RU2133291C1 - Device for metal oxides reduction - Google Patents
Device for metal oxides reduction Download PDFInfo
- Publication number
- RU2133291C1 RU2133291C1 RU98107374/02A RU98107374A RU2133291C1 RU 2133291 C1 RU2133291 C1 RU 2133291C1 RU 98107374/02 A RU98107374/02 A RU 98107374/02A RU 98107374 A RU98107374 A RU 98107374A RU 2133291 C1 RU2133291 C1 RU 2133291C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- zone
- melt
- bath
- electrode
- reaction zone
- Prior art date
Links
Landscapes
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к пирометаллургии, в частности к восстановлению твердым углеродом металлов из их оксидов, растворенных в расплаве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, и может быть использовано для получения металлов и их сплавов непосредственно из руд, концентратов и различных металлургических отходов (шлаков, шламов и т.п.) без их предварительного окускования или агломерации. The invention relates to pyrometallurgy, in particular to the recovery by solid carbon of metals from their oxides dissolved in a melt of alkali and / or alkaline earth metal halides, and can be used to produce metals and their alloys directly from ores, concentrates and various metallurgical wastes (slags, sludges etc.) without their preliminary agglomeration or agglomeration.
Практически все широко известные процессы восстановительной плавки металлов требуют предварительного окускования или агломерации шихтовых материалов. Almost all widely known processes of reductive smelting of metals require preliminary agglomeration or agglomeration of charge materials.
Известен способ восстановления железной руды в рудовосстановительной электропечи. В известном способе в ванну печи загружают шихту, состоящую из смеси офлюсованного агломерата иди железорудных окатышей с углеродистым восстановителем (коксом), а в качестве целевого продукта получают "синтетический" чугун. Известна также электропечь для получения чугуна [1]. A known method of reducing iron ore in an ore-reducing electric furnace. In the known method, a mixture consisting of a mixture of fluxed agglomerate or iron ore pellets with carbon reducing agent (coke) is loaded into the furnace bath, and “synthetic” cast iron is obtained as the target product. An electric furnace for producing cast iron is also known [1].
Известен способ получения высокоуглеродистого феррохрома в закрытой электропечи. В известном способе в ванну печи загружают шихту, состоящую из кусковой хромитовой руды и углеродистого восстановителя (кокса или полукокса). Известна также электропечь для выплавки высокоуглеродистого феррохрома [2]. A known method of producing high-carbon ferrochrome in a closed electric furnace. In the known method, a charge consisting of lumpy chromite ore and a carbon reducing agent (coke or semi-coke) is loaded into the furnace bath. Also known is an electric furnace for smelting high-carbon ferrochrome [2].
Главным недостатком каждого из этих способов является невозможность использования в качестве сырья сыпучих шихтовых материалов - порошкообразных концентратов. И если при получении железа это приводит к необходимости сначала измельчать и обогащать железную руду, а затем вновь окусковывать ее, то при получении феррохрома возможно использование в качестве шихты только богатой кусковой хромитовой руды без ее предварительного измельчения и обогащения в силу сложности последующего окускования хромитового концентрата. Это, в свою очередь, не позволяет вовлекать в металлургический цикл бедные хромитовые руды. The main disadvantage of each of these methods is the inability to use bulk raw materials as powder concentrates as raw materials. And if upon receipt of iron this leads to the need to first grind and enrich iron ore, and then to re-granulate it, then upon receipt of ferrochrome it is possible to use only rich lumpy chromite ore as a charge without its preliminary grinding and concentration due to the difficulty of subsequent agglomeration of chromite concentrate. This, in turn, does not allow the involvement of poor chromite ores in the metallurgical cycle.
