RU2484165C2 - Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end - Google Patents

Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end Download PDF

Info

Publication number
RU2484165C2
RU2484165C2 RU2011134649/02A RU2011134649A RU2484165C2 RU 2484165 C2 RU2484165 C2 RU 2484165C2 RU 2011134649/02 A RU2011134649/02 A RU 2011134649/02A RU 2011134649 A RU2011134649 A RU 2011134649A RU 2484165 C2 RU2484165 C2 RU 2484165C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
aluminum
reaction zone
bath
slag
Prior art date
Application number
RU2011134649/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2011134649A (en
Inventor
Александр Александрович Варыгин
Original Assignee
Александр Александрович Варыгин
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 Александр Александрович Варыгин filed Critical Александр Александрович Варыгин
Priority to RU2011134649/02A priority Critical patent/RU2484165C2/en
Publication of RU2011134649A publication Critical patent/RU2011134649A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2484165C2 publication Critical patent/RU2484165C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Vertical, Hearth, Or Arc Furnaces (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: blend containing aluminium and silicon oxides and coal are fed into lined bath as well as power sufficient for smelting said blend and reducing oxides to metals so that aluminium-silicon alloy is formed. Coal fed in said blend is used as reducing agent. Melt bath volume is horizontally divided into reaction zone and settling zone. Power is fed by means of fuel-oxygen blasting into reaction zone bottom so that required temperature is ensured and melt is mixed by burbling by blasting and gases produced by coal coking, and aluminium and silicon oxides are obtained while coke residue carbon is partially oxidised and fuel is combusted. Formed melt is discharge from settling zone top part while slag melt is discharged from settling zone bottom and is loaded back into reaction zone top part for additional reduction. Note here that off-gases are discharged from the bath and burnt up in reheat chamber ahead of heat-recovery boiler.
EFFECT: higher efficiency irrespective of raw stock quality.
6 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к цветной металлургии, а именно к производству алюминий-кремниевых сплавов.The invention relates to ferrous metallurgy, in particular to the production of aluminum-silicon alloys.

Как известно, алюминий в чистом виде используется мало, применяются преимущественно его сплавы. Алюминиевые сплавы - по способу изготовления из них изделий - делят на две группы: деформируемые (имеют высокую пластичность в нагретом состоянии) и литейные (имеют хорошую жидкотекучесть).As you know, in its pure form aluminum is used little, mainly its alloys are used. Aluminum alloys - according to the method of manufacturing products from them - are divided into two groups: wrought (have high ductility in the heated state) and cast (have good fluidity).

Деформируемые сплавы составляют около 60% от применяемых, остальные сплавы - литейные. Более 90% литейных сплавов и часть деформируемых по составу являются алюминий-кремниевыми, т.е. суммарно алюминий-кремниевые сплавы составляют более трети всех применяемых алюминиевых сплавов.Deformable alloys account for about 60% of those used, the remaining alloys are foundry. More than 90% of cast alloys and a part of those wrought in composition are aluminum-silicon, i.e. In total, aluminum-silicon alloys account for more than a third of all used aluminum alloys.

На сегодня основным способом получения алюминий-кремниевых сплавов является сплавление технически чистого электролитического алюминия с техническим кремнием.Today, the main way to obtain aluminum-silicon alloys is the fusion of technically pure electrolytic aluminum with technical silicon.

В настоящее время единственный способ производства технически чистого алюминия в промышленных масштабах - это электролиз глинозема в расплавленных фтористых солях - процесс Эру-Холла (Беляев, А.И., Электрометаллургия алюминия: науч. изд. / А.И.Беляев, М.Б.Рапопорт, Л.А.Фирсанова. - М.: Металлургия, 1953. - 287 с.). Для этого из редких минералов - высокосортных бокситов - получают промежуточный продукт - глинозем, - из которого методом электролитического разложения производят технически чистый алюминий в электролизных ваннах с обожженными анодами и в электролизных ваннах с самообжигающимся анодом (анодом Содерберга).Currently, the only way to produce commercially pure aluminum on an industrial scale is the electrolysis of alumina in molten fluoride salts - the Eru-Hall process (Belyaev, A.I., Electrometallurgy of aluminum: scientific edition / A.I. Belyaev, M. B Rapoport, L.A. Firsanova. - M.: Metallurgy, 1953. - 287 p.). To do this, from rare minerals - high-grade bauxite - an intermediate product is obtained - alumina, from which technically pure aluminum is produced by electrolytic decomposition in electrolysis baths with calcined anodes and in electrolysis baths with a self-burning anode (Soderberg anode).

Основными недостатками способа являются:The main disadvantages of the method are:

1) необходимость получения дорогого промежуточного продукта - глинозема - из редких высокосортных бокситов;1) the need to obtain an expensive intermediate product - alumina - from rare high-grade bauxite;

2) большие энергозатраты из-за низкого КПД электролизеров (расход энергии на основную реакцию не более 35-40%, остальное - потери тепла в окружающую среду);2) high energy costs due to the low efficiency of electrolytic cells (energy consumption for the main reaction is not more than 35-40%, the rest is heat loss to the environment);

3) низкая производительность электролизеров (0,5-1,1 т алюминия с одного электролизера в сутки) и, соответственно, высокие капитальные затраты (т.е. чтобы получить, например, порядка 300000 т алюминия в год, надо иметь порядка 750-1650 электролизеров);3) low productivity of electrolytic cells (0.5-1.1 tons of aluminum from one electrolyzer per day) and, accordingly, high capital costs (i.e., to get, for example, about 300,000 tons of aluminum per year, you need to have about 750 1650 electrolyzers);

4) высокие расходы на производство углеродистых анодов или анодной массы;4) high costs for the production of carbon anodes or anode mass;

5) высокие расходы на электролит - фтористые соли;5) high costs of electrolyte - fluoride salts;

6) выделение в окружающую среду высокотоксичных фтористых соединений;6) the release of highly toxic fluoride compounds into the environment;

7) высокие тепловые потери через стенки электролизеров и с отходящими газами.7) high heat loss through the walls of electrolyzers and with exhaust gases.

Известен альтернативный метод получения алюминия из недорогих алюмосиликатов (каолинов и низкокачественных бокситов) - способ Alcoa, который реализовала компания ТАС (Toth Aluminum Corp.) - хлорирование алюмосиликатов с последующим разложением хлорида алюминия методом электролиза на алюминий и хлор в электролизере с графитовыми катодом и анодом (Минцис, М.Я., Электрометаллургия алюминия / М.Я.Минцис, П.В.Поляков, Г.А.Сиразутдинов. - Новосибирск: Наука, 2001. - 368 с., - с.40-41).An alternative method for producing aluminum from inexpensive aluminosilicates (kaolins and low-quality bauxites) is known - the Alcoa method, which was implemented by TOT Aluminum Corp. (Toth), is the chlorination of aluminosilicates with the subsequent decomposition of aluminum chloride by electrolysis on aluminum and chlorine in an electrolytic cell with a graphite cathode and anode ( Mintsis, M.Ya., Electrometallurgy of aluminum / M.Ya. Mintsis, P.V. Polyakov, G.A. Sirazutdinov. - Novosibirsk: Nauka, 2001 .-- 368 p., - p. 40-41).

Недостатки электролиза хлоридных расплавов:The disadvantages of electrolysis of chloride melts:

1) необходимость использовать очень чистое и обезвоженное сырье;1) the need to use very clean and dehydrated raw materials;

2) высокие расходы на промежуточный передел - хлорирование алюмосиликатного сырья;2) high costs for the intermediate redistribution - chlorination of aluminosilicate raw materials;

3) значительный расход энергии на электролиз (хотя и на треть ниже, чем в процессе Эру-Холла);3) significant energy consumption for electrolysis (although a third lower than in the Eru-Hall process);

4) сложное и дорогое аппаратурное оформление;4) complex and expensive hardware design;

5) технические сложности использования хлоридных соединений.5) the technical difficulties of using chloride compounds.

