权利要求
1.一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，包括：给料系统、真空合金化系统以及出铁系统，
所述给料系统，用于向所述真空合金化系统加入炉料，所述炉料包括废铝粉和废硅粉;
所述真空反应系统，用于对加入的所述炉料与所述真空反应系统内的炼镁残余硅铁液进行真空合金化处理，生成硅铝铁;
所述出铁系统，用于对所述真空合金化系统生成的硅铝铁进行处理，获取所述硅铝铁。
2.根据权利要求1所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，
所述真空反应系统包括：真空罐、与所述真空罐相连通的喷枪机构真空室、设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪，其中，
所述喷枪机构真空室与所述给料系统相连接，所述给料系统将所述废铝粉剂和废硅粉输送到所述喷枪机构真空室中;
所述喷枪，用于将所述废铝粉剂和废硅粉喷入到所述真空罐的铁水包内的液态硅铁的内部。
3.根据权利要求2所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，
所述真空合金化系统还包括：设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪升降器，其中，
所述喷枪升降器与所述喷枪相连接，所述喷枪在所述喷枪升降器的作用下运动至所述真空罐内的所述液态硅铁中。
4.根据权利要求3所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，
在所述真空罐上内设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚通过支架固定在所述真空罐上;
在所述石墨坩埚上部设置有防溅盖，在所述真空罐上设置有真空罐盖，并且，所述真空罐盖设置在所述防溅盖上方。
5.根据权利要求4所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，
在所述真空罐盖、所述防溅盖上分别设置有开口，所述喷枪通过所述开口伸入到所述真空罐的石墨坩埚中。
6.根据权利要求4所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，其特征在于，
所述出铁系统包括设置在所述石墨坩埚一侧的出铁口，所述硅铝铁通过所述出铁口将生成的硅铝铁从所述石墨坩埚中获取。
7.一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，其特征在于，包括：
将废铝块和废硅块粉碎成预设粒度的废铝粉和废硅粉;
将所述废铝粉和废硅粉输送至给料系统;
通过所述给料系统将所述废铝粉和废硅粉喷入到真空反应系统的炼镁残余硅铁熔池内;
通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理，生成硅铝铁;
通过出铁系统对所述硅铝铁进行处理，获取硅铝铁产品。
8.根据权利要求7所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，其特征在于，所述废铝粉和废硅粉的预设粒度为0.5-5mm。
9.根据权利要求7所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，其特征在于，
所述给料系统采用真空密封系统，为输送所述废铝粉、所述废硅粉提供稳定的压力。
10.根据权利要求7所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，其特征在于，
在通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理的过程中，合金化处理的温度为1300℃-1550℃，保温时间为6-12min。
11.根据权利要求10所述的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，其特征在于，
在所述真空合金化系统中，将喷枪插入所述低硅铁溶液内，以氩气为载体向所述低硅铁溶液中喷入所述废铝粉剂和废硅粉，并且使得所述废铝粉和废硅粉与所述低硅铁发生合金化反应。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及冶炼技术领域，更为具体地，涉及一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置及方法。
背景技术
[0002]目前金属镁的生产方法主要分二大类：电解法和热还原法。其中，由于电解法因环保问题难以克服，目前全球的金属镁产量中只有不到20%的金属镁采用电解法生产，其余金属镁绝大部分采用热还原法进行冶炼获取的。而热还原法的主要工艺是硅热还原法，即：采用硅为还原剂还原氧化镁，在高温和真空条件下获得金属镁蒸汽，然后冷凝获得固态镁的工艺，其中占据主流的是皮江法工艺。
