RU2572667C1 - Plant for metal-thermal reduction of earth metals - Google Patents
Plant for metal-thermal reduction of earth metals Download PDFInfo
- Publication number
- RU2572667C1 RU2572667C1 RU2014129406/02A RU2014129406A RU2572667C1 RU 2572667 C1 RU2572667 C1 RU 2572667C1 RU 2014129406/02 A RU2014129406/02 A RU 2014129406/02A RU 2014129406 A RU2014129406 A RU 2014129406A RU 2572667 C1 RU2572667 C1 RU 2572667C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- reaction chamber
- vacuum
- condensate
- loading
- Prior art date
Links
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title description 16
- 239000002184 metal Substances 0.000 title description 16
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 title description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 56
- 238000009434 installation Methods 0.000 claims description 30
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 claims description 22
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 20
- 238000011084 recovery Methods 0.000 claims description 15
- 229910052784 alkaline earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 150000001342 alkaline earth metals Chemical class 0.000 claims description 11
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 11
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000009413 insulation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 claims description 5
- 239000011203 carbon fibre reinforced carbon Substances 0.000 claims description 4
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 4
- CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N carbon carbon Chemical compound C.C CREMABGTGYGIQB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 claims 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 abstract 2
- 239000008188 pellet Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 14
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 description 10
- OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N Calcium Chemical compound [Ca] OYPRJOBELJOOCE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L Calcium carbonate Chemical compound [Ca+2].[O-]C([O-])=O VTYYLEPIZMXCLO-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 8
- 229910052791 calcium Inorganic materials 0.000 description 8
- 239000011575 calcium Substances 0.000 description 8
- BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Chemical compound [O-2].[Ca+2] BRPQOXSCLDDYGP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- 239000000292 calcium oxide Substances 0.000 description 7
- ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N calcium oxide Inorganic materials [Ca]=O ODINCKMPIJJUCX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 7
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 5
- 239000004484 Briquette Substances 0.000 description 4
- 229910000019 calcium carbonate Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 3
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 3
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 2
- 238000010494 dissociation reaction Methods 0.000 description 2
- 230000005593 dissociations Effects 0.000 description 2
- 238000001704 evaporation Methods 0.000 description 2
- 239000011261 inert gas Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 2
- 238000007740 vapor deposition Methods 0.000 description 2
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007872 degassing Methods 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 1
- 230000008020 evaporation Effects 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 239000003779 heat-resistant material Substances 0.000 description 1
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 1
- 230000007935 neutral effect Effects 0.000 description 1
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 1
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 239000002994 raw material Substances 0.000 description 1
- 238000005096 rolling process Methods 0.000 description 1
- 239000002893 slag Substances 0.000 description 1
- 239000010959 steel Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Landscapes
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к металлургии и может быть применено в печах для получения щелочно-земельных металлов из их оксидов металлотермическим восстановлением.The invention relates to metallurgy and can be used in furnaces for the production of alkaline earth metals from their oxides by metallothermic reduction.
Известна установка для металлотермического получения кальция RU 2205241, В22В 20/26, опублик. 27.05.2003), которая содержит реакционную камеру в виде реторты из жаропрочного материала, конденсатор, установленный внутри камеры, нагреватель, размещенный снаружи конденсатора, емкость для сбора металла, размещенную внутри реторты загрузочную корзину, а также вакуумную и водоохлаждающую системы, подключенные к реакционной камере. Установка позволяет получить слитки кальция, выращенные из газовой фазы, и монолитные слитки, полученные переплавкой первых. Работа установки включает установку реторты в нагревательную печь, обработку исходных брикетов из смеси карбоната кальция и металлического восстановителя - алюминия в режиме совмещенного процесса диссоциация - восстановление - расплавление, выгрузку вакуумной реторты с полученным твердым конденсатом кальция и отработанными брикетами и ее охлаждение на воздухе в течение 15 часов, извлечение слитка кальция и брикетов после напуска воздуха в реторту.A known installation for metallothermal production of calcium RU 2205241, B22B 20/26, published. May 27, 2003), which contains a reaction chamber in the form of a heat-resistant material retort, a condenser installed inside the chamber, a heater located outside the condenser, a metal collection tank, a loading basket placed inside the retort, as well as a vacuum and water-cooling system connected to the reaction chamber . The installation allows you to get calcium ingots grown from the gas phase, and monolithic ingots obtained by remelting the first. The operation of the installation includes the installation of a retort in a heating furnace, processing of initial briquettes from a mixture of calcium carbonate and a metal reducing agent - aluminum in the mode of a combined process of dissociation - reduction - melting, unloading a vacuum retort with the obtained solid calcium condensate and spent briquettes and cooling it in air for 15 hours, the extraction of an ingot of calcium and briquettes after air inlet into the retort.
