[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2296165C2 - Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same - Google Patents

Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same Download PDF

Info

Publication number
RU2296165C2
RU2296165C2 RU2005113261/02A RU2005113261A RU2296165C2 RU 2296165 C2 RU2296165 C2 RU 2296165C2 RU 2005113261/02 A RU2005113261/02 A RU 2005113261/02A RU 2005113261 A RU2005113261 A RU 2005113261A RU 2296165 C2 RU2296165 C2 RU 2296165C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
reactor
magnetic field
solid
working electrode
electrode
Prior art date
Application number
RU2005113261/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005113261A (en
Inventor
Анатолий Владимирович Николаев (RU)
Анатолий Владимирович Николаев
Игорь Анатольевич Леонтьев (RU)
Игорь Анатольевич Леонтьев
Андрей Анатольевич Николаев (RU)
Андрей Анатольевич Николаев
Original Assignee
Ооо "Твинн"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ооо "Твинн" filed Critical Ооо "Твинн"
Priority to RU2005113261/02A priority Critical patent/RU2296165C2/en
Publication of RU2005113261A publication Critical patent/RU2005113261A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2296165C2 publication Critical patent/RU2296165C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Furnace Details (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)

Abstract

FIELD: coke - free metallurgy, namely manufacture of continuously cast billet by reducing metals from metal-containing oxide raw material by means of gaseous and dispersed reducing agents in plasma-chemical reactors.
SUBSTANCE: method comprises steps of feeding partially reduced charge and gaseous reducing agent into electric-arc furnace onto surface of melt ore bath through cavity arranged outside working electrode; compensating consumption of working electrode without interrupting process; in zone of electric arc burning creating axial magnetic field promoting uniform heating and reduction of charge while preventing fine particles discharge in such field by means of plasma; discharging gaseous reaction products through inner cavity of working electrode and using them for preliminary reduction. At process of preliminary reduction circular, axial, pulsating or traveling magnetic field is created for optimizing gas dynamics and thermal conditions of reduction. In process of collecting ready product metal crystallization is realized for discharging product in the form of blank suitable for further processing.
EFFECT: lowered specific consumption of working electrode material, possibility for using any gaseous reducing agent with hazard of clogging its inlet duct with coke, lowered consumption of reducing agent.
25 cl, 6 dwg, 1 tbl

Description

Область техники.The field of technology.

Изобретение относится к бескоксовой металлургии, в частности к производству непрерывно-литой заготовки посредством восстановления металлов, не обязательно только железа, из металлсодержащего оксидного сырья, такого как дисперсные руды, частично восстановленные руды, рудные концентраты и металлсодержащие оксидные отходы, газообразными и дисперсными восстановителями в плазмохимических реакторах, основная доля энергии в которые вводится с помощью дугового разряда.The invention relates to non-coke metallurgy, in particular to the production of a continuously cast billet by reducing metals, not only iron, from metal-containing oxide raw materials, such as dispersed ores, partially reduced ores, ore concentrates and metal-containing oxide wastes, gaseous and dispersed reducing agents in plasma-chemical reactors, the main share of energy which is introduced using an arc discharge.

Уровень техники.The level of technology.

Как известно, способ, в котором железо производится путем восстановления железосодержащей руды, минуя доменное производство, классифицируется как "способ прямого восстановления". Способы прямого восстановления металлов и соответствующие устройства на основе дуговых разрядов описаны в известной технической литературе («Электрические промышленные печи. Дуговые печи и установки специального нагрева». Под ред. Свенчанского А.Д., М. Энергоиздат, 1981 г., с 251, 247). Обычно устройство содержит ванну расплава со средствами сбора и удаления металла и шлака, средства подачи исходного сырья и плазмообразующего газа, соленоид и расположенный на центральной оси рабочий электрод, выполненный из графита или вольфрама. В ряде случаев через рабочий электрод, установленный обычно в верхней части устройства, подают исходный материал и плазмообразующий газ, и рабочий электрод является катодом дугового плазматрона, роль анода выполняет ванна расплава металла, находящаяся на поде печи.As is known, a method in which iron is produced by reducing iron ore bypassing blast furnace production is classified as a “direct reduction method”. Methods of direct reduction of metals and corresponding devices based on arc discharges are described in the well-known technical literature ("Industrial Electric Furnaces. Arc Furnaces and Special Heating Units." Edited by AD Svenchansky, M. Energoizdat, 1981, p. 251, 247). Typically, the device comprises a molten bath with means for collecting and removing metal and slag, means for supplying feedstock and plasma-forming gas, a solenoid and a working electrode located on the central axis made of graphite or tungsten. In some cases, the source material and plasma-forming gas are supplied through a working electrode, usually located in the upper part of the device, and the working electrode is the cathode of the arc plasmatron, the role of the anode is played by the molten metal bath located on the bottom of the furnace.

Общим недостатком этих устройств и способов является наличие расходуемого электрода - катода и ограниченность объема плавильной камеры, что требует остановки процесса для замены катода и выпуска металла, а также высокий износ стенки плавильной камеры реактора - тигля, которые необходимо защищать графитовой или керамической футеровкой (напр., патенты России №№2022491, 2072639, №2009230); последняя интенсивно разрушается при контакте с оксидными расплавами. Даже в том случае, когда электрод не заменяют, а перемещают в рабочую зону посредством предусмотренных для этого устройств (патенты РФ №№1781306 и 2007463), технологический процесс остается прерывистым из-за ограниченной емкости печи и необходимости отсоединения от катода средств подачи рудного сырья на время установки резервного электрода, а конечный материал загрязняется продуктами эрозии катода и футеровки печи.A common drawback of these devices and methods is the presence of a consumable electrode - the cathode and the limited volume of the melting chamber, which requires a process stop to replace the cathode and the release of metal, as well as high wear of the wall of the melting chamber of the reactor - crucible, which must be protected with graphite or ceramic lining (e.g. , Russian patents No. 2022491, 2072639, No. 2002930); the latter is intensively destroyed upon contact with oxide melts. Even in the case when the electrode is not replaced, but moved to the working area by means of the devices provided for this (RF patents Nos. 1781306 and 2007463), the process remains intermittent due to the limited capacity of the furnace and the need to disconnect the ore feed material from the cathode to the installation time of the backup electrode, and the final material is contaminated by the products of cathode erosion and furnace lining.

Кроме того, практически невозможно обеспечить стабильно равномерное поступление обрабатываемого материала в дуговую область из-за значительного размера зеркала ванны расплава и хаотического перемещения по поверхности рабочего электрода контрагированного дугового пятна вследствие относительно низкой температуры торца катода. При этом велики затраты энергии на нагрев газовой среды, значительная часть энергии которой безвозвратно теряется, несмотря на попытки ее повторного использования («Развитие бескоксовой металлургии», под. ред. Тулина Н.А., Майера К., М., Металлургия, 1987 г., пат. России №2037524), и требуются большие расходы различных реагентов.In addition, it is practically impossible to ensure a stably uniform flow of the processed material into the arc region due to the significant size of the melt bath mirror and the chaotic movement of the contracted arc spot on the surface of the working electrode due to the relatively low temperature of the end of the cathode. At the same time, energy costs are high for heating a gaseous medium, a significant part of the energy of which is irretrievably lost, despite attempts to reuse it (Development of Coxless Metallurgy, edited by N. Tulin, Mayer K., M., Metallurgy, 1987 city, Pat. of Russia No. 2037524), and the high costs of various reagents are required.

В ряде случаев удается понизить затраты энергии и реагентов за счет точного выдерживания соотношения между количеством исходного сырья и реагентов, но тогда процесс становится многостадийным с соответствующим увеличением числа переделов, расхода энергии и в конечном итоге удорожанием продукта (патенты России №№2037524, 2213787, пат. СССР №1811539).In some cases, it is possible to reduce the energy and reagent costs by accurately maintaining the ratio between the amount of feedstock and reagents, but then the process becomes multi-stage with a corresponding increase in the number of redistributions, energy consumption and ultimately the cost of the product (Russian patents Nos. 2037524, 2213787, US Pat. USSR No. 1811539).

Все это не позволяет разработать дуговой непрерывно действующий экономичный восстановительный плазмохимический реактор на уровень мощности, соответствующий требуемой производительности в металлургической промышленности.All this does not allow to develop an arc continuously operating economical recovery plasma-chemical reactor at a power level corresponding to the required performance in the metallurgical industry.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья, включающий предварительное восстановление исходного материала - шихты, подачу частично восстановленной шихты вместе с легирующими присадками и восстановителем в дуговую электропечь, возбуждение электрической дуги, плавление и финишное восстановление частично восстановленной шихты, вывод готового продукта из устройства и его сбор, охлаждение термически нагруженных частей устройства («Развитие бескоксовой металлургии». Под ред. Тулина Н.А., Майера К. Металлургия, М., 1987 г., с 77). Согласно этому способу рудное сырье и восстановитель (углерод) подают в рабочее пространство через внутреннюю полость рабочего электрода, находящегося при температуре 1500-3000°С. При этой температуре углерод электрода из-за высокого сродства к кислороду интенсивно взаимодействует с оксидом металла, что приводит к его эрозии и высокому расходу материала электрода, а при использовании в качестве восстановителя природного газа еще и к пиролизу последнего и перекрытию полости рабочего электрода продуктами пиролиза.The closest prototype of the present invention is a method of direct reduction of metals from dispersed ore raw materials, including preliminary reduction of the starting material — a charge, supply of a partially reduced charge together with alloying additives and a reducing agent to an electric arc furnace, electric arc excitation, melting and finishing restoration of a partially restored charge, product from the device and its collection, cooling of thermally loaded parts of the device (“Development of coke-free m metallurgy. ”Under the editorship of N. Tulin, Mayer K. Metallurgy, M., 1987, p. 77). According to this method, ore raw materials and a reducing agent (carbon) are fed into the working space through the internal cavity of the working electrode at a temperature of 1500-3000 ° C. Due to its high affinity for oxygen, the carbon of the electrode intensively interacts with metal oxide, which leads to its erosion and high consumption of electrode material, and when using natural gas as a reducing agent, it also pyrolyzes the latter and overlaps the cavity of the working electrode with pyrolysis products.

