在皮江法炼镁技术的工艺装备中,还原罐是最重要的装备单元,属易消耗部件。其典型结构由半球型封头、直筒罐体和冷却水套等三部分组成。还原罐工作条件恶劣,一般是在1180℃~1200℃的高温及罐内抽真空的条件下长期工作,所以要求还原罐具有良好的高温抗氧化、抗腐蚀性能,以及足够的高温强度和综合机械性能。

  还原罐的制造技术炼镁还原罐罐体由罐身和帽头焊接而成。目前,罐身一般采用离心铸造工艺,帽头采用砂型铸造,半球端底和筒体的连接采用焊接工艺,冷却水套采用铆焊件。

  其生产工艺主要包括:

  (1)型筒转速的确定在离心铸造过程中,熔融的钢水在旋转的铸型里,在离心力的作用下,钢水布满铸型内表面且随之转动,最后形成铸管。其优点为:金属组织致密,晶粒细化;力学性能高,可达到锻件的性能指标;尺寸精度高,成品率也高。

  (2)耐热不锈钢冶炼工艺(3)还原罐的离心铸造工艺(4)帽头的砂型铸造工艺(5)罐身与帽头的焊接工艺(6)试压还原罐罐身与帽头焊接完毕后,罐内通入0.5MPa压缩空气放在水槽中进行打压试验,持续8分钟若无气泡排出即为合格品。

  还原罐生产中易产生的缺陷主要有:

  裂纹,解决方法为采取措施使型筒各部位温度、涂料层厚度均匀一致,提高铸型精度,定时修整铸型,提高铸管机的平稳性。

  冷隔、铁豆、凸凹不平,解决办法为调整浇注槽的位置,提高钢水的浇注温度,提高涂料的强度。

  罐身内表面有夹渣、气孔,解决方法为提高钢水的浇注温度及罐身平稳性,以利于钢水中的杂质和气体顺利地浮出罐身的自由表面;提高钢水的质量,减少钢水中的杂质,提高涂料的高温强度,降低有机物的含量,减少其发气量。

  还原罐的材质选择长期以来,人们以延长使用寿命、降低生产成本为目标,对还原罐制造技术进行了多方面的广泛研究;比较而言,关于皮江法炼镁的工艺及设备的研究不多,至今在工艺与设备方面没有实质性的改变。还原罐按材质可分为金属材料、金属与金属/非金属复合材料和非金属材料三类。

  (1)金属还原罐耐热钢是使用最广泛、制造技术相对最成熟的还原罐制造材料。长期以来,人们对耐热钢还原罐的制造技术进行了大量的研究,通过合金化、调整成分、优化配料、控制冶炼、铸造工艺以及改善罐体结构等等手段,不同程度地改善和提高了还原罐的质量,延长了其使用寿命。但由于材料本身性质的限制,耐热钢材质的还原罐使用寿命不可能有大幅度的提高。

  (2)复合材料还原罐从上世纪60年代开始以碳素钢或无镍、低镍耐热钢等金属材料为基体,在表面覆以各种涂层作为防护层,制造具有复合结构还原罐的研究,开创了复合材料技术制造炼镁还原罐的历史。近年来采用复合方式制造还原罐方面的技术发明活动相当活跃,复合材料还原罐的前景大有希望。

  (3)非金属材料还原罐使用非金属材料的主要出发点是抵抗高温氧化与腐蚀,对还原罐的强度、气密性、热效率等相关问题缺乏必要的考虑。目前尚未见到实际使用的可靠技术数据与成功应用的权威报道。非金属材料应用于制造还原罐的前景尚不明朗。

  还原罐的使用寿命目前还原罐基本上是用高铬镍合金钢铸造成的,使用寿命较短,一般不超过2~3个月,由此导致还原罐生产成本居高不下一直是炼镁厂家关切的问题。

  炉内烟气的氧化性气氛的强弱是影响罐使用寿命的主要因素。目前,国内可供制作还原罐的合金钢较少。合金钢的最高抗氧化临界温度仅为1200℃。由于合金钢罐长期在抗氧化临界温度的上限使用,表面氧化,产生起皮、氧化层剥落、再起皮、再氧化等现象,罐壁逐渐减薄,导致罐体损坏。

  还原罐的使用寿命与下述因素有关:

  (1)烟气中含氧量高,会加速氧化;(2)烟气中含硫量高,氧化速度更快;(3)温度超过抗氧化临界温度极限,也会加快氧化速度;(4)温度超过使用温度,合金钢罐机械强度极差,在真空下,造成挤压变形;(5)台金钢的质量、制造方法及焊接质量也会影响罐的使用寿命。

  分析上述影响还原罐使用寿命的各个因素,可以采取几种延长使用寿命的途径,常用的有:(1)控制烟气中的含氧量;(2)完善测控仪表,实行低氧控制燃烧自动调节;(3)开发新型抗高温氧化台金钢;(4)罐体涂膜。