[19]中华人民共和国国家知识产权局
[12]发明专利申请公开说明书
[21]申请号99112737.4
[51]Int.CI6
F27B 14/10C22B 26/22
[43]公开日1999年10月27日[22]申请日99.3.13
[21]申请号99112737.4
[11]公开号CN 1232956A
[74]专利代理机构鞍山热能专利事务所
代理人张群
[71]申请人曲智
地址114200辽宁省海城市高级中学曲冬梅转[72]发明人曲智 曲冬梅 曲轶群 曲轶众
权利要求书 2 页 说明书 6 页 附图 5 页
[54]发明名称
复合材料炼镁还原罐的结构及其制造法与装备[57]摘要
本发明公开了复合材料炼镁还原罐的结构及其制造法与装备。其特征是还原罐带有对接法兰,罐壁分三层结构,外为合金层,内为Al2O3层,中间为过渡层,它是由熔炼反应罐制得混合液体,浇入中间包后流入型筒和金属型,经离心机铸成直管和封头,直管和封头连接而构成还原罐,其熔炼反应罐的外壳为钢制壶形壳体,内衬耐火砖层。特点是本发明的还原罐高温持久强度高,使用寿命长达300—400天,生产工艺简单,生产一只罐可节电400—500度。
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权 利 要 求 书
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1．一种复合材料炼镁还原罐，其特征在于：所述的复合材料炼镁还原罐其外层为合金层，内层为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间层为合金和Al2O3的过渡层；外层合金为耐热合金：以Cr:12-28％(重量百分比，以下同)，Ni:4-21％为主要成分，另外含有Co、Mn、Cu,W、Al、Nb中的任意1-3种，其总量＜10％，其余为Fe；内层Al2O3刚玉层的Al2O3含量不低于90％；过渡层为合金层和Al2O3刚玉层的成份过渡层。这样构成耐热合金层和Al2O3刚玉层互补型复合还原罐。
2．根据权利要求1所述的复合材料炼镁还原罐，其特征在于：所述的复合材料炼镁还原罐其外层可以是普通铁合金层，内层为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间为Fe+Al2O3过度层，外面普通铁合金层以Fe为主，另含总量小于6％的几种合金元素，如Co、Mn、Cu,W、AL、Nb中的任意几种，内层的Al2O3含量不低于90％，这样构成以Al2O3为主体结构的复合还原罐。
3．根据权利要求1或2所述的复合材料炼镁还原罐，其特征在于：为了获得成份合格的合金层，还要加入一定数量的铁合金。 4．一种复合材料炼镁还原罐的结构，其特征在于：复合材料炼镁还原罐由铸有法兰的还原罐直管、封头及带有螺孔的松套法兰构成；还原罐直管的壁由外层为合金层，内层为Al2O3刚玉层，中间层为合金和Al2O3刚玉过渡层构成，还原罐直管一端设有与结晶器对接法兰，在直管端面上设有密封槽，在对接法兰外下面，直管的外侧装有带螺孔松套法兰；直管封头呈半圆形，在直管封头的开口端设有与直管连接的匹配连接螺纹，连接螺纹间装有密封件，直管螺纹与直管封头螺纹连接，外侧有焊接层密封；还原罐的带螺孔松套法兰与结晶器的法兰由长帽螺钉连接，在还原罐直管端面的密封槽和结晶器法兰的端面密封槽内装有耐火胶泥填料。
5．一种复合材料炼镁还原罐的制造方法，其特征在于：在熔炼反应罐中装入1-3种以上粉状金属氧化物和铝粉及一些铁合金和金属元素，
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按上述比例置于熔炼反应罐内，经点燃而发生剧烈的氧化还原放热反应，使其金属氧化物和铝粉形成合金和Al2O3熔化物，将其熔化物倒入中间包，在熔炼反应罐档板流量的作用下，先流出合金熔化物，其次流出合金和Al2O3的混合熔化物，再流出Al2O3熔化物，经中间包水口流入型筒，型筒座落在卧式离心机上，在型筒的直管段内流入的熔化物，在卧式离心机的转动中，离心铸成还原罐的直管；直管封头是由立式离心机转动封头型腔而铸成。