Кроме того, ввод реагентов под полость электрода, т.е. в основном в центральную часть ванны, обуславливает неравномерное их распределение по объему ванны, имеющей большие поперечные размеры. Вследствие этого снижается эффективность массообменных процессов в ванне расплава, что снижает скорость восстановления металла и, следовательно, увеличивает энергетические затраты на его производство. Высокую эрозию электрода вызывает также наличие малоподвижных контрагированных пятен, возникающих в результате недостаточно высокой температуры торца электрода. Отсутствие аксиального магнитного поля в зоне горения дуги приводит к отклонению дуги от оси электрода и к проскоку реагентов мимо разряда. При этом увеличивается вынос рудного сырья из рабочего объема печи, т.е. потеря металла.In addition, the introduction of reagents under the electrode cavity, i.e. mainly in the central part of the bath, causes their uneven distribution over the volume of the bath, which has large transverse dimensions. As a result, the efficiency of mass transfer processes in the molten bath decreases, which reduces the rate of metal reduction and, consequently, increases the energy costs of its production. The high erosion of the electrode is also caused by the presence of sedentary contracted spots resulting from the insufficiently high temperature of the electrode end. The absence of an axial magnetic field in the combustion zone of the arc leads to a deflection of the arc from the axis of the electrode and to the reagent slip past the discharge. This increases the removal of ore from the working volume of the furnace, i.e. metal loss.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является также описанное в том же источнике устройство для прямого восстановления рудного сырья, содержащее питатель исходного материала - шихты, твердофазный реактор предварительного восстановления шихты, средства подачи частично восстановленной шихты и восстановительных реагентов в электропечь, включающую смеситель, расположенный на центральной оси рабочий электрод с внутренней полостью, жидкофазный реактор с цилиндрическим корпусом, устройство сбора готового продукта с ванной расплава и средства охлаждения термически нагруженных частей, причем рабочий электрод и устройство сбора подключены к полюсам источника питания. В этом устройстве рабочий электрод является катодом, а устройство сбора готового продукта - анодом дугового плазмотрона, подключенного к источнику постоянного тока. К недостаткам известного устройства, помимо эрозии катода, использования разрушающейся керамической футеровки и других отмеченных выше недостатков подобных устройств, следует также отнести отсутствие кристаллизатора, что увеличивает количество переделов для получения слябов требуемой формы.The closest prototype of the present invention is also described in the same source, a device for direct reduction of ore raw materials containing a feeder of the source material - the mixture, a solid-phase reactor for preliminary reduction of the charge, means for supplying partially restored charge and reducing reagents to the electric furnace, including a mixer located on the central axis of the working electrode with an internal cavity, a liquid-phase reactor with a cylindrical body, a device for collecting the finished product with a bath melt and cooling means for thermally loaded parts, with the working electrode and the collection device connected to the poles of the power source. In this device, the working electrode is the cathode, and the device for collecting the finished product is the anode of the arc plasma torch connected to a constant current source. The disadvantages of the known device, in addition to erosion of the cathode, the use of collapsing ceramic lining and other disadvantages of such devices noted above, also include the absence of a mold, which increases the number of redistributions to obtain slabs of the required shape.

Сущность изобретения.SUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемым изобретением решается техническая задача снижения материалоемкости и повышения экономичности процесса, осуществления практически непрерывной работы и повышения чистоты металла.The present invention solves the technical problem of reducing material consumption and increasing the efficiency of the process, the implementation of almost continuous operation and increasing the purity of the metal.

Основной технический результат использования предлагаемого изобретения заключается в снижении удельного расхода материала рабочего электрода, в возможности использования любого газообразного восстановителя без опасности закоксовывания канала его ввода, в уменьшении расхода восстановителя.The main technical result of the use of the present invention is to reduce the specific consumption of the working electrode material, the possibility of using any gaseous reducing agent without the risk of coking of its input channel, and reducing the consumption of reducing agent.

Дополнительно решается задача упрощения технологической схемы производства непрерывно-литой заготовки из дисперсного рудного или иного металлсодержащего оксидного сырья и обеспечения взрывобезопасности.Additionally, the task of simplifying the technological scheme for the production of continuously cast billets from dispersed ore or other metal-containing oxide raw materials and ensuring explosion safety is solved.

Указанный результат достигается в настоящем изобретении, один аспект которого является способом прямого восстановления рудного сырья. Согласно предлагаемому способу подачу в электропечь предварительно частично восстановленного материала - шихты и газообразного восстановителя производят на зеркало ванны рудного расплава через полость, расположенную снаружи рабочего электрода, после возбуждения дуги, плавления и финишного восстановления шихты газообразные продукты реакции восстановления отводят через внутреннюю полость рабочего электрода и используют их для предварительного восстановления, в процессе которого создают круговое, аксиальное, пульсирующее или движущееся магнитное поле, а расход рабочего электрода компенсируют. Кроме того, в зоне горения дуги и ванны расплава создают аксиальное магнитное поле, в процессе предварительного восстановления к газообразным продуктам реакции подмешивают восстановительный газ, а в процессе вывода и сбора готового продукта осуществляют кристаллизацию металла и выводят его в виде пригодной к дальнейшей переработке заготовки.The specified result is achieved in the present invention, one aspect of which is a method of direct reduction of ore raw materials. According to the proposed method, the preliminarily partially reduced material is fed into the electric furnace — a mixture and a gaseous reducing agent are produced into the ore bath mirror through a cavity located outside the working electrode, after arc excitation, melting and finishing reduction of the charge, the gaseous reduction reaction products are removed through the internal cavity of the working electrode and used them for preliminary restoration, during which they create a circular, axial, pulsating or moving the existing magnetic field, and the flow rate of the working electrode is compensated. In addition, an axial magnetic field is created in the combustion zone of the arc and the molten bath, in the process of preliminary reduction, reducing gas is mixed with the gaseous reaction products, and in the process of withdrawal and collection of the finished product, metal crystallization is carried out and it is withdrawn in the form of a workpiece suitable for further processing.

Поставленная задача решается также и тем, что в электропечи устройства для прямого восстановления рудного сырья между смесителем и жидкофазным реактором помещено первое зажимное устройство с отверстиями для прохода смеси и размещенными на его внутренней поверхности электропроводными пружинными контактными роликами или пластинами, снизу к зажимному устройству прикреплен охлаждаемый металлический стакан, на оси которого помещен рабочий электрод, устройство содержит средство создания кругового, аксиального, пульсирующего или движущегося магнитного поля в твердофазном реакторе и устройство подвода электрического тока к этому средству, сам реактор состоит из цилиндрической части с крышкой и конусной части, обращенной сужением вниз, с днищем, снабженным отверстиями, и включает размещенный на центральной оси неферромагнитный перфорированный цилиндр с ферромагнитными штырями или ребрами на его наружной поверхности, в полости цилиндра установлены полые резервный электрод и металлический шток, при этом рабочий, резервный электроды и шток расположены последовательно снизу вверх и соединены, а шток в нижней части снабжен перфорацией, на крышке твердофазного реактора размещены второе зажимное устройство, кожух с закрепленным на нем приводным устройством реверсивного перемещения и вращения штока и патрубок питателя шихты, под которым в реакторе помещен распылитель, средство подачи частично восстановленной шихты помещено между днищем твердофазного реактора и смесителем электропечи, при этом устройство сбора, корпус жидкофазного реактора, первое зажимное устройство и смеситель разделены электроизоляционными прокладками, средство подвода восстановительного газа содержит первый вентиль, после которого газовая магистраль разделена на две ветви, одна из которых со вторым вентилем подведена к твердофазному реактору, другая с третьим вентилем - к смесителю, и к внутреннему отверстию второго зажимного устройства подведена магистраль нейтрального газа с четвертым вентилем.The problem is also solved by the fact that in the furnace of the device for direct reduction of ore raw materials between the mixer and the liquid-phase reactor, the first clamping device with holes for the passage of the mixture and placed on its inner surface electrically conductive spring contact rollers or plates is placed, a cooled metal is attached to the clamping device from below a glass, on the axis of which a working electrode is placed, the device comprises means for creating a circular, axial, pulsating or moving In addition to the magnetic field in the solid-state reactor and the device for supplying electric current to this means, the reactor itself consists of a cylindrical part with a cap and a conical part facing downward narrowing, with a bottom provided with holes, and includes a non-ferromagnetic perforated cylinder located on the central axis with ferromagnetic pins or ribs on its outer surface, in the cavity of the cylinder, a hollow backup electrode and a metal rod are installed, while the working, backup electrodes and the rod are arranged in series with upside down and connected, and the rod in the lower part is provided with perforation, on the cover of the solid-phase reactor there is a second clamping device, a casing with a drive device for reversing movement and rotation of the rod and a charge feeder pipe attached to it, under which the atomizer is placed in the reactor, the supply means is partially restored the charge is placed between the bottom of the solid-phase reactor and the electric furnace mixer, while the collecting device, the liquid-phase reactor body, the first clamping device and the mixer are separated by an electrical insulation with ionic gaskets, the reducing gas supply means comprises a first valve, after which the gas line is divided into two branches, one of which is connected to the solid-state reactor with the second valve, the other to the mixer with the third valve, and the neutral gas line is connected to the inner hole of the second clamping device with the fourth valve.

Кроме того, устройство сбора выполнено в виде охлаждаемого кристаллизатора, изготовленного из электро- и теплопроводного химически стойкого по отношению к оксидным расплавам материала, форма и размеры которого соответствует форме литой заготовки, вокруг ванны расплава и корпуса жидкофазного реактора установлен первый соленоид, а средство подачи частично восстановленной шихты выполнено в виде секции подачи со шнековым питателем. При использовании в качестве сырья бедных руд кристаллизатор содержит отверстие для выпуска шлака.In addition, the collecting device is made in the form of a cooled mold made of an electrically and thermally conductive material chemically resistant to oxide melts, the shape and dimensions of which correspond to the shape of the cast billet, the first solenoid is installed around the molten bath and the body of the liquid-phase reactor, and the supply means is partially restored charge is made in the form of a feed section with a screw feeder. When using poor ores as a raw material, the mold contains an opening for the release of slag.

Средства создания магнитного поля в твердофазном реакторе согласно предлагаемому изобретению могут быть выполнены в шести вариантах, четыре из которых содержат двухпозиционный трехполюсный коммутатор, подключенный к источнику переменного или постоянного тока. В первом варианте источником магнитного поля в твердофазном реакторе являются шток и резервный электрод, во втором - проводники с током, размещенные вокруг цилиндрической части реактора, в третьем варианте источником магнитного поля является второй соленоид, в четвертом - «плечи» выпрямительного моста, размещенные вокруг цилиндрической части реактора, в пятом - полюса статора асинхронного двигателя, шестой является комбинацией первого и второго вариантов.Means of creating a magnetic field in a solid-state reactor according to the invention can be performed in six versions, four of which contain a two-position three-pole switch connected to an AC or DC source. In the first embodiment, the source of the magnetic field in the solid-state reactor is the rod and the backup electrode, in the second - conductors with current, located around the cylindrical part of the reactor, in the third embodiment, the source of the magnetic field is the second solenoid, in the fourth - the "shoulders" of the rectifier bridge, placed around the cylindrical parts of the reactor, in the fifth - the stator poles of an induction motor, the sixth is a combination of the first and second options.

Используемые термины и определения.Terms and definitions used.

Дуговой плазмотрон - устройство, содержащее два или более электродов, между которыми в среде плазмообразующего газа возбуждают электрический разряд, управляемый газо- или магнитодинамическими методами, плазму которого используют для нагрева газа, плавления и восстановления рудного сырья.An arc plasmatron is a device containing two or more electrodes between which an electric discharge is excited in a plasma-forming gas medium, controlled by gas or magnetodynamic methods, the plasma of which is used to heat the gas, melt and recover ore materials.

Твердофазный реактор - контейнер, в котором восстановление газообразным восстановителем оксидного сырья производят без его плавления и из которого частично восстановленное сырье подают в смеситель.A solid-phase reactor is a container in which the reduction of oxide feedstock with a gaseous reducing agent is carried out without melting it and from which the partially reduced feedstock is fed to the mixer.

Жидкофазный реактор - емкость, в которой восстановление оксидного сырья производят в жидком расплавленном состоянии. Реактор содержит охлаждаемый корпус, на котором установлены один или несколько плазмотронов и к которому снизу пристыковано устройство сбора продукта.A liquid-phase reactor is a vessel in which the reduction of oxide raw materials is carried out in a molten liquid state. The reactor contains a cooled housing on which one or more plasmatrons are mounted and to which a product collection device is docked at the bottom.

Кристаллизатор - устройство восстановления рудного сырья и сбора продукта - металла, в котором расплавленный металл охлаждают до твердого состояния. В случае образования шлака кристаллизатор снабжают отверстием для его вывода.A crystallizer is a device for recovering ore raw materials and collecting a product, a metal, in which the molten metal is cooled to a solid state. In the case of slag formation, the mold is provided with an opening for its output.

Питатель - устройство, обычно содержащее бункер с исходным рудным сырьем и средство его подачи с заданной скоростью.Feeder - a device, usually containing a bunker with the original ore raw materials and means for feeding it at a given speed.

