本發(fā)明屬于真空冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種高溫銅質(zhì)線圈鎂還原罐電磁感應(yīng)加熱裝置，可用于熱還原法制備鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬的設(shè)備。

背景技術(shù)：

鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬，可以使用熱還原法在真空條件下制備。目前在金屬鎂生產(chǎn)領(lǐng)域中，廣泛使用的還原設(shè)備是使用燃氣等直接加熱由耐熱合金制成的還原罐。此法受還原罐結(jié)構(gòu)及材料性能的限制，反應(yīng)溫度低、傳熱慢、能耗高，并且由于還原罐的氧化等損耗大量消耗昂貴的鎳鉻合金。

實用新型專利號zl96247592.0中公開了一種感應(yīng)加熱還原煉鎂裝置，其中公開了一個技術(shù)特點，加熱過程中使用感應(yīng)加熱使被加熱工件自身發(fā)熱，感應(yīng)線圈及電源均處于冷態(tài)，熱量損耗小，能耗低，熱效率顯著提高。但是在該技術(shù)方案中，還原罐外壁上敷設(shè)有輕質(zhì)保溫層，罐體外壁上繞設(shè)有與罐體相絕緣的感應(yīng)線圈，而其權(quán)利要求書中并未描述清楚感應(yīng)線圈與保溫層的關(guān)系，使得該技術(shù)無法實現(xiàn)，若按其說明書中描述感應(yīng)線圈處冷態(tài)，工作時還原罐為高溫狀態(tài)，保溫層存在熱量耗散。保溫層加厚，熱傳導(dǎo)損耗小，感應(yīng)線圈處于保溫層外，直徑增大，線圈電阻損耗增加。綜合考慮感應(yīng)加熱裝置的熱傳導(dǎo)損耗和線圈電阻損耗，處于冷態(tài)的感應(yīng)線圈位于保溫層之外，總損耗并不是最優(yōu)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的感應(yīng)加熱還原鎂裝置中公開存在矛盾導(dǎo)致無法實現(xiàn)的問題，提供了一種高溫銅質(zhì)線圈鎂還原罐電磁感應(yīng)加熱裝置。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種高溫銅質(zhì)線圈鎂還原罐電磁感應(yīng)加熱裝置，包括還原罐、第一保溫層、感應(yīng)線圈和第二保溫層，所述還原罐外壁上敷設(shè)有第一保溫層；所述感應(yīng)線圈放置于第一保溫層外；所述感應(yīng)線圈外敷設(shè)有第二保溫層；所述感應(yīng)線圈采用銅線，工作溫度為900～1000℃；所述電磁感應(yīng)加熱裝置置于真空環(huán)境或填充有減輕銅質(zhì)感應(yīng)線圈氧化的保護性氣體環(huán)境中。圖2給出了不同熱傳導(dǎo)損耗下的煉鎂還原系統(tǒng)總損耗(標(biāo)幺值)隨感應(yīng)線圈所處溫度的變化關(guān)系，在保證傳輸功率、銅線質(zhì)量一定的情況下，可見在不同保溫層厚度下，即在任一熱傳導(dǎo)損耗下，隨著感應(yīng)線圈直徑的減小，其在保溫層所處溫度升高，總損耗越小。在感應(yīng)線圈處于保溫層最外側(cè)，即冷態(tài)時，總損耗達到最大，能量利用效率最低。銅線熔點為1083℃，當(dāng)允許感應(yīng)線圈工作的最大溫度達到1000℃，圖3給出了總損耗隨著熱傳導(dǎo)損耗的變化關(guān)系?？梢姡诟邷?000℃時，存在總損耗最小值使得能量傳輸效率達到最大。

所述第一保溫層和第二保溫層由導(dǎo)熱系數(shù)較低的氧化鋁陶瓷纖維和硬質(zhì)碳氈構(gòu)成，根據(jù)溫度分布對第一保溫層和第二保溫層材料進行布置，溫度不高于500℃時，采用氧化鋁陶瓷纖維作為保溫層材料，高于500℃時，采用硬質(zhì)碳氈作為保溫層材料。