6．复合材料炼镁还原罐制造方法所使用装备，是由熔炼反应罐33、中间包18、直管型筒23、封头金属型组成，其特征在于：所述的反应罐外壳26为钢制壶形壳体，内衬保温层27、耐火砖层28，在熔炼反应罐浇口侧用耐火砖32隔开一个浇嘴34，直通罐底下部，罐口装有匹配的保温盖35，保温盖35上设有排烟筒40，保温盖内衬耐火层36；在罐体的侧面设有对称的小轴37，小轴37连接有n型转动机构38固定保温盖35,n型转动机构的小轴37处连接有n型手把39；在熔炼反应罐的侧面对称重心点安装转轴29，在转轴29上装有翻包机构31，转轴29连接吊包环30，吊包环30连接吊杆41，吊杆41由横梁42固定，横梁42上装有吊车挂环43。
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说 明 书
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复合材料炼镁还原罐的结构及其制造法与装备
本发明涉及金属冶炼及特种铸造技术领域，特别属于复合材料炼镁还原罐的结构及其制造法与装备。
皮江法炼镁使用的还原罐，是炼镁生产工艺中的核心装置，它需要在1200度以上的火焰炉内长期连续使用。其性能应具有良好的抗高温氧化性，抗热腐蚀性，比较好的高温强度和真空密封性，较高的高温持久强度。
当前，各皮江法冶炼镁厂使用的还原罐材质大同小异，如国内鞍山钢铁集团公司西部铸钢厂制造的还原罐，多采用ZG3Cr24Ni7N、ZG3Cr24NiSiN、ZG3Cr24Ni7SiNRe为代表的合金钢，在使用过程中多发生罐体表面被氧化剥蚀大小不等的腐蚀坑，局部或大部分产生凹陷，弯曲、变形、裂纹等现象，实际使用的寿命只有60-90天，影响了冶炼镁生产。国外如日本太平金属公司制造的还原罐，采用高镍、铬合金TAH1008、TAH1011、SCH22，如TAH1009合金含铬26-30％、含镍14-16％,SCH22合金含铬23-26％、含镍20-23％。该还原罐实际使用寿命在200天左右，但由于大量使用昂贵的Cr、Ni合金，致使成本价格高昂，生产厂和炼镁厂均无利可图。
本发明的目的一是提供一种复合材料炼镁还原罐，来提高还原罐综合高温持久不变形的性能。
本发明的目的二是提供一种复合材料炼镁还原罐的结构，使还原罐更换、维修方便易行。
本发明的目的三是提供一种复合材料炼镁还原罐的制造方法，生产出内刚外柔、内外有别的冶金分层的还原罐。
本发明的目的四是提供一种制造复合材料炼镁还原罐的装备，通过该装备使复合材料炼镁还原罐得以实施。 本发明的技术方案是这样完成的。
一种复合材料炼镁还原罐，其特征在于：所述的炼镁还原罐其外层
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为合金层，内层为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间层为合金和Al2O3的过渡层；外层合金为耐热合金：以Cr:12-28％(重量百分比，以下同)，Ni:4-21％为主要成分，另外含有Co、Mn、Cu,W、Al、Nb中的任意1-3种，其总量＜10％，其余为Fe；内层Al2O3刚玉层的Al2O3含量不低于90％；过渡层为合金层和Al2O3刚玉层的成份过渡层。这样构成耐热合金层和Al2O3刚玉层互补型复合还原罐。
复合材料炼镁还原罐其外层可以是普通铁合金层，内层为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间为Fe+Al2O3过度层，外面普通铁合金层以Fe为主，另含总量小于6％的几种合金元素，如Co、Mn、Cu,W、AL、Nb中的任意几种，内层的Al2O3含量不低于99％，这样构成以Al2O3为主体结构的复合还原罐。
为了获得成份合格的合金层，还要加入一定数量的铁合金。 一种复合材料炼镁还原罐的结构，其特征在于：复合材料炼镁还原罐由铸有法兰的还原罐直管和封头及带有螺孔的松套法兰构成；还原罐直管的壁由外层为合金层，内层为Al2O3刚玉层，中间层为合金和Al2O3刚玉过渡层构成，还原罐直管一端设有与结晶器对接法兰，在直管端面上设有密封槽，在对接法兰外下面，直管的外侧装有带螺孔松套法兰；直管封头呈半圆形，在直管封头的开口端设有与直管连接的匹配连接螺纹，连接螺纹间装有密封件，直管螺纹与直管封头螺纹连接，外侧有焊接层密封；还原罐的带螺孔的松套法兰与结晶器(已知技术)的法兰由长帽螺钉连接，在还原罐直管端面的密封槽和结晶器法兰的端面密封槽内装有耐火胶泥填料。
一种复合材料炼镁还原罐的制造方法，其特征在于：在熔炼反应罐中装入1-3种以上粉状金属氧化物和铝粉，有时还要加入一定数量的铁合金和金属元素，按上述比例置于熔炼反应罐内，经点燃而发生剧烈的氧化还原放热反应，使其金属氧化物和铝粉形成合金和Al2O3熔化物，将其熔化物倒入中间包，在熔炼反应罐档板流量的作用下，先流出