Известен способ восстановления железа из рудно-флюсовых расплавов углеродом, в котором твердый углеродистый восстановитель (полукокс) взаимодействует в ванне расплава с окислами железа и восстанавливает их с выделением окиси углерода. Известно устройство для осуществления способа [3]. A known method of reducing iron from ore-flux melts with carbon, in which a solid carbon reducing agent (semi-coke) interacts in a molten bath with iron oxides and restores them with the release of carbon monoxide. A device for implementing the method [3].
Недостатком известного способа является то, что выделяющаяся в процессе реакции окись углерода вследствие повышения вязкости расплава из-за поглощения тепла в зоне реакции вспенивает расплав в ванне печи, прерывая процесс. The disadvantage of this method is that the carbon monoxide released during the reaction due to the increase in melt viscosity due to heat absorption in the reaction zone foams the melt in the furnace bath, interrupting the process.
Известен способ восстановления железа посредством плавки шихты в жидкой ванне (ПЖВ - процесс). В известном способе реализована возможность восстановления железа из неокускованных шихтовых материалов путем совместного плавления их с флюсами, состоящими из смеси оксидов SiO2, CaO, MgO, Al2O3, взятых в определенном соотношении. Известно устройство для осуществления способа [4].A known method of reducing iron by melting the mixture in a liquid bath (ПЖВ - process). In the known method, it is possible to recover iron from unescaped charge materials by co-melting them with fluxes consisting of a mixture of oxides SiO 2 , CaO, MgO, Al 2 O 3 taken in a certain ratio. A device for implementing the method [4].
К недостаткам способа можно отнести высокий расход флюсов и соответственно высокий выход шлака, высокое содержание углерода в целевом продукте, а также необходимость использования технического кислорода. The disadvantages of the method include a high consumption of fluxes and, accordingly, a high yield of slag, a high carbon content in the target product, as well as the need to use technical oxygen.
К недостаткам устройства можно отнести его сложность и высокую стоимость, обусловленную его оборудованием водоохлаждаемой медной футеровкой, что связано с невозможностью использования основной огнеупорной футеровки из-за агрессивности железистого шлака. The disadvantages of the device include its complexity and high cost due to its equipment with a water-cooled copper lining, which is associated with the inability to use the main refractory lining due to the aggressiveness of ferrous slag.
Общим недостатком всех перечисленных способов является высокая энергоемкость процесса, связанная с затратами энергии на расплавление оксидов. A common disadvantage of all these methods is the high energy intensity of the process associated with the energy consumption for the melting of oxides.
Известен способ получения металлов и сплавов, включающий растворение окислов в расплаве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов и жидкофазное восстановление окислов из раствора их в расплаве растворителе, отличающийся тем, что восстановление окислов осуществляют твердым углеродом, причем после восстановления окислов расплав растворитель отделяют от металла и повторно используют для растворения исходного продукта [5]. A known method of producing metals and alloys, including the dissolution of oxides in a melt of halides of alkali and / or alkaline earth metals and liquid-phase reduction of oxides from a solution of them in a solvent melt, characterized in that the reduction of the oxides is carried out with solid carbon, and after the reduction of the oxides, the melt is separated from the metal and reused to dissolve the starting product [5].
Известный способ, во-первых, позволяет использовать неокускованные и неофлюсованные шихтовые материалы, во-вторых, лишен такого недостатка как пенообразование, в-третьих, исключает энергозатраты на расплавление оксидов металлов, которые растворяются в уже имеющемся расплаве галогенидов, в-четвертых, обеспечивает непрерывность процесса (одновременно с растворением оксидов в расплаве галогенидов происходит восстановление металла и осаждение его на подину), что дает возможность перерабатывать количество шихтовых материалов, значительно превышающее по массе количество расплава галогенидов, и, в-пятых, в качестве побочного продукта реакции восстановления оксидов металлов твердым углеродом образуется горячий оксид углерода, обладающий восстановительным потенциалом. The known method, firstly, allows the use of non-bumped and non-fluxed charge materials, secondly, it is free from such a drawback as foaming, thirdly, it eliminates the energy consumption for the melting of metal oxides, which dissolve in the existing melt of halides, fourthly, it ensures continuity process (simultaneously with the dissolution of oxides in the melt of halides, the metal is reduced and deposited on the bottom), which makes it possible to process the amount of charge materials, a significant on exceeding the amount by weight of the melt halides, and fifthly, as a byproduct of the reduction reaction of metal oxide with solid carbon formed hot carbon oxide having a reduction potential.