Таким образом, при получении алюминий-кремниевых сплавов традиционными методами сплавления технически чистого алюминия с кремнием очень затратной получается операция получения чистого алюминия, что обуславливает высокие затраты на готовый продукт.Thus, when obtaining aluminum-silicon alloys by traditional methods of alloying technically pure aluminum with silicon, the operation of producing pure aluminum is very expensive, which leads to high costs for the finished product.

Известен конкурентный способ получения алюминий-кремниевых сплавов - электротермический способ производства в мощных руднотермических электропечах (Гасик, М.И., Электроплавка алюмосиликатов / М.И.Гасик, Б.И.Емлин, Н.С.Климкович, С.И.Хитрик. - М.: Металлургия, 1971. - 304 с.). Шихтой служит смесь алюмосиликатного сырья и восстановителя - кокса. Шихту подвергают предварительной агломерации или брикетированию для последующей загрузки в ванну. Расплавление шихты и карботермическое восстановление алюминия и кремния производят в ванне с погруженными электродами пропусканием тока через расплав. Подача шихты производится засыпкой на поверхность расплава в околоэлектродные области, где температура имеет максимальные значения. Выпуск целевого продукта - алюминий-кремниевого сплава - производится периодически через шпуровые отверстия в торцевых стенках. В одной руднотермической электропечи за единицу времени можно получить в несколько раз больше алюминий-кремниевого сплава, чем первичного алюминия в электролизной ванне.A known competitive method for producing aluminum-silicon alloys is the electrothermal production method in powerful ore-thermal electric furnaces (Gasik, M.I., Electric smelting of aluminosilicates / M.I. Gasik, B.I. Emlin, N. S. Klimkovich, S. I. Khitrik . - M.: Metallurgy, 1971. - 304 p.). The mixture is a mixture of aluminosilicate raw materials and a reducing agent - coke. The mixture is subjected to preliminary agglomeration or briquetting for subsequent loading into the bath. The charge is melted and the carbothermal reduction of aluminum and silicon is carried out in a bath with immersed electrodes by passing current through the melt. The charge is supplied by filling the melt surface into the near-electrode regions, where the temperature has maximum values. The release of the target product - aluminum-silicon alloy - is carried out periodically through the holes in the end walls. In one ore-thermal electric furnace per unit time, it is possible to obtain several times more aluminum-silicon alloy than primary aluminum in an electrolysis bath.

Недостатки электротермического способа производства:The disadvantages of the electrothermal production method:

1) необходимость дорогих подготовительных переделов - агломерации или брикетирования шихты;1) the need for expensive preparatory conversions - sintering or briquetting the mixture;

2) в печи имеют место зоны, в которых вследствие недостаточной температуры и слабого конвективного перемешивания невозможно создать условия для полной переработки вводимой шихты, отсюда снижение выхода целевого продукта;2) in the furnace there are zones in which, due to insufficient temperature and weak convective mixing, it is impossible to create conditions for the complete processing of the introduced charge, hence the decrease in the yield of the target product;

3) значительные затраты электроэнергии;3) significant energy costs;

4) высокая стоимость углеродистых электродов;4) the high cost of carbon electrodes;

5) высокая чувствительность процесса к составу шихты.5) high sensitivity of the process to the composition of the charge.

Известен способ производства алюминий-кремниевого сплава восстановлением алюмосиликатов в ванне расплава углеродосодержащим восстановителем по патенту RU 2148670, выбранный нами в качестве прототипа.A known method for the production of aluminum-silicon alloy by reducing aluminosilicates in a molten bath with a carbon-containing reducing agent according to patent RU 2148670, we have chosen as a prototype.

Способ заключается в подаче в ванну шихты, содержащей оксиды алюминия и кремния и углеродосодержащий восстановитель. Также в ванну подается энергия, достаточная для расплавления шихты и восстановления оксидов до металлов. Энергию для этого создают, добавляя в шихту ранее произведенный алюминий-кремниевый сплав, сжигая его кислородом, причем оксидосодержащую шихту подают в период сжигания алюминий-кремниевого сплава, а восстановление оксидов до металла осуществляют подачей восстановителя, в частности конвертированного природного газа или водяного генераторного газа после завершения операций по расплаву оксидосодержащей шихты. Соответственно, процесс является периодическим, состоящим из двух последовательных операций.The method consists in feeding a mixture containing aluminum and silicon oxides and a carbon-containing reducing agent into the bath. Also, sufficient energy is supplied to the bath to melt the mixture and to reduce oxides to metals. The energy for this is created by adding previously produced aluminum-silicon alloy to the charge, burning it with oxygen, and the oxide-containing charge is supplied during the burning of the aluminum-silicon alloy, and the reduction of oxides to metal is carried out by supplying a reducing agent, in particular converted natural gas or water-generating gas after completion of operations for the melt of oxide-containing mixture. Accordingly, the process is periodic, consisting of two consecutive operations.

В качестве расплавляемой оксидосодержащей шихты в способе предлагается использовать концентрат кианита. Ранее произведенный алюминий-кремниевый сплав рекомендуется добавлять в шихту в жидком виде. При сжигании сплава кислород целесообразно вводить под ранее произведенный жидкий алюминий-кремниевый сплав. Подачу концентрата кианита в период сжигания алюминий-кремниевого сплава рекомендуется первоначально размещать на поверхности жидкого алюминий-кремниевого сплава.As a melt oxide-containing mixture in the method it is proposed to use a concentrate of kyanite. Previously produced aluminum-silicon alloy is recommended to be added to the mixture in liquid form. When burning the alloy, it is advisable to introduce oxygen under the previously produced liquid aluminum-silicon alloy. It is recommended that the supply of kyanite concentrate during the burning of the aluminum-silicon alloy be initially placed on the surface of the liquid aluminum-silicon alloy.

В качестве углеродосодержащего восстановителя используются углеводороды. Это либо конвертированный природный газ, либо водяной генераторный газ, состоящие в основном из смеси Н2 и СО. В случае отсутствия природного газа на предприятии целесообразно иметь газогенератор, в котором из многих видов твердого топлива можно получить газообразное топливо.As a carbon-containing reducing agent, hydrocarbons are used. This is either converted natural gas or water-generating gas, consisting mainly of a mixture of H 2 and CO. In the absence of natural gas at the enterprise, it is advisable to have a gas generator in which gaseous fuel can be obtained from many types of solid fuel.

Восстановитель необходимо подавать в таком количестве, чтобы его хватило и на восстановление вновь образуемых при сгорании алюминий-кремниевого сплава оксидов алюминия и кремния.The reducing agent must be supplied in such a quantity that it is sufficient for the reduction of the aluminum and silicon oxides newly formed during the combustion of the aluminum-silicon alloy.