[0003](1)皮江法
[0004]皮江法炼镁是指在还原罐内加料、罐外加热的还原炉中，用硅铁还原剂将煅烧白云石还原成金属镁的热还原法炼镁的方法。其每生产一吨金属镁要消耗10吨以上的白云石，而且每生产一吨金属镁还要消耗1-1.05吨的硅铁，在生产中这些硅铁也完全转化为固体废弃物随还原渣一起被排放。实际生产中一吨镁要产生6-7吨的还原渣。以2019年为例，全国镁渣累积量为450-630万吨，仅榆林就排放近300多万吨。随着世界镁金属市场的不断扩张，该数据还将持续增加。且其单厂生产规模小效率低，无法实现机械化和自动化生产，能耗高、污染严重。
[0005]此外，法国曾开发了半连续的熔渣导电硅热还原工艺(Magnetherm Process)，并实现了产业化。
[0006](2)法国“玛格尼姆法”(Magnetherm Process)
[0007]2(CaO·MgO)(s)+SiFe(s)+0.3Al2O3(s)=2Mg(g)+2CaO·SiO2·0.3Al2O3(l)+
[0008]Fe(l)
[0009]采用石墨电极加热的(类似矿热炉)设备上，在真空下加入硅铁、萤石、煅烧白云石以及铝土块矿，通过融化的熔渣导电电阻和石墨电极电弧加热熔渣，调整Al2O3含量可调节熔渣导电性、同时可有效抑制碳热还原反应，将硅铁和煅白等炉料熔化成渣，原料在液态渣发生渣-金属反应，产生的镁蒸汽进入冷凝器收集，生成的渣和残余的硅铁分别通过出渣口和出铁口周期性排出。
[0010]其中，Magnetherm法还原速率高、还原时间较短，生产效率较高，其主要技术问题在于高温的电极真空密封问题一直得不到解决，密封处吸入空气与新生的镁蒸汽发生燃烧，漏气量大时发生局部爆炸，导致安全性不好、镁金属纯度比不上皮江法，成本上也没有优势。
[0011]综上所述，无论是皮江法还是法国“玛格尼姆法”，其冶炼后的残余硅铁(18-22%SiFe)都没得到有效利用。尤其是主流炼镁工艺皮江法其残余硅铁随炉渣一起当废物排出，倾倒在荒地或深沟填埋，大量镁渣堆积造成如下问题：①镁渣在自然冷却过程中粉化，大量粉尘物悬浮造成大气污染，威胁身体健康;②镁渣填埋占用大量土地，且易发生次生危害，如使土壤盐碱化，造成土壤板结和滑坡等地质灾害问题;③炼镁过程中可能造成污染元素在镁渣中富集，有造成土壤和地下水污染的风险;④企业需按照固废排放量向政府交税，而镁渣的排放显然增加了企业负担。
发明内容
[0012]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置及方法，旨在对铁、硅资源进行二次高效回收利用，以解决现有的生成方法存在危害身体、污染环境以及利用低等问题。
[0013]本发明提供一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置，包括：给料系统、真空合金化系统以及出铁系统，
[0014]所述给料系统，用于向所述真空合金化系统加入炉料，所述炉料包括废铝粉和废硅粉;
[0015]所述真空反应系统，用于对加入的所述炉料与所述真空反应系统内的炼镁残余硅铁液进行真空合金化处理，生成硅铝铁;
[0016]所述出铁系统，用于对所述真空合金化系统生成的硅铝铁进行处理，获取所述硅铝铁。
[0017]此外，优选的方案是，所述真空反应系统包括：真空罐、与所述真空罐相连通的喷枪机构真空室、设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪，其中，
[0018]所述喷枪机构真空室与所述给料系统相连接，所述给料系统将所述废铝粉剂和废硅粉输送到所述喷枪机构真空室中;
[0019]所述喷枪，用于将所述废铝粉剂和废硅粉喷入到所述真空罐的铁水包内的液态硅铁的内部。
[0020]此外，优选的方案是，所述真空合金化系统还包括：设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪升降器，其中，
[0021]所述喷枪升降器与所述喷枪相连接，所述喷枪在所述喷枪升降器的作用下运动至所述真空罐内的所述液态硅铁中。
[0022]此外，优选的方案是，在所述真空罐上内设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚通过支架固定在所述真空罐上;
[0023]在所述石墨坩埚上部设置有防溅盖，在所述真空罐上设置有真空罐盖，并且，所述真空罐盖设置在所述防溅盖上方。
[0024]此外，优选的方案是，在所述真空罐盖、所述防溅盖上分别设置有开口，所述喷枪通过所述开口伸入到所述真空罐的石墨坩埚中。
[0025]此外，优选的方案是，所述出铁系统包括设置在所述石墨坩埚一侧的出铁口，所述硅铝铁通过所述出铁口将生成的硅铝铁从所述石墨坩埚中获取。
[0026]本发明还提供一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，包括：
