RU2040548C1

RU2040548C1 - Two-zone reactor for treating materials

Info

Publication number: RU2040548C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Тимофеевич Неклеса; Георгий Васильевич Горюнов; Анатолий Юрьевич Юров; Виктор Григорьевич Шеметухин; Сергей Васильевич Сергеев; Александр Михайлович Власов; Иван Павлович Данилюк
Original assignee: Анатолий Тимофеевич Неклеса; Георгий Васильевич Горюнов; Анатолий Юрьевич Юров; Виктор Григорьевич Шеметухин; Сергей Васильевич Сергеев; Александр Михайлович Власов; Иван Павлович Данилюк
Priority date: 1991-07-26
Filing date: 1991-07-26
Publication date: 1995-07-25

Abstract

FIELD: plasma engineering. SUBSTANCE: reactor has melting chamber with plasma generators arranged at the bottom part, outlet for gas discharging, and charging hopper for dust-like materials having conical bottom part. The through passageway is made in the side of the reactor in horizontal plane of plasma generators perpendicular to their axes. The passageway connects the internal space of the reactor with the charging hopper for dust-like materials wherein a conical piston is mounted. The piston is connected with a reciprocation mechanism through a metallic tie. The adapting conical passageway of the hopper is provided with a valve coupled with the actuator of the mechanism for overlapping the opening when conical piston moves. EFFECT: enhanced efficiency. 2 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к плазменной технологии, в частности к процессам переработки золошлаков и производству из них строительных материалов, а также к металлургии, а именно к процессам восстановления металлов из их окислов. The invention relates to plasma technology, in particular to the processing of ash and slag and the production of building materials from them, as well as to metallurgy, and in particular to the process of reducing metals from their oxides.

Известен реактор для прямого получения металлов и сплавов, содержащий плавильную камеру с плазмотронами в нижней части, газоотвод и загрузочный бункер пылевидных материалов с конусной нижней частью, соединенный с плавильной камерой сквозным отверстием. Known reactor for the direct production of metals and alloys, containing a melting chamber with plasmatrons in the lower part, a gas outlet and a hopper of pulverized materials with a conical lower part, connected to the melting chamber through hole.

Недостатком известного решения является низкий коэффициент использования пыли, связанный с высоким пылеуносом, а также отсутствие возможности введения дополнительного расхода пыли. A disadvantage of the known solution is the low dust utilization associated with high dust extraction, as well as the inability to introduce an additional dust consumption.

Цель изобретения расширение диапазона применения, уменьшение выноса пыли и повышение коэффициента использования пылевидных материалов. The purpose of the invention is the expansion of the range of application, reduction of dust and increase the coefficient of use of dusty materials.

Цель достигается тем, что реактор выполнен с герметичным теплоизолированным бункером-дозатором и осью вращения, на которую выведен газоотвод, а загрузочный бункер снабжен коническим поршнем и соединенным с ним металлической тягой механизмом возвратно-поступательного перемещения, при этом сквозной канал, соединяющий плавильную камеру с загрузочным бункером, расположен в боковой стенке в одной горизонтальной плоскости с плазмотронами и перпендикулярно их осям. Реактор снабжен клапаном, размещенным в конусной части загрузочного бункера и соединенным с исполнительным механизмом перекрытия загрузочного отверстия при перемещении конического поршня. The goal is achieved in that the reactor is made with a sealed insulated metering hopper and an axis of rotation, to which the gas outlet is led, and the loading hopper is equipped with a conical piston and a reciprocating movement connected to it by a metal rod, while the through channel connecting the melting chamber to the loading hopper located in the side wall in the same horizontal plane with the plasma torches and perpendicular to their axes. The reactor is equipped with a valve located in the conical part of the loading hopper and connected to the actuating mechanism of overlapping the loading hole when moving the conical piston.

На чертеже представлен двухзонный плазменный реактор для обработки материалов. The drawing shows a dual-zone plasma reactor for processing materials.