Соленоид - катушка, образованная проводящим или сверхпроводящим материалом.A solenoid is a coil formed by a conductive or superconducting material.

Сляб - полуфабрикат, представляющий собой металлическую заготовку прямоугольного поперечного сечения с большим отношением ширины к высоте, подготовленную для дальнейшей переработки, например прокатки, ковки и т.д.A slab is a semi-finished product, which is a metal billet of rectangular cross section with a large ratio of width to height, prepared for further processing, for example, rolling, forging, etc.

Выпрямительный мост - устройство преобразования переменного тока в постоянный. В простейшем случае мост содержит четыре «плеча» с выпрямительными диодами, соединенные таким образом, что в один полупериод ток пропускает одна пара диодов, в следующий период - другая пара диодов, и на выходных клеммах моста обеспечивается напряжение постоянной полярности.Rectifier bridge - a device for converting AC to DC. In the simplest case, the bridge contains four “arms” with rectifier diodes, connected in such a way that one pair of diodes passes current in one half-cycle, in the next period another pair of diodes, and constant polarity voltage is provided at the output terminals of the bridge.

Синтез-газ - газовая смесь, главными компонентами которой являются монооксид углерода и водород.Synthesis gas is a gas mixture whose main components are carbon monoxide and hydrogen.

Железорудное сырье - минеральное сырье, содержащее один или более окислов железа различной валентности.Iron ore raw materials - mineral raw materials containing one or more iron oxides of various valencies.

Бедное рудное сырье - сырье с содержанием металла 60% и менее.Poor ore raw materials - raw materials with a metal content of 60% or less.

Богатое рудное сырье - сырье с содержанием металла около 70%.Rich ore raw materials - raw materials with a metal content of about 70%.

Зажимное устройство - исполнительный механизм, состоящий, например, из двух охватывающих зажимаемый элемент частей и приводимый в действие электрическим, пневматическим или гидравлическим способами. Для пропускания смеси зажимное устройство снабжено осевыми отверстиями, для пропуска газа - радиальными каналами.Clamping device is an actuating mechanism, consisting, for example, of two parts enclosing the clamped element and driven by electric, pneumatic or hydraulic means. To pass the mixture, the clamping device is provided with axial holes, for the passage of gas - radial channels.

Цилиндрический статор асинхронного двигателя - неподвижная электромагнитная система трехфазного тока, состоящая из свернутого в цилиндр магнитопровода с полюсами и уложенной в нем обмотки, создающая вращающееся магнитное поле.A cylindrical stator of an induction motor is a fixed electromagnetic system of a three-phase current, consisting of a magnetic circuit with poles rolled into a cylinder and a winding laid in it, creating a rotating magnetic field.

Линейный (развернутый) статор асинхронного двигателя - неподвижная линейная электромагнитная система трехфазного тока, состоящая из прямолинейного магнитопровода с полюсами и уложенной в нем обмотки, создающая линейно движущееся («бегущее») магнитное поле.A linear (expanded) stator of an induction motor is a fixed linear electromagnetic system of three-phase current, consisting of a rectilinear magnetic circuit with poles and a winding laid in it, creating a linearly moving ("running") magnetic field.

Описание чертежей.Description of the drawings.

На фиг.1 схематически дан основной вариант устройства в продольном сечении.Figure 1 schematically shows the main variant of the device in longitudinal section.

На фиг.2 дано поперечное сечение устройства в плоскости А-А.Figure 2 shows the cross section of the device in the plane aa.

На фиг.3-6 представлены варианты средств создания магнитного поля в твердофазном реакторе предварительного восстановления.Figure 3-6 presents the options for creating a magnetic field in a solid-state reactor preliminary reduction.

Устройство содержит твердофазный реактор предварительного восстановления 1, включающий цилиндрический корпус 2, переходящий в конусную часть 3, крышку 4, днище 5, патрубок канала вывода отработанных газов 6, установленный на оси устройства перфорированный цилиндр 7. На крышке 4 установлен выходной патрубок 8 питателя рудного сырья (не показан). Под патрубком 8 в реакторе 1 помещен распылитель 9 с приводом (не показан).The device contains a solid-phase pre-reduction reactor 1, including a cylindrical body 2, passing into the conical part 3, a cover 4, a bottom 5, a pipe for the exhaust gas outlet channel 6, a perforated cylinder 7 mounted on the axis of the device, and an outlet pipe 8 for the ore feedstock is mounted on the cover 4 (not shown). Under the nozzle 8 in the reactor 1 is placed a nozzle 9 with a drive (not shown).

Под днищем 5 размещена секция подачи 10 частично восстановленного сырья с устройством подачи 11, например, в виде шнека с приводом (не показан), и смеситель 12, под которым расположено первое зажимное устройство 13 и жидкофазный восстановительный реактор 14 с корпусом 15.Under the bottom 5 there is a feed section 10 for partially reduced raw materials with a feed device 11, for example, in the form of a screw with a drive (not shown), and a mixer 12, under which there is a first clamping device 13 and a liquid-phase reduction reactor 14 with a housing 15.

К корпусу 15 реактора 14 снизу примыкает кристаллизатор 16, в котором находится оксидный расплав 17, под ним металлический расплав 18 и охлажденная часть 19 металлического расплава - твердый металл, для вывода которого предназначен механизм вытяжки и резки 20. Вокруг реактора 14 расположен первый соленоид 21.A crystallizer 16 is adjacent to the housing 15 of the reactor 14 from below, in which the oxide melt 17 is located, beneath it, the metal melt 18 and the cooled part 19 of the metal melt are solid metal, for the extraction of which the drawing and cutting mechanism 20. The first solenoid 21 is located around the reactor 14.

На оси устройства установлены рабочий полый электрод 22, заключенный в охлаждаемый уплотняющий стакан 23, и резервный электрод 24, подсоединенный верхним концом к штоку 25, который посредством третьего зажимного устройства 26, гибкой шины 27 и верхнего токоподвода 28 подключен к одному из раздаточных полюсов коммутатора 29. Нижний токоподвод 30 соединяет другой раздаточный полюс коммутатора 29 с первым зажимным устройством 13. Коммутатор 29 выполнен двухпозиционным и содержит три полюса - приемный, подключенный к источнику тока 31, и два раздаточных.A working hollow electrode 22, enclosed in a cooled sealing cup 23, and a backup electrode 24, connected with its upper end to the rod 25, which is connected to one of the transfer poles of the switch 29 through the third clamping device 26, flexible bus 27, and upper current lead 28, are installed on the device axis The lower current supply 30 connects the other transfer pole of the switch 29 to the first clamping device 13. The switch 29 is made on-off and contains three poles - a receiving pole connected to a current source 31, and two transfer.

Система подвода восстановительного газа содержит источник газа 32 и магистраль с вентилем 33, разделенную после него на две ветви. Ветвь с вентилем 34 подключена к реактору 1 над конической его частью 3, а ветвь с вентилем 35 подключена к смесителю 12. Магистраль нейтрального газа с вентилем 36 подведена к радиальному каналу во втором зажимном устройстве 37, установленном на крышке 4 реактора 1.The reducing gas supply system comprises a gas source 32 and a line with a valve 33, divided after it into two branches. The branch with valve 34 is connected to the reactor 1 above its conical part 3, and the branch with valve 35 is connected to the mixer 12. The neutral gas line with valve 36 is connected to the radial channel in the second clamping device 37 mounted on the cover 4 of the reactor 1.

Устройство 38 реверсивного привода штока 25 размещено на кожухе 39, в котором размещены механизмы осевого перемещения и вращения штока 25 с электродами 22 и 24. В качестве примера механизм осевого перемещения выполнен в виде винта 40, а механизм вращения - в виде стержня 41 прямоугольного сечения, проходящего через прямоугольное отверстие заглушки штока 25. Кожух 39 установлен на втором зажимном устройстве 37.The device 38 for the reverse drive of the rod 25 is placed on the casing 39, which houses the mechanisms of axial movement and rotation of the rod 25 with electrodes 22 and 24. As an example, the axial movement mechanism is made in the form of a screw 40, and the rotation mechanism is in the form of a rod 41 of rectangular cross section, passing through the rectangular hole of the plug of the rod 25. The casing 39 is mounted on the second clamping device 37.

Находящиеся под различными потенциалами части устройства отделены друг от друга с помощью электроизоляционных прокладок 42-46. Источник питания 31 соединен токоподводами 47 и 48 с коммутатором 29 и кристаллизатором 16 соответственно.The parts of the device located under different potentials are separated from each other by means of insulating gaskets 42-46. The power source 31 is connected by current leads 47 and 48 to the switch 29 and the mold 16, respectively.

Средства создания магнитного поля в твердофазном реакторе 1 согласно предлагаемому изобретению могут быть выполнены в шести вариантах, четыре из которых содержат двухпозиционный трехполюсный коммутатор 29, подключенный к источнику переменного или постоянного тока (фиг 1, 3, 4). В первом варианте (фиг.1) средство создания магнитного поля помещено внутри твердофазного реактора 1 и его роль выполняют шток 25 и резервный электрод 24, в четырех других вариантах оно помещено вокруг цилиндрической части 2 реактора 1 и выполнено следующим образом: во втором варианте в виде соосных токоведущих проводников 49 (фиг.3), в третьем варианте - в виде второго соленоида 50 (фиг.4), в четвертом варианте - в виде соосных токоведущих проводников 51 выпрямительного моста с диодами 52, подключенного к полюсам источника питания переменного тока 53 (фиг.5), в пятом варианте в виде цилиндрического или развернутого линейного статора 54 асинхронного двигателя, подключенного к источнику трехфазного тока 55 (рис.6). Шестой вариант представляет собой комбинацию первого и второго вариантов. Перфорированный цилиндр 7 снабжен ферромагнитными штырями 56.Means of creating a magnetic field in the solid-state reactor 1 according to the invention can be performed in six versions, four of which contain a two-position three-pole switch 29 connected to an AC or DC source (Figs. 1, 3, 4). In the first embodiment (Fig. 1), the means of creating a magnetic field is placed inside the solid-state reactor 1 and its role is played by the rod 25 and the backup electrode 24, in four other variants it is placed around the cylindrical part 2 of the reactor 1 and is made as follows: in the second embodiment, in the form coaxial current-carrying conductors 49 (Fig. 3), in the third embodiment, in the form of a second solenoid 50 (Fig. 4), in the fourth embodiment, in the form of coaxial current-carrying conductors 51 of a rectifier bridge with diodes 52 connected to the poles of an AC power supply 53 ( ig.5), in the fifth embodiment, a cylindrical or unfolded stator 54 of the linear induction motor is connected to a source of three-phase 55 (Figure 6). The sixth option is a combination of the first and second options. The perforated cylinder 7 is provided with ferromagnetic pins 56.

Дуга 57 горит между рабочим электродом 22 и расплавом 17.Arc 57 burns between the working electrode 22 and the melt 17.

Полый графитовый электрод 22 помещен в уплотняющий охлаждаемый стакан 23, вылет электрода 22 из стакана 1 составляет 0,5-1 внешнего диаметра электрода 22. Меньшая величина вылета приводит к возбуждению дуги на стакане 23, большая - к эрозии электрода 22 от попадания на него оксида. Диаметр внутренней полости электрода 22 равен 1/3-1/4 его внешнего диаметра. Увеличение диаметра канала приводит к возрастанию скорости расхода электрода 22; уменьшение - к чрезмерному повышению давления газа в объеме установки.The hollow graphite electrode 22 is placed in a sealing cooled cup 23, the outflow of the electrode 22 from the cup 1 is 0.5-1 of the outer diameter of the electrode 22. A smaller outlier leads to the excitation of the arc on the cup 23, a large one leads to erosion of the electrode 22 from the ingress of oxide . The diameter of the inner cavity of the electrode 22 is equal to 1 / 3-1 / 4 of its outer diameter. An increase in the diameter of the channel leads to an increase in the flow rate of the electrode 22; decrease - to an excessive increase in gas pressure in the installation volume.