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合金熔化物，其次流出合金和Al2O3的混合熔化物，再流出Al2O3熔化物，经中间包水口流入型筒，型筒座落在卧式离心机上，在型筒的直管段内流入的熔化物，在卧式离心机的转动中，离心铸成还原罐的直管；直管封头是由立式离心机转动封头型腔而铸成。
复合材料炼镁还原罐制造方法所使用装备，是由熔炼反应罐33(见图3、4)、中间包18、直管型筒23、封头金属型45组成，中间包18呈烟斗形结构，外壳为纲板制成，内衬耐火砖，座落在移动小车19上，水口20插入型筒中间孔；型筒23呈圆形，钢制外壳内衬覆膜砂17，型筒23两端带砂芯的端盖22，端盖外侧有楔子21将其固定；熔炼反应罐外壳26为钢制壶形壳体(见图4)，内衬保温层27、耐火砖层28，在熔炼反应罐浇口侧用耐火砖32隔开一个浇嘴34，直通罐底下部，罐口装有匹配的保温盖35，保温盖35上设有排烟筒40，保温盖内衬耐火层36；在罐体的侧面设有对称的小轴37，小轴37连接有n型转动机构38固定保温盖35,n型转动机构的小轴37处连接有n型手把39；在熔炼反应罐的侧面对称重心点安装转轴29，在转轴29上装有翻包机构31，转轴29连接吊包环30，吊包环30连接吊杆41，吊杆41由横梁42固定，横梁42上装有吊车挂环43；所述的中间包18呈烟斗形其外壳为钢制，内衬耐火砖层，中间包座落在移动小车19上，水口20插入型筒中23，型筒为圆形耐火空腔体，两端带有砂芯16端盖22，端盖22用楔子21固定，型筒23座落在卧式离心机24上；封头砂芯与封头形状匹配，座落在立式离心机金属型内。
封头金属型座落在立式离心机上(见图5)，金属型45的内腔形状与封头1外形匹配，吊砂芯48与封头1内腔匹配，放在金属型45内，和还原罐直管连接的内、外螺纹分别由46、52形成，焊接坡口53，由吊砂芯48形成，在吊芯48内的扁平内浇口47、直浇口49、外浇口杯50相通，引入混合液体到封头型腔51内铸成封头1。 本发明的特点是：
①还原罐的外层耐热合金具有可焊性和较好的耐高温性能，内层
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Al2O3刚玉层负荷软化点比较高(大于18-40℃)，在内壁形成一个支撑壳体，在1200-1300℃高温中支撑耐热合金层不变形；在内外层之间的过渡层，虽然耐热合金和Al2O3刚玉层在1200-1300℃时膨胀应力很大，由于这个中间过渡层的存在，应力得到缓解，内外层不开裂，使其保持一个整体。
②利用化学反应产生的两个反应物一耐热合金钢水和Al2O3刚玉制成的复合材料，所采用的冶炼工艺和成型工艺是利用化学反应热来熔化，而制成既分层又一体的离心铸造工艺。
③利用熔炼反应罐进行氧化还原化学反应，利用反应热熔化产物，节省了加热熔化设备(或感应设备)，同时节省了大量的电力。 ④利用熔炼反应罐制得合金和Al2O3混合液体方法工艺，为Al2O3等难熔氧化物的开发利用提供了新的制造工艺。
⑤本还原罐与结晶器连接方便，结构简单、操作容易。 图1为还原罐结构示意图。
图2为还原罐与结晶器连接结构示意图。 图3为还原罐直管装备示意图。 图4为熔炼反应罐结构示意图。 图5为还原罐封头装备示意图。
下面结合附图详细描述复合材料炼镁用还原罐的结构及其制造方法与装备的实施例。 实施例1
复合材料炼镁还原罐(见图1)其外层5为合金层，内层7为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间层6为合金和Al2O3的过渡层；外层5合金为耐热合金：以Cr:28％,Ni:4％为主要成分，另外含有Co、Mn、Al3种合金，其总量＜10％，其余为钢；内层Al2O3刚玉层的Al2O3含量不低于90％；过渡层6为合金层和Al2O3刚玉层的成份过渡层。这样构成耐热合金层和Al2O3刚玉层互补型复合还原罐。
