RU2318876C1 - Apparatus for direct reduction of metals - Google Patents

Apparatus for direct reduction of metals Download PDF

Info

Publication number
RU2318876C1
RU2318876C1 RU2006112091/02A RU2006112091A RU2318876C1 RU 2318876 C1 RU2318876 C1 RU 2318876C1 RU 2006112091/02 A RU2006112091/02 A RU 2006112091/02A RU 2006112091 A RU2006112091 A RU 2006112091A RU 2318876 C1 RU2318876 C1 RU 2318876C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
working electrode
reactor
electrode
metal
cooled
Prior art date
Application number
RU2006112091/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2006112091A (en
Inventor
Анатолий Владимирович Николаев
Андрей Анатольевич Николаев
Виталий Викторович Черномырдин
Андрей Станиславович Клямко
Игорь Анатольевич Леонтьев
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 RU2006112091/02A priority Critical patent/RU2318876C1/en
Publication of RU2006112091A publication Critical patent/RU2006112091A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2318876C1 publication Critical patent/RU2318876C1/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/10Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions
    • Y02P10/143Reduction of greenhouse gas [GHG] emissions of methane [CH4]

Landscapes

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

Abstract

FIELD: coke free metallurgy, namely production of continuously cast billet by direct reduction of metal from metal containing oxide raw material.
SUBSTANCE: reduction is performed by means of gaseous and dispersed reducing agents in plasma-chemical reactors in which main part of energy is introduced by means of arc discharge. Apparatus includes unit for supplying reducing gas and charge, electric ac furnace, unit for moving and changing working electrode and magnetic system. Electric arc furnace includes reactor with cooled walls, two different polarity electrodes mounted coaxially relative to vertical axis of reactor and unit for collecting ready product. In cavity of upper working electrode cooled tube joined with working electrode is mounted. Annular turnings are formed on outer surface of working electrode. Unit for collecting ready product is in the form of metallic cooled crystallizer. Charge and reducing gas are fed through cooled tube preventing penetration of charge onto working electrode and its rapid consumption. It is possible to use any gaseous reducing agent including natural gas at temperature lower than its pyrolysis temperature.
EFFECT: possibility for producing homogenous metal with small content of impurities.
4 cl, 2 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к бескоксовой металлургии, в частности к производству непрерывно-литой заготовки посредством восстановления металлов, не обязательно только железа, из металлсодержащего дисперсного оксидного сырья, такого как руды, в том числе 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 dispersed oxide raw materials such as ores, including partially reduced ores, ore concentrates and metal-containing oxide waste, gaseous and dispersed reducing agents in plasma-chemical reactors, the main share of the energy into which is introduced using an arc discharge.

Уровень техникиState of the art

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 металла и шлака, средства подачи исходного сырья - шихты и рабочего 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 шихту и рабочий газ и он является катодом дугового разряда, 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 contains a molten bath with means for collecting metal and slag, means for supplying feedstock - a charge and a working gas, a solenoid and a working electrode located on the central axis made of graphite or tungsten. In some cases, a charge and a working gas are supplied through a working electrode, usually located in the upper part of the device, and it is an arc discharge cathode; the role of the anode is played by a molten metal bath located on the bottom of the furnace.

Общим недостатком этих устройств и способов является наличие расходуемого электрода-катода, ограниченность объема плавильной камеры и интенсивное разрушение ее футеровки при контакте с оксидными расплавами. Это требует периодической остановки процесса для выпуска металла, замены катода и стенок плавильной камеры реактора, защищаемых графитовой или керамической футеровкой (напр., патенты России №№2022491, 2072639, №2009230).A common disadvantage of these devices and methods is the presence of a consumable cathode electrode, the limited volume of the melting chamber, and the intensive destruction of its lining upon contact with oxide melts. This requires a periodic shutdown of the process for the release of metal, replacement of the cathode and walls of the melting chamber of the reactor, protected by graphite or ceramic lining (for example, Russian patents Nos. 2022491, 2072639, No. 2002930).

Даже в том случае, когда электрод не заменяют, а наращивают 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 шихты на время установки резервного электрода, а конечный материал загрязняется продуктами эрозии футеровки печи.Even in the case when the electrode is not replaced, but increased by means of 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 charge supply means from the cathode during the installation of the backup electrode and the final material is contaminated by the products of erosion of the furnace lining.