Описанный способ реализуется в плавильном агрегате, представляющем собой печь для производства алюминий-кремниевых сплавов восстановлением алюмосиликатов. Печь, как и любой агрегат подобного типа, содержит футерованную ванну, узел подачи шихты, выпускные отверстия в виде леток для выпуска сплава и шлака, фурмы для подачи кислорода, а также окно с газоходом для отвода технологических газов. Дополнительной особенностью агрегата является то, что он снабжен устройством, позволяющим с помощью электромагнитного поля с регулируемой пониженной частотой (от 0,5 до 2,0 Гц) в определенные периоды плавки обеспечивать вращение металлического расплава в агрегате и тем самым оказывать положительное влияние в восстановительный период плавки и обеспечивать эффективное удаление алюминий-кремниевого сплава из агрегата, когда это станет необходимым. В период удаления металлического расплава из агрегата увеличивается число оборотов расплава относительно цилиндрической плавильной камеры агрегата, металл поднимается по стенке камеры и в установленном количестве сливается через летку. Указанную печь выбираем в качестве прототипа для устройства.The described method is implemented in a melting unit, which is a furnace for the production of aluminum-silicon alloys by reduction of aluminosilicates. The furnace, like any unit of this type, contains a lined bath, a charge supply unit, outlet openings in the form of notches for the release of alloy and slag, tuyeres for oxygen supply, and also a window with a gas duct for the removal of process gases. An additional feature of the unit is that it is equipped with a device that allows using an electromagnetic field with an adjustable reduced frequency (from 0.5 to 2.0 Hz) to ensure rotation of the metal melt in the unit during certain periods of melting and thereby have a positive effect in the recovery period smelting and ensure efficient removal of aluminum-silicon alloy from the unit when it becomes necessary. During the period of removal of the metal melt from the unit, the number of melt revolutions relative to the cylindrical melting chamber of the unit increases, the metal rises along the wall of the chamber and merges in a specified amount through the notch. The specified furnace is selected as a prototype for the device.

Способ-прототип, по сравнению с электротермическим способом, уменьшает энергозатраты на производство алюминий-кремниевого сплава. Однако он обладает рядом недостатков.The prototype method, compared with the electrothermal method, reduces energy costs for the production of aluminum-silicon alloy. However, it has several disadvantages.

Во-первых, топливом для получения энергии для расплава шихты и восстановления оксидов служит готовый продукт - алюминий-кремниевый сплав, который на рынке стоит в сотни раз дороже, чем обычные энергоносители (уголь, мазут, природный газ), что обуславливает высокую стоимость производства по прототипу.First, the finished product — aluminum-silicon alloy — is on the market hundreds of times more expensive than conventional energy sources (coal, fuel oil, natural gas) as fuel for generating energy for melt the mixture and reducing oxides, which leads to high production costs for prototype.

Во-вторых, процесс в прототипе носит периодический характер, а периодические процессы в металлургии всегда технически сложнее и дороже непрерывных.Secondly, the process in the prototype is periodic, and periodic processes in metallurgy are always technically more complicated and more expensive than continuous ones.

В-третьих, в качестве углеродосодержащего восстановителя предлагается использовать либо конвертированный природный газ, либо водяной генераторный газ, состоящие в основном из смеси Н2 и СО, которые с точки зрения термодинамики не могут восстанавливать оксиды алюминия и кремния до металлов.Thirdly, it is proposed to use either converted natural gas or water generator gas, consisting mainly of a mixture of H 2 and CO, which, from the point of view of thermodynamics, cannot reduce aluminum and silicon oxides to metals as a carbon-containing reducing agent.

Что касается агрегата для реализации способа по прототипу, то он должен иметь в своем составе электромагнитное устройство для перемешивания расплава и эффективного удаления алюминий-кремниевого сплава, что делает его технически крайне сложным, энергозатратным и дорогим.As for the unit for implementing the prototype method, it should include an electromagnetic device for mixing the melt and the effective removal of the aluminum-silicon alloy, which makes it technically extremely difficult, energy-consuming and expensive.

Таким образом, задачей изобретения является разработка энергетически эффективного, высокопроизводительного и простого в реализации метода получения алюминий-кремниевых сплавов с использованием широко распространенных видов алюмосиликатного сырья (кианитов, силлиманитов, каолинов и.т.д.).Thus, the object of the invention is the development of an energy-efficient, high-performance and easy-to-implement method for producing aluminum-silicon alloys using widely used types of aluminosilicate raw materials (kyanites, sillimanites, kaolins, etc.).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является создание непрерывного процесса восстановления оксидосодержащей шихты в барботируемой жидкой ванне с использованием в качестве энергоносителя дешевого топлива.The technical result of the invention is the creation of a continuous process for the reduction of an oxide-containing mixture in a bubbled liquid bath using cheap fuel as an energy carrier.

Предлагаемый способ, как и прототип, основан на восстановлении алюмосиликатов в ванне расплава углеродосодержащим восстановителем. Способ включает подачу в ванну шихты, содержащей оксиды алюминия и кремния и углеродосодержащего восстановителя, выпуск сплава, шлака и отходящих газов. Кроме того, в ванну вводится энергия, достаточная для расплава шихты и восстановления оксидов до металла.The proposed method, like the prototype, is based on the reduction of aluminosilicates in a molten bath with a carbon-containing reducing agent. The method includes feeding into the bath a mixture containing aluminum and silicon oxides and a carbon-containing reducing agent, the release of alloy, slag and exhaust gases. In addition, sufficient energy is introduced into the bath to melt the mixture and to reduce oxides to metal.

В отличие от прототипа, весь объем ванны по горизонтали разделяют на реакционную зону и зону отстаивания. Тепло, необходимое для расплавления шихты и реакций восстановления обеспечивается энергией окисления (горения) топлива. Для этого осуществляют топливо-кислородное дутье в нижнюю часть реакционной зоны ванны расплава. В качестве топлива, в зависимости от доступности и экономической эффективности, могут использоваться уголь, мазут, природный газ. При этом обеспечивается достижение требуемой температуры и перемешивание расплава за счет барботирования его подаваемым дутьем и газами, образующимися в результате коксования угля, восстановления оксидов алюминия и кремния, частичного окисления углерода коксового остатка и сгорания топлива. Благодаря интенсивному перемешиванию расплава реакции восстановления протекают по всему объему реакционной зоны более интенсивно, чем в прототипе.Unlike the prototype, the entire volume of the bath is horizontally divided into a reaction zone and a settling zone. The heat required for melting the charge and reduction reactions is provided by the energy of oxidation (combustion) of the fuel. To do this, carry out fuel-oxygen blasting in the lower part of the reaction zone of the molten bath. As fuel, depending on the availability and economic efficiency, coal, fuel oil, natural gas can be used. This ensures the achievement of the required temperature and mixing of the melt by sparging it with the supplied blast and gases generated as a result of coking of coal, reduction of aluminum and silicon oxides, partial oxidation of carbon of the coke residue and fuel combustion. Due to the intensive mixing of the melt, the reduction reactions proceed throughout the entire reaction zone more intensively than in the prototype.

В качестве восстановителя используют уголь, подаваемый в составе шихты. Для этого, в том числе, может использоваться широко распространенный некоксующийся энергетический уголь.The reducing agent used is coal supplied as part of the charge. For this, in particular, widespread non-coking steam coal can be used.

Выпуск сплава производят из верхней части зоны отстаивания, а шлаковый расплав отводят из нижней части зоны отстаивания и загружают его вновь в верхнюю часть реакционной зоны для довосстановления. Отходящие газы выводят из ванны и дожигают в камере дожигания перед котлом-утилизатором.The alloy is produced from the upper part of the settling zone, and the slag melt is removed from the lower part of the settling zone and re-loaded into the upper part of the reaction zone for further reduction. Exhaust gases are removed from the bath and burned in the afterburner in front of the recovery boiler.

Таким образом, разделение объема печи по горизонтали на реакционную зону и зону отстаивания позволяет разделять алюминий-кремниевый сплав и шлако-металлический расплав и выводить более легкий, чем шлако-металлический расплав, алюминий-кремниевый сплав из зоны отстаивания, где он находится в спокойном состоянии, т.е. появляется возможность использовать для получения легких алюминий-кремниевых сплавов метод восстановительной плавки в жидкой ванне.Thus, the horizontal separation of the furnace volume into the reaction zone and the settling zone allows you to separate aluminum-silicon alloy and slag-metal melt and to remove lighter than slag-metal melt, aluminum-silicon alloy from the settling zone, where it is in a calm state , i.e. it becomes possible to use the method of reduction melting in a liquid bath to obtain light aluminum-silicon alloys.