Охлаждаемый кристаллизатор 16 выполнен из электропроводного и теплопроводного стойкого к оксидному расплаву материала, например из меди, и снабжен механизмом 20 вытяжки и мерной резки получаемого слитка.The cooled mold 16 is made of an electrically conductive and thermally conductive material resistant to oxide melt, for example, of copper, and is equipped with a mechanism 20 for drawing and dimensional cutting of the obtained ingot.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Установка предназначена для использования рудного сырья двух типов: с содержанием железа около 70% и бедного рудного сырья, содержание железа в котором находится на уровне 60% и менее. При восстановлении бедных руд необходимо предусмотреть устройство для отвода из рабочего объема шлака.The installation is designed to use two types of ore raw materials: with an iron content of about 70% and poor ore raw materials, the iron content of which is at the level of 60% or less. When restoring poor ores, it is necessary to provide a device for removing slag from the working volume.

Размер частиц дисперсного рудного сырья должен составлять 0,1-3 мм. Использование более мелких частиц приводит к возрастанию пылевыноса, при более крупных частицах замедляются скорости тепломассообменых процессов, поэтому такое сырье необходимо измельчать. Чем крупнее частицы используемого сырья, тем более сильное магнитное поле следует использовать для интенсификации процесса предварительного восстановления в реакторе 1.The particle size of the dispersed ore should be 0.1-3 mm. The use of smaller particles leads to an increase in dust removal, with larger particles, the rates of heat and mass transfer processes slow down, therefore, such raw materials must be crushed. The larger the particles of the raw materials used, the stronger the magnetic field should be used to intensify the pre-reduction process in reactor 1.

Предлагаемые способ и устройство могут функционировать на переменном и постоянном токе прямой и обратной полярности. Описанные ниже способ и устройство, представленное на фиг.1, в качестве примера демонстрируют работу на постоянном токе при прямой полярности (электрод 22 является катодом).The proposed method and device can operate on alternating and direct current direct and reverse polarity. The method and device described in FIG. 1 described below, as an example, demonstrate direct current operation with direct polarity (electrode 22 is a cathode).

Устройство работает следующим образом. Вначале на "ласточкин хвост" механизма вытяжки 20 заготовки, выполняющего роль анода плазмотрона, загружают металлическую "затравку". Между «затравкой» и электродом 22 возбуждают дуговой разряд 57. Устанавливают рабочие параметры установки: индукцию магнитного поля соленоида 21, величину тока дуги, величину дугового промежутка, расход восстановительного газа через реакторы: жидкофазного восстановления 14 - посредством вентиля 35 и твердофазного восстановления 1 - посредством вентиля 34.The device operates as follows. First, the dovetail mechanism 20 of the workpiece, acting as the anode of the plasma torch, load the metal "seed". An arc discharge 57 is excited between the “seed” and electrode 22. The operating parameters of the installation are established: induction of the magnetic field of the solenoid 21, magnitude of the arc current, magnitude of the arc gap, flow of reducing gas through the reactors: liquid-phase reduction 14 through valve 35 and solid-state reduction 1 through valve 34.

После наведения ванны расплава 17 в твердофазный реактор 1 через выходной патрубок 8 питателя подают исходное рудное сырье - шихту, которое распылителем 9 распределяется по объему реактора 1. При этом раздаточный полюс коммутатора 29, приемный полюс которого проводником 47 подключен к отрицательному полюсу источника питания 31, через верхний токоподвод 28, гибкую шину 27 и третье зажимное устройство 26 подключен к штоку 25 и текущий по штоку 25 и резервному электроду 24 электрический ток создает в реакторе 1 круговое магнитное поле. Затем, по истечении времени, достаточного для осуществления заданного уровня предварительного восстановления шихты (20-70%) в реакторе 1, коммутатором 29 переключают отрицательный полюс источника питания 31 к другому раздаточному полюсу, соединенному с электродом 22 через нижний токоподвод 30 и первое зажимное устройство 13. Магнитное поле в реакторе 1 исчезает и частично восстановленная шихта опадает в конусную часть 3 реактора 1 и камеру подачи 10. Шнек 11 непрерывно подает шихту в смеситель 12, где в вихре восстановительного газа происходит их смешение.After pointing the molten bath 17 into the solid-state reactor 1 through the outlet pipe 8 of the feeder feed ore is supplied - the charge, which is distributed by the atomizer 9 throughout the volume of reactor 1. In this case, the dispensing pole of the switch 29, the receiving pole of which is connected by a conductor 47 to the negative pole of the power source 31, through the upper current lead 28, the flexible bus 27 and the third clamping device 26 is connected to the rod 25 and the current flowing through the rod 25 and the backup electrode 24 creates a circular magnetic field in the reactor 1. Then, after a sufficient time for the specified level of preliminary recovery of the charge (20-70%) in the reactor 1, the switch 29 switches the negative pole of the power source 31 to another transfer pole connected to the electrode 22 through the lower current supply 30 and the first clamping device 13 The magnetic field in the reactor 1 disappears and the partially reduced charge falls into the conical part 3 of the reactor 1 and the feed chamber 10. The screw 11 continuously feeds the charge into the mixer 12, where they are mixed in the vortex of the reducing gas sewing.

По мере расходования частично восстановленной шихты из конусной части 3 реактора 1 возобновляют подачу сырья питателем и вновь переключают коммутатором 29 электропитание на шток 25, не допуская полного опорожнения реактора 1. Процесс переключения электропитания и подачи сырья периодически повторяется при сохранении непрерывности работы устройства.As the partially restored charge from the conical part 3 of the reactor 1 is consumed, the feed is resumed by the feeder and the switch 29 again switches the power supply to the rod 25, preventing the complete draining of the reactor 1. The process of switching the power supply and supply of raw materials is periodically repeated while maintaining the operation of the device.

В других вариантах создания магнитного поля в реакторе 1, предполагающих использование коммутатора 29, переключение электропитания осуществляют по той же схеме с периодическим подключением к одному из полюсов источника питания 31 верхних концов проводников 49 (фиг.3) или верхнего конца второго соленоида 50 (фиг.4).In other embodiments of creating a magnetic field in the reactor 1, involving the use of a switch 29, the power supply is switched according to the same scheme with periodic connection to one of the poles of the power source 31 of the upper ends of the conductors 49 (Fig. 3) or the upper end of the second solenoid 50 (Fig. four).

В варианте с выпрямительным мостом (фиг.5) магнитное поле в реакторе 1 существует постоянно, а пульсирующий характер этого поля предопределяет высокую эффективность предварительного восстановления исходной шихты при большой скорости ее подачи.In the variant with a rectifier bridge (Fig. 5), the magnetic field in the reactor 1 exists continuously, and the pulsating nature of this field determines the high efficiency of preliminary restoration of the initial charge at a high feed rate.

В варианте со статором 54 асинхронного двигателя (фиг.6) возможны как периодическое отключение магнитного поля с прекращением подачи исходного сырья при заполнении частично восстановленной шихтой конусной части 3 реактора 1, так и выбор режима работы статора 54, обеспечивающего непрерывность подачи исходного сырья.In the embodiment with the stator 54 of the induction motor (FIG. 6), it is possible to periodically turn off the magnetic field with the supply of feed being cut off while filling the partially restored charge of the cone part 3 of reactor 1, and to select the operation mode of the stator 54, which ensures the supply of feedstock continuously.

Из смесителя 12 полученная смесь потоком восстановительного газа переносится в рабочий объем жидкофазного реактора 14. В рабочем объеме реактора 14 смесь газа и шихты проходит через направляющий зазор, образованный уплотняющим стаканом 23 и корпусом реактора 14, и практически равномерно распределяется по всему зеркалу вращающейся ванны оксидного расплава 17. Образующиеся газообразные продукты реакции восстановления проходят через плазменную дугу в центральную полость электрода 22.From the mixer 12, the resulting mixture is transferred by a flow of reducing gas to the working volume of the liquid-phase reactor 14. In the working volume of the reactor 14, the mixture of gas and the mixture passes through the guide gap formed by the sealing cup 23 and the reactor shell 14 and is distributed almost uniformly throughout the mirror of the rotating oxide melt bath. 17. The resulting gaseous products of the reduction reaction pass through a plasma arc into the central cavity of the electrode 22.

Восстановленный металл, как более тяжелая фракция расплава, скапливается в нижней части кристаллизатора 16 в виде металлического расплава 18 и, постепенно охлаждаясь, кристаллизуется в твердый металл 19. Восстановленный металл 19 устройством 20 вытяжки и резки металла непрерывно извлекают из кристаллизатора 16 и разрезают на слябы с размерами, позволяющими дальнейшее их использование в качестве заготовок при последующей обработке.The reduced metal, as a heavier fraction of the melt, accumulates in the lower part of the crystallizer 16 in the form of a metal melt 18 and, gradually cooling, crystallizes into solid metal 19. The reduced metal 19 is continuously extracted from the crystallizer 16 by the metal extraction and cutting device 20 and cut into slabs with sizes that allow their further use as blanks for subsequent processing.

Газ из рабочего объема жидкофазного реактора 14 через полые электроды 22 и 24 поступает в полый шток 25, через отверстия которого и перфорацию цилиндра 7 попадает в твердофазный реактор 1. Из реактора 1 отработанный восстановительный газ через патрубок 6 поступает на дальнейшее технологическое использование.Gas from the working volume of the liquid-phase reactor 14 through the hollow electrodes 22 and 24 enters the hollow rod 25, through the openings of which the perforation of the cylinder 7 enters the solid-state reactor 1. From the reactor 1, the spent reducing gas through the pipe 6 is supplied for further technological use.

Соленоид 21 создает в области дуги и кристаллизатора 16 аксиальное магнитное поле с индукцией около 0,1 Тл, которое приводит во вращение плазму дуги и расплав. Более высокая магнитная индукция приводит к чрезмерному выбросу расплава на стенки кристаллизатора 16, более низкая - к слишком медленному вращению как дуги, так и расплава, что снижает интенсивность восстановительного процесса.The solenoid 21 creates in the region of the arc and crystallizer 16 an axial magnetic field with an induction of about 0.1 T, which drives the arc plasma and the melt. Higher magnetic induction leads to excessive ejection of the melt onto the walls of the crystallizer 16, lower - to too slow rotation of both the arc and the melt, which reduces the intensity of the recovery process.

Величину дугового промежутка устанавливают и поддерживают в процессе восстановления равной 0,5-1 диаметра электрода 22. При меньших значениях длины дуги возрастает эрозия электрода 22 за счет попадания на него брызг оксидного расплава. При больших значениях длины дуги возрастают тепловые потери вследствие энергообмена между столбом дуги и корпусом 15 реактора 14.The magnitude of the arc gap is set and maintained in the recovery process equal to 0.5-1 of the diameter of the electrode 22. With smaller values of the length of the arc, erosion of the electrode 22 increases due to the ingress of oxide melt onto it. At large values of the length of the arc increase heat loss due to energy exchange between the column of the arc and the housing 15 of the reactor 14.

