权利要求
1.一种虹吸出渣装置，用于
真空感应炉向大气虹吸出渣，其特征在于，包括：熔渣收集分离装置和出渣通道;其中，
所述熔渣收集分离装置设置在真空感应炉的熔池上部，所述熔渣收集分离装置包括熔渣收集斗、设置在所述熔渣收集斗底部的金属液分离口和设置在所述熔渣收集斗侧壁上的熔渣分离口;
所述出渣通道包括竖向设置在所述真空感应炉的加热坩埚的侧壁内部的内通道、与所述内通道的下部连通的过渡通道和与所述过渡通道的外端口连接的外通道;其中，
所述内通道的下端穿过所述加热坩埚，设置在所述真空感应炉的真空空间内;所述过渡通道的内端口与所述内通道的下端连通，外端口横向倾斜向上设置且穿过所述真空空间，设置在所述真空感应炉的外部;所述外通道竖向设置，下部与所述过渡通道的外端口连通，上部连接有开口向下倾斜的排料管;所述内通道的上部进渣口处的压强大于所述外通道的上部出渣口处的压强;
在所述过渡通道的外侧壁上设置有第一加热装置;在所述外通道的外侧壁上设置有第二加热装置;
在所述第一加热装置的外部围设有第一保温材料层;在所述第二加热装置的外部围设有第二保温材料层。
2.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
在所述内通道的下端设置有第一下端口，在所述第一下端口处设置有第一密封盖;和/或，
在所述外通道的下端设置有第二下端口，在所述第二下端口处设置有第二密封盖;和/或，
在所述外通道的上端设置有上端口，在所述上端口处设置有第三密封盖：和/或，
在所述排料管的排料口处设置有第四密封盖。
3.根据权利要求2所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
在所述第一下端口内部设置有第一耐火材料封堵结构;和/或，
在所述第二下端口内部设置有第二耐火材料封堵结构;和/或，
在所述外通道的上端口内部设置有第三耐火材料封堵结构。
4.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
所述过渡通道的外端口与水平面之间的倾斜角度为10-20°。
5.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
所述第一加热装置为第一硅钼加热棒;和/或，
所述第二加热装置为第二硅钼加热棒。
6.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
所述熔渣收集分离装置设置在所述熔池内高于熔渣液面的50-100mm处。
7.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
在所述排料管的排料口下方设置有移动储渣装置。
8.根据权利要求7所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
所述移动储渣装置包括设置在所述排料管的排料口下方的渣罐和设置在所述渣罐下方的渣罐车。
9.根据权利要求1所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
所述过渡通道和所述外通道的侧壁由内向外均依次包括石墨层、保温材料层和钢结构层。
10.根据权利要求9所述的虹吸出渣装置，其特征在于，
在所述过渡通道的保温材料层与所述钢结构层之间和在所述外通道的保温材料层与所述钢结构层之间均设置有耐高温粘合剂层。
说明书
技术领域
[0001]本实用新型涉及冶金技术领域，更为具体地，涉及一种虹吸出渣装置。
背景技术
[0002]金属冶炼，如镁冶炼技术以电解法和硅热法为主。其中，电解法由于原料制备工艺流程长，电解产生大量氯气/废渣，处理副产物及废渣投资大，因此给炼镁生产造成负担。典型的硅热法有玛格内姆法和皮江法，前者实现了原料在液态渣下连续反应，该方法还原效率高，还原时间较短，但高温的电极真空密封问题一直得不到解决，安全性不好，成本上也没有优势;皮江法工艺设备简单、投资少、成本低，因此目前皮江法生产的粗镁占原镁总产量的80%以上。然而，皮江法工艺存在能源消耗高、资源利用效率低、环境污染严重、无法实现机械化和自动化生产及碳排放强度高等问题。