Известно устройство для восстановления оксидов металлов по известному способу, принятое за прототип, представляющее собой дуговую электропечь, содержащую металлический корпус, крышку-свод с отверстиями для размещения электродов, отвода газов и подачи шихты, реакционную зону с расплавом галогенидов с периферийным гарниссажем, находящуюся между стенками корпуса, футерованными углеродистым материалов, ванну, оборудованную системой сифонного выпуска металла [5]. A known device for the reduction of metal oxides by a known method, adopted as a prototype, which is an electric arc furnace containing a metal case, a cover-arch with holes for placing electrodes, exhaust gases and feeding the charge, a reaction zone with a melt of halides with a peripheral garnissage located between the walls hulls lined with carbon materials, a bathtub equipped with a system for siphon discharge of metal [5].
Недостатком известного устройства является то, что восстановление в нем оксидов металлов по известному способу ведет к неконтролируемому науглероживанию целевого продукта за счет углеродистой футеровки ванны печи. A disadvantage of the known device is that the reduction of metal oxides in it by a known method leads to uncontrolled carburization of the target product due to the carbon lining of the furnace bath.
Задачей изобретения является создание устройства для восстановления оксидов металлов, обеспечивающего возможность присутствия и периодического обновления в его рабочем пространстве расплава галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, предотвращающего науглероживание целевого продукта и позволяющего осуществлять предварительный нагрев и частичное восстановление шихты отходящими газами, состоящими преимущественно из оксида углерода. The objective of the invention is to provide a device for the reduction of metal oxides, providing the possibility of the presence and periodic updating in its working space of a melt of alkali and / or alkaline earth metal halides, preventing carburization of the target product and allowing preheating and partial recovery of the mixture with exhaust gases, consisting mainly of carbon monoxide .
Указанный технический результат достигается тем, что устройство для восстановления оксидов металлов, содержащее металлический корпус, крышку-свод с отверстиями для размещения электродов, отвода газов и подачи шихты, реакционную зону с расплавом галогенидов с периферийным гарниссажем, находящуюся между стенами корпуса, футерованными углеродистым материалов, ванну, оборудованную системой сифонного выпуска металла, отличается тем, что оно выполнено с возможностью создания компенсационной зоны для образования периферийного гарниссажа в пространстве, расположенном между реакционной зоной и ванной, имеющей футеровку из магнезитовых огнеупоров, при этом ширина компенсационной зоны по отношению к диаметру электрода изменяется от величины, составляющей не менее двенадцати диаметров электрода на уровне реакционной зоны, до величины, составляющей не более шести диаметров электрода на уровне ванны, высота компенсационной зоны не превышает трех диаметров электрода, в пределах компенсационной зоны имеется канал для слива расплава галогенидов, а отверстие для отвода газа совмещено с отверстием для подачи шихты. The specified technical result is achieved by the fact that the device for the reduction of metal oxides, containing a metal case, a cover-arch with holes for placing electrodes, exhaust gases and feeding the charge, a reaction zone with a melt of halides with a peripheral skull, located between the walls of the case lined with carbon materials, a bath equipped with a system for siphon discharge of metal, characterized in that it is configured to create a compensation zone for the formation of a peripheral skull in the space located between the reaction zone and the bathtub having a lining of magnesite refractories, while the width of the compensation zone with respect to the diameter of the electrode varies from a value of at least twelve diameters of the electrode at the level of the reaction zone to a value of not more than six diameters of the electrode at the bath level, the height of the compensation zone does not exceed three diameters of the electrode, within the compensation zone there is a channel for draining the melt of halides, and a hole for removing gas from mescheno with an opening for feeding the charge.