Реактор 1 содержит плавильную камеру 2 с установленными в ее нижней части оппозитно друг другу плазмотронами 3. В верхней части реактора размещена камера предварительной обработки материалов, выполненная в виде теплоизолированного герметичного бункера-дозатора 4 с системой 5 перегрузки материала из бункера 4 в плавильную зону 2 и системой загрузки 6 материала в реактор. В верхней части бункера 4 установлен газоотвод 7, выведенный на ось вращения реактора. В боковой стенке реактора через футеровку 8 и корпус 9 выполнен сквозной канал 10 и горизонтальной плоскости с плазмотронами, перпендикулярно их осям. Канал 10 соединяет внутреннюю полость плавильной камеры 2 с герметичным бункером 11 для загрузки пылевидных материалов 12. Внутри канала 10 установлен конический поршень 13, соединенный металлической тягой 14 с механизмом 15 возвратно-поступательного перемещения. В переходном коническом канале 16 бункера 11 установлен клапан 17, соединенный тягой 18 с исполнительным механизмом 19 перекрытия конического канала 10 при перемещении поршня 13. The reactor 1 comprises a melting chamber 2 with plasmatrons 3 mounted opposite its each other in its lower part. A material pre-treatment chamber is placed in the upper part of the reactor, made in the form of a thermally insulated hermetic metering hopper 4 with a system 5 for transferring material from the hopper 4 to the melting zone 2 and a system for loading 6 material into the reactor. In the upper part of the hopper 4, a gas outlet 7 is installed, displayed on the axis of rotation of the reactor. A through channel 10 and a horizontal plane with plasmatrons perpendicular to their axes are made in the side wall of the reactor through the lining 8 and body 9. Channel 10 connects the internal cavity of the melting chamber 2 with a sealed hopper 11 for loading dusty materials 12. Inside the channel 10 there is a conical piston 13 connected by a metal rod 14 to the reciprocating movement mechanism 15. In the transitional conical channel 16 of the hopper 11, a valve 17 is installed, connected by a rod 18 to the actuator 19 of the overlap of the conical channel 10 when moving the piston 13.

Свободный ход поршня 13 от стенки 20 составляет 0,7-0,85 длины сквозного канала 10, для исключения контакта поршня с расплавом. В результате взаимодействия горячего расплава с пылью в канале 10 образуется корочка 21, препятствующая проникновению расплава в канал 10. Бункер имеет крышку 22. The free travel of the piston 13 from the wall 20 is 0.7-0.85 of the length of the through channel 10, to exclude the contact of the piston with the melt. As a result of the interaction of the hot melt with dust in the channel 10, a crust 21 is formed, preventing the penetration of the melt into the channel 10. The hopper has a lid 22.

Реактор работает следующим образом. The reactor operates as follows.

Разогревают реактор до 1300^оС и загружают исходные шихтовые материалы в бункер-дозатор 4, системой перегрузки 5 перегружают шихту в плавильную зону 2, загружают бункер-дозатор 4, загружают пылевидным материалами бункер 11, закрывают герметично крышку 22, при этом загрузку пылевидных материалов ведут при открытом клапане 17 и положении поршня 13 в крайнем правом. После окончании загрузки загрузочной системой 6 перекрывают загрузочный люк, совершают одно поступательное перемещение поршня 13 и выводят поршень 13 в крайнее правое положение. Подают на плазмотроны 3 энергоносители и в каналах плазмотронов 3 возбуждают дуговые разряды. После выхода плазмотронов на рабочий режим осуществляют плавку шихтовых материалов в плавильной камере 2. Отходящие из плавильной зоны газы подготавливаются в подбункерном пространстве и, фильтруясь через слой шихты в бункере 4, предварительно нагревают и обрабатывают исходные материалы.Preheat reactor to 1300 ^{° C} and charged with initial charge materials in the hopper 4, over 5 system overload batch into the melting zone 2 are charged hopper 4 is charged pulverized material hopper 11 is sealed cover 22, the load of pulverulent materials are with the valve 17 open and the position of the piston 13 in the far right. After the download is completed, the loading system 6 closes the loading hatch, performs one translational movement of the piston 13 and displays the piston 13 in the extreme right position. Energy carriers are supplied to plasmatrons 3 and arc discharges are excited in the channels of plasmatrons 3. After the plasmatrons enter the operating mode, the charge materials are melted in the melting chamber 2. The gases leaving the melting zone are prepared in the bunker space and, being filtered through the charge layer in the bunker 4, the raw materials are preheated and processed.