Замена в устройстве сбора металла с подовым электродом графитовой или керамической футеровки на металлический охлаждаемый кристаллизатор (Пат. Великобритании №1054162) в известных устройствах полностью не решает упомянутой проблемы из-за повышенного расхода рабочего электрода и загрязнения металла продуктами его эрозии.Replacing a graphite or ceramic lining in a metal collecting device with a baking electrode with a metal cooled mold (US Pat. Great Britain No. 1054162) in known devices does not completely solve the aforementioned problem due to the increased consumption of the working electrode and metal contamination by its erosion products.

Ближайшим прототипом предлагаемого изобретения является устройство для прямого восстановления металлов, содержащее средства подвода восстановительного газа и шихты, дуговую электропечь со средством сбора готового продукта, включающую реактор с охлаждаемыми стенками, два разнополярных электрода, размещенных соосно на вертикальной оси реактора, один из которых (верхний рабочий электрод) выполнен полым и сочленен с охлаждаемой трубой, устройство перемещения рабочего электрода и окружающую реактор магнитную систему (пат. РФ №2007463). В этом устройстве вторым электродом (анодом) является ванна расплава, размещенная в керамическом тигле, восстановительный газ и шихту подают в реактор через полый рабочий электрод, охлаждаемая труба установлена снаружи этого электрода и служит для уплотнения камеры и охлаждения рабочего электрода, реактор и подина снабжены графитовой и керамической кладкой, а для наращивания рабочего электрода введено устройство его перемещения и наращивания.The closest prototype of the present invention is a device for direct reduction of metals, containing means for supplying reducing gas and a charge, an electric arc furnace with means for collecting the finished product, including a reactor with cooled walls, two bipolar electrodes placed coaxially on the vertical axis of the reactor, one of which (upper working the electrode) is made hollow and articulated with a cooled pipe, a device for moving the working electrode and the magnetic system surrounding the reactor (US Pat. RF No. 2007463). In this device, the second electrode (anode) is a molten bath placed in a ceramic crucible, reducing gas and a charge are supplied to the reactor through a hollow working electrode, a cooled pipe is installed outside this electrode and serves to seal the chamber and cool the working electrode, the reactor and the hearth are equipped with graphite and ceramic masonry, and a device for moving and building was introduced to build up the working electrode.

Несмотря на принятые меры, в этом устройстве не удалось совместить требования по снижению температуры подводимого газа для предотвращения его пиролиза и поддержанию высокой температуры торца рабочего электрода, что необходимо для уменьшения его эрозии вследствие наличия малоподвижных контрагированных пятен.Despite the measures taken, this device failed to combine the requirements for lowering the temperature of the supplied gas to prevent its pyrolysis and maintaining a high temperature of the end of the working electrode, which is necessary to reduce its erosion due to the presence of sedentary contracted spots.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

Предлагаемым изобретением решается техническая задача улучшения качества металла и увеличения производительности процесса его производства.The present invention solves the technical problem of improving the quality of the metal and increasing the productivity of the process of its production.

Основной технический результат использования предлагаемого изобретения заключается в увеличении длительности периодов функционирования печи между заменами рабочего электрода, в снижении расхода материала рабочего электрода и в возможности использования любого газообразного восстановителя без опасности закоксовывания канала его ввода.The main technical result of the use of the invention is to increase the duration of the periods of operation of the furnace between replacements of the working electrode, to reduce the consumption of material of the working electrode and to use any gaseous reducing agent without the risk of coking of the input channel.

Дополнительно решается задача уменьшения загрязнения готового продукта материалами эрозии рабочего электрода, экрана реактора и футеровки пода печи.In addition, the problem of reducing pollution of the finished product by erosion materials of the working electrode, reactor screen and furnace lining is additionally solved.

Указанный результат достигается тем, что охлаждаемая труба установлена внутри рабочего электрода, а на внешней поверхности электрода выполнены кольцевые проточки. Нижний конец трубы заглублен относительно нижнего торца этого электрода на величину, составляющую 1-1,5 диаметра полости электрода, отношение внешнего и внутреннего диаметров рабочего электрода выбрано из соотношения 3-5. В качестве средства сбора готового продукта использован металлический охлаждаемый кристаллизатор. Графитовый экран удален.This result is achieved by the fact that the cooled pipe is installed inside the working electrode, and annular grooves are made on the outer surface of the electrode. The lower end of the pipe is recessed relative to the lower end of this electrode by an amount of 1-1.5 of the diameter of the electrode cavity, the ratio of the external and internal diameters of the working electrode is selected from a ratio of 3-5. As a means of collecting the finished product used metal cooled mold. The graphite screen is removed.