Подачу шихты в предлагаемом способе осуществляют в зависимости от размеров ее частиц. Крупнокусковую шихту загружают сверху в реакционную зону непосредственно на поверхность расплава. При использовании мелкодисперсной шихты измельченные алюмосиликаты в смеси с мелким углем или угольной пылью вдувают в реакционную зону с помощью азота в верхнюю часть расплава. Азот используется вместо воздушного дутья для исключения попадания кислорода воздуха в верхнюю часть реакционной зоны, т.к. попадание кислорода будет приводить к обратным реакциям окисления целевого продукта - алюминий-кремниевого сплава.The charge in the proposed method is carried out depending on the size of its particles. Lump mixture is loaded from above into the reaction zone directly on the surface of the melt. When using a fine mixture, the crushed aluminosilicates in a mixture with fine coal or coal dust are blown into the reaction zone with nitrogen into the upper part of the melt. Nitrogen is used instead of air blast to prevent air oxygen from entering the upper part of the reaction zone, because the ingress of oxygen will lead to reverse oxidation reactions of the target product - aluminum-silicon alloy.

Печь для производства алюминий-кремниевых сплавов восстановлением алюмосиликатов содержит футерованную ванну с охлаждаемыми кессонами, окно с газоходом для отвода технологических газов, узел подачи шихты, фурмы и выпускные отверстия в виде леток для выпуска сплава и шлакового расплава. В отличие от прототипа ванна по горизонтали разделена на реакционную зону и зону отстаивания. Фурмы для подачи топливно-кислородной смеси установлены в нижней части реакционной зоны. Летки выполнены непосредственно в стенке печи в зоне отстаивания, причем летка для выпуска алюминий-кремниевого сплава выполнена в верхней части, а летка для выпуска шлако-металлического расплава выполнена в нижней части зоны отстаивания. Газоход для отвода технологических газов соединен с камерой дожигания и котлом-утилизатором.The furnace for the production of aluminum-silicon alloys by the reduction of aluminosilicates contains a lined bath with cooled caissons, a window with a gas duct for the removal of process gases, a feed unit for the charge, tuyeres, and outlet openings in the form of notches for the release of alloy and slag melt. Unlike the prototype, the bath is horizontally divided into a reaction zone and a settling zone. Tuyeres for supplying a fuel-oxygen mixture are installed in the lower part of the reaction zone. Letters are made directly in the furnace wall in the settling zone, with a notch for the release of aluminum-silicon alloy made in the upper part and a notch for the release of slag-metal melt made in the lower part of the settling zone. The flue for the removal of process gases is connected to the afterburner and the waste heat boiler.

Реакционная зона и зона отстаивания могут иметь как условное разделение в едином объеме печи, при этом зона отстаивания имеет значительную длину, так и разделение перегородкой на два раздельных объема - с проходами в перегородке для перепуска расплава и газов из реакционной зоны в зону отстаивания - для сокращения длины зоны отстаивания.The reaction zone and the settling zone can have a conditional separation in a single furnace volume, while the settling zone has a considerable length, and the separation by a partition into two separate volumes - with passages in the partition to transfer melt and gases from the reaction zone to the settling zone - to reduce the length of the zone of sedimentation.

Узел подачи шихты, в зависимости от размера ее частиц, может быть выполнен в двух вариантах. Узел подачи крупнокусковой шихты выполняется в виде загрузочных люков, имеющих шлюзовую конструкцию, в верхней части печи над реакционной зоной. Узел подачи мелкодисперсной шихты выполняется в виде фурм, связанных с устройством подачи азота и шихты и расположенных в стенках реакционной зоны выше фурм для подачи топливно-кислородного дутья.The feed unit of the charge, depending on the size of its particles, can be made in two versions. The feed unit of the lump mixture is made in the form of loading hatches having a lock structure in the upper part of the furnace above the reaction zone. The feed unit of the fine charge is in the form of tuyeres associated with a nitrogen and charge feed device and located in the walls of the reaction zone above the tuyeres for supplying oxygen-fuel blast.

Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где схематично на Фиг.1 в продольном разрезе и на Фиг.2 в поперечном разрезе представлена конструкция печи для восстановительной плавки в жидкой ванне с узлом загрузки крупнокусковой шихты, а на Фиг.3 и Фиг.4 - такая же печь, в продольном и поперечном разрезе соответственно, но для варианта конструкции с загрузкой мелкодисперсной шихты и с перегородкой между зонами.The invention is illustrated by graphic materials, where schematically in figure 1 in longitudinal section and figure 2 in cross section shows the design of the furnace for smelting reduction in a liquid bath with a loading unit of lump mixture, and figure 3 and figure 4 is the same furnace , in longitudinal and transverse sections, respectively, but for the design option with the loading of a finely divided charge and with a partition between the zones.

На чертежах обозначено:In the drawings indicated:

1 - металлический каркас печи;1 - metal frame of the furnace;

2 - огнеупорная футеровка печи;2 - refractory lining of the furnace;

3 - реакционная зона;3 - reaction zone;

4 - зона отстаивания;4 - zone of sedimentation;

5 - боковые стены ванны;5 - side walls of the bath;

6 - торцевые стены ванны;6 - end walls of the bath;

7 - кессоны;7 - caissons;

8 - фурмы для топливно-кислородного дутья;8 - tuyeres for fuel and oxygen blasting;

9 - окно для отвода технологических газов с газоходом (аптейк);9 - a window for the removal of process gases with a gas duct (pharmacy);

10 - люки для загрузки шихты (течки);10 - hatches for loading the charge (estrus);

11 - фурмы для вдувания шихты;11 - tuyeres for blowing the mixture;

12 - выпускное отверстие - летка для рабочего выпуска алюминий-кремниевого сплава;12 - outlet - tap hole for the working release of aluminum-silicon alloy;

13 - выпускное отверстие - летка для рабочего выпуска шлако-металлического расплава;13 - outlet - letka for the working release of slag-metal melt;

14 - летка (шпур) для полного выпуска расплава печи при остановке;14 - letka (hole) for the complete release of the furnace melt at a stop;

15 - по дина печи;15 - along the bottom of the furnace;

16 - сифонный карман для заливки шлако-металлического расплава;16 - siphon pocket for pouring slag-metal melt;

17 - перегородка для разделения реакционной зоны и зоны отстаивания;17 - a partition for separating the reaction zone and zone of sedimentation;

18 - проход в перегородке для перепуска газов;18 - passage in the partition for gas bypass;

19 - проход в перегородке для перепуска расплава.19 - passage in the partition for melt bypass.

Печь предназначена для проведения процесса жидкофазного восстановления алюминий-кремниевого сплава. Конструктивно все части печи объединены металлическим каркасом 1 и имеют общую огнеупорную футеровку 2. Каркас 1 печи воспринимает усилия при расширении кладки футеровки 2 в процессе ее нагрева во время периодов сушки и при работе печи. Конструкция каркаса 1 обеспечивает возможность доступа внутрь печи для проведения футеровочных и ремонтных работ.The furnace is designed to carry out the process of liquid-phase reduction of an aluminum-silicon alloy. Structurally, all parts of the furnace are united by a metal frame 1 and have a common refractory lining 2. The frame 1 of the furnace takes up efforts when expanding the masonry of the lining 2 during heating during drying periods and during operation of the furnace. The design of the frame 1 provides access to the inside of the furnace for lining and repair work.