Расход восстановительного газа через жидкофазный реактор 14 устанавливают равным 1-1,5 от величины термодинамически необходимого расхода. Расход газа через твердофазный реактор 1 предварительного восстановления устанавливают таким, чтобы усредненная температура газа и шихты в этом реакторе в результате смешения газов - подаваемого через вентиль 34 и выходящего через перфорацию цилиндра 7 в реактор 1 - была в пределах 700-1000°С. При более низкой температуре скорость процесса восстановления уменьшается. При более высокой температуре частицы оксида, например железа, слипаются.The flow rate of the reducing gas through the liquid phase reactor 14 is set equal to 1-1.5 of the value of the thermodynamically necessary flow rate. The gas flow rate through the solid-state preliminary reduction reactor 1 is set so that the average temperature of the gas and the mixture in this reactor as a result of gas mixing - supplied through the valve 34 and exiting through the perforation of the cylinder 7 into the reactor 1 - is in the range of 700-1000 ° C. At lower temperatures, the speed of the recovery process decreases. At a higher temperature, oxide particles, such as iron, stick together.

Величину тока плазменной дуги устанавливают такой, чтобы обеспечивались термодинамически необходимые тепловые условия в реакционном объеме. Например, при восстановлении железорудного концентрата в медном кристаллизаторе 16 удельный тепловой поток на зеркало ванны расплава должен составлять около 5 МВт/м2, что для медного кристаллизатора 16 диаметром 100 мм соответствует величине тока 1200 А. При меньшем тепловом потоке железо не восстанавливается, при большем происходит чрезмерное испарение металла.The plasma arc current is set such that the thermodynamically necessary thermal conditions in the reaction volume are provided. For example, when recovering iron ore concentrate in a copper crystallizer 16, the specific heat flux to the melt pool mirror should be about 5 MW / m 2 , which for a copper crystallizer 16 with a diameter of 100 mm corresponds to a current value of 1200 A. With a lower heat flux, iron does not recover, with a larger excessive evaporation of the metal occurs.

Роль магнитного поля в реакторе 1 заключается в том, что оно удерживает частицы сырья во взвешенном состоянии, препятствует выносу сырья из реактора 1 и способствует интенсификации его восстановления. Так как рудное сырье - магнетит обладает определенной электропроводностью, а при температуре ниже точки Кюри (для железа 770°С) и ферромагнитными свойствами, частицы сырья подвержены воздействию магнитного поля (фиг.1, 3-5). Однако при нагреве выше точки Кюри ферромагнитные свойства снижаются, вещество превращается в парамагнетик, и магнитное поле перестает действовать на вещество.The role of the magnetic field in the reactor 1 is that it holds the particles of raw materials in suspension, prevents the removal of raw materials from the reactor 1 and helps to intensify its recovery. Since the ore raw material - magnetite has a certain electrical conductivity, and at a temperature below the Curie point (for iron 770 ° C) and ferromagnetic properties, the particles of the raw material are exposed to a magnetic field (Figs. 1, 3-5). However, when heated above the Curie point, the ferromagnetic properties decrease, the substance turns into a paramagnet, and the magnetic field ceases to act on the substance.

Движущееся магнитное поле, создаваемое статором 54 (фиг.6), отличается от других предлагаемых вариантов средств создания магнитного поля тем, что оно воздействует на вещество, обладающее электропроводностью, вне зависимости от его магнитных свойств и может применяться при температуре в реакторе 1, превышающей точку Кюри.The moving magnetic field created by the stator 54 (Fig.6), differs from other proposed options for creating a magnetic field in that it acts on a substance having electrical conductivity, regardless of its magnetic properties and can be used at a temperature in the reactor 1 above the point Curie

Напряженность магнитного поля, образованного пропусканием тока дуги через шток 25 (фиг.1), максимальна вблизи оси реактора 1 и спадает к его периферии. Ферромагнитные штыри или ребра 56, установленные на цилиндре 7, выполненном из неферромагнитного материала, повышают равномерность поля по радиусу реактора 1.The magnetic field generated by passing the arc current through the rod 25 (figure 1) is maximum near the axis of the reactor 1 and decreases to its periphery. Ferromagnetic pins or ribs 56 mounted on a cylinder 7 made of non-ferromagnetic material increase the uniformity of the field along the radius of the reactor 1.

Магнитное поле, образованное проводниками 49 (фиг.3), наоборот, максимально на периферии реактора 1 и также выравнивается штырями 56.The magnetic field formed by the conductors 49 (FIG. 3), on the contrary, is maximally at the periphery of the reactor 1 and is also aligned with pins 56.

В комбинированной системе создания магнитного поля верхний токоподвод 28 подключен и к штоку 25 и к верхнему соединению проводников 49, которые нижними концами подключены к нижнему токоподводу 30 и первому зажимному устройству 13. В этом случае магнитное поле по радиусу реактора 1 распределено наиболее равномерно.In the combined system of creating a magnetic field, the upper current lead 28 is connected to both the rod 25 and the upper connection of the conductors 49, which are connected by their lower ends to the lower current lead 30 and the first clamping device 13. In this case, the magnetic field is distributed most uniformly along the radius of the reactor 1.

Существенно большее по напряженности магнитное поле может быть создано вторым соленоидом 50; напряженность этого поля может в широких пределах варьироваться изменением числа витков соленоида (фиг.4).A significantly larger magnetic field can be created by the second solenoid 50; the intensity of this field can vary over a wide range by changing the number of turns of the solenoid (figure 4).

Токоведущие элементы 51, включенные в «плечи» выпрямительного моста 52 (фиг.5), формируют пульсирующее магнитное поле. Пульсирующее магнитное поле создает подвижность частиц рудного сырья, интенсифицирует тепломассообмен и способствует повышению скорости восстановления.Current-carrying elements 51 included in the "shoulders" of the rectifier bridge 52 (Fig. 5) form a pulsating magnetic field. A pulsating magnetic field creates the mobility of the ore particles, intensifies heat and mass transfer and helps to increase the recovery rate.

Статор 54 создает движущееся магнитное поле (фиг.6). При этом статор обычной цилиндрической формы создает вращающееся магнитное поле, а статор линейной формы (развернутый статор) выполнен в виде одной или нескольких секций, размещенных вокруг цилиндрической части твердофазного реактора так, что их магнитопроводы ориентированы вдоль оси реактора, и создает поле, перемещающееся вдоль оси реактора 1.The stator 54 creates a moving magnetic field (Fig.6). In this case, the stator of a conventional cylindrical shape creates a rotating magnetic field, and the linear stator (expanded stator) is made in the form of one or several sections placed around the cylindrical part of the solid-phase reactor so that their magnetic cores are oriented along the axis of the reactor and creates a field moving along the axis reactor 1.

В режиме обратной полярности (рабочий электрод 22 подключен к положительному, кристаллизатор 16 - к отрицательному полюсам источника питания постоянного тока) и при переменном электрическом токе дуги 57 набор и последовательность этапов процесса остаются такими же, как в режиме прямой полярности, но меняются процессы взаимодействия восстановителя с частично восстановленной шихтой. В режиме обратной полярности образовавшиеся в дуговом разряде положительные ионы восстановительного газа увлекаются в направлении расплава 17 не только потоком газа, но и под действием сил притяжения к отрицательно заряженному расплаву 17. При этом восстановление металла в ванне расплава происходит более интенсивно.In the reverse polarity mode (the working electrode 22 is connected to the positive, the crystallizer 16 to the negative poles of the DC power source) and with alternating electric arc current 57, the set and sequence of process steps remain the same as in the direct polarity mode, but the processes of the reducing agent interact with partially restored charge. In the reverse polarity mode, the positive ions of the reducing gas formed in the arc discharge are entrained in the direction of the melt 17 not only by the gas flow, but also under the action of attractive forces to the negatively charged melt 17. In this case, the metal recovery in the melt pool is more intense.

При использовании электрической дуги переменного тока протекают реакции восстановления, свойственные двум первым режимам, и при этом появляется возможность отказаться от выпрямителя, стоимость которого при потребляемых мощностях составляет значительную долю стоимости устройства.When using an electric arc of alternating current, recovery reactions occur, characteristic of the first two modes, and at the same time it becomes possible to abandon the rectifier, the cost of which at power consumption is a significant fraction of the cost of the device.

Несмотря на значительное снижение расхода электрода 22 (по меньшей мере в 2 раза), для обеспечения непрерывного производства литой заготовки предусмотрено наращивание рабочего электрода 22 резервным электродом 24 без отключения дуги, прекращения процесса восстановления и замораживания ванны расплава. Устройство 38, кожух 39, винт 40, стержень 41 и шток 25 образуют электродный блок, который обеспечивает подачу рабочего электрода 22 и его наращивание резервным электродом 24. Шток 25 выполнен в виде металлической трубы с заглушкой в верхней части, содержащей прямоугольное отверстие для стержня 41. В нижней части штока 25 имеются резьба для соединения с электродом 24 и отверстия для выхода газа, поступающего через полости электродов 22 и 24 из рабочего объема жидкофазного реактора 14.Despite a significant reduction in the consumption of the electrode 22 (at least 2 times), to ensure continuous production of cast billets, it is envisaged to build up the working electrode 22 with a backup electrode 24 without turning off the arc, terminating the recovery process and freezing the melt bath. The device 38, the casing 39, the screw 40, the rod 41 and the rod 25 form an electrode block that provides a working electrode 22 and its extension by a backup electrode 24. The rod 25 is made in the form of a metal pipe with a plug in the upper part containing a rectangular hole for the rod 41 . In the lower part of the rod 25 there is a thread for connection with the electrode 24 and openings for the exit of gas entering through the cavity of the electrodes 22 and 24 from the working volume of the liquid-phase reactor 14.

Электрод 22 по мере расходования подается в зону дуги приводным устройством 38 посредством перемещения штока 25 винтом 40. Постепенно электрод 22 расходуется до конца и его роль начинает выполнять электрод 24, бывший до этого резервным. При расходе этого электрода, ставшего теперь рабочим электродом 22, примерно до половины длины его фиксируют первым зажимным устройством 13, через которое к электроду 22 подведено электропитание посредством коммутатора 29. Шток 25 с помощью стержня 41 отвинчивают от электрода 22 и поднимают вверх винтовым устройством 40. Третье зажимное устройство 26 при этом разжимают. Затем перекрывают подачу восстановительного газа вентилем 34 и по магистрали с вентилем 36 подают в радиальные каналы второго зажимного устройства 37 нейтральный газ. Электродный блок отводят в сторону от второго зажимного устройства 37 и через его центральное отверстие в цилиндр 7 вводят новый резервный электрод 24 и фиксируют вторым зажимным устройством 3.The electrode 22 as it is consumed is supplied to the arc zone by the drive device 38 by moving the rod 25 by the screw 40. Gradually, the electrode 22 is consumed to the end and the electrode 24, which was previously the backup, begins to play its role. With the consumption of this electrode, which has now become the working electrode 22, it is fixed to about half the length by the first clamping device 13, through which power is supplied to the electrode 22 by means of the switch 29. The rod 25 is unscrewed from the electrode 22 from the electrode 22 and lifted up by the screw device 40. The third clamping device 26 is thus unclenched. Then, the supply of reducing gas is shut off by the valve 34 and neutral gas is supplied to the radial channels of the second clamping device 37 through the line with the valve 36. The electrode unit is diverted away from the second clamping device 37 and a new backup electrode 24 is introduced through its central hole into the cylinder 7 and fixed by the second clamping device 3.