[0027]将废铝块和废硅块粉碎成预设粒度的废铝粉和废硅粉;
[0028]将所述废铝粉和废硅粉输送至给料系统;
[0029]通过所述给料系统将所述废铝粉和废硅粉喷入到真空反应系统的炼镁残余硅铁熔池内;
[0030]通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理，生成硅铝铁;
[0031]通过出铁系统对所述硅铝铁进行处理，获取硅铝铁产品。
[0032]此外，优选的方案是，所述废铝粉和废硅粉的预设粒度为0.5-5mm。
[0033]此外，优选的方案是，所述给料系统采用真空密封系统，为输送所述废铝粉、所述废硅粉提供稳定的压力。
[0034]此外，优选的方案是，在通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理的过程中，合金化处理的温度为1300℃-1550℃，保温时间为6-12min。
[0035]此外，优选的方案是，在所述真空合金化系统中，将喷枪插入所述低硅铁溶液内，以氩气为载体向所述低硅铁溶液中喷入所述废铝粉剂和废硅粉，并且使得所述废铝粉和废硅粉与所述低硅铁发生合金化反应。
[0036]从上面的技术方案可知，本发明提供的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置及方法，将采取对高浓度段硅(35-95%SiFe)进行炼镁后，由35-95%SiFe变为15-35%SiFe;将低硅铁液(15-35%SiFe)与废铝、废硅进行合金化，获得硅铝铁合金。本发明采用对炼镁后的炼镁残余硅铁液炼硅铝铁，使得硅铁原材料得到充分利用，反应效率高，对铁、硅资源进行二次高效回收利用。
[0037]为了实现上述以及相关目的，本发明的一个或多个方面包括后面将详细说明的特征。下面的说明以及附图详细说明了本发明的某些示例性方面。然而，这些方面指示的仅仅是可使用本发明的原理的各种方式中的一些方式。此外，本发明旨在包括所有这些方面以及它们的等同物。
附图说明
[0038]通过参考以下结合附图的说明的内容，并且随着对本发明的更全面理解，本发明的其它目的及结果将更加明白及易于理解。在附图中：
[0039]图1为根据本发明实施例的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置示意图;
[0040]图2为根据本发明实施例的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法流程示意图。
[0041]其中的附图标记包括：
[0042]1、喷吹给料系统，2、真空加料料仓，3、真空加料器，4、操作平台，5、真空合金化系统，6、出铁系统，7、虹吸出渣系统。
[0043]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
[0044]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。在其它例子中，为了便于描述一个或多个实施例，公知的结构和设备以方框图的形式示出。
[0045]在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0046]以下将结合附图对本发明的具体实施例进行详细描述。
[0047]为了说明本发明提供的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置的结构，图1示出了根据本发明实施例的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置的结构。
[0048]如图1所示，本发明提供的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的装置包括：给料系统、真空合金化系统5、出铁系统6及虹吸出渣系统7，其中，所述给料系统，用于向所述真空合金化系统5加入炉料，所述炉料包括废铝粉和废硅粉;所述真空反应系统5，用于对加入的所述炉料与所述真空反应系统5内的炼镁残余硅铁液进行真空合金化处理，生成硅铝铁;其中，所述出铁系统6，用于对所述真空合金化系统生成的硅铝铁进行处理，获取所述硅铝铁;所述虹吸出渣系统7，用于对所述真空合金化系统中生成的熔渣进行处理。
[0049]在本发明的实施例中，所述给料系统包括喷吹给料系统1和真空加料系统，其中，所述喷吹给料系统1，用于向所述真空合金化系统的内部提供所述废铝粉和废硅粉。所述给料系统还包括真空加料系统，所述真空加料系统包括：操作平台4、设置在所述操作平台4上的真空加料器3和真空加料料仓2，所述操作平台4与所述述真空合金化系统5相固定，其中，在所述真空加料料仓2中存储有所述废铝粉剂和废硅粉，通过所述真空加料器3将所述真空加料料仓2中的废铝粉剂和废硅粉加入到所述真空反应系统5的内部。