[0003]针对镁冶炼工艺存在的以上问题，开发一种高效、环保、低成本、节能的原镁冶炼工艺和设备，是实现产业升级、改造和结构调整的迫切要求，也是绿色发展的需求。因此，基于移植炼钢设备RH、单嘴精炼炉、VD技术等开发出了真空液态喷吹炼镁(或其它金属)的方法。该技术通过在过量还原硅铁液中喷入被还原煅白粉的方法得到成品，且整个冶炼过程通过加料通道连续补充还原硅铁液，若能够通过排渣通道连续排渣，则可实现镁(或其它金属)冶炼的连续生产，这将是一种全新工艺。该方法的热力学、动力学条件好，反应速度块，单台设备的产能比玛格内姆高，还原温度明显低于玛格内姆法，成本测算低于皮江法。但是，在真空条件下液态渣的连续排出以及渣-金分离，目前并还没有适用的有效出渣方式。例如：现有专利CN111270088B公开的一种感应加热液态搅拌连续炼镁的系统和方法，其虽然提供了通过感应加热液态搅拌的方式，实现连续炼镁的方案，但是未具体给出出渣系统的设计;专利CN117588946A公开了一种连续出钢感应熔化炉，给出了针对感应炉在大气下，连续出钢的系统设计，但是并没有考虑连续出钢过程的密封性，因此，也不适用于真空条件下的连续出渣工况。
[0004]综上所述，目前现有技术中，缺少一种能够用于真空液态喷吹冶炼金属的连续出渣的有效方案。
[0005]需要说明的是：在上述背景技术部分公开的信息仅用于加强对本实用新型的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
实用新型内容
[0006]鉴于上述问题，本实用新型的目的是提供一种虹吸出渣装置，以解决现有技术中，缺少一种能够用于真空液态喷吹冶炼金属的连续出渣的有效方案的问题。
[0007]本实用新型提供一种虹吸出渣装置，用于真空感应炉向大气虹吸出渣，包括：熔渣收集分离装置和出渣通道;其中，
[0008]所述熔渣收集分离装置设置在真空感应炉的熔池上部，所述熔渣收集分离装置包括熔渣收集斗、设置在所述熔渣收集斗底部的金属液分离口和设置在所述熔渣收集斗侧壁上的熔渣分离口;
[0009]所述出渣通道包括竖向设置在所述真空感应炉的加热坩埚的侧壁内部的内通道、与所述内通道的下部连通的过渡通道和与所述过渡通道的外端口连接的外通道;其中，
[0010]所述内通道的下端穿过所述加热坩埚，设置在所述真空感应炉的真空空间内;所述过渡通道的内端口与所述内通道的下端连通，外端口横向倾斜向上设置且穿过所述真空空间，设置在所述真空感应炉的外部;所述外通道竖向设置，下部与所述过渡通道的外端口连通，上部连接有开口向下倾斜的排料管;所述内通道的上部进渣口处的压强大于所述外通道的上部出渣口处的压强;
[0011]在所述过渡通道的外侧壁上设置有第一加热装置;在所述外通道的外侧壁上设置有第二加热装置;
[0012]在所述第一加热装置的外部围设有第一保温材料层;在所述第二加热装置的外部围设有第二保温材料层。
[0013]此外，优选的方案是，在所述内通道的下端设置有第一下端口，在所述第一下端口处设置有第一密封盖;和/或，在所述外通道的下端设置有第二下端口，在所述第二下端口处设置有第二密封盖;和/或，在所述外通道的上端设置有上端口，在所述上端口处设置有第三密封盖：和/或，在所述排料管的排料口处设置有第四密封盖。
[0014]此外，优选的方案是，在所述第一下端口内部设置有第一耐火材料封堵结构;和/或，在所述第二下端口内部设置有第二耐火材料封堵结构;和/或，在所述外通道的上端口内部设置有第三耐火材料封堵结构。
[0015]此外，优选的方案是，所述过渡通道的外端口与水平面之间的倾斜角度为10-20°。
[0016]此外，优选的方案是，所述第一加热装置为第一硅钼加热棒;和/或，所述第二加热装置为第二硅钼加热棒。
[0017]此外，优选的方案是，所述熔渣收集分离装置设置在所述熔池内高于熔渣液面的50-100mm处。
[0018]此外，优选的方案是，在所述排料管的排料口下方设置有移动储渣装置。
[0019]此外，优选的方案是，所述移动储渣装置包括设置在所述排料管的排料口下方的渣罐和设置在所述渣罐下方的渣罐车。
[0020]此外，优选的方案是，所述过渡通道和所述外通道的侧壁由内向外均依次包括石墨层、保温材料层和钢结构层。
[0021]此外，优选的方案是，在所述过渡通道的保温材料层与所述钢结构层之间和在所述外通道的保温材料层与所述钢结构层之间均设置有耐高温粘合剂层。