Используемые термины и определения.Terms and definitions used.

Дуговая печь - 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 furnace 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.

Кристаллизатор - контейнер для 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 container 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.

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.

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.

Шихта - смесь, состоящая из рудного сырья (руда, концентрат и т.д.), легирующих и рафинирующих добавок.A mixture is a mixture consisting of ore raw materials (ore, concentrate, etc.), alloying and refining additives.

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 менее 60%.Poor ore raw materials - raw materials with a metal content of less than 60%.

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

Описание чертежей.Description of the drawings.

На фиг.1 схематически представлен вариант устройства в продольном сечении.Figure 1 schematically shows a 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.

Устройство содержит питатель 1 шихты, источник 2 восстановительного газа, реактор 3 дуговой печи с металлическими охлаждаемыми стенками 4 и сводом (крышкой) 5, включающий полый рабочий электрод 6 с кольцевыми проточками 7 на его внешней поверхности, средство сбора 8 готового продукта (кристаллизатор) с площадкой сбора 9 на приводном штоке 10 в приемной камере 11 и охлаждаемую трубу 12. Для перемещения и смены рабочего электрода 6, а также перемещения трубы 12 служит привод 13. В стенке 4 реактора 3 установлен патрубок 14 отвода отработанного газа, а вокруг реактора 3 - магнитная система в виде соленоида 15. Между электродом 6 и крышкой 5 реактора 3 установлен уплотнитель 16 из электроизоляционного материала.The device comprises a charge feeder 1, a reducing gas source 2, an arc furnace reactor 3 with metal cooled walls 4 and a vault (cover) 5, including a hollow working electrode 6 with annular grooves 7 on its outer surface, a means for collecting 8 finished product (crystallizer) with the collection platform 9 on the drive rod 10 in the receiving chamber 11 and the cooled pipe 12. To move and change the working electrode 6, as well as the movement of the pipe 12 is the drive 13. In the wall 4 of the reactor 3 there is a pipe 14 for exhaust gas, and ug reactor 3 - a magnetic system in the form of a solenoid 15. Between the electrode 6 and the cover 5 of the reactor 3 is installed a seal 16 from an insulating material.

Внешняя по отношению к реактору 3 часть электрода 6, труба 12 и устройство перемещения 13 отделены от окружающего пространства кожухом 17, установленным на крышке 5 через электрический изолятор 18.External to the reactor 3 part of the electrode 6, the pipe 12 and the moving device 13 are separated from the surrounding space by a casing 17 mounted on the cover 5 through an electrical insulator 18.

Труба 12 служит каналом подачи шихты и восстановительного газа от питателя 1 и источника газа 2 в реактор 3 и установлена в полости рабочего электрода 6. Нижний конец трубы 12 находится на расстоянии 1-1.5 внутреннего диаметра рабочего электрода 6 от его нижнего торца.The pipe 12 serves as a channel for supplying the charge and reducing gas from the feeder 1 and the gas source 2 to the reactor 3 and is installed in the cavity of the working electrode 6. The lower end of the pipe 12 is located at a distance of 1-1.5 of the inner diameter of the working electrode 6 from its lower end.

Рабочий электрод 6 и площадка 9 являются электродами реактора 3, их полярность может быть как прямой (рабочий электрод 6 служит катодом), так и обратной (рабочий электрод 6 служит анодом). Отношение внешнего и внутреннего диаметров электрода 6 находится в пределах 3-5, ширина и глубина кольцевых проточек 7 составляют величину 0,1-0,2, а интервал между ними - 0,5-1 внешнего диаметра электрода 6.The working electrode 6 and the pad 9 are the electrodes of the reactor 3, their polarity can be either direct (the working electrode 6 serves as the cathode) or the reverse (the working electrode 6 serves as the anode). The ratio of the outer and inner diameters of the electrode 6 is in the range of 3-5, the width and depth of the annular grooves 7 are 0.1-0.2, and the interval between them is 0.5-1 of the outer diameter of the electrode 6.