Устройство поясняется чертежом, где представлен общий вид устройства в разрезе (масштаб не соблюдается). The device is illustrated in the drawing, which shows a General view of the device in section (scale not respected).
Цифрами обозначены:
Металлический корпус 1, водоохлаждаемая или футерованная крышка-свод 2 с отверстиями для электродов 3, загрузочным окном и газоходом 4, смотровым окном 5, вводимые через крышку электроды 6, футерованная огнеупорными материалами ванна 7 со сливным каналом 8 для непрерывного или периодического выпуска металла, компенсационная зона 9 (нижняя и верхняя условные границы компенсационной зоны обозначены горизонтальными пунктирными линиями) с периферийным гарниссажем 10, сливной канал 11 для полного или частичного выпуска расплава галогенидов, реакционная зона 12, заполненная расплавом галогенидов с периферийным гарниссажем 10, углеродистая футеровка реакционной зоны 13.The numbers indicate:
Metal case 1, water-cooled or lined cover-arch 2 with holes for electrodes 3, loading window and gas duct 4, inspection window 5, electrodes 6 introduced through the cover, lined with refractory materials bath 7 with drain channel 8 for continuous or periodic metal discharge, compensation zone 9 (the lower and upper conditional boundaries of the compensation zone are indicated by horizontal dashed lines) with a peripheral skull 10, a drain channel 11 for the complete or partial release of a halide melt, a reaction ion zone 12, filled with molten halides peripheral garnissazhem 10 carbon lining of the reaction zone 13.
Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.
В ванну устройства загружается холодный металл (скрап) и расплавляется так, чтобы ванна заполнилась до нижней границы компенсационной зоны 9, после чего в загрузочное окно подается сыпучий галогенид (смесь галогенидов), который на расплавленном металле быстро переходит в жидкотекучее состояние. По мере заполнения расплавом галогенидов компенсационной зоны 9 и реакционной зоны 12 работа устройства переходит из дугового режима в руднотермический (режим электросопротивления), при этом расплав галогенидов образует слой гарниссажа на стенках рабочего пространства устройства как в пределах реакционной зоны, так и в пределах компенсационной зоны, толщина гарниссажа зависит только от степени насыщения расплава примесными оксидами и температуры расплава галогенидов у стенок рабочего пространства. Cold metal (scrap) is loaded into the device’s bathtub and melted so that the bathtub is filled to the lower boundary of compensation zone 9, after which granular halide (a mixture of halides) is fed into the loading window, which quickly becomes liquid in the molten metal. As the halides are filled with the melt of the compensation zone 9 and reaction zone 12, the operation of the device changes from the arc mode to the ore thermal mode (electrical resistance mode), while the melt of the halides forms a skull layer on the walls of the working space of the device both within the reaction zone and within the compensation zone, the thickness of the skull depends only on the degree of saturation of the melt with impurity oxides and the temperature of the melt of halides at the walls of the working space.
Температура расплав галогенидов у стенок рабочего пространства определяется отношением его ширины к диаметру электрода, так в реакционной зоне 12, ширина которой составляет величину свыше двенадцати диаметров электрода, пристеночный гарниссаж 10 присутствует постоянно, а в компенсационной зоне 9, ширина которой изменяется от ширины реакционной зоны 12 (не менее двенадцати диаметров электрода) до ширины ванны 7 (не более шести диаметров электрода), толщина гарниссажа 10 уменьшается по направлению от реакционной зоны 12 к ванне 7, при этом толщина гарниссажа 10 в компенсационной зоне 9 дополнительно регулируется изменением напряжения на электродах и степенью погружения их в расплав галогенидов. The temperature of the melt of halides at the walls of the working space is determined by the ratio of its width to the diameter of the electrode, so in the reaction zone 12, the width of which is more than twelve diameters of the electrode, the wall skull 10 is constantly present, and in the compensation zone 9, the width of which varies from the width of the reaction zone 12 (at least twelve diameters of the electrode) to the width of the bath 7 (no more than six diameters of the electrode), the thickness of the skull 10 decreases in the direction from the reaction zone 12 to the bath 7, while the thickness on the skull 10 in the compensation zone 9 is additionally regulated by changing the voltage at the electrodes and the degree to which they are immersed in the halide melt.