[0022]从上面的技术方案可知，本实用新型提供的虹吸出渣装置，通过设置在真空感应炉的熔池上部的熔渣收集分离装置，对熔池中产生的熔炼渣进行收集和渣-金分离，被分离的熔渣从熔渣收集斗侧壁上的熔渣分离口进入出渣通道，内通道与外通道之间由过渡通道连通，内通道的上部进渣口处的压强大于外通道的上部出渣口处的压强，由于内通道中熔渣与外通道的出渣口处产生压强差，即利用虹吸原理将进入出渣通道的熔渣连续排出;通过环设在加热坩埚外周的感应线圈对内通道进行加热、利用第一加热装置对过渡通道进行加热、利用第二加热装置对外通道进行加热，以使出渣通道的温度保持预设出渣温度，确保出渣通道内的高粘度熔渣的流动性，从而实现真空条件下渣-金分离以及熔渣连续排出;有效解决了现有技术中，采用真空感应炉进行金属冶炼过程，由于熔渣流动性差、渣-金不易分离而导致的出渣困难、渣-金混出以及真空条件下熔渣难以连续排出的问题。
附图说明
[0023]通过参考以下结合附图的说明，并且随着对本实用新型的更全面理解，本实用新型的其它目的及结果将更加明白及易于理解。
[0024]图1为根据本实用新型实施例的虹吸出渣装置的结构示意图;
[0025]图2为根据本实用新型实施例的内通道的部分结构示意图;
[0026]图3为根据本实用新型实施例的熔渣收集分离装置的结构示意图;
[0027]图4为使用本实用新型实施例的虹吸出渣装置将真空感应炉内冶炼金属产生的熔渣进行连续排出的流程图。
[0028]在附图中，1-熔渣收集分离装置，11-熔渣收集斗，12-金属液分离口，13-熔渣分离口，21-内通道，22-过渡通道，23-外通道，24-排料管，25-第一加热装置，26-第二加热装置，27-第一保温材料层，28-第二保温材料层，31-真空系统，32-真空空间，33-真空外壳，34-感应线圈，35-加热坩埚，36-熔池，361-熔渣，362-金属熔体，37-进料通道，41-第一密封盖，42-第二密封盖，43-第三密封盖，44-第四密封盖，51-第一耐火材料封堵结构，52-第二耐火材料封堵结构，53-第三耐火材料封堵结构，61-渣罐，62-渣罐车。
[0029]在所有附图中相同的标号指示相似或相应的特征或功能。
具体实施方式
[0030]在下面的描述中，出于说明的目的，为了提供对一个或多个实施例的全面理解，阐述了许多具体细节。然而，很明显，也可以在没有这些具体细节的情况下实现这些实施例。
[0031]针对前述提出的现有技术中，缺少一种能够用于真空液态喷吹冶炼金属的连续出渣的有效方案的问题，提出了一种虹吸出渣装置。
[0032]以下将结合附图对本实用新型的具体实施例进行详细描述。
[0033]为了说明本实用新型提供的虹吸出渣装置，图1示出了根据本实用新型实施例的虹吸出渣装置的结构;图2示出了根据本实用新型实施例的内通道的部分结构;图3示出了根据本实用新型实施例的熔渣收集分离装置的结构;图4示出了使用本实用新型实施例的虹吸出渣装置将真空感应炉内冶炼金属产生的熔渣进行连续排出的流程。
[0034]如图1至图3共同所示，本实用新型提供的虹吸出渣装置，用于真空感应炉向大气虹吸出渣，包括：熔渣收集分离装置1和出渣通道;其中，
[0035]熔渣收集分离装置1设置在真空感应炉的熔池36上部，熔渣收集分离装置1包括熔渣收集斗11、设置在熔渣收集斗11底部的金属液分离口12和设置在熔渣收集斗侧壁上的熔渣分离口13;
[0036]出渣通道包括竖向设置在真空感应炉的加热坩埚35的侧壁内部的内通道21、与内通道21的下部连通的过渡通道22和与过渡通道22的外端口连接的外通道23;其中，
[0037]内通道21的下端穿过加热坩埚35，设置在真空感应炉的真空空间32内;过渡通道22的内端口与内通道21的下端连通，外端口横向倾斜向上设置且穿过真空空间32，设置在真空感应炉的外部;外通道23竖向设置，下部与过渡通道22的外端口连通，上部连接有开口向下倾斜的排料管24;内通道21的上部进渣口处的压强大于外通道23的上部出渣口处的压强;
[0038]在过渡通道22的外侧壁上设置有第一加热装置25;在外通道23的外侧壁上设置有第二加热装置26;
[0039]在第一加热装置25的外部围设有第一保温材料层27;在第二加热装置的外部围设有第二保温材料层28。