Осуществление изобретения.The implementation of the invention.

Проиллюстрирована работа устройства при прямой полярности электродов реактора 3. На площадку сбора 9 загружают металлическую "затравку", подают напряжение на электроды реактора 3 и возбуждают в нем дуговой разряд одним из известных способов, например, кратковременным касанием рабочим электродом 6 "затравки", использованием пускового плазмотрона, высокочастотным пробоем и т.д. По трубе 12 подают восстановительный газ и при относительно низких по отношению к номинальным значениях тока дуги и напряжения наводят на площадке 9 "болото" из металла "затравки". Затем устанавливают рабочие параметры установки: индукцию магнитного поля соленоида 15, величину дугового промежутка между электродом 6 и расплавом металла на площадке 9, величину тока дуги, расход восстановительного газа через трубу 12 и реактор 3 от источника газа 2.The operation of the device with the direct polarity of the electrodes of the reactor 3 is illustrated. A metal “seed” is loaded onto the collection site 9, voltage is applied to the electrodes of the reactor 3 and an arc discharge is excited therein using one of the known methods, for example, by briefly touching the “seed” working electrode 6 using the starting plasmatron, high-frequency breakdown, etc. Pipe 12 is supplied with reducing gas and at relatively low relative to the nominal values of the arc current and voltage induce on the site 9 "swamp" of metal "seed". Then set the operating parameters of the installation: the induction of the magnetic field of the solenoid 15, the magnitude of the arc gap between the electrode 6 and the molten metal on the site 9, the magnitude of the arc current, the flow rate of the reducing gas through the pipe 12 and the reactor 3 from the gas source 2.

После наведения "болота", т.е. расплава на площадке 9, питателем 1 через трубу 12 в реактор 3 подают шихту, состоящую из рудного сырья (руда, концентрат), легирующих и рафинирующих добавок. Смесь шихты и газа поступает на расплав, при этом происходит восстановление шихты до металла. Восстановленный металл как более тяжелая фракция опускается в нижнюю часть кристаллизатора 8 на площадку 9, где формируется твердая оболочка заготовки - слитка, например сляба, которую по мере накопления металла с помощью штока 10 тянущим механизмом (не показан) вытягивают из кристаллизатора 8 в приемник готового металла 11. Отработанный газ отводят через патрубок 14.After pointing the "swamp", i.e. melt at the site 9, the feeder 1 through the pipe 12 into the reactor 3 serves a mixture consisting of ore raw materials (ore, concentrate), alloying and refining additives. The mixture of charge and gas enters the melt, while the mixture is restored to metal. The reduced metal as a heavier fraction is lowered into the lower part of the mold 8 on the platform 9, where a hard shell of the billet is formed - an ingot, for example a slab, which is pulled from the mold 8 by the pulling mechanism (not shown) as the metal accumulates using the rod 10 into the finished metal receiver 11. The exhaust gas is discharged through the pipe 14.

Охлаждение канала подачи газа (труба 12) позволяет подавать природный газ в реактор 3 при температуре ниже температуры пиролиза газа, что не требует его конверсии. При этом благодаря тому, что область теплового контакта трубы 12 и рабочего электрода 6 может быть размещена достаточно далеко от нижнего торца электрода 6, температура последнего может быть обеспечена с учетом необходимости образования на торце электрода 6 диффузного дугового пятна, характеризующегося равномерной и пониженной выработкой материала электрода 6.The cooling of the gas supply channel (pipe 12) allows you to feed natural gas into the reactor 3 at a temperature below the gas pyrolysis temperature, which does not require its conversion. Moreover, due to the fact that the area of thermal contact of the pipe 12 and the working electrode 6 can be placed far enough from the lower end of the electrode 6, the temperature of the latter can be ensured taking into account the need to form a diffuse arc spot on the end of the electrode 6, characterized by a uniform and reduced production of the electrode material 6.

