一种检测镁金属蒸发的装置

技术领域

本发明属于金属领域，具体涉及一种检测镁金属蒸发的装置。

背景技术

镁因其低密度，高比强度和强还原性而在结构材料和冶金还原等领域有着广阔的使用前景，但是杂质的含量常常会影响镁的使用性能。比如镁中的铁和镍会提高镁合金的腐蚀速率；另外当镁作为还原剂时，这些杂质还会被引入到产品中，造成产品质量下降等问题。故为了提高镁的使用性能，市场对于高纯镁的需求非常迫切。

通过分析镁与镁中杂质(铁，锰，硅，铝等)的物理性质可知，镁的饱和蒸气压明显高于这些杂质的饱和蒸气压，因此通过蒸馏镁将镁与杂质分离是高纯镁生产的一种重要手段。

由于金属的蒸发速率公式可知，若真空度越低、温度越高，则金属的蒸发速率越快。为了提高生产效率，镁的蒸发过程一般都在高温和真空环境下进行。考虑到生产成本，必须要根据镁的蒸发过程来合理控制有效的加热时间。目前工业对于镁蒸发过程的判断通常基于经验，由于炉子的温控装置和炉内几何结构的影响，镁锭的蒸发时间常常不能准确预估，从而导致加热时间需要有充足的余量来覆盖整个蒸发过程，所以过量的加热时间严重导致生产效率的低下和能源的浪费，因此工业上迫切需要能够及时检测镁金属是否蒸发完毕的装置。

目前对于高温真空环境下，特别是在镁蒸气这种还原气氛下，除了保证镁蒸气的纯度外，如何判断蒸发过程的始末始终是一个难题。因为高温和真空环境下往往导致常规的流量计无法有效工作，而且镁蒸气作为强还原气氛还可能会对流量计结构造成破坏。

发明内容

为了解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种检测镁金属蒸发的装置。所述装置能够实时监测反应腔室内的温度变化，并以此作为依据，来精确判断镁金属是否蒸发完全，从而避免了对传统流量计造成损害。

本发明的方案是，提供一种检测镁金属蒸发的装置，其特征在于，包括反应仓、中空连接管、密封组件和温度监测装置；所述反应仓内部设置有反应腔室，所述反应仓的仓壁与所述反应腔室连通设置有穿孔，所述反应腔室内置反应物单质硅，所述反应仓与所述中空连接管的一侧导通连接；所述中空连接管的另一侧与所述密封组件连接；所述温度监测装置的温度监测端，依次穿过所述密封组件和所述中空连接管并插入至所述反应腔室，用于监测反应时所述反应腔室的内部温度。

本发明所述的装置用于检测镁蒸发提纯时粗镁是否蒸发完全，其检测原理为：

镁蒸气与硅颗粒在一定条件下会发生化学反应，并于硅颗粒的表面形成Mg

本发明所述检测镁金属蒸发的装置，需要与能够提供气态“镁源”的装置配合使用。现以金属熔融气化炉作为提供气态“镁源”的装置来加以说明：

首先，先将本发明所述的装置嵌合插入金属熔融气化炉的出气孔顶部位置，而当粗镁在金属熔融气化炉内处于蒸发初期时，大量镁蒸气上升依次通过出气孔顶部位置以及仓壁穿孔，进入到反应腔室。

其次，镁蒸气在反应腔室内与单质硅颗粒发生反应生成Mg

发明人经过反复测试，以镁蒸气进入反应腔室开始进行反应时为“零”时间，通过温度监测装置实时监测并记录了反应腔室的温度与时间关系(如图5所示)，并由图谱分析出“温度拐点”，由此“温度拐点”来判断粗镁已经蒸发完毕。图5的3条曲线，分别代表3次实验结果。

进一步地，所述仓壁包括外壁层和内壁层；所述外壁层包括外层孔板和外层孔板底板；所述内壁层包括内层网板和内层网板底板。

进一步地，所述内层网板和内层网板底板的网孔孔径为100～120目。

进一步地，所述仓壁由金属钛制成。

进一步地，所述中空连接管设置外限位环；所述密封组件包括外密封法兰和外密封组件；所述外密封法兰设置于所述中空连接管的端部，所述外密封组件嵌合压紧设置于所述外限位环和所述外密封法兰之间。