Футерованная ванна печи по горизонтали разделяется на реакционную зону 3, в которой происходят основные реакции восстановления при барботаже шлако-металлического расплава потоками реакционных газов, и зону отстаивания 4. Реакционная зона 3 и зона отстаивания 4 могут иметь как условное разделение в едином объеме печи (как это показано на Фиг.1 и 2), при этом зона отстаивания имеет значительную длину, так и разделение перегородкой 17 на два раздельных объема - с проходом 18 в перегородке для перепуска газов и проходом 19 в перегородке для перепуска расплава из реакционной зоны 3 в зону отстаивания 4 (см. Фиг.3 и 4), - для сокращения длины зоны отстаивания. Конструктивно печь выполнена в форме перевернутой усеченной пирамиды и в горизонтальном сечении имеет прямоугольную форму. В торцевой стене 6 печи со стороны зоны отстаивания на разной высоте находятся выпускные отверстия 12 и 13 - летки - для выпуска алюминий-кремниевого сплава и шлако-металлического расплава соответственно, а также летка 14 (шпур) для полного выпуска расплава печи при остановке.The lined furnace bath is divided horizontally into a reaction zone 3, in which the main reduction reactions occur during the bubbling of slag-metal melt by reaction gas flows, and a settling zone 4. The reaction zone 3 and settling zone 4 can have a conditional separation in a single furnace volume (as this is shown in Figs. 1 and 2), while the settling zone has a considerable length, and the partition 17 separates into two separate volumes — with a passage 18 in the partition for bypassing gases and a passage 19 in the partition for bypassing melt from the reaction zone 3 to zone 4 sedimentation (see Figures 3 and 4.) - to reduce the length of the settling zone. Structurally, the furnace is made in the form of an inverted truncated pyramid and has a rectangular shape in a horizontal section. In the end wall 6 of the furnace from the side of the settling zone at different heights, there are outlet openings 12 and 13 - slots - for the release of aluminum-silicon alloy and slag-metal melt, respectively, as well as a notch 14 (hole) for the complete release of the furnace melt when stopped.

Боковые 5 и торцевые 6 стены ванны изнутри облицованы медными трубами - кессонами 7, охлаждаемыми химически чистой водой. Кессоны 7 реакционной зоны 3 ванны находятся в зоне интенсивного барботажа шлако-металлического расплава потоками реакционных газов и подвергаются тепловому и механическому воздействию. Образование на них шлакового гарнисажа снижает тепловые потери и исключает их износ. Таким путем решается проблема разрушения футеровки в местах наиболее агрессивного воздействия газо-шлако-металлической эмульсии. В пространстве над расплавом стены печи облицованы охлаждаемыми стальными кессонами. Подина 15 и нижняя часть ванны печи футеруются огнеупорным кирпичом. В этой зоне футеровка 2 находится в более благоприятных условиях при постоянной температуре без окислительных и механических воздействий. Тем не менее для рекуперации тепла и создания защитного слоя гарнисажа в целях увеличения срока службы футеровки в этой зоне также возможно применение охлаждаемых кессонов.Lateral 5 and end 6 walls of the bath are lined with copper pipes from the inside - caissons 7, cooled by chemically pure water. The caissons 7 of the reaction zone 3 of the bath are located in the zone of intense bubbling of slag-metal melt by flows of reaction gases and are subjected to thermal and mechanical stress. The formation of a slag skull on them reduces heat loss and eliminates their wear. In this way, the problem of the destruction of the lining in the places of the most aggressive exposure to gas-slag-metal emulsion is solved. In the space above the melt, the furnace walls are lined with cooled steel caissons. Hearth 15 and the lower part of the furnace bath are lined with refractory bricks. In this zone, lining 2 is in more favorable conditions at a constant temperature without oxidizing and mechanical influences. Nevertheless, for the recovery of heat and the creation of a protective layer of the skull in order to increase the service life of the lining in this zone, it is also possible to use cooled caissons.

В нижних рядах кессонов, кроме угловых, в реакционной зоне 3 установлены фурмы 8 для продувки расплава топливно-кислородной смесью. В зоне расположения фурм 8 боковые стены 5 ванны выполнены вертикальными. На уровне верхних рядов кессонов 7 боковые стены 5 выполнены с наклоном, обеспечивающим расширение ванны в верхней части. Зона ванны над расплавом также имеет в горизонтальном сечении прямоугольную форму. В зоне отстаивания 4 выполнено окно для отвода технологических газов с газоходом 9 (аптейк). Газоход 9 для отвода технологических газов соединен с камерой дожигания и котлом-утилизатором, на чертежах не показанных. Остальная часть ванны перекрывается охлаждаемыми сводовыми кессонами.In the lower rows of the caissons, except for the corner ones, lances 8 were installed in the reaction zone 3 for purging the melt with a fuel-oxygen mixture. In the area of the tuyeres 8, the side walls 5 of the bathtub are vertical. At the level of the upper rows of the caissons 7, the side walls 5 are made with a slope that ensures the expansion of the bath in the upper part. The bath zone above the melt also has a horizontal section in a rectangular shape. In the settling zone 4, a window is made for the removal of process gases with a gas duct 9 (pharmacy). The flue 9 for the removal of process gases is connected to the afterburner and the waste heat boiler, not shown in the drawings. The rest of the bath is covered by refrigerated vaulted caissons.

Для конструктивного варианта печи, изображенного на Фиг.1 и Фиг.2, предусматривается загрузка крупнокусковой шихты сверху на поверхность расплава. Узел загрузки шихты представляет собой люки 10 (течки), которые соединены конвейерами с бункерами, на чертежах не показанными. Люки 10 (течки) имеют шлюзовую конструкцию для исключения выбросов отходящих технологических газов при загрузке шихты, а также для исключения подсосов воздуха в восстановительную атмосферу печи.For a constructive version of the furnace shown in figure 1 and figure 2, provides for the loading of lump mixture from above on the surface of the melt. The charge loading unit is hatches 10 (estrus), which are connected by conveyors to bunkers not shown in the drawings. Hatches 10 (estrus) have a lock design to exclude emissions of exhaust process gases when loading the charge, as well as to exclude air leaks into the reducing atmosphere of the furnace.

Для конструктивного варианта печи с мелкодисперсной шихтой на Фиг.3 и Фиг.4 узел загрузки шихты представляет собой фурмы 11 для вдувания шихты азотом, выполненные в боковых стенах 5 ванны в области реакционной зоны 3 над фурмами 8 топливно-кислородного дутья.For a constructive version of the furnace with a fine charge in FIG. 3 and FIG. 4, the charge loading unit is tuyeres 11 for injecting the charge with nitrogen, made in the side walls 5 of the bath in the region of the reaction zone 3 above the tuyeres 8 of fuel-oxygen blasting.

Использование охлаждаемых кессонов 7 в реакционной зоне 3 и зоне отстаивания 4 позволяет обеспечить необходимую продолжительность работы печи, что невозможно при применении футеровки без кессонов. Тепловые потоки через охлаждаемые кессоны 7, которыми облицованы внутренние стенки печи, выше, чем через слой огнеупорной футеровки 2. Но образование гарнисажа на охлаждаемых поверхностях позволяет снизить тепловые потери.The use of cooled caissons 7 in the reaction zone 3 and settling zone 4 allows you to provide the necessary duration of the furnace, which is impossible when using the lining without caissons. The heat fluxes through the cooled caissons 7, which are lined with the internal walls of the furnace, are higher than through the layer of refractory lining 2. But the formation of a skull on cooled surfaces can reduce heat loss.