Недостаток установки для металлотермического получения кальция связан с ограниченной жаропрочностью и жаростойкостью материалов нагревателей печи и реторты, что делает невозможным получение кальция при температурах до 1350°С, обеспечивающих высокий выход по кальцию, вследствие резкого снижения срока службы нагревателей и интенсивного окисления стальной реторты.The disadvantage of the installation for metallothermal production of calcium is associated with limited heat resistance and heat resistance of the materials of the furnace and retort heaters, which makes it impossible to produce calcium at temperatures up to 1350 ° C, providing a high calcium yield, due to a sharp decrease in the service life of the heaters and the intense oxidation of the steel retort.
Кроме того, введение операции диссоциации карбоната кальция увеличивает продолжительность процесса, требует при непрерывном нагреве в вакууме до температуры восстановления длительного использования мощной вакуумной системы, что повышает затраты на проведение процесса восстановления.In addition, the introduction of the operation of dissociation of calcium carbonate increases the duration of the process, requires continuous heating in vacuum to a temperature of recovery, the long-term use of a powerful vacuum system, which increases the cost of the recovery process.
Известна также установка для металлотермического получения щелочно-земельных металлов (RU 2339716, С22В 26/20, опублик. 27.11.2007). Установка включает реакционную камеру, установленный внутри нее конденсатор, устройство для загрузки и выгрузки исходных и отработанных брикетов, вакуумную систему и систему водяного охлаждения. Реакционная камера представляет собой электропечь с разъемной нижней крышкой с загрузочным столиком для установки тигля с исходными брикетами внутри нагревательного блока. Восстановительный процесс в реакционной камере осуществляется в две стадии. Для алюминотермического восстановления оксида кальция сначала брикеты прогреваются до 400°С в течение 1-2 часов в условиях низкого вакуума при давлении паров газов 10-10 кПа. Затем поднимают температуру до температуры восстановления 1350°С и ведут прогрев до температуры восстановления при постоянной откачке рабочего пространства камеры. При достижении давления не выше 10 Па и температуры 1350°С проводят восстановление оксида кальция алюминием в течение 5 часов. После чего отключают нагрев камеры и напускают аргон до атмосферного давления.Also known installation for metallothermal production of alkaline earth metals (RU 2339716, C22B 26/20, published. 27.11.2007). The installation includes a reaction chamber, a condenser installed inside it, a device for loading and unloading initial and spent briquettes, a vacuum system and a water cooling system. The reaction chamber is an electric furnace with a detachable bottom cover with a loading table for installing the crucible with the initial briquettes inside the heating block. The recovery process in the reaction chamber is carried out in two stages. For aluminothermic reduction of calcium oxide, first the briquettes are heated to 400 ° C for 1-2 hours under low vacuum at a gas vapor pressure of 10-10 kPa. Then, the temperature is raised to a reduction temperature of 1350 ° C and heating to a reduction temperature is carried out with continuous pumping of the working space of the chamber. Upon reaching a pressure of not higher than 10 Pa and a temperature of 1350 ° C, calcium oxide is reduced by aluminum for 5 hours. Then they turn off the heating of the chamber and inject argon to atmospheric pressure.
Недостатком известной установки является увеличение продолжительности восстановительного процесса, проводимого в реакционной камере. Это связано с затратами времени на предварительный прогрев брикетов для удаления выделяющихся из загрузки газов вследствие разложения карбоната кальция, присутствующего в оксиде кальция, с образованием диоксида углерода.A disadvantage of the known installation is to increase the duration of the recovery process carried out in the reaction chamber. This is due to the time spent on preheating the briquettes to remove gases released from the load due to the decomposition of calcium carbonate present in calcium oxide with the formation of carbon dioxide.
Кроме этого, установка предназначена для периодического действия, так как загрузка и выгрузка металла и шлаков проводится в остывшей печи.In addition, the installation is designed for batch operation, since the loading and unloading of metal and slag is carried out in a cooled furnace.
Наиболее близкой по технической сущности является установка для металлотермического получения щелочно-земельных металлов (Микульский А.С. «Вакуумные электрические печи для получения щелочных и щелочно-земельных металлов», М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с. 40-58).The closest in technical essence is the installation for metallothermal production of alkaline earth metals (Mikulsky AS "Vacuum electric furnaces for the production of alkaline and alkaline earth metals", M.-L., Gosenergoizdat, 1962, pp. 40-58) .