После этого электродный блок возвращают в рабочее положение и закрепляют. Шток 25 навинчивают на закрепленный электрод 24, зажимное устройство 37 отпускает фиксацию электрода 24, после чего шток 25 вместе с резервным электродом 24 перемещают вниз и привинчивают к зафиксированному рабочему электроду 22. Прекращают подачу инертного газа, возобновляют подачу вентилем 34 восстановительного газа, третьим зажимным устройством 26 фиксируют гибкую шину 27 на верхней части штока 25, переключают коммутатором 29 электропитание на шток 25, разжимают первое зажимное устройство 13 и процесс продолжают в штатном режиме.After that, the electrode block is returned to its working position and fixed. The rod 25 is screwed onto the fixed electrode 24, the clamping device 37 releases the fixation of the electrode 24, after which the rod 25 together with the backup electrode 24 is moved down and screwed to the fixed working electrode 22. The inert gas supply is shut off, the supply of reducing gas by the valve 34 is resumed, with the third clamping device 26 fix the flexible bus 27 on the upper part of the rod 25, switch the power supply to the rod 25 by the switch 29, open the first clamping device 13, and continue the process as usual.

Вынос тракта подачи материала и восстановительного газа за пределы рабочего электрода и отвод отработанных газов через его полость позволили решить несколько технических проблем. А именно, предлагаемое изобретение обеспечивает снижение расхода рабочего электрода за счет по крайней мере четырех факторов:The removal of the supply path of the material and the reducing gas beyond the working electrode and the removal of exhaust gases through its cavity made it possible to solve several technical problems. Namely, the present invention reduces the consumption of the working electrode due to at least four factors:

- исключение контакта оксидного рудного сырья с графитовым рабочим электродом 22 и его окисление;- the exclusion of contact of the oxide ore material with a graphite working electrode 22 and its oxidation;

- освобождение полости электрода 22 от подачи через нее рудного сырья позволяет уменьшить диаметр этой полости, тем самым увеличить рабочую массу электрода 22 и уменьшить в нем плотность тока;- the release of the cavity of the electrode 22 from the feed through it of ore raw materials can reduce the diameter of this cavity, thereby increasing the working mass of the electrode 22 and reduce the current density in it;

- проведение продуктов реакции через дуговой разряд и отведение их из реакционного объема через полости электродов 22 и 24 обеспечивает взаимодействие с материалом электрода 24 (обычно - углеродом) не первичного восстановительного газа, например неконвертированного природного газа, а смеси газов, состоящей главным образом из СО, СО2, Н2 и Н2О. Общее содержание углерода в этой смеси избыточно по отношению к кислороду, что препятствует эрозии электрода 22 из-за окисления графита и закупорке его полости;- the passage of the reaction products through an arc discharge and their removal from the reaction volume through the cavities of the electrodes 22 and 24 ensures interaction with the electrode material 24 (usually carbon) not of primary reducing gas, for example unconverted natural gas, but of a gas mixture consisting mainly of CO, CO 2 , H 2 and H 2 O. The total carbon content in this mixture is excessive with respect to oxygen, which prevents the erosion of electrode 22 due to oxidation of graphite and blockage of its cavity;

- разогрев рабочего торца электрода 22 горячими отходящими газами (3000-6000°С) способствует образованию диффузной (распределенной) привязки дуги к электроду 22 и устраняет контрагированные пятна дуги, которые в известных устройствах являются основной причиной эрозии электрода 22.- heating the working end of the electrode 22 with hot exhaust gases (3000-6000 ° C) contributes to the formation of diffuse (distributed) binding of the arc to the electrode 22 and eliminates the contracted spots of the arc, which in the known devices are the main cause of erosion of the electrode 22.

Кроме того:Besides:

- оказалось возможным финишную стадию производства металла проводить в кристаллизаторе 16; при этом металл не загрязняется продуктами эрозии кристаллизатора 16 и рабочего электрода 22;- it was possible to finish the stage of metal production in the mold 16; the metal is not contaminated by the erosion products of the mold 16 and the working electrode 22;

- введение восстановительного газа в жидкофазный реактор 14 через смеситель и устройство 13, расположенные над охлаждаемым стаканом 23, и далее через зазор между этим стаканом 23 и корпусом реактора 14 при использовании природного газа в качестве восстановителя снимает проблему закоксовывания соответствующих трактов, так как температура газа в этих условиях заведомо ниже температуры его пиролиза;- introducing reducing gas into the liquid-phase reactor 14 through a mixer and device 13 located above the cooled glass 23, and then through the gap between this glass 23 and the reactor shell 14 when using natural gas as a reducing agent, eliminates the problem of coking of the corresponding paths, since the gas temperature in These conditions are obviously lower than the temperature of its pyrolysis;

- для наращивания рабочего электрода 22 не требуется разбирать тракт подачи сырья и оборудование полностью останавливают только для профилактического обслуживания и ремонта, что повышает производительность процесса в целом;- to build up the working electrode 22, it is not necessary to disassemble the feed path and the equipment is completely stopped only for preventive maintenance and repair, which increases the productivity of the process as a whole;

- обеспечена возможность создания магнитного поля в реакторе 1 наиболее простым способом - пропусканием тока разряда через шток 25 и электроды 22 и 24, а также непрерывная работа устройства посредством переключения электропитания на время установки резервного электрода 24,- it is possible to create a magnetic field in the reactor 1 in the simplest way - by passing the discharge current through the rod 25 and electrodes 22 and 24, as well as the continuous operation of the device by switching the power supply during the installation of the backup electrode 24,

- частично восстановленная шихта и реагенты попадают практически равномерно на все зеркало ванны, что обеспечивает эффективное протекание процессов массообмена, экономию сырья и энергоресурсов.- partially restored mixture and reagents fall almost evenly on the entire bath mirror, which ensures the effective flow of mass transfer processes, saving raw materials and energy.

Прохождение через плазму дуги газообразных продуктов реакции, в том числе не полностью прореагировавшего восстановителя, и мелкодисперсных частиц оксида, вследствие высокой температуры плазмы и интенсивного массообмена при ее вращении, способствует ускорению химических процессов и их протеканию с наибольшим использованием восстановительных свойств реагентов.The passage through the plasma arc of the gaseous reaction products, including the incompletely reacted reducing agent, and fine oxide particles, due to the high temperature of the plasma and intensive mass transfer during its rotation, helps to accelerate chemical processes and their course with the maximum use of the reducing properties of the reagents.

Выполнение кристаллизатора 16 из электро- и теплопроводного химически стойкого по отношению к оксидным расплавам материала с использованием вращения плазмы дуги и расплава в аксиальном магнитном поле первого соленоида 21 гарантирует равномерный нагрев и взаимодействие с восстановительным газом всей массы поступающей шихты и получение однородного металла. При этом благодаря возможности применения эффективного охлаждения кристаллизатора 16 и наличия осевого магнитного поля удается предотвратить его аварийный прожог дуговым разрядом, отказаться от использования защитной футеровки и в конечном итоге получать металл требуемого состава с малым содержанием вредных примесей.The implementation of the mold 16 from an electric and heat-conducting material chemically resistant to oxide melts using the rotation of the arc plasma and the melt in the axial magnetic field of the first solenoid 21 guarantees uniform heating and interaction with the reducing gas of the entire mass of the incoming charge and the formation of a homogeneous metal. Moreover, due to the possibility of using effective cooling of the crystallizer 16 and the presence of an axial magnetic field, it is possible to prevent accidental burning through an arc discharge, to abandon the use of a protective lining and ultimately to obtain a metal of the required composition with a low content of harmful impurities.

Плазма дуги в осевом магнитном поле соленоида 21 препятствует выносу конденсированной фазы (мелких частиц) благодаря центробежным силам, возникающим при вращении частиц во вращающейся плазме, и это сокращает потери сырья.Arc plasma in the axial magnetic field of the solenoid 21 prevents the removal of the condensed phase (small particles) due to centrifugal forces arising from the rotation of particles in a rotating plasma, and this reduces the loss of raw materials.

Кристаллизатор 16 может быть выполнен в различной по его поперечному сечению форме. Для формирования слитка-сляба может потребоваться несколько плазмотронов.The mold 16 can be made in a different cross-sectional shape. Several plasmatrons may be required to form a slab.

Применение магнитного поля в реакторе 1 предотвращает вынос шихты из реактора и обеспечивает оптимальное и эффективное взаимодействие сырья с отходящими газами, что позволяет существенно экономить расход электроэнергии.The use of a magnetic field in the reactor 1 prevents the removal of the charge from the reactor and provides optimal and efficient interaction of the raw material with the exhaust gases, which can significantly save energy consumption.

Восстановительный газ, подмешиваемый к поступающим в реактор 1 газообразным продуктам реакции, охлаждая последние до температуры 700-1000°С, не только предотвращает слипание частиц сырья, но и использует для восстановления сырья часть затраченной на их нагрев в реакторе 14 энергии дуги.Reducing gas, mixed with the gaseous reaction products entering reactor 1, cooling the latter to a temperature of 700-1000 ° C, not only prevents the particles from sticking together, but also uses some of the arc energy expended to heat them in the reactor 14.

Использование в комплексе предложенных технологических процессов и элементов конструкции позволяет сократить число переделов, а именно, загружая в устройство исходное сырье, получить на выходе заготовку требуемого состава и конфигурации, в частности, при использовании железосодержащего рудного сырья непрерывно получать стальные слябы, пригодные для прокатки, штамповки и т.д.The use of the proposed technological processes and structural elements in the complex allows to reduce the number of redistributions, namely, by loading the raw materials into the device, to obtain a workpiece of the required composition and configuration at the output, in particular, when using iron-containing ore raw materials, continuously obtain steel slabs suitable for rolling, stamping etc.

Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет:Thus, the present invention allows:

- получить однородный металл с малым содержанием примесей (например, углерода),- get a homogeneous metal with a low content of impurities (e.g. carbon),

- снизить расход графитового рабочего электрода,- reduce the consumption of graphite working electrode,

- использовать любые восстановители, в том числе неконвертированный природный газ и водород,- use any reducing agents, including unconverted natural gas and hydrogen,

- снизить потери рудного сырья,- reduce the loss of ore raw materials,

- обеспечить практически непрерывный режим работы,- provide almost continuous operation

- отказаться от применения подового электрода при одновременном обеспечении взрывобезопасности технологического процесса,- abandon the use of the hearth electrode while ensuring the explosion safety of the process,

- упростить технологическую схему производства из дисперсного рудного сырья непрерывно-литой металлической заготовки.- to simplify the technological scheme of production from dispersed ore raw materials of continuously cast metal billets.

Как следует из описания работы устройства, основной технический результат достигается и в случае использования устройства сбора продукта, описанного в прототипе, или аналогичного, т.к. отличие предложенного устройства сбора от прототипа заключается в отсутствии специального подового электрода, в качестве которого используется кристаллизатор 16 и "ласточкин хвост" механизма вытяжки 20 заготовки. Это отличие влияет на эффективность, но не на саму возможность реализации основного процесса. Конструкция устройства, включающая кристаллизатор 16 и первый соленоид 21, является наиболее эффективной, т.к. позволяет в полном объеме использовать предложенные особенности ввода сырья и газа и вывода отработанных газов, в частности создает возможность проведения реакции финишного восстановления при более высокой температуре в реакционном объеме с достижением вышеназванных преимуществ.As follows from the description of the operation of the device, the main technical result is achieved in the case of using the product collection device described in the prototype, or similar, because The difference between the proposed collection device and the prototype is the absence of a special hearth electrode, which is used as a mold 16 and a dovetail mechanism for drawing the blank 20. This difference affects the efficiency, but not the very possibility of implementing the main process. The design of the device, including the mold 16 and the first solenoid 21, is the most effective, because allows you to fully use the proposed features of the input of raw materials and gas and exhaust gas, in particular, creates the possibility of a reaction of final reduction at a higher temperature in the reaction volume with the achievement of the above advantages.