Кольцевые проточки 7 на внешней поверхности электрода 6 увеличивают продольное тепловое сопротивление электрода и способствуют повышению температуры нижнего торца электрода 6 и образованию диффузного пятна, а также пониженную теплоотдачу к трубе 12 в области теплового контакта. При отношении диаметров электрода 6 меньшем трех возрастает плотность тока в нем, что становится причиной его повышенного расхода, а при отношении диаметров электрода, большем пяти, сильно уменьшаются возможности для размещения в нем канала подачи реагентов (трубы 12).The annular grooves 7 on the outer surface of the electrode 6 increase the longitudinal thermal resistance of the electrode and increase the temperature of the lower end of the electrode 6 and the formation of a diffuse spot, as well as reduced heat transfer to the pipe 12 in the area of thermal contact. When the ratio of the diameters of the electrode 6 is less than three, the current density in it increases, which causes its increased consumption, and when the ratio of the diameters of the electrode is more than five, the possibilities for placing the reagent supply channel (pipes 12) in it are greatly reduced.

Размещение нижнего конца трубы 12 на удалении от нижнего торца электрода 6 большем 1,5 диаметра его полости приводит к значительному попаданию шихты на рабочий электрод, находящийся при высокой температуре (около 3000°С), и его повышенному износу, а при удалении меньшем 1,0 диаметра полости электрода 6 резко возрастает вероятность перескока дуги разряда на трубу 12 и ее разрушения.Placing the lower end of the pipe 12 at a distance from the lower end of the electrode 6 larger than 1.5 of the diameter of its cavity leads to a significant hit of the charge on the working electrode at high temperature (about 3000 ° C), and its increased wear, and when removed less than 1, 0 the diameter of the cavity of the electrode 6 increases sharply the probability of jumping the discharge arc to the pipe 12 and its destruction.

Использование охлаждаемой трубы 12 в полости электрода 6 позволяет доставлять шихту и холодный восстановительный газ в устройство сбора готового продукта - кристаллизатор 8 - в приосевую зону реакционного объема плазменной дуги. За счет аксиального магнитного поля соленоида 15 обеспечивается азимутальное вращение дуги и ванны расплава, что приводит к равномерному нагреву и активному взаимодействию с восстановительным газом всей массы поступающей шихты и получению однородного металла. При этом необходимо ограничить поперечные размеры средства сбора готового продукта и обеспечить его эффективное охлаждение. Этим условиям в наибольшей степени соответствует применение в качестве средства сбора металлического охлаждаемого кристаллизатора 8.The use of a cooled pipe 12 in the cavity of the electrode 6 allows you to deliver the mixture and cold reducing gas to the device for collecting the finished product - crystallizer 8 - in the axial zone of the reaction volume of the plasma arc. Due to the axial magnetic field of the solenoid 15, the azimuthal rotation of the arc and the molten bath is ensured, which leads to uniform heating and active interaction with the reducing gas of the entire mass of the incoming charge and to obtain a homogeneous metal. In this case, it is necessary to limit the transverse dimensions of the means of collecting the finished product and ensure its effective cooling. These conditions are most consistent with the use as a means of collecting metallic cooled mold 8.

Выполнение кристаллизатора 8 из электро- и теплопроводного химически стойкого по отношению к оксидным расплавам материала и его эффективное охлаждение при наличии осевого магнитного поля предотвращает аварийный его прожог дуговым разрядом, позволяет отказаться от керамической футеровки и графитовой кладки и в конечном итоге получать металл требуемого состава с малым содержанием вредных примесей.The implementation of the mold 8 from an electrically and thermally conductive material chemically resistant to oxide melts and its effective cooling in the presence of an axial magnetic field prevents it from being burned by an arc discharge, eliminates ceramic lining and graphite masonry, and ultimately produces a metal of the required composition with a small content of harmful impurities.

Использование устройства 13 перемещения и наращивания рабочего электрода 6, аналогичного прототипу, позволяет сделать процесс практически непрерывным. При большом износе электрода 6 питатель 1 и источник газа 2 отсоединяют от трубы 12, трубу 12 устройством 13 выводят из полости электрода, затем зажимным механизмом (не показан) устройства 13 фиксируют рабочий электрод 6, наращивают его запасным электродом с помощью резьбы на концах обоих электродов, подсоединяют запасной электрод к механизму перемещения устройства замещения, освобождают от зажима электрод 6 и продолжают процесс. Во время наращивания рабочий электрод 6 не выводят из объема реактора 3 и не обесточивают дуговой разряд.Using the device 13 for moving and building up the working electrode 6, similar to the prototype, allows the process to be practically continuous. With a large wear of the electrode 6, the feeder 1 and the gas source 2 are disconnected from the pipe 12, the pipe 12 is removed from the electrode cavity 13 by the device 13, then the working electrode 6 is fixed by the clamping mechanism (not shown) of the device 13, and it is expanded with a spare electrode using a thread at the ends of both electrodes connect the spare electrode to the displacement mechanism of the replacement device, release the electrode 6 from the clamp, and continue the process. During the build-up, the working electrode 6 is not removed from the volume of the reactor 3 and the arc discharge is not de-energized.