На уровне подины 15 печи предусмотрена летка 14 (шпур) для полного выпуска расплава печи при остановке.At the level of the hearth 15 of the furnace, a notch 14 (hole) is provided for the complete release of the furnace melt at a stop.

Шлако-металлический расплав является оборотным, т.к. содержит в шлаковой составляющей недовосстановленные оксиды алюминия и кремния. Поэтому шлако-металлический расплав сливается через соответствующее выпускное отверстие 13 в ковш, который поднимается подъемным краном для заливки указанного шлако-металлического расплава обратно в печь, в область реакционной зоны 3, через специальный сифонный карман 16.Slag-metal melt is reverse, because contains in the slag component unreduced oxides of aluminum and silicon. Therefore, the slag-metal melt is drained through the corresponding outlet 13 into a ladle, which is lifted by a crane to pour the specified slag-metal melt back into the furnace, into the region of the reaction zone 3, through a special siphon pocket 16.

Реализацию способа рассмотрим на примере работы печей, изображенных на Фиг.1 и Фиг.3.The implementation of the method will be considered on the example of the operation of the furnaces depicted in figure 1 and figure 3.

Алюмосиликатные материалы и уголь из соответствующих бункеров с помощью весовых дозаторов подаются на один конвейер. Загрузка шихты в печь по первому конструктивному варианту производится через люки 10 (течки) в своде ванны, при этом жесткие требования к гранулометрическому составу шихтовых материалов отсутствуют, и нет необходимости в сортировке материалов по размеру. По второму конструктивному варианту, при использовании мелкодисперсной шихты, измельченные алюмосиликаты в смеси с мелким углем или угольной пылью вдуваются азотом в шлако-металлический расплав через верхний ряд фурм 11. Перед загрузкой не требуется предварительно смешивать шихтовые материалы. Смешивание обеспечивается непосредственно в шлако-металлической ванне за счет ее интенсивного барботажа в реакционной зоне 3 потоками реакционных газов.Aluminosilicate materials and coal from the respective bunkers are fed to a single conveyor using weigh batchers. The charge is loaded into the furnace according to the first constructive option through the hatches 10 (estrus) in the roof of the bath, while there are no strict requirements for the particle size distribution of the charge materials, and there is no need to sort the materials by size. According to the second constructive option, when using a fine mixture, the crushed aluminosilicates in a mixture with fine coal or coal dust are blown with nitrogen into the slag-metal melt through the upper row of tuyeres 11. Before loading, it is not necessary to pre-mix the charge materials. Mixing is provided directly in the slag-metal bath due to its intensive bubbling in the reaction zone by 3 flows of reaction gases.

В ванну печи через нижние фурмы 8, находящиеся под слоем шлако-металлического расплава, вдувается смесь топлива и кислорода. Потоки реакционных газов обеспечивают необходимый по мощности барботаж шлако-металлического расплава.A mixture of fuel and oxygen is blown into the furnace bath through the lower tuyeres 8, which are under a layer of slag-metal melt. The flow of reaction gases provides the necessary power for bubbling slag-metal melt.

Алюмосиликатные материалы, попадая в слой барботируемой потоками реакционных газов смеси шлака и металла, содержащей уголь, плавятся. Оксиды алюминия и кремния восстанавливаются углеродом угля. Основная часть алюминия и кремния, получаемых при восстановлении, в виде капелек металла под действием более низкой, по сравнению со шлаковой составляющей расплава, плотности всплывают на поверхность ванны, где вследствие барботажа находятся в смеси со шлаковой фазой. Часть восстановленных алюминия и кремния остаются растворенными в шлаковой фазе во всем объеме расплава печи. Таким образом, в реакционной зоне 3 печи по вертикали образуется два слоя расплавов:Aluminosilicate materials, getting into the layer of a mixture of slag and a metal containing coal sparged by the flows of reaction gases, melt. Oxides of aluminum and silicon are reduced by carbon carbon. The bulk of the aluminum and silicon obtained by reduction, in the form of metal droplets under the action of a lower density compared to the slag component of the melt, float to the surface of the bath, where they are mixed with the slag phase due to bubbling. Part of the reduced aluminum and silicon remain dissolved in the slag phase in the entire volume of the furnace melt. Thus, in the reaction zone 3 of the furnace vertically, two layers of melts are formed:

1) слой спокойной смеси шлака и алюминий-кремниевого сплава между подиной 15 печи и нижними фурмами 8;1) a layer of a calm mixture of slag and aluminum-silicon alloy between the hearth 15 of the furnace and the lower tuyeres 8;

2) слой барботируемой потоками реакционных газов смеси шлака и алюминий-кремниевого сплава между нижними фурмами 8 и газовой фазой.2) a layer of a mixture of slag and aluminum-silicon alloy sparged by the flows of reaction gases between the lower tuyeres 8 and the gas phase.

В зоне отстаивания 4, в отсутствие барботажа, шлако-металлический слой, перетекающий из реакционной зоны, расслаивается на раздельные фазы: верхний слой - алюминий-кремниевый сплав, и нижний слой - шлак с частично растворенными восстановленными металлами. Вследствие более низкой плотности алюминий-кремниевый сплав формирует самую верхнюю фазу.In settling zone 4, in the absence of bubbling, the slag-metal layer flowing from the reaction zone is stratified into separate phases: the upper layer is aluminum-silicon alloy, and the lower layer is slag with partially dissolved reduced metals. Due to the lower density, the aluminum-silicon alloy forms the uppermost phase.

Таким образом, в зоне отстаивания 4 образуются два спокойных слоя расплавов:Thus, in the zone of sedimentation 4, two calm layers of melts are formed:

1) нижний слой - шлако-металлический расплав;1) the bottom layer is a slag-metal melt;

2) верхний слой - алюминий-кремниевый сплав.2) the top layer is aluminum-silicon alloy.

Рассмотрим отдельно назначение каждой зоны по слоям и процессы, в них протекающие.Let us consider separately the purpose of each zone in layers and the processes taking place in them.

Реакционная зона - слой спокойной смеси шлака и алюминий-кремниевого сплава. Этот слой занимает объем между подиной 15 печи и высотой ниже топливно-кислородных фурм 8. В этом слое не происходят никакие реакции.The reaction zone is a layer of a calm mixture of slag and aluminum-silicon alloy. This layer occupies a volume between the hearth 15 of the furnace and a height below the fuel-oxygen tuyeres 8. No reactions occur in this layer.

Реакционная зона - слой барботируемой смеси шлака и алюминий-кремниевого сплава. Слой барботируемой потоками реакционных газов смеси шлака и алюминий-кремниевого сплава расположен выше уровня спокойной смеси вплоть до газовой фазы. Высота его определяется уровнем газонасыщенности. Граница между спокойным слоем и барботируемой потоками реакционных газов смесью шлака и алюминий-кремниевого сплава является относительно условной.The reaction zone is a layer of bubbled mixture of slag and aluminum-silicon alloy. A layer of a mixture of slag and aluminum-silicon alloy sparged by the flows of reaction gases is located above the level of a calm mixture up to the gas phase. Its height is determined by the level of gas saturation. The boundary between the still layer and the mixture of slag and aluminum-silicon alloy sparged by the flow of reaction gases is relatively arbitrary.