После появления расплава в плавильной камере 2 и достижения уровня, при котором перекрывается срез сопел плазмотронов 3, начинают вводить пылевидный материал 12 из бункера 11. Для этого включают механизм 15, который, совершая возвратно-поступательное движение через тягу 14, перемещает поршень 13 от стенки 20 на 0,7-0,85 длины канала 10. Одновременно с подачей поршня 13 в плавильную камеру 2 исполнительный механизм 19 через тягу 18 клапаном 17 перекрывает канал 16. Перекрытие канала 16 осуществляют для исключения попадания пылевидных материалов при движении поршня в реактор, в пространство между стенкой 20 и задней поверхностью поршня 13. При крайнем правом положении поршня пылевидный материал 12 из бункера 11 ссыпается в канал 10 и при движении поршня вперед выталкивается в месте с оплавленной корочкой 21 в плавильную камеру 2. Процесс подачи пыли в расплав периодически повторяется до полного окончания плавки. При доведении высоты расплава до заданного уровня процесс подачи пыли прекращается и расплав доводится до требуемых технологических параметров. Затем готовые продукты плавки из реактора сливают, подготовленную шихту из бункера 4 перегружают в плавильную камеру 2, загружают бункер 4, догружают пылью бункер 11, включают плазмотроны и далее процесс повторяется. After the appearance of the melt in the melting chamber 2 and reaching a level at which the nozzle section of the plasmatrons 3 is blocked, the pulverized material 12 is introduced from the hopper 11. For this, the mechanism 15 is turned on, which, reciprocating through the rod 14, moves the piston 13 from the wall 20 by 0.7-0.85 of the length of the channel 10. Simultaneously with the supply of the piston 13 to the melting chamber 2, the actuator 19 through the rod 18 by the valve 17 closes the channel 16. The channel 16 is closed to prevent dusty materials from moving the piston into the reactor, into the space between the wall 20 and the rear surface of the piston 13. At the extreme right position of the piston, the pulverized material 12 from the hopper 11 is poured into the channel 10 and when the piston moves forward it is pushed out in the place with the melted crust 21 into the melting chamber 2. Dust feeding process the melt is periodically repeated until the melting is complete. When the melt height is brought to a predetermined level, the dust supply process stops and the melt is brought to the required process parameters. Then, the finished smelting products from the reactor are drained, the prepared charge from the hopper 4 is reloaded into the melting chamber 2, the hopper 4 is loaded, the hopper 11 is dusted, the plasmatrons are turned on, and then the process is repeated.

П р и м е р 1. В реакторе были переработаны золошлаки тепловой электростанции Приднепровской ГРЭС. PRI me R 1. In the reactor were processed ash and slag of a thermal power plant Pridneprovskaya GRES.