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

- использовать любые газообразные восстановители: синтез-газ, водород, неконвертированный природный газ за счет подачи реагентов в реакционный объем печи через охлаждаемую металлическую трубу 12;- use any gaseous reducing agents: synthesis gas, hydrogen, unconverted natural gas due to the supply of reagents to the reaction volume of the furnace through a cooled metal pipe 12;

- уменьшить расход рабочего электрода 6 благодаря устранению его контакта с шихтой при ее подаче в рабочее пространство реактора 3 и формированию диффузного катодного пятна посредством повышения температуры торца электрода 6;- reduce the consumption of the working electrode 6 by eliminating its contact with the charge when it is fed into the working space of the reactor 3 and the formation of a diffuse cathode spot by increasing the temperature of the end face of the electrode 6;

- получить однородный металл с малым содержанием примесей (например, углерода) благодаря применению газообразных восстановителей и отказа от использования кокса, а использованием металлического кристаллизатора 8 и магнитного поля обеспечить равномерный нагрев и эффективное взаимодействие с восстановительным газом всей массы поступающей шихты и исключить контакт расплава с керамической футеровкой;- to obtain a homogeneous metal with a low content of impurities (for example, carbon) due to the use of gaseous reducing agents and the rejection of the use of coke, and using a metal mold 8 and a magnetic field to ensure uniform heating and effective interaction with the reducing gas of the entire mass of the incoming charge and to exclude the contact of the melt with ceramic lining;

- увеличить время непрерывной работы устройства за счет уменьшения времени пуска, снижения расхода электрода 6 и применения охлаждаемого металлического кристаллизатора 8, практически не подверженного износу.- increase the time of continuous operation of the device by reducing the start-up time, reducing the consumption of the electrode 6 and the use of a cooled metal mold 8, practically not subject to wear.

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, возможна работа на водороде и на сыром природном газе.The environmental indicators of the proposed method and device are significantly higher than that of analogues: coke is not consumed, agglomeration and pelletizing of ore raw materials are not required, it is possible to work on hydrogen and on raw natural gas.

Пробная плавка с восстановлением дисперсной руды и рудного концентрата была проведена на экспериментальной 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 a direct-polar experimental arc plant 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%.

Возможность реализации всех эффектов, сопровождающих предложенный в настоящем изобретении процесс подачи в реактор шихты и восстановительного газа через охлаждаемую трубу с восстановлением металла в ванне расплава, установлена нами впервые и нигде не опубликована.The possibility of realizing all the effects accompanying the process of supplying a charge and a reducing gas to the reactor through a cooled pipe with metal reduction in a molten bath proposed in the present invention was first established by us and has not been published anywhere.

Предприятие металлургического комплекса по подготовленному техническому заданию изготовило пилотную установку в соответствии с изобретением на уровень мощности дуги 0,2 МВт.According to the prepared terms of reference, the metallurgical complex enterprise manufactured a pilot plant in accordance with the invention at an arc power level of 0.2 MW.

Claims (4)