[0040]通过在加热装置的外部设置保温材料层，以达到出渣通道保温效果。
[0041]需要说明的是：本实用新型中的真空感应炉为现有技术中的成熟设备，其包括由真空外壳33围设的真空空间32，在真空外壳33上开设有真空连接孔，以与真空系统31连接，从而使真空外壳33的内部空间形成真空空间32。在真空空间32内设置有加热坩埚35，在加热坩埚35的外部围设有感应线圈34，在加热坩埚35的内侧壁上设置有竖向的进料通道37，以用于从外部将金属原料加入至加热坩埚35的内部，通过感应线圈34对加热坩埚35进行加热冶炼，以使加热坩埚35内部的金属原料加热熔融形成熔池36，熔池36的顶部为熔渣361，熔渣361下部为金属熔体362。本实用新型中的熔炼渣是指带有金属熔体的熔渣。
[0042]其中，加热坩埚35优选但不限于为
石墨坩埚，加热效果好。
[0043]进料通道37和内通道21均竖直设置在加热坩埚35的侧壁内部。外通道23竖直设置在真空感应炉的外部。
[0044]本实用新型技术方案中的出渣通道利用虹吸原理实现连续出渣，通过控制连续加料速度，将熔渣分离后利用出渣通道的内通道21中的熔渣高度与外通道23的出口处的压强差，将熔渣从炉内向外连续排出，其中，内通道21的熔渣高度与外通道23内的出渣口的高度(即外通道23与排料管24连通的出料口)以及通道直径的具体设置可根据伯努利方程计算，其中，伯努利方程为：
[0045]
[0046]Q≤πr2·V1;
[0047]其中，Z1为外通道23的出渣口的高度，V1为外通道23的出渣口的出渣流速，Z0为内通道21的高度(内通道21内熔渣高度)，V0为内通道21进渣流速，Z1和Z0的单位均为m，V1和V0的单位均为m/s，P0、P1分别为真空感应炉的内、外压强，单位均为Pa，ρ为熔渣的密度，单位为kg/m3;g为重力加速度，单位为m/s2;hw为出渣通道的总的压力损失，单位为Pa;Q为单位时间的出渣量，单位为m3/s;r为内通道21和外通道23的半径，单位均为m，内通道21和外通道23的半径相同。
[0048]通过设置在真空感应炉的熔池36上部的熔渣收集分离装置1，对熔池36中产生的熔炼渣进行收集分离，被分离的熔渣从熔渣收集斗11侧壁上的熔渣分离口13进入出渣通道，内通道21与外通道23之间由过渡通道22连通，由于内通道21中熔渣与外通道23的出渣口处产生压强差，即利用虹吸原理将进入出渣通道的熔渣连续排出;通过环设在加热坩埚35外周的感应线圈对内通道21进行加热、利用第一加热装置25对过渡通道22进行加热、利用第二加热装置26对外通道23进行加热，以使出渣通道的温度保持预设出渣温度，确保出渣通道内的高粘度熔渣的流动性，从而实现真空条件下渣-金分离以及熔渣连续排出;有效解决了现有技术中，采用真空感应炉进行金属冶炼过程，由于熔渣流动性差、渣-金不易分离而导致的出渣困难、渣-金混出以及真空条件下熔渣难以连续排出的问题。
[0049]作为本实用新型的一个优选方案，在内通道21的下端设置有第一下端口，在所述第一下端口处设置有第一密封盖41;和/或，在外通道23的下端设置有第二下端口，在第二下端口处设置有第二密封盖42;和/或，在外通道23的上端设置有上端口，在上端口处设置有第三密封盖43：和/或，在排料管24的排料口处设置有第四密封盖44。
[0050]通过设置端口和密封盖，便于出渣通道内残留熔渣的清理。
[0051]需要说明的是：在金属真空冶炼时，需要通过封盖对出渣通道的各处端口进行密封，以保证开炉或停炉期系统内的真空度。
[0052]作为本实用新型的一个优选方案，在第一下端口内部设置有第一耐火材料封堵结构51;和/或，在第二下端口内部设置有第二耐火材料封堵结构52;和/或，在外通道23的上端口内部设置有第三耐火材料封堵结构53。
[0053]耐火材料封堵结构主要作用是封堵通道，防止高温渣直接与密封盖接触，损害密封盖。
[0054]作为本实用新型的一个优选方案，过渡通道22的外端口与水平面之间的倾斜角度为10-20°。
[0055]通过将过渡通道22的外端口与水平面之间的倾斜角度设定为10-20°，可避免停炉时候，过多液渣存留在管道中。
[0056]作为本实用新型的一个优选方案，第一加热装置25为第一硅钼加热棒;和/或，第二加热装置26为第二硅钼加热棒。