После заполнения реакционной зоны расплавом галогенидов примерно до середины начинается загрузка шихты - смеси оксидов металлов с твердым углеродистым восстановителем через загрузочное окно 4. В процессе растворения и восстановления оксида нарабатывается объем металла при неизменном объеме расплава галогенидов, при этом образующийся в процессе восстановления горячий оксид углерода выходит из загрузочного окна 4, предварительно нагревая и частично восстанавливая шихту. Регулируя работу сливного канала 8, можно добиться как непрерывного, так и периодического выпуска металла с периодической заменой части насыщенного примесными оксидами расплава галогенидов выпуском его через сливной канал 11 и дозагрузкой новой порции сыпучих галогенидов через окно 4 вместе с шихтой. After the reaction zone is filled with the halide melt, the charge starts to be loaded approximately to the middle — a mixture of metal oxides with a solid carbon reducing agent through the loading window 4. During the dissolution and reduction of the oxide, a metal volume is generated with the volume of the halide melt unchanged, while the hot carbon monoxide formed during the reduction leaves from the loading window 4, preheating and partially restoring the mixture. By regulating the operation of the drain channel 8, it is possible to achieve both continuous and periodic release of metal with the periodic replacement of a part of the halide melt saturated with impurity oxides by releasing it through the drain channel 11 and reloading a new portion of loose halides through the window 4 together with the charge.
Функционирование ванны 7 и реакционной зоны 12 с расплавом галогенидов по отдельности известно, но именно их сочетание с образованием компенсационной зоны 9 позволяет достичь указанного технического результата. Компенсационная зона выполняет две основные функции. С одной стороны, при наборе металла ванной в компенсационной зоне происходит расплавление гарниссажа и вытеснение расплава галогенидов металлом, который контактирует только с огнеупорной кладкой, что позволяет избежать насыщения металла углеродом. С другой стороны, при сливе металла и подъеме электродов огнеупоры компенсационной зоны начинают обрастать гарниссажем. при этом наличие гарниссажа на огнеупорах гарантирует их защиту от растворения в расплаве галогенидов. The functioning of the bath 7 and the reaction zone 12 with the melt of the halides separately is known, but it is their combination with the formation of the compensation zone 9 that allows to achieve the specified technical result. The compensation zone has two main functions. On the one hand, when the bath metal is recruited in the compensation zone, the skull melts and the halides melt are displaced by the metal, which only contacts the refractory masonry, which avoids the saturation of the metal with carbon. On the other hand, when the metal is drained and the electrodes are raised, the refractories of the compensation zone begin to become overgrown with a skull. at the same time, the presence of a skull on the refractories guarantees their protection against dissolution of halides in the melt.
Таким образом, в предлагаемом устройстве осуществляется восстановление твердым углеродом оксидов металлов, растворенных в расплаве галогенидов щелочных и/или щелочноземельных металлов, с предохранителем целевого продукта от науглероживания и с утилизацией теплового и восстановительного потенциала газообразных продуктов основной реакции восстановления. Thus, in the proposed device, the solid carbon is reduced by metal oxides dissolved in a melt of alkali and / or alkaline earth metal halides, with the fuse of the target product against carburization and with the utilization of the thermal and reduction potential of the gaseous products of the main reduction reaction.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Гасик М.И, Лякишев Н.П, Емлин Б.И. Теория и технология производства ферросплавов. -М.: Металлургия, 1988, с. 571.Sources of information taken into account during the examination:
1. Gasik M.I., Lyakishev N.P., Emlin B.I. Theory and technology for the production of ferroalloys. -M .: Metallurgy, 1988, p. 571.