Нагревали реактор до Т 1200-1300^оС, загружали в бункер-дозатор 0,5 т золошлаков, перегружали их в плавильную камеру и загружали 0,5 т золошлаков в бункер-дозатор. В бункер пылевидного сырья загружали 0,1 т пылевидной золы и запускали два плазмотрона мощностью по 0,5 мВт. По параметрам работы плазмотронов фиксировали уровень расплава в камере и при достижении его высоты, равной расстоянию от дна реактора до верхней кромки сопла, начинали вводить пылевидную золу в расплав. За одно перемещение поршня вводили до 3 кг золы. Учитывая то, что расплав появлялся через 10-15 мин работы плазмотронов, то за всю плавку длительностью 30-35 мин в расплав дополнительно вводилось около 60 кг пылевидной золы. После окончания ввода пыли в реактор плазмотроны работали в течение 5 мин и расплав из реактора сливался в формы. Затем перегружали золошлак из бункера-дозатора в плавильную камеру, догружали бункер пылевидных материалов, включали плазмотроны и далее процесс повторялся. Длительность последующих плавок в связи с предварительным нагревом исходного сырья составляла 20-25 мин, однако расход пыли не снизился, так как процесс появления первого расплава сократился до 4-7 мин.The reactor was heated to T 1200-1300 ^о С, 0.5 tons of ash and slag were loaded into the bunker, loaded into the melting chamber and 0.5 tons of ash and slag were loaded into the bunker. 0.1 tons of pulverized ash were loaded into the pulverized feed bin and two plasmatrons with a capacity of 0.5 mW were launched. According to the parameters of the plasma torches, the melt level in the chamber was recorded, and when it reached a height equal to the distance from the bottom of the reactor to the upper edge of the nozzle, dusty ash began to be introduced into the melt. Up to 3 kg of ash was introduced per piston movement. Considering that the melt appeared after 10-15 minutes of operation of the plasma torches, for the entire smelting lasting 30-35 minutes, about 60 kg of pulverized ash was additionally introduced into the melt. After the introduction of dust into the reactor, the plasma torches worked for 5 minutes and the melt from the reactor merged into molds. Then the ash and slag were loaded from the metering hopper into the melting chamber, the dust hopper was loaded, the plasmatrons were turned on, and then the process was repeated. The duration of subsequent melts in connection with the preliminary heating of the feedstock was 20–25 min, but the dust consumption did not decrease, since the process of the appearance of the first melt was reduced to 4–7 min.

П р и м е р 2. Аналогично проводили восстановительные плавки железорудных окатышей. В бункер пылевидных материалов загружали железорудный пылевидный шлам. В результате получали железные слитки. Производительность по готовому продукту составила 0,8 т/ч. PRI me R 2. Similarly spent reducing smelting of iron ore pellets. An iron ore dust slurry was charged into the dust bin. The result was iron ingots. Productivity of the finished product was 0.8 t / h.

В идентичных условиях проведены сопоставительные плавки в реакторе по прототипу и предлагаемому. Результаты сопоставительных плавок приведены в таблице. Under identical conditions, comparative melting was carried out in the reactor according to the prototype and proposed. The results of comparative swimming trunks are given in the table.

Таким образом, предлагаемый реактор позволяет перерабатывать не только специально подготовленную шихту, но также и пылевидные материалы, при этом на 7-15% возрастает производительность процесса по конечному продукту, а коэффициент использования пыли (весовое отношение пылевидных материалов к исходной шихте) возрастает до 0,15. Thus, the proposed reactor allows you to process not only specially prepared charge, but also dusty materials, while the process productivity of the final product increases by 7-15%, and the dust utilization factor (weight ratio of dusty materials to the initial charge) increases to 0, fifteen.

Claims

1. TWO-ZONE REACTOR FOR PROCESSING MATERIALS, comprising a melting chamber with plasmatrons in the lower part, a gas outlet and a hopper of pulverized materials with a conical lower part, connected to the melting chamber with a through hole, characterized in that the reactor is made with a sealed heat-insulated metering hopper and an axis of rotation , to which the gas outlet is led, and the loading hopper is equipped with a conical piston and a reciprocating movement connected to it by a metal rod, while through The channel connecting the melting chamber with the loading hopper is located in the side wall in the same horizontal plane with the plasma torches and perpendicular to their axes.

2. The reactor according to claim 1, characterized in that the reactor is equipped with a valve located in the conical part of the feed hopper and connected to an actuator for closing the feed opening when moving the conical piston.