[0057]需要说明的是：第一加热装置25和第二加热装置26优选但不限于为硅钼加热棒，也可采用其它能够达到同样加热效果的装置进行替换，对此本实用新型不做特别限定。
[0058]作为本实用新型的一个优选方案，熔渣收集分离装置1设置在熔池36内高于熔渣液面的50-100mm处。
[0059]需要说明的是：熔渣收集分离装置1设置在熔池36内高于熔渣液面的50-100mm处为本实用新型实施例的优选方案，实际应用中可根据实际熔炼渣的涌动或喷溅高度确定熔渣收集分离装置1的高度，对此本实用新型不做特别限定。
[0060]作为本实用新型的一个优选方案，在排料管24的排料口下方设置有移动储渣装置。
[0061]作为本实用新型的一个优选方案，移动储渣装置包括设置在排料管24的排料口下方的渣罐61和设置在所述渣罐61下方的渣罐车62。
[0062]通过移动储渣装置便于将熔渣的存储和输送。
[0063]作为本实用新型的一个优选方案，过渡通道22和外通道23的侧壁由内向外均依次包括石墨层、保温材料层和钢结构层。
[0064]过渡通道22和外通道23的侧壁由内向外均依次包括石墨层、保温材料层和钢结构层，以减少出渣运行过程中通道内熔渣热量损失。
[0065]作为本实用新型的一个优选方案，在过渡通道22的保温材料层与钢结构层之间和在外通道23的保温材料层与钢结构层之间均设置有耐高温粘合剂层。
[0066]通过在过渡通道22的保温材料层与钢结构层之间和在外通道23的保温材料层与钢结构层之间均设置有耐高温粘合剂层，防止开炉或停炉过程中，过渡通道22和外通道23的外部的钢结构层在加热冷却过程中由于热膨胀系数不同，导致开裂，破坏系统密闭性。
[0067]如图4所示，使用本实用新型实施例的虹吸出渣装置将真空感应炉内冶炼金属产生的熔渣进行连续排出的流程，包括如下步骤：
[0068]步骤S1、在真空感应炉上安装虹吸出渣装置;
[0069]步骤S2、通过熔渣收集分离装置1对熔池36内产生的熔炼渣进行收集，并利用金属液分离口12和熔渣分离口13对收集的熔炼渣进行熔渣与金属熔体的分离，使分离出的熔渣从熔渣分离口13进入出渣通道;
[0070]步骤S3、利用环设在加热坩埚35外周的感应线圈34对内通道21进行加热、利用第一加热装置25对过渡通道22进行加热、利用第二加热装置26对外通道23进行加热，确保出渣通道的温度保持预设出渣温度，以使高粘度的熔渣从真空感应炉内连续向外排出。
[0071]其中，预设出渣温度为1450℃-1500℃。
[0072]需要说明的是：预设出渣温度优选但不限于1450℃-1500℃，可根据实际金属熔渣保持流动性的温度进行限定，对于大部分金属熔渣而言，1450℃-1500℃是可确保熔渣的流动性的。
[0073]通过上述具体实施方式可看出，本实用新型提供的虹吸出渣装置，通过设置在真空感应炉的熔池上部的熔渣收集分离装置，对熔池中产生的熔炼渣进行收集和渣-金分离，被分离的熔渣从熔渣收集斗侧壁上的熔渣分离口进入出渣通道，内通道与外通道之间由过渡通道连通，由于内通道中熔渣与外通道的出渣口处产生压强差，即利用虹吸原理将进入出渣通道的熔渣连续排出;通过环设在加热坩埚外周的感应线圈对内通道进行加热、利用第一加热装置对过渡通道进行加热、利用第二加热装置对外通道进行加热，以使出渣通道的温度保持预设出渣温度，确保出渣通道内的高粘度熔渣的流动性，从而实现真空条件下渣-金分离以及熔渣连续排出;有效解决了现有技术中，采用真空感应炉进行金属冶炼过程，由于熔渣流动性差、渣-金不易分离而导致的出渣困难、渣-金混出以及真空条件下熔渣难以连续排出的问题。
[0074]如上参照附图以示例的方式描述了根据本实用新型提出的虹吸出渣装置。但是，本领域技术人员应当理解，对于上述本实用新型所提出的虹吸出渣装置，还可以在不脱离本实用新型内容的基础上做出各种改进。因此，本实用新型的保护范围应当由所附的权利要求书的内容确定。
说明书附图(4)
声明：
“虹吸出渣装置” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：北方有色网
来源：北京中冶设备研究设计总院有限公司
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