Изобретение может быть использовано на предприятиях металлургии и машиностроения для прямого получения литой металлической заготовки из дисперсного рудного сырья с использованием газообразных и дисперсных восстановителей, в том числе неконвертированного природного газа и водорода.The invention can be used at the enterprises of metallurgy and engineering for the direct production of cast metal billets from dispersed ore materials using gaseous and dispersed reducing agents, including unconverted natural gas and hydrogen.

Экологические показатели предложенных способа и устройства существенно выше, чем у аналогов: не потребляется кокс, не требуется агломерация и окомкование рудного сырья. Применение водорода радикально решает проблему выброса в окружающую среду парниковых газов.The environmental indicators of the proposed method and device are significantly higher than that of analogues: no coke is consumed, no agglomeration and pelletizing of ore materials is required. The use of hydrogen radically solves the problem of greenhouse gas emissions into the environment.

Пробная плавка с восстановлением дисперсной руды и рудного концентрата была проведена на экспериментальной плазменно-дуговой установке прямой полярности с графитовым электродом и использованием в качестве восстановителя метана (аналога природного газа). При мощности плазменной дуги 70 кВт был осуществлен процесс прямого восстановления с получением железа в виде слитка диаметром 100 мм с суммарным содержанием примесей не более 1,5%.Test melting with the reduction of dispersed ore and ore concentrate was carried out on an experimental plasma-arc installation of direct polarity with a graphite electrode and using methane (an analogue of natural gas) as a reducing agent. With a plasma arc power of 70 kW, a direct reduction process was carried out to obtain iron in the form of an ingot with a diameter of 100 mm with a total impurity content of not more than 1.5%.

Промышленная применимость изобретения подтверждается также широким использованием в промышленности отдельных элементов изобретения, как это следует из описания приведенных аналогов, но в других сочетаниях и с другими техническими результатами.The industrial applicability of the invention is also confirmed by the widespread use in industry of individual elements of the invention, as follows from the description of the above analogues, but in other combinations and with other technical results.

Подготовлено техническое задание и заключен договор с предприятием металлургического комплекса на разработку и изготовление промышленной установки в соответствии с изобретением.The terms of reference have been prepared and an agreement has been concluded with a metallurgical complex enterprise for the development and manufacture of an industrial plant in accordance with the invention.

Возможность реализации всех эффектов, сопровождающих предложенный в настоящем изобретении перенос ввода шихты за пределы рабочего электрода 22, а вынос продуктов реакции через полость электрода 22, установлена нами впервые и нигде не опубликована. Ниже приведена сравнительная таблица показателей прототипа и предлагаемого устройства при восстановлении железорудного концентрата метаном (модельный газ природного газа).The possibility of realizing all the effects accompanying the transfer of the charge input outside the working electrode 22 proposed in the present invention, and the removal of reaction products through the cavity of the electrode 22, was established by us for the first time and has not been published anywhere. The following is a comparative table of indicators of the prototype and the proposed device for the recovery of iron ore concentrate with methane (model gas of natural gas).

ТАБЛИЦАTABLE Вид устройстваDevice view Энерготехнологический показательEnergy technology indicator Получаемый продуктProduct received Расход катодаCathode consumption Используемый восстановительReductant used Энергоемкость процессаEnergy intensity of the process Вынос рудного сырьяRemoval of ore raw materials ВзрывобезопасностьExplosion proof ПрототипPrototype ЧугунCast iron 10 кг/т металла10 kg / t metal Дисперсный металлургический угольDispersed metallurgical coal Высокая: потери в газификаторе, периодичность процессаHigh: gasifier losses, process frequency Высокий: до 20%High: up to 20% Низкая: большая масса расплава в печиLow: large mass of melt in the furnace Предлагаемое изобретениеProposed invention Железо высокой чистоты: 1,5% примесейHigh purity iron: 1.5% impurities 3 кг/т металла3 kg / t metal Неконвертированный природный газUnconverted natural gas Низкая: непрерывность процессаLow: process continuity Низкий: до 5%Low: up to 5% Высокая: малая масса расплава в кристаллизатореHigh: low melt mass in the mold

Claims (25)

1. Способ прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья, включающий предварительное восстановление исходного материала - шихты, подачу частично восстановленной шихты вместе с легирующими присадками и восстановителем в дуговую электропечь, возбуждение электрической дуги, плавление и финишное восстановление частично восстановленной шихты, вывод готового продукта из устройства и его сбор, охлаждение термически нагруженных частей устройства, отличающийся тем, что подачу в электропечь частично восстановленной шихты и газообразного восстановителя производят на зеркало ванны рудного расплава через полость, расположенную снаружи рабочего электрода, после возбуждения дуги, плавления и финишного восстановления шихты газообразные продукты реакции восстановления отводят через внутреннюю полость рабочего электрода и используют их для предварительного восстановления, в процессе которого создают круговое, аксиальное, пульсирующее или движущееся магнитное поле, а расход рабочего электрода компенсируют.1. A method for the direct reduction of metals from dispersed ore raw materials, including preliminary reduction of the starting material — a charge, supply of a partially reduced charge, together with alloying additives and a reducing agent, to an electric arc furnace, excitation of an electric arc, melting and finishing reduction of a partially reduced charge, and removal of the finished product from the device and its collection, cooling of thermally loaded parts of the device, characterized in that the supply to the electric furnace of a partially reduced charge and gas A figurative reducing agent is produced on the mirror of the ore melt bath through a cavity located outside the working electrode, after arc excitation, melting and finishing reduction of the charge, the gaseous products of the reduction reaction are removed through the internal cavity of the working electrode and used for preliminary reduction, during which they create a circular, axial, a pulsating or moving magnetic field, and the flow rate of the working electrode is compensated. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в процессе предварительного восстановления исходного сырья к газообразным продуктам реакции подмешивают восстановительный газ.2. The method according to claim 1, characterized in that in the process of preliminary reduction of the feedstock, reducing gas is mixed into the gaseous reaction products. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что расход рабочего электрода компенсируют перемещением его в область дуги и по мере расхода наращивают путем введения и соединения с ним резервного электрода, при этом на время установки последнего прекращают подмешивать восстановительный газ и в зону, отделяющую полость резервного электрода от окружающего пространства, вводят под давлением нейтральный газ.3. The method according to claim 2, characterized in that the flow rate of the working electrode is compensated by moving it to the arc region and, as the flow rate is increased, by introducing and connecting a backup electrode to it, while mixing the reducing gas into the separation zone cavity of the backup electrode from the surrounding space, a neutral gas is injected under pressure. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что в зоне горения дуги и ванны расплава создают аксиальное магнитное поле.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that in the combustion zone of the arc and the molten bath create an axial magnetic field. 5. Способ по п.4, отличающийся тем, что в процессе вывода и сбора готового продукта осуществляют кристаллизацию металла и непрерывно выводят его в виде пригодной к дальнейшей переработке заготовки.5. The method according to claim 4, characterized in that in the process of output and collection of the finished product crystallize the metal and continuously output it in the form of a workpiece suitable for further processing. 6. Устройство для прямого восстановления металлов из дисперсного рудного сырья, содержащее питатель первичного исходного материала - шихты, твердофазный реактор предварительного восстановления шихты, средства подачи частично восстановленной шихты и восстановительных реагентов в электропечь, включающую смеситель, расположенный на центральной оси рабочий электрод с внутренней полостью, жидкофазный реактор с цилиндрическим корпусом, устройство сбора готового продукта с ванной расплава и средства охлаждения термически нагруженных частей, при этом рабочий электрод и устройство сбора подключены к полюсам первого источника питания, отличающееся тем, что в электропечи между смесителем и жидкофазным реактором помещено электропроводное первое зажимное устройство с отверстиями для прохода смеси частично восстановленной шихты и восстановительного газа и размещенными на его внутренней поверхности электропроводными прижимными контактными роликами или пластинами, снизу к этому устройству прикреплен охлаждаемый металлический стакан, в котором на оси зажимного устройства помещен рабочий электрод, твердофазный реактор снабжен средством создания кругового, аксиального, пульсирующего или движущегося магнитного поля в твердофазном реакторе и устройством подвода электрического тока к этому средству, сам реактор состоит из цилиндрической части с крышкой и конусной части, обращенной сужением вниз, с днищем, выполненным с отверстиями, и содержит на центральной оси неферромагнитный перфорированный цилиндр, в полости цилиндра установлены полые резервный электрод и металлический шток, при этом рабочий и резервный электроды и шток расположены последовательно снизу вверх и соединены, а шток в нижней части выполнен с перфорацией, на крышке твердофазного реактора размещены второе зажимное устройство, кожух с закрепленным на нем приводным устройством реверсивного перемещения и вращения штока и патрубок питателя шихты, под которым в реакторе помещен распылитель, средство подачи частично восстановленной шихты помещено между днищем твердофазного реактора и смесителем, при этом устройство сбора, корпус жидкофазного реактора, первое зажимное устройство и смеситель разделены электроизоляционными прокладками, а рабочий электрод подключен к источнику питания через первое зажимное устройство, средство подвода восстановительного газа содержит первый вентиль, после которого газовая магистраль разделена на две ветви, одна из которых со вторым вентилем подведена к твердофазному реактору, другая с третьим вентилем - к смесителю, и к внутреннему отверстию второго зажимного устройства подведена магистраль нейтрального газа с четвертым вентилем.6. A device for the direct reduction of metals from dispersed ore raw materials containing a feeder of the primary source material - the mixture, a solid-phase reactor for preliminary reduction of the mixture, means for supplying partially restored mixture and reducing reagents to the electric furnace, including a mixer located on the central axis of the working electrode with an internal cavity, liquid-phase reactor with a cylindrical body, a device for collecting the finished product from the molten bath and cooling means for thermally loaded hours This means that the working electrode and the collecting device are connected to the poles of the first power source, characterized in that an electrically conductive first clamping device with holes for passing a mixture of partially reduced charge and reducing gas and electrically conductive placed on its inner surface is placed in the electric furnace between the mixer and the liquid-phase reactor by pressing contact rollers or plates, a cooled metal cup is attached to the bottom of this device, in which on the axis of the clamping device a working electrode is placed, the solid-phase reactor is equipped with a means for creating a circular, axial, pulsating or moving magnetic field in the solid-phase reactor and a device for supplying electric current to this tool, the reactor itself consists of a cylindrical part with a cover and a conical part facing downward narrowing, with a bottom made with holes, and contains on the central axis a non-ferromagnetic perforated cylinder, a hollow backup electrode and a metal rod are installed in the cylinder cavity, while the working and reserve the electrodes and the rod are arranged sequentially from the bottom up and connected, and the rod in the lower part is made with perforation, a second clamping device, a casing with a drive for reversing movement and rotation of the rod and a charge feeder pipe mounted under it in the reactor are mounted on the cover of the solid-phase reactor a sprayer is placed, a partially reduced charge feed means is placed between the bottom of the solid-phase reactor and the mixer, the collecting device, the liquid-phase reactor body, the first clamping device The mixer and the mixer are separated by insulating gaskets, and the working electrode is connected to the power source through the first clamping device, the reducing gas supply means contains a first valve, after which the gas main is divided into two branches, one of which is connected to the solid-state reactor with the second valve, the other with the third valve - to the mixer, and the neutral gas line with the fourth valve is connected to the inner hole of the second clamping device. 7. Устройство по п.6, отличающееся тем, что устройство подвода тока к средству создания магнитного поля в твердофазном реакторе содержит двухпозиционный трехполюсный коммутатор, "приемный" полюс которого подключен к первому источнику питания, а к средству создания магнитного поля подключены два раздаточных полюса, при этом первый полюс подключен также и к первому зажимному устройству.7. The device according to claim 6, characterized in that the device for supplying current to the means of creating a magnetic field in a solid-state reactor contains a two-position three-pole switch, the "receiving" pole of which is connected to the first power source, and two transfer poles are connected to the means for creating the magnetic field, however, the first pole is also connected to the first clamping device. 8. Устройство по п.7, отличающееся тем, что в качестве средства создания магнитного поля использованы резервный электрод и шток, верхний конец которого через гибкую шину и третье зажимное устройство подключен ко второму раздаточному полюсу коммутатора.8. The device according to claim 7, characterized in that a backup electrode and a rod are used as a means of creating a magnetic field, the upper end of which is connected to the second transfer pole of the switch through a flexible bus and a third clamping device. 9. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средство создания магнитного поля выполнено в виде продольных относительно оси проводников, размещенных вокруг цилиндрической части твердофазного реактора, верхние концы проводников соединены над реактором и подключены ко второму раздаточному полюсу коммутатора, а нижние концы подключены к первому раздаточному полюсу.9. The device according to claim 7, characterized in that the means of creating a magnetic field is made in the form of conductors longitudinal relative to the axis, arranged around the cylindrical part of the solid-phase reactor, the upper ends of the conductors are connected above the reactor and connected to the second transfer pole of the switch, and the lower ends are connected to the first dispensing pole. 10. Устройство по п.7, отличающееся тем, что средство создания магнитного поля выполнено в виде второго соленоида, помещенного вокруг цилиндрической части твердофазного реактора, верхний конец которого подключен ко второму раздаточному полюсу коммутатора.10. The device according to claim 7, characterized in that the means of creating a magnetic field is made in the form of a second solenoid placed around the cylindrical part of the solid-phase reactor, the upper end of which is connected to the second transfer pole of the switch. 11. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что первый источник питания выполнен в виде источника постоянного тока.11. The device according to any one of claims 7 to 10, characterized in that the first power source is made in the form of a constant current source. 12. Устройство по п.11, отличающееся тем, что "приемный" полюс коммутатора подключен к отрицательному, а устройство сбора - к положительному полюсам источника питания.12. The device according to claim 11, characterized in that the "receiving" pole of the switch is connected to the negative and the collection device to the positive poles of the power source. 13. Устройство по п.11, отличающееся тем, что "приемный" полюс коммутатора подключен к положительному, а устройство сбора - к отрицательному полюсам источника питания.13. The device according to claim 11, characterized in that the "receiving" pole of the switch is connected to the positive and the collection device to the negative poles of the power source. 14. Устройство по любому из пп.7-10, отличающееся тем, что первый источник питания выполнен в виде источника переменного тока.14. The device according to any one of paragraphs.7-10, characterized in that the first power source is made in the form of an alternating current source. 15. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство создания магнитного поля в твердофазном реакторе выполнено в виде выпрямительного моста, "плечи" которого размещены аксиально вокруг цилиндрической части реактора, устройство подвода тока к этому средству содержит второй источник питания в виде источника переменного тока, к которому подключены входные клеммы моста, а роль первого источника питания выполняют положительная и отрицательная выходные клеммы моста.15. The device according to claim 6, characterized in that the means of creating a magnetic field in the solid-phase reactor is made in the form of a rectifier bridge, the "shoulders" of which are placed axially around the cylindrical part of the reactor, the device for supplying current to this tool contains a second power source in the form of an alternating source the current to which the input terminals of the bridge are connected, and the positive and negative output terminals of the bridge play the role of the first power source. 16. Устройство по п.15, отличающееся тем, что первое зажимное устройство подключено к отрицательной, а устройство сбора - к положительной выходным клеммам моста.16. The device according to clause 15, wherein the first clamping device is connected to the negative, and the collection device to the positive output terminals of the bridge. 17. Устройство по п.15, отличающееся тем, что первое зажимное устройство подключено к положительной, а устройство сбора - к отрицательной выходным клеммам моста.17. The device according to clause 15, wherein the first clamping device is connected to the positive, and the collection device is connected to the negative output terminals of the bridge. 18. Устройство по п.6, отличающееся тем, что средство создания магнитного поля в твердофазном реакторе выполнено в виде статора асинхронного двигателя, а устройство подвода тока включает третий источник тока, выполненный в виде источника трехфазного переменного тока.18. The device according to claim 6, characterized in that the means of creating a magnetic field in the solid-state reactor is made in the form of a stator of an induction motor, and the current supply device includes a third current source, made in the form of a three-phase alternating current source. 19. Устройство по п.18, отличающееся тем, что статор выполнен цилиндрическим и помещен вокруг цилиндрической части твердофазного реактора.19. The device according to p. 18, characterized in that the stator is cylindrical and placed around the cylindrical part of the solid-phase reactor. 20. Устройство по п.18, отличающееся тем, что статор выполнен линейным в виде одной или нескольких секций, размещенных вокруг цилиндрической части твердофазного реактора так, что их магнитопроводы ориентированы вдоль оси реактора.20. The device according to p. 18, characterized in that the stator is linear in the form of one or more sections placed around the cylindrical part of the solid-phase reactor so that their magnetic circuits are oriented along the axis of the reactor. 21. Устройство по любому из пп.6-10 или 15-20, отличающееся тем, что на наружной поверхности перфорированного цилиндра установлены ферромагнитные штыри или ребра.21. Device according to any one of claims 6-10 or 15-20, characterized in that ferromagnetic pins or ribs are installed on the outer surface of the perforated cylinder. 22. Устройство по любому из пп.6-10 или 15-20, отличающееся тем, что устройство сбора выполнено в виде охлаждаемого кристаллизатора, изготовленного из электро- и теплопроводного химически стойкого по отношению к оксидным расплавам материала, форма и размеры которого соответствует форме литой заготовки.22. A device according to any one of claims 6-10 or 15-20, characterized in that the collecting device is made in the form of a cooled mold made of an electrically and thermally conductive material, chemically resistant to oxide melts, the shape and dimensions of which correspond to the cast form blanks. 23. Устройство по п.22, отличающееся тем, что вокруг ванны расплава и корпуса жидкофазного реактора установлен первый соленоид.23. The device according to item 22, wherein the first solenoid is installed around the melt pool and the liquid-phase reactor vessel. 24. Устройство по п.22, отличающееся тем, что кристаллизатор снабжен отверстием для выпуска шлака.24. The device according to item 22, wherein the mold is provided with an opening for the release of slag. 25. Устройство по любому из пп.6-10 или 15-20, отличающееся тем, что средство подачи частично восстановленной шихты выполнено в виде секции подачи со шнековым питателем.25. The device according to any one of paragraphs.6-10 or 15-20, characterized in that the means for supplying partially restored charge is made in the form of a feed section with a screw feeder.
RU2005113261/02A 2005-05-04 2005-05-04 Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same RU2296165C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113261/02A RU2296165C2 (en) 2005-05-04 2005-05-04 Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005113261/02A RU2296165C2 (en) 2005-05-04 2005-05-04 Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005113261A RU2005113261A (en) 2006-11-20
RU2296165C2 true RU2296165C2 (en) 2007-03-27