本發(fā)明采用以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具體如下優(yōu)點：

1、感應(yīng)線圈放置于保溫層中，且工作溫度達到900～1000℃，而非冷態(tài)，這樣可以減小還原過程的總損耗，提高能量傳遞效率；

2、還原罐外抽真空或填充減輕銅質(zhì)感應(yīng)線圈氧化的保護性氣體，可有效防止感應(yīng)線圈銅線高溫氧化。在罐外抽真空的情況下，罐體承壓大大減小，材料熱強度需求降低，因此，還原罐只需使用普通耐熱鋼制造；

3、工作時，由電源裝置施加在感應(yīng)線圈上的高頻交流電在還原罐中產(chǎn)生交變的磁場。由此在還原罐中產(chǎn)生感應(yīng)電流。在還原罐中感生的電流產(chǎn)生的熱量通過傳導(dǎo)和輻射兩種方式對爐料進行加熱。通過這一電磁感應(yīng)過程，電能無接觸地傳遞給還原罐來加熱反應(yīng)爐料；

4、本發(fā)明設(shè)計合理，可以減小還原過程的總損耗，提高了能量傳遞效率；主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產(chǎn)。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明在不同熱傳導(dǎo)損耗下總損耗(標(biāo)幺值)隨感應(yīng)線圈所處溫度的變化關(guān)系圖；

圖3是本發(fā)明總損耗隨著熱傳導(dǎo)損耗的變化關(guān)系；

圖4是仿真時保溫層導(dǎo)熱系數(shù)所參考數(shù)據(jù)。

具體實施方式

如圖1所示，本實施例中的一種高溫銅質(zhì)線圈鎂還原罐電磁感應(yīng)加熱裝置，包括還原罐1、第一保溫層2、感應(yīng)線圈3和第二保溫層4，所述還原罐1外壁上敷設(shè)有第一保溫層2；所述感應(yīng)線圈3放置于第一保溫層2外；所述感應(yīng)線圈3外敷設(shè)有第二保溫層4；所述感應(yīng)線圈3采用銅線，工作溫度為900～1000℃；所述電磁感應(yīng)加熱裝置置于真空環(huán)境或填充有減輕銅質(zhì)感應(yīng)線圈3氧化的保護性氣體環(huán)境中。

所述第一保溫層2和第二保溫層4由導(dǎo)熱系數(shù)較低的氧化鋁陶瓷纖維和硬質(zhì)碳氈構(gòu)成，還原罐1外壁溫度為1200℃，第二保溫層4最外側(cè)通過冷卻裝置將其穩(wěn)定在60℃。根據(jù)溫度分布對第一保溫層2和第二保溫層4材料進行布置，溫度不高于500℃時，采用氧化鋁陶瓷纖維作為保溫層材料，高于500℃時，采用硬質(zhì)碳氈作為保溫層材料。仿真時保溫層導(dǎo)熱系數(shù)所參考數(shù)據(jù)如圖4中實線所示。

在不同保溫層厚度下，保證傳輸功率、銅線質(zhì)量一定，把感應(yīng)線圈3放置于保溫層中不同溫度下，通過仿真分析銅損的變化規(guī)律如圖2所示，得出感應(yīng)線圈3處于保溫層中高溫時總損耗小，且在感應(yīng)線圈3允許工作的最大溫度1000℃時，存在總損耗最小值使得能量利用效率達到最大，如圖3所示。

上述真空高蒸汽壓金屬還原裝置主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產(chǎn)。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，盡管參照本發(fā)明實施例進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對本發(fā)明的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明的技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋本發(fā)明的權(quán)利要求保護范圍中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及真空冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體為一種高溫銅質(zhì)線圈鎂還原罐電磁感應(yīng)加熱裝置，包括還原罐(1)、第一保溫層(2)、感應(yīng)線圈(3)和第二保溫層(4)。所述還原罐(1)外部設(shè)置有保溫層；所述感應(yīng)線圈(3)放置于第一保溫層(2)與第二保溫層(4)之間，工作溫度為900～1000℃。本發(fā)明設(shè)計合理，可以有效的減小鎂還原系統(tǒng)的總損耗，提高能量傳遞效率；主要用于鎂、鋰、鍶、鈣等高蒸汽壓金屬熱還原法生產(chǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：張靜;禹健;張亞斌;白建云;印江;王琦
受保護的技術(shù)使用者：山西大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：2017.05.05
技術(shù)公布日：2017.07.07