1. Устройство для прямого восстановления металлов, содержащее средства подвода восстановительного газа и шихты, дуговую электропечь со средством сбора готового продукта, включающую реактор с металлическими охлаждаемыми стенками, два разнополярных электрода, размещенных соосно вертикальной оси реактора, при этом верхний рабочий электрод выполнен полым и сочленен с охлаждаемой трубой, устройство перемещения и смены рабочего электрода и окружающую реактор магнитную систему, отличающееся тем, что охлаждаемая труба установлена в полости рабочего электрода с возможностью подачи по ней восстановительного газа и шихты в реактор, причем нижний конец охлаждаемой трубы заглублен относительно нижнего торца рабочего электрода, при этом на внешней поверхности рабочего электрода выполнены кольцевые проточки.1. A device for direct reduction of metals, containing means for supplying a reducing gas and a charge, an electric arc furnace with means for collecting the finished product, including a reactor with metal cooled walls, two bipolar electrodes placed coaxially with the vertical axis of the reactor, while the upper working electrode is hollow and articulated with a cooled pipe, a device for moving and changing the working electrode and a magnetic system surrounding the reactor, characterized in that the cooled pipe is installed in the cavity a working electrode with the possibility of supplying reducing gas and a charge thereto to the reactor, the lower end of the chilled pipe being buried relative to the lower end of the working electrode, and circular grooves are made on the outer surface of the working electrode. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что нижний конец охлаждаемой трубы заглублен относительно нижнего торца рабочего электрода на величину, составляющую 1-1,5 диаметра полости электрода.2. The device according to claim 1, characterized in that the lower end of the cooled pipe is recessed relative to the lower end of the working electrode by an amount of 1-1.5 diameter of the electrode cavity. 3. Устройство по любому из п.1 или 2, отличающееся тем, что отношение внешнего и внутреннего диаметров рабочего электрода составляет 3-5.3. The device according to any one of claim 1 or 2, characterized in that the ratio of the external and internal diameters of the working electrode is 3-5. 4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что средство сбора готового продукта выполнено в виде металлического охлаждаемого кристаллизатора.4. The device according to claim 1, characterized in that the means for collecting the finished product is made in the form of a metal cooled crystallizer.
RU2006112091/02A 2006-04-12 2006-04-12 Apparatus for direct reduction of metals RU2318876C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112091/02A RU2318876C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Apparatus for direct reduction of metals

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006112091/02A RU2318876C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Apparatus for direct reduction of metals

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2006112091A RU2006112091A (en) 2007-11-10
RU2318876C1 true RU2318876C1 (en) 2008-03-10

Family

ID=38957762

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006112091/02A RU2318876C1 (en) 2006-04-12 2006-04-12 Apparatus for direct reduction of metals

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2318876C1 (en)

Cited By (1)

* 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

Cited By (2)

* 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

Also Published As

Publication number Publication date
RU2006112091A (en) 2007-11-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2096706C1 (en) Electric arc furnace for steel production, steel production from scrap, and/or from sponge iron, and/or from blast-furnace cast iron in electric arc furnace, and method for steel production from scrap in electric arc furnace
US8241391B2 (en) Process and equipment for the treatment of loads or residues of non-ferrous metals and their alloys
JP5155503B2 (en) Stable pause operation in a method for producing molten metal
JPS6053088B2 (en) Transitional arc plasma reactor for chemical and metallurgical applications
RU2586350C2 (en) Method of treating carbonaceous bulk material
JP2001192717A5 (en)
RU2296165C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same
RU2296166C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material method and apparatus for performing the same
RU2487181C1 (en) Method for electroslag remelting of metal-containing wastes
KR970001425B1 (en) Treatment of oxide-containing dusts
RU2318876C1 (en) Apparatus for direct reduction of metals
RU60936U1 (en) DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY
RU2612330C2 (en) Method of direct reduction of materials containing metal oxides to produce melt metal and device for carrying out method
CA2928766C (en) Smelting apparatus and method of using the same
US4644557A (en) Process for the production of calcium carbide and a shaft furnace for carrying out the process
SE434408B (en) DEVICE FOR METAL OXIDE REDUCTION
RU2476599C2 (en) Method for electric-arc liquid-phase carbon thermal reduction of iron from oxide raw material, and device for its implementation
RU60937U1 (en) ASSEMBLY OF THE BATTERY AND REDUCING GAS INTO THE ARC ELECTRIC FURNACE
RU2315813C1 (en) Plasma furnace used for the direct reduction of the metals
RU2319091C1 (en) Unit of feeding mixture and reducing gas into an arc electric furnace
RU2335549C2 (en) Method of plasma arc furnace charging and device for implementation of method
RU2170278C2 (en) Method of production of primary aluminum and device for realization of this method
RU2063462C1 (en) Method of boron alloys production mainly in electrical furnace
RU61283U1 (en) PLASMA ARC FURNACE
RU2266337C1 (en) Method of making steel in electric-arc steel melting furnace

Legal Events

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

Effective date: 20100413

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130510

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

Effective date: 20180413