流态气液反应，硅铁液进行剧烈流动，氩气携带镁矿粉与之充分混合，化学反应速度异常迅速。两项技术结合，使得生产速度非常快，镁矿粉喷射进入硅铁液熔池后，几分钟即可产生镁蒸气，故每小时可产数吨原镁。本技术的大生产特征使得机械化、信息化、自动化、连续化生产很容易实现。
新技术对镁矿、硅铁的适应性更强。无论白云石，还是菱镁矿，以及海水盐卤中镁资源，对矿石进行一定程度前处理，均可以采用本技术生产原镁。还原剂硅铁，无论是高硅含量还是中低硅含量，都可用于炼镁。
在投资强度方面，吨镁产能的投资强度只有约5千元，而皮江法需要1万元，电解法更是高达5万元。新技术适合大型化，工厂规模越大，投资越省。
本技术还有节能、降耗的显著效果。由于大型熔炉采用内部加热，能量散失少，能源效率高，本技术炼镁所需能耗只有皮江法的三分之一。由于硅铁物料综合利用充分，硅铁消耗比皮江法节省30%以上。综合成本比皮江法降低20-40%。
以300吨硅铁液熔池的装置为例，采用以氩气为载气的浓相输送，多个喷嘴可以每小时喷吹镁矿粉60吨，使用高功率感应炉和多个等离子加热枪供能，每小时可产镁20吨。实行“三吹二”即三座炼镁炉熔炼两座的制度，年可产原镁30万吨，每吨原镁销售价格16000元，保守进行成本估计在11000元以下，则年销售额48亿元，税前利润15亿元，当年即可收回15亿元的投资。
该项技术借鉴移植的是钢铁工业早已技术成熟并且正在广泛使用的炉外精炼技术，镁蒸气回收借鉴移植在西方多个国家成熟建厂的Magnetherm半连续炼镁工艺技术，两项工艺技术经过多年生产运行，成熟、可靠、安全，技术上没有大的风险，所使用设备也是目前钢铁和有色行业正在服役的设备类型。通过建立中试生产线和示范工厂，在工程实践中进一步优化、细化工艺技术参数和完善操作规程，可使该项技术短期内完全成熟，与设计院合作提供成套技术，进行全行业推广。
大中型钢铁联合企业采用本技术，由于具备炉外精炼设备基础和技术能力，制氧设备能够副产大量氩气，可以直接进行本技术的产业化，建设150吨以上硅铁液熔池工业示范装置。皮江法炼镁骨干企业或其他原材料企业，可以先进行中试规模的半工业试验，通过50吨左右硅铁液熔池装置优化和完善设备、工艺参数，然后实现规模化生产。
西方一些国家采用电解法炼镁，吨镁产能投资很大，生产过程产生大量氯气，环保问题无法解决，近年来纷纷停产，让位于我国皮江法工艺。此外，法国于1950年代开发了Magnetherm半连续炼镁工艺，采用炉渣导电内热技术，但物料以固体加入，缓慢熔化，装料到出镁的周期仍然需要十多个小时。上述工艺均不符合“反应容器大型化、化学反应气液化、生产过程自动化、工艺流程连续化、物料能量循环化”的现代冶金工业趋势，也不适应资源节约、环境友好、信息化自动化的新时代产业发展要求。
二战以来，以氧气顶吹转炉、连铸、炉外精炼等短流程技术为特征，以钢铁工业为代表的现代冶金工业取得重大发展，其最重要的技术基础就在于实现了反应器大型化和激流态高速气液反应。反应器大型化方面，早期的3吨炼钢炉现在已发展到400吨的氧气转炉；激流态高速气液反应导致炼钢时间从平炉的6小时缩短到现在的转炉8分钟。
钢铁工业技术六十年的巨大进步，完全可以浓缩集成应用于炼镁产业，替代现有的皮江法等落后炼镁工艺。因此提出了一项型熔态连续炼镁新技术，以反应器大型化和激流态气液反应为主要特征，该新工艺的技术思路是：转化效率高，生产效率高；单体设备大，产能规模大；资源综合利用完全，循环经济突出；反应速度快，生产速度快；信息化、自动化程度高；连续生产。
本技术的主要设备和流程是：还原剂高温熔融液态硅铁，置于一个大型感应炉内形成熔池，含有氧化镁的镁矿粉以氩气为载气连续喷射进入硅铁液熔池，并与硅铁液一起进行剧烈的循环流动。循环流动的硅铁液和镁矿粉充分混合在一起，流经一个特殊设计的真空反应装置，在真空条件下镁被还原成镁蒸气，进入真空反应装置上部，被一个专门设计的冷凝器冷凝为液态镁，液态镁定期释放后直接进行精炼、合金化或者铸锭、连铸。硅铁、废渣可以定期或连续补充、排出，整个过程连续进行。生产一段时间后，残余硅铁水通过调整成分，作为副产品向钢铁企业出售。整个生产过程以清洁电能进行感应加热和等离子加热。
本技术实现了反应器大型化，硅铁液熔池可达百吨以上；同时实现了激流态气液反应，硅铁液进行剧烈流动，氩气携带镁矿粉与之充分混合，化学反应速度异常迅速。两项技术结合，使得生产速度非常快，镁矿粉喷射进入硅铁液熔池后，几分钟即可产生镁蒸气，故每小时可产数吨原镁。本技术的大生产特征使得机械化、信息化、自动化、连续化生产很容易实现。
新技术对镁矿、硅铁的适应性更强。无论白云石，还是菱镁矿，以及海水盐卤中镁资源，对矿石进行一定程度前处理，均可以采用本技术生产原镁。还原剂硅铁，无论是高硅含量还是中低硅含量，都可用于炼镁。
在投资强度方面，吨镁产能的投资强度只有约5千元，而皮江法需要1万元，电解法更是高达5万元。新技术适合大型化，工厂规模越大，投资越省。
本技术还有节能、降耗的显著效果。由于大型熔炉采用内部加热，能量散失少，能源效率高，本技术炼镁所需能耗只有皮江法的三分之一。由于硅铁物料综合利用充分，硅铁消耗比皮江法节省30%以上。综合成本比皮江法降低20-40%。
以300吨硅铁液熔池的装置为例，采用以氩气为载气的浓相输送，多个喷嘴可以每小时喷吹镁矿粉60吨，使用高功率感应炉和多个等离子加热枪供能，每小时可产镁20吨。实行“三吹二”即三座炼镁炉熔炼两座的制度，年可产原镁30万吨，每吨原镁销售价格16000元，保守进行成本估计在11000元以下，则年销售额48亿元，税前利润15亿元，当年即可收回15亿元的投资。
该项技术借鉴移植的是钢铁工业早已技术成熟并且正在广泛使用的炉外精炼技术，镁蒸气回收借鉴移植在西方多个国家成熟建厂的Magnetherm半连续炼镁工艺技术，两项工艺技术经过多年生产运行，成熟、可靠、安全，技术上没有大的风险，所使用设备也是目前钢铁和有色行业正在服役的设备类型。通过建立中试生产线和示范工厂，在工程实践中进一步优化、细化工艺技术参数和完善操作规程，可使该项技术短期内完全成熟，与设计院合作提供成套技术，进行全行业推广。
大中型钢铁联合企业采用本技术，由于具备炉外精炼设备基础和技术能力，制氧设备能够副产大量氩气，可以直接进行本技术的产业化，建设150吨以上硅铁液熔池工业示范装置。皮江法炼镁骨干企业或其他原材料企业，可以先进行中试规模的半工业试验，通过50吨左右硅铁液熔池装置优化和完善设备、工艺参数，然后实现规模化生产。