[0050]在本发明的实施例中，所述真空反应系统5包括：真空罐、与所述真空罐相连通的喷枪机构真空室、设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪，其中，所述喷枪机构真空室与所述给料系统相连接，所述给料系统将所述废铝粉剂和废硅粉输送到所述喷枪机构真空室中;所述喷枪用于将所述废铝粉剂和废硅粉喷入到所述真空罐的铁水包内的液态硅铁的内部。所述喷枪插入所述真空罐铁水包内的液态高温硅铁内，以氩气为载体向所述硅铁中喷入废铝粉剂以及废硅粉，并且使得所述废铝粉以及废硅粉与所述硅铁发生合金化反应。
[0051]其中，所述真空合金化系统5还包括：设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪升降器，其中，所述喷枪升降器与所述喷枪相连接，所述喷枪在所述喷枪升降器的作用下运动至所述真空罐内的所述液态硅铁中。
[0052]其中，在所述喷枪的外周由内向外依次设置有高温绝热层和耐火材料层，其中，在所述喷枪上设置有喷吹管，所述喷吹管采用耐磨、耐高温的金属材料制作而成;所述耐火材料层为石墨质或氧化镁包裹氮化硼膜质。
[0053]在本发明的实施例中，在所述真空罐上内设置有石墨坩埚，所述石墨坩埚通过支架固定在所述真空罐上;在所述石墨坩埚上部设置有防溅盖，在所述真空罐上设置有真空罐盖，并且，所述真空罐盖设置在所述防溅盖上方。在所述真空罐盖、所述防溅盖上分别设置有开口，所述喷枪通过所述开口伸入到所述真空罐中最终到达所述石墨坩埚中。所述石墨坩埚的加热方式为感应加热。
[0054]在本发明的实施例中，喷枪由真空罐盖、所述防溅盖插入石墨坩埚的熔池里，从顶部向石墨坩埚喷吹粉料，喷吹的混合流体对熔池的搅拌作用力与电磁感应对熔池的搅拌力相互耦合形成抑制喷溅的流动场，既能延长被还原粉料在熔体中的停留时间，增加反应速率，又能防止熔池中溶体、渣液飞溅;少量飞溅可以通过防溅盖阻挡在石墨坩埚中。
[0055]在本发明中，所述出铁系统6包括设置在所述石墨坩埚一侧的出铁口，所述硅铝铁通过所述出铁口将生成的硅铝铁从所述石墨坩埚中获取。
[0056]此外，在所述石墨坩埚侧壁上设置有熔渣溢流槽，所述虹吸出渣系统7与所述熔渣溢流槽相连接;通过所述虹吸出渣系统将所述熔渣溢流槽中的熔渣排出到渣罐车中。也就是说，所述虹吸出渣系统焊接在所述真空罐的侧壁，与焊接在所述石墨坩埚侧壁的熔渣溢流槽连接，熔渣通过熔渣溢流槽排入真空虹吸排渣管路，直接排出到大气中放置的渣罐中，并被渣罐车移走。
[0057]与上述装置相对应，本发明还提供一种利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，图2示出了根据本发明实施例的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法流程。
[0058]如图2所示，本发明提供的利用炼镁残余硅铁液生产硅铝铁的方法，包括：S1：将废铝块和废硅块粉碎成预设粒度的废铝粉和废硅粉;
[0059]S2：将所述废铝粉和废硅粉输送至给料系统;
[0060]S3：通过所述给料系统将所述废铝粉和废硅粉喷入到真空反应系统的炼镁残余硅铁熔池内;
[0061]S4：通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理，生成硅铝铁;
[0062]S5：通过出铁系统对所述硅铝铁进行处理，获取硅铝铁产品。
[0063]首先高浓度段硅(35-95%SiFe)在使用喷吹法液态炼镁新技术进行炼镁后，然后本发明采用将其低硅铁液(15-35%SiFe)与废铝、废硅混合进行合金化得到硅铝铁。
[0064]在步骤S1中，所述废铝粉和废硅粉的预设粒度为0.5-5mm。
[0065]在步骤S2中，所述给料系统采用真空密封系统，为输送所述废铝粉、所述废硅粉提供稳定的压力。即：真空密封系统隔绝外界空气以及稳定所述给料系统内的压力。
[0066]在步骤S3中，在通过所述真空合金化系统对所述废铝粉、所述废硅粉以及所述炼镁残余硅铁熔池内的低硅铁溶液进行合金化处理的过程中，合金化处理的温度为1300℃-1550℃，保温时间为6-12min。
[0067]在所述真空合金化系统中，真空合金化系统包括：真空罐、放置在真空罐内的感应加热石墨坩埚及石墨坩埚顶部放置的防溅盖、所述真空罐相连通的喷枪机构真空室、设置在所述喷枪机构真空室内的喷枪，其中，所述喷枪插入所述石墨坩埚内的残余硅铁熔池内，以氩气为载体向所述残余硅铁熔池中喷入废铝粉剂以及废硅粉，并且使得所述废铝粉和废硅粉与所述低硅铁发生合金化反应。
[0068]在本发明中，废铝的含铝量≥95%，废硅的含硅量≥96%，废铝及废硅的加入量将根据残余硅铁的浓度来配成相应的市场上常见的硅铝铁牌号，如FeAl32Si25，FeAl30Si20，FeAl42Si15等。
[0069]以上所述仅为本发明的可选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。
说明书附图(2)