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复合材料炼镁还原罐由铸有法兰10的还原罐直管4、封头1及带有洛孔松套法兰构成(见图1)；还原罐直管4呈筒形，直管的壁由外层5为合金层，内层7的Al2O3层，中间层6为合金层和Al2O3过渡层构成，还原罐直管一端设有与结晶器对接法兰10，在直管端面上设有密封槽11，在对接法兰外下面，直管的外侧装有带螺孔松套法兰8；直管封头呈半圆形1，在直管封头的开口端，设有与直管连接的匹配连接螺纹9，连接螺纹间装密封件2，直管螺纹与直管封头螺纹连接，并有焊接层3；还原罐的带螺孔松套法兰8与结晶器15(已知技术)的法兰13由长帽螺钉14连接(见图2)，在还原罐直管端面的密封槽11和结晶器法兰13的端面密封槽内装有耐火胶泥填料12。
复合材料炼镁还原罐的制造方法是(见图3)，将1-3种以上粉状金属氧化物，和铝粉按比例置于熔炼反应罐33内，有时也加入一些铁合金和金属元素，经点燃而发生剧烈的氧化还原放热反应，产生合金和Al2O3熔化物，将其熔化物倒入中间包18，熔化物在熔炼反应罐档板32的作用下，先流出合金液体，其次流出合金和Al2O3的混合熔化物，再流出Al2O3熔化物，中间包水口20通入型筒23，型筒23座落在卧式离心机24上，型筒的直管段内流入的熔化物，在卧式离心机的转动中离心铸成还原罐的直管4；直管封头1是由立式离心机转动封头型腔51而铸成。 复合材料炼镁还原罐制造方法所使用装备，是由熔炼反应罐33(见图3、4)、中间包18、直管型筒23、封头金属型组成，中间包18呈烟斗形结构，外壳为纲板制成，内衬耐火砖，座落在移动小车19上，水口20插入型筒中间孔；型筒23呈圆形，钢制外壳内衬覆膜砂17，型筒23两端带砂芯的端盖22，端盖外侧有楔子21将其固定；熔炼反应罐外壳26为钢制壶形壳体(见图4)，内衬保温层27、耐火砖层28，在熔炼反应罐浇口侧用耐火砖32隔开一个浇嘴34，直通罐底下部，罐口装有匹配的保温盖35，保温盖35上设有排烟筒40，保温盖内衬耐火层36；在罐体的侧面设有对称的小轴37，小轴37连接有n型转动机构38固定保温盖35,n型转动机构
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的小轴37处连接有n型手把39；在熔炼反应罐的侧面对称重心点安装转轴29，在转轴29上装有翻包机构31，转轴29连接吊包环30，吊包环30连接吊杆41，吊杆41由横梁42固定，横梁42上装有吊车挂环43；所述的中间包18呈烟斗形其外壳为钢制，内衬耐火砖层，中间包座落在移动小车19上，水嘴20插入型筒中23，型筒为圆形耐火空腔体，两端带有砂芯16端盖22，端盖22用楔子21固定，型筒23座落在卧式离心机24上；封头砂芯与封头形状匹配，座落在立式离心机金属型内。
封头金属型座落在立式离心机上(见图5)，金属型45的内腔形状与封头1外形匹配，吊砂芯48与封头1内腔匹配，放在金属型45内，和还原罐直管连接的内、外螺纹分别由46、52形成，焊接坡口53，由吊砂芯48形成，在吊芯46内的扁平内浇口47、直浇口49、外浇口杯50相通，引入混合液体铸成封头1。 实施例2
炼镁还原罐的外层合金层的成份，取Ni:12％、Cr:20％为主要成份，其余同实施例1。 实施例3
炼镁还原罐的外层合金层的成份，取Ni:21％、Cr:28％为主要成份，其余同实施例1。 实施例4
复合材料炼镁还原罐其外层可以是普通铁合金层，内层为Al2O3刚玉层支撑壳体，中间为Fe+Al2O3过度层，外面普通铁合金层以Fe为主，另含总量小于6％的几种合金元素，如Co、Mn、Cu,W、AL、Nb中的任意几种，内层的Al2O3含量不低于90％，这样构成以Al2O3为主体结构的复合还原罐。其余同实施例1、2、3。 实施例5
如实施1、2、3的实施例，为了获得成份合格的合金层，有时，还要加入一定数量的铁合金。
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说 明 书 附 图
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图1
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图2
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图3
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图4
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图5
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