2. Там же, с. 323-328. 2. Ibid., P. 323-328.
3. Авторское свидетельство СССР N 88996, C 22 B 5/00, 27.05.1941 г. 3. Copyright certificate of the USSR N 88996, C 22 B 5/00, 05/27/1941
4. Химия и жизнь. -1991.- N1. C.37-39. 4. Chemistry and life. -1991.- N1. C.37-39.
5. Способ получения металлов и сплавов //Патент РФ N 2037543 от 15.07.91. Опубл.Бюлл. изобр., 1995, N 17. -C.152 (прототип). 5. A method of producing metals and alloys // RF Patent N 2037543 from 07.15.91. Publ. Bull. invent., 1995, N 17. -C.152 (prototype).
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107374/02A RU2133291C1 (en) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | Device for metal oxides reduction |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU98107374/02A RU2133291C1 (en) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | Device for metal oxides reduction |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2133291C1 true RU2133291C1 (en) | 1999-07-20 |
Family
ID=20204949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU98107374/02A RU2133291C1 (en) | 1998-04-15 | 1998-04-15 | Device for metal oxides reduction |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2133291C1 (en) |
-
1998
- 1998-04-15 RU RU98107374/02A patent/RU2133291C1/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| KR101560512B1 (en) | Steel slag reduction method | |
| CA2603121A1 (en) | Operation of iron oxide recovery furnace for energy savings, volatile metal removal and slag control | |
| RU2226220C2 (en) | Steelmaking slag reprocessing method | |
| US6693947B1 (en) | Method to protect the anode bottoms in batch DC electric arc furnace steel production | |
| US6136059A (en) | Process for reducing the electric steelworks dusts and facility for implementing it | |
| US5700308A (en) | Method for enhancing reaction rates in metals refining extraction, and recycling operations involving melts containing ionic species such as slags, mattes, fluxes | |
| RU2268308C2 (en) | Method for production of liquid molten crude iron in electric arc furnace | |
| RU2346056C2 (en) | Method of steel direct production from iron-bearing materials | |
| GB2054657A (en) | Process and installation for the treatment of dust and sludge from blast furnaces, and electric furnaces and converters of steel works | |
| RU2133291C1 (en) | Device for metal oxides reduction | |
| JP2000045008A (en) | Production of reduced metal | |
| EP1566455B1 (en) | A pyrometallurgic process for the treatment of steelwork residues,especially Waelz process residues | |
| RU2165461C2 (en) | Method of pig iron and slag production | |
| RU2756057C2 (en) | Method for obtaining vanadium cast iron from iron-vanadium raw materials | |
| RU2699468C1 (en) | Steel production method | |
| KR100887859B1 (en) | The method of manufacturing stainless steel through reduction of chromium ore | |
| RU2384627C1 (en) | Steel-making method in arc electric steel-smelting furnace | |
| RU2164543C1 (en) | Method of preparing low-carbon metals and alloys | |
| RU2102496C1 (en) | Method of steel melting in basic open-hearth furnace | |
| RU2037543C1 (en) | Method to produce metals and alloys | |
| RU2115747C1 (en) | Method for reducing metals from mixture of their oxides | |
| SU981381A1 (en) | Method for producing iron and its alloys from iron ore materials | |
| SU572504A1 (en) | Method for maunfacturing iron and its alloys from iron ore | |
| SU1754784A1 (en) | Charge for steelmaking in open hearth furnace and method of charging | |
| SU730822A1 (en) | Method of casting ferrotungsten |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| HE4A | Notice of change of address of a patent owner | ||
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130416 |
|
| NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20141127 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150416 |