В этом слое протекают все основные физико-химические процессы взаимодействия кислорода дутья с топливом и восстановление алюминия и кремния углеродом угля. Хотя в этом слое шлако-металлический расплав активно перемешивается потоками реакционных газов, тем не менее равномерно замешать в нем уголь невозможно. Это связано как с большим различием в плотностях угля и шлако-металлического расплава, так и с несмачиваемостью угля шлако-металлическим расплавом. В нижней части барботируемого слоя находится область с окислительным потенциалом, постепенно переходящая в полностью восстановительную в самой верхней части.In this layer, all the main physicochemical processes of the interaction of oxygen in the blast with fuel and the reduction of aluminum and silicon by carbon carbon occur. Although the slag-metal melt in this layer is actively mixed by the flows of reaction gases, it is impossible to evenly mix coal in it. This is due to both the large difference in the densities of coal and slag-metal melt, and the non-wettability of coal by slag-metal melt. In the lower part of the bubbling layer there is a region with an oxidizing potential, which gradually turns into a completely reducing one in the very upper part.

В верхней части слоя шлако-металлического расплава, барботируемого потоками реакционных газов, количество замешанного угля возрастает по высоте, и наивысшая концентрация его наблюдается вблизи поверхности, на границе раздела газовой фазы и расплава. Именно здесь протекают основные физико-химические процессы восстановления алюминия и кремния.In the upper part of the slag-metal melt layer sparged by the flows of reaction gases, the amount of mixed coal increases in height, and its highest concentration is observed near the surface, at the interface between the gas phase and the melt. It is here that the main physicochemical processes of reduction of aluminum and silicon take place.

Подаваемый сверху через загрузочные люки 10 (по первому конструктивному варианту печи) или вдуванием через верхний ряд фурм 11 (по второму конструктивному варианту) в реакционную зону 3 алюмосиликатный материал расплавляется и растворяется в барботируемом шлако-металлическом расплаве. Одновременно происходит прямое восстановление алюминия и кремния, а также элементов-примесей, как фиксированным углеродом угля, так и пиролитическим углеродом летучих угля.The aluminosilicate material fed from above through loading hatches 10 (according to the first structural variant of the furnace) or by blowing through the upper row of tuyeres 11 (according to the second structural variant) into reaction zone 3 is melted and dissolved in a bubbling slag-metal melt. At the same time, direct reduction of aluminum and silicon, as well as impurity elements occurs, both with fixed carbon of coal and with pyrolytic carbon of volatile coal.

Кроме того, в этой зоне происходит испарение и переход в газовую фазу летучих компонентов шихты. Таким образом, за состав получаемых продуктов плавки отвечает именно реакционная зона 3 печи с барботируемой потоками реакционных газов смесью шлака и алюминий-кремниевого сплава.In addition, in this zone, evaporation and the transition to the gas phase of the volatile components of the charge occurs. Thus, the reaction zone 3 of the furnace with a mixture of slag and aluminum-silicon alloy sparged by the flow of reaction gases is responsible for the composition of the obtained melting products.

Зона отстаивания. Основным процессом, протекающим в зоне отстаивания 4, является расслаивание шлако-металлического расплава с выделением алюминий-кремниевого сплава в верхний слой зоны.Zone of sedimentation. The main process taking place in the settling zone 4 is the separation of the slag-metal melt with the release of aluminum-silicon alloy in the upper layer of the zone.

Для раздельного выпуска алюминий-кремниевого сплава и шлако-металлического расплава применяются соответствующие выпускные отверстия 12 и 13 - летки, - которые обеспечивают непрерывный выпуск продуктов плавки со скоростью, соответствующей производительности агрегата. При малой производительности выпуск может быть периодическим.For the separate release of aluminum-silicon alloy and slag-metal melt, the corresponding outlet openings 12 and 13 are used - letlets - which provide continuous release of melting products at a speed corresponding to the unit's output. With low productivity, output may be periodic.

Температура алюминий-кремниевого сплава на выходе из печи составляет примерно 1900-2000°С. Сплав направляется на охлаждение до температуры эвтектики для кристаллизации кремния из сплава до уровня содержания примерно 12-13% (масс.).The temperature of the aluminum-silicon alloy at the outlet of the furnace is approximately 1900-2000 ° C. The alloy is sent to cool to a eutectic temperature to crystallize silicon from the alloy to a level of about 12-13% (mass.).

Полученный сплав может быть использован в металлургическом производстве для получения силуминов различного состава смешиванием с технически чистым электролитическим алюминием и соответствующими лигатурами, может быть отправлен на дополнительную очистку различными методами рафинирования для получения технически чистого алюминия.The resulting alloy can be used in metallurgical production to obtain silumins of various compositions by mixing with technically pure electrolytic aluminum and the corresponding alloys, and can be sent for additional purification by various refining methods to obtain technically pure aluminum.

Шлако-металлический расплав, получаемый при работе печи, содержит в шлаковой составляющей недовосстановленные оксиды алюминия и кремния, поэтому является оборотным и заливается обратно в реакционную зону 3 агрегата.The slag-metal melt obtained during the operation of the furnace contains unreduced aluminum and silicon oxides in the slag component, therefore, it is reverse and is poured back into the reaction zone 3 of the unit.

Выделяющиеся из печи технологические газы при температуре в пределах 2000°С отводятся через окно с водоохлаждаемым газоходом 9 (аптейком) в камеру дожигания. Там они дожигаются за счет подаваемого воздуха или кислорода и поступают в котел-утилизатор, где охлаждаются до 220°С, после чего поступают в газоочистку и выбрасываются в атмосферу через дымовую трубу.Process gases released from the furnace at a temperature within 2000 ° C are discharged through a window with a water-cooled gas duct 9 (pharmacy) into the afterburner. There, they are burned out at the expense of the supplied air or oxygen and enter the waste heat boiler, where they are cooled to 220 ° C, after which they enter the gas treatment and are released into the atmosphere through the chimney.

За счет утилизации тепла отходящих из печи технологических газов в котле-утилизаторе вырабатывается пар энергетических параметров.By utilizing the heat of the process gases leaving the furnace, a pair of energy parameters is generated in the waste heat boiler.

Claims (6)