进一步地，所述外密封组件包括外密封填料和外压紧机构，所述外压紧机构贯穿连接于所述中空连接管，并嵌合压紧设置于所述外密封填料和所述外密封法兰之间。

进一步地，所述外压紧机构径向设置有开口槽，并可通过所述开口槽夹紧安装于所述中空连接管。另外，所述内压紧机构与外压紧机构结构形状一致，尺寸按需进行缩放即可。

进一步地，所述外密封填料由石墨制成。同样，内密封填料亦由石墨制成。

进一步地，所述温度监测装置设置内限位环；所述密封组件还包括内密封法兰和内密封组件；所述内密封组件嵌合压紧设置于所述内限位环和所述内密封法兰之间。

进一步地，所述内密封组件包括内密封填料和内压紧机构，所述内压紧机构贯穿连接于所述温度监测装置，并嵌合压紧设置于所述内密封填料和所述内密封法兰之间。

本发明的有益效果为：

本发明所述的装置，可以实时监测反应腔室内的温度，并通过镁蒸气和单质硅发生正反应(放热)和逆反应(吸热)所产生的温度差异，来获取镁金属蒸发完全的信号，从而精确判断镁金属是否完全蒸发。避免了生产中因过量的加热时间而导致生产效率的低下和能源的浪费的实际问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明所述检测镁金属蒸发的装置的结构示意图。

图2是本发明所述检测镁金属蒸发的装置的剖面示意图。

图3是本发明所述检测镁金属蒸发的装置的爆炸示意图。

图4是本发明所述外压紧机构的结构示意图。

图5是镁蒸气与单质硅在反应腔室内发生反应时温度变化曲线。

图中附图标记为：

1-反应仓；11-反应腔室；12-仓壁；121-外层孔板；122-外层孔板底板；123-内层网板；124-内层网板底板；2-中空连接管；21-外限位环；3-密封组件；31-外密封法兰；32-外密封填料；33-外压紧机构；34-内密封法兰；35-内密封填料；36-内压紧机构；4-温度监测装置；41-内限位环。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

参考图1和图2，所述检测镁金属蒸发的装置，其特征在于，包括反应仓1、中空连接管2、密封组件3和温度监测装置4，其中：所述反应仓1内部设置有反应腔室11，所述反应仓1的仓壁12与所述反应腔室11连通设置有穿孔，所述反应腔室11内置反应物单质硅，所述反应仓1与所述中空连接管2的一侧导通连接，所述中空连接管2的另一侧与所述密封组件3连接；所述温度监测装置4的温度监测端，依次穿过所述密封组件3和所述中空连接管2并插入至所述反应腔室11，用于监测反应时所述反应腔室11的内部温度。

作为可选的实施方式，参考图2和图3，所述仓壁12包括外壁层和内壁层；所述外壁层包括外层孔板121和外层孔板底板122；所述内壁层包括内层网板123和内层网板底板124。

作为可选的实施方式，参考图3，所述内层网板123和内层网板底板124的网孔孔径为100～120目。网孔孔径设置为100～120目，可以防止反应物单质硅和生成物硅化镁从所述反应腔室11内部漏出。

作为可选的实施方式，所述仓壁12由金属钛制成。金属钛可以保证在高温反应下的可靠性。

作为可选的实施方式，参考图3，所述中空连接管2设置外限位环21；所述密封组件3包括外密封法兰31和外密封组件；所述外密封法兰31设置于所述中空连接管2的端部，所述外密封组件嵌合压紧设置于所述外限位环21和所述外密封法兰31之间。如前文所述，当检测镁金属蒸发的装置安装并置于提供气态“镁源”的装置内部时，所述外密封法兰31和外密封组件能够充分填充安装所产生的缝隙，防止镁蒸气外溢，并在装置其他部位产生结晶。

作为可选的实施方式，参考图3，所述外密封组件包括外密封填料32和外压紧机构33，所述外压紧机构33贯穿连接于所述中空连接管2，并嵌合压紧设置于所述外密封填料32和所述外密封法兰31之间。所述外压紧机构33的作用是压紧盘根，盘根缠绕完成后，使用此机构使盘根更加紧实，内外压紧机构36作用相同。

作为可选的实施方式，参考图4，所述外压紧机构33径向设置有开口槽，并可通过所述开口槽夹紧安装于所述中空连接管2。

作为可选的实施方式，所述外密封填料32由石墨制成。密封填料选用石墨盘根，挥发的杂质少，而且可以承受高温。

作为可选的实施方式，参考图3，所述温度监测装置4设置内限位环41；所述密封组件3还包括内密封法兰34和内密封组件；所述内密封组件嵌合压紧设置于所述内限位环41和所述内密封法兰34之间。

作为可选的实施方式，参考图3，所述内密封组件包括内密封填料35和内压紧机构36，所述内压紧机构36贯穿连接于所述温度监测装置4，并嵌合压紧设置于所述内密封填料35和所述内密封法兰34之间。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。