Family

ID=37501569

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005113261/02A RU2296165C2 (en) 2005-05-04 2005-05-04 Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2296165C2 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010077179A2 (en) * 2008-12-23 2010-07-08 Maksimov Lev Nikolaevich Method for plasmochemical processing of substances and device for implementing same
RU2463356C2 (en) * 2010-05-21 2012-10-10 Владимир Михайлович Пулковский Device to produce molten metal and synthesis gas and method to produce molten metal and synthesis gas in this device
RU2484155C2 (en) * 2011-03-03 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" Method of producing metallic copper from air suspension of copper pyrite particles and device to this end
RU2486259C1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Method for crucibleless electric-arc liquid-phase recovery of iron from oxide raw materials and device for its realisation
CN104388620A (en) * 2014-11-27 2015-03-04 内蒙古科技大学 Method for intensifying direction reduction of iron-powder-containing internal carbon pellet by using magnetic field
RU2612330C2 (en) * 2014-12-30 2017-03-07 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") Method of direct reduction of materials containing metal oxides to produce melt metal and device for carrying out method
RU2756057C2 (en) * 2020-02-26 2021-09-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for obtaining vanadium cast iron from iron-vanadium raw materials

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2010077179A2 (en) * 2008-12-23 2010-07-08 Maksimov Lev Nikolaevich Method for plasmochemical processing of substances and device for implementing same
WO2010077179A3 (en) * 2008-12-23 2010-10-21 Maksimov Lev Nikolaevich Method and device for the plasma chemical processing of substances
RU2463356C2 (en) * 2010-05-21 2012-10-10 Владимир Михайлович Пулковский Device to produce molten metal and synthesis gas and method to produce molten metal and synthesis gas in this device
RU2484155C2 (en) * 2011-03-03 2013-06-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Курганский государственный университет" Method of producing metallic copper from air suspension of copper pyrite particles and device to this end
RU2486259C1 (en) * 2011-12-21 2013-06-27 Учреждение Российской академии наук Институт металлургии и материаловедения им. А.А. Байкова РАН Method for crucibleless electric-arc liquid-phase recovery of iron from oxide raw materials and device for its realisation
CN104388620A (en) * 2014-11-27 2015-03-04 内蒙古科技大学 Method for intensifying direction reduction of iron-powder-containing internal carbon pellet by using magnetic field
CN104388620B (en) * 2014-11-27 2016-08-10 内蒙古科技大学 A method of using magnetic field to strengthen the direct reduction of carbon pellets in iron-containing powder
RU2612330C2 (en) * 2014-12-30 2017-03-07 Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт металлургической теплотехники" (ОАО "ВНИИМТ") Method of direct reduction of materials containing metal oxides to produce melt metal and device for carrying out method
RU2756057C2 (en) * 2020-02-26 2021-09-24 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б.Н. Ельцина" Method for obtaining vanadium cast iron from iron-vanadium raw materials

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005113261A (en) 2006-11-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3783167A (en) High temperature treatment of materials
EP0071351B1 (en) A transferred-arc plasma reactor for chemical and metallurgical applications
RU2025499C1 (en) Method to smelt in electric arc furnace and the electric arc furnace to smelt
Knight et al. Application of plasma arc melting technology to processing of reactive metals
Mac Rae Plasma arc process systems, reactors, and applications
EA004622B1 (en) Treatment of metal sulphide concentrates
SU1142006A3 (en) Steel making set
RU2296165C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same
EP3037559A1 (en) System and method for the thermal processing of ore bodies
CN101423900B (en) Magnesium alloy large-sized continual smelting system
RU2296166C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material method and apparatus for performing the same
JP3229888B2 (en) Apparatus and method for treating metal material
SE434408B (en) DEVICE FOR METAL OXIDE REDUCTION
RU2318876C1 (en) Apparatus for direct reduction of metals
RU2315813C1 (en) Plasma furnace used for the direct reduction of the metals
US3891427A (en) Method for melting prereduced ore and scrap
RU2335549C2 (en) Method of plasma arc furnace charging and device for implementation of method
RU2476599C2 (en) Method for electric-arc liquid-phase carbon thermal reduction of iron from oxide raw material, and device for its implementation
JPH0942852A (en) Melter
RU61283U1 (en) PLASMA ARC FURNACE
RU2486259C1 (en) Method for crucibleless electric-arc liquid-phase recovery of iron from oxide raw materials and device for its realisation
RU2182185C1 (en) Method for plasma heating of charge at ferroalloy production
RU2476601C1 (en) Method for electric-arc carbon-thermal reduction of iron from titanomagnetite so that metal product is obtained in form of powder and granules, and device for its implementation
RU2333440C2 (en) Electric melting device
KR102736561B1 (en) Electric furnace

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20100505

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130527

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180505