1. Способ производства алюминий-кремниевых сплавов восстановлением алюмосиликатов углеродом в ванне расплава, включающий подачу шихты, содержащей оксиды алюминия и кремния и уголь, и энергии, достаточной для расплавления шихты и восстановления оксидов до металла с образованием алюминиево-кремниевого сплава, выпуск сплава и шлака и отходящих газов, отличающийся тем, что в качестве восстановителя используют уголь, подаваемый в составе шихты, а весь объем ванны расплава по горизонтали разделяют на реакционную зону и зону отстаивания, подачу энергии осуществляют путем подачи топливо-кислородного дутья в нижнюю часть реакционной зоны с обеспечением достижения требуемой температуры и перемешивания расплава за счет барботирования его подаваемым дутьем и газами, образующимися в результате коксования угля, восстановления оксидов алюминия и кремния, частичного окисления углерода коксового остатка и сгорания топлива, причем выпуск сплава производят из верхней части зоны отстаивания, а шлаковый расплав отводят из нижней части зоны отстаивания и загружают его вновь в верхнюю часть реакционной зоны для до восстановления, при этом отходящие газы выводят из ванны и дожигают в камере дожигания перед котлом-утилизатором.1. Method for the production of aluminum-silicon alloys by reduction of aluminosilicates by carbon in a melt pool, comprising supplying a mixture containing aluminum and silicon oxides and coal, and energy sufficient to melt the mixture and reduce oxides to metal with the formation of an aluminum-silicon alloy, the release of alloy and slag and exhaust gases, characterized in that as the reducing agent use coal supplied in the composition of the mixture, and the entire volume of the melt pool is horizontally divided into a reaction zone and a settling zone, for energy, it is carried out by supplying fuel-oxygen blast to the lower part of the reaction zone to ensure that the required temperature is reached and the melt is stirred by sparging it with supplied blast and gases resulting from coking of coal, reduction of aluminum and silicon oxides, partial oxidation of carbon of the coke residue and combustion fuel, and the alloy is produced from the upper part of the settling zone, and the slag melt is removed from the lower part of the settling zone and re-loaded into the upper Part of the reaction zone to recovery, while the exhaust gases are removed from the bath and afterburning in the afterburning chamber before the recovery boiler. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу крупнокусковой шихты осуществляют загрузкой сверху в реакционную зону непосредственно на поверхность расплава.2. The method according to claim 1, characterized in that the supply of lump mixture is carried out by loading from above into the reaction zone directly on the surface of the melt. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что подачу мелкодисперсной шихты осуществляют вдуванием ее азотом в реакционную зону в верхнюю часть расплава.3. The method according to claim 1, characterized in that the supply of finely dispersed charge is carried out by blowing it with nitrogen into the reaction zone in the upper part of the melt. 4. Печь для производства алюминий-кремниевых сплавов восстановлением алюмосиликатов углеродом в ванне расплава, содержащая футерованную ванну с охлаждаемыми кессонами, окно с газоходом для отвода технологических газов, узел подачи шихты, фурмы и выпускные отверстия в виде леток для выпуска сплава и шлакового расплава, отличающаяся тем, что ванна по горизонтали разделена на реакционную зону и зону отстаивания, фурмы для подачи топливно-кислородной смеси выполнены в нижней части реакционной зоны, выпускное отверстие для выпуска сплава выполнено в верхней части зоны отстаивания, выпускное отверстие для выпуска шлакового расплава выполнено в нижней части зоны отстаивания, а газоход для отвода технологических газов соединен с камерой дожигания и котлом-утилизатором.4. Furnace for the production of aluminum-silicon alloys by the reduction of aluminosilicates by carbon in a melt bath, containing a lined bath with cooled caissons, a window with a gas duct for the removal of process gases, a charge supply unit, tuyeres, and outlet openings in the form of notches for the release of alloy and slag melt, characterized the fact that the bath is horizontally divided into a reaction zone and a settling zone, tuyeres for supplying a fuel-oxygen mixture are made in the lower part of the reaction zone, an outlet for releasing the alloy it is filled in the upper part of the settling zone, the outlet for the release of slag melt is made in the lower part of the settling zone, and the gas duct for the removal of process gases is connected to the afterburner and the recovery boiler. 5. Печь по п.4, отличающаяся тем, что узел подачи крупнокусковой шихты выполнен в виде загрузочных люков - течек шлюзовой конструкции в верхней части печи.5. The furnace according to claim 4, characterized in that the feed unit of the lump mixture is made in the form of loading hatches - leakage locks in the upper part of the furnace. 6. Печь по п.4, отличающаяся тем, что узел подачи мелкодисперсной шихты выполнен в виде фурм, расположенных в стенках реакционной зоны выше фурм для подачи топливно-кислородного дутья и связанных с устройством подачи азота и шихты. 6. The furnace according to claim 4, characterized in that the fine charge feed unit is made in the form of tuyeres located in the walls of the reaction zone above the tuyeres for supplying oxygen-fuel blast and associated with the nitrogen and charge supply device.
RU2011134649/02A 2011-08-18 2011-08-18 Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end RU2484165C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134649/02A RU2484165C2 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011134649/02A RU2484165C2 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011134649A RU2011134649A (en) 2013-02-27
RU2484165C2 true RU2484165C2 (en) 2013-06-10

Family

ID=48785946

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011134649/02A RU2484165C2 (en) 2011-08-18 2011-08-18 Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2484165C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570142C1 (en) * 2014-11-20 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" Method for production of cast aluminium-silicon composite alloy

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3420902A1 (en) * 1983-06-14 1984-12-20 ASEA AB, Västeraas OVEN ARRANGEMENT FOR MELTING METALS OR METAL ALLOYS
SU1133467A1 (en) * 1983-07-13 1985-01-07 Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН ЛатвССР Metallurgical furnace for preparing silumin
FR2688580A1 (en) * 1992-03-13 1993-09-17 Leybold Durferrit Gmbh INDUCTION OVEN FOR MELTING AND CASTING OF MATERIALS IN A NON - REACTIVE ATMOSPHERE.
RU2010881C1 (en) * 1991-12-29 1994-04-15 Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" Process of producing aluminum-silicon alloys
RU2148670C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-10 Коршунов Евгений Алексеевич Method of aluminum-silicon alloy production
RU2207476C2 (en) * 2001-05-14 2003-06-27 Коршунов Евгений Алексеевич Melting unit

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3420902A1 (en) * 1983-06-14 1984-12-20 ASEA AB, Västeraas OVEN ARRANGEMENT FOR MELTING METALS OR METAL ALLOYS
SU1133467A1 (en) * 1983-07-13 1985-01-07 Специальное конструкторское бюро магнитной гидродинамики Института физики АН ЛатвССР Metallurgical furnace for preparing silumin
RU2010881C1 (en) * 1991-12-29 1994-04-15 Акционерное общество открытого типа "Братский алюминиевый завод" Process of producing aluminum-silicon alloys
FR2688580A1 (en) * 1992-03-13 1993-09-17 Leybold Durferrit Gmbh INDUCTION OVEN FOR MELTING AND CASTING OF MATERIALS IN A NON - REACTIVE ATMOSPHERE.
RU2148670C1 (en) * 1999-03-24 2000-05-10 Коршунов Евгений Алексеевич Method of aluminum-silicon alloy production
RU2207476C2 (en) * 2001-05-14 2003-06-27 Коршунов Евгений Алексеевич Melting unit

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2570142C1 (en) * 2014-11-20 2015-12-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Уральский государственный горный университет" Method for production of cast aluminium-silicon composite alloy

Also Published As

Publication number Publication date
RU2011134649A (en) 2013-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1317398C (en) Start method for directly smelting technology
KR20010071627A (en) Direct smelting vessel and direct smelting process
RU2586350C2 (en) Method of treating carbonaceous bulk material
AU2007204927B2 (en) Use of an induction furnace for the production of iron from ore
RU2682192C1 (en) Smelting method and device
CN201583139U (en) Smelting furnace group capable of efficiently and continuously producing reborn aluminium alloy
RU2484165C2 (en) Method of producing aluminium-silicon alloys and smelting-reducing hearth furnace to this end
US6210463B1 (en) Process and apparatus for the continuous refining of blister copper
CA2928766C (en) Smelting apparatus and method of using the same
AU2004201935B2 (en) Metallurgical reactor for the production of cast iron
CN105463211B (en) A kind of anode refining method of the shallow oxidation without reduction for being used to handle high impurity crude copper
US20090230598A1 (en) Co-Production of Steel, Titanium and High Grade Oxide
RU2283359C1 (en) Method and device for processing raw lead material
CN1320128C (en) Direct smelting container
ITUD960218A1 (en) ELECTRIC ARC FURNACE AND RELATED CONTINUOUS MELTING PROCESS
US3689251A (en) Reduction of solid iron ore to hot metallic iron in a rotary kiln-flash heater-rotary reactor complex
Habashi Fire and the art of metals: a short history of pyrometallurgy
US4307872A (en) Apparatus for reducing ore
RU2815145C1 (en) Iron reduction unit
RU2089618C1 (en) Method for production of iron-carbon product and device for its embodiment
RU2060286C1 (en) Method for smelting of sulfide materials in melt
KR890004535B1 (en) Minimum-energy process for carbothermic reduction of alumina
RU2652905C1 (en) Method of obtaining aluminium-silicon alloys
RU2618297C1 (en) Method of cast iron manufacture by the romelt process of liquid phase recovery
RU2152436C2 (en) Method of melting materials in molten-metal bath and furnace for realization of this method

Legal Events

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

Effective date: 20150819