Установка включает три герметичные камеры: реакционную камеру и примыкающие к ней с противоположных сторон камеру загрузки и предварительного нагрева брикетов и камеру разгрузки отработанных брикетов. Камеры отделены друг от друга вакуумными затворами, вне реакционной камеры расположен конденсатор для осаждения паров восстанавливаемого металла. Конденсатор связан с реакционной камерой обогреваемым паропроводом, установленным в верхней части камеры. В качестве средств перемещения брикетов по камерам использованы рольганги. Установка снабжена вакуумной системой. Камеры загрузки и выгрузки имеют герметичные вакуумные крышки.The installation includes three pressurized chambers: a reaction chamber and a briquette loading and preheating chamber adjacent to it on opposite sides and a waste briquette unloading chamber. The chambers are separated from each other by vacuum gates; a condenser is located outside the reaction chamber for vapor deposition of the reduced metal. The condenser is connected to the reaction chamber by a heated steam pipe installed in the upper part of the chamber. Rolling tables were used as means for moving briquettes through the chambers. The unit is equipped with a vacuum system. Chambers of loading and unloading have tight vacuum covers.
Предварительный нагрев камеры загрузки осуществляется нагревателями подвесного типа, установленными на загрузочных коробах и соединенными с расположенными на боковых стенках короба контактами для токоподводов.The preheating of the loading chamber is carried out by pendant type heaters installed on the loading boxes and connected to the contacts for current leads located on the side walls of the box.
Нагрев реакционной камеры, представляющей собой электрическую печь сопротивления, обеспечивается трубчатыми нагревателями.The heating of the reaction chamber, which is an electric resistance furnace, is provided by tubular heaters.
Для предотвращения проникания паров в камеры загрузки и разгрузки во время перемещения материалов в реакционную камеру подается инертный газ, и процесс восстановления прекращается. По окончании перемещения в реакционную камеру газ откачивают, и процесс восстановления возобновляется.To prevent the entry of vapors into the loading and unloading chambers during the movement of materials, an inert gas is introduced into the reaction chamber, and the recovery process is stopped. At the end of the transfer to the reaction chamber, the gas is pumped out, and the recovery process is resumed.
Недостаток данной установки заключается в недостаточной производительности установки, связанной, во-первых, с затратами времени, когда на нагреватели не подается электроэнергия, и, во-вторых, с вынужденной остановкой процесса при удалении твердого конденсата с поверхности конденсатора.The disadvantage of this installation is the insufficient productivity of the installation, associated, firstly, with the time spent on the heaters not supplying electricity, and, secondly, with the forced shutdown of the process when removing solid condensate from the surface of the condenser.
В изобретении достигается технический результат, заключающийся в обеспечении непрерывной работы всех узлов установки и снижении затрат на проведение процесса.The invention achieves the technical result, which consists in ensuring the continuous operation of all installation units and reducing the cost of the process.
Указанный технический результат достигается следующим образом.The specified technical result is achieved as follows.
Установка для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов включает вертикально установленную вакуумную реакционную камеру, с противоположных сторон которой расположены вертикальные камера загрузки сырьевых брикетов и камера разгрузки обработанных брикетов.Installation for metallothermal recovery of alkaline earth metals includes a vertically mounted vacuum reaction chamber, on the opposite sides of which are located a vertical chamber for loading raw briquettes and a chamber for unloading processed briquettes.
Реакционная камера оснащена нагревательным блоком, имеющим теплоизоляционный корпус, нижняя часть которого соединена с первым механизмом вертикального перемещения контейнеров и на которой размещен нагреватель. Реакционная камера содержит также конденсатор, выполненный с возможностью перемещения конденсата и взаимодействия с резцом, под которым установлена направляющая воронка. Резец и воронка установлены на верхней части боковой стенки реакционной камеры, к которой примыкает камера удаления полученного конденсата, отделенная от реакционной камеры первым вакуумным затвором и оснащенная бункером приема конденсата, соединенного с первым механизмом горизонтального перемещения.The reaction chamber is equipped with a heating unit having a heat-insulating body, the lower part of which is connected to the first mechanism for the vertical movement of the containers and on which the heater is located. The reaction chamber also contains a capacitor configured to move the condensate and interact with the cutter, under which a guide funnel is mounted. The cutter and funnel are mounted on the upper part of the side wall of the reaction chamber, which is adjacent to the condensate removal chamber, separated from the reaction chamber by a first vacuum shutter and equipped with a condensate receiving hopper connected to the first horizontal movement mechanism.
Камера загрузки и камера разгрузки соединены через второй и третий вакуумные затворы с первой и второй транспортными камерами, примыкающими к реакционной камере. Первая и вторая транспортные камеры оснащены вторым и третьим горизонтальными механизмами перемещения контейнеров.The loading chamber and the unloading chamber are connected through the second and third vacuum gates to the first and second transport chambers adjacent to the reaction chamber. The first and second transport chambers are equipped with the second and third horizontal mechanisms for moving containers.
Камера загрузки представляет собой муфельную печь, нижняя часть которой соединена со вторым вертикальным механизмом перемещения контейнеров. Камера разгрузки представляет собой вакуумную камеру, оснащенную третьим вертикальным механизмом перемещения контейнеров, при этом ее корпус снабжен системой водного охлаждения.The loading chamber is a muffle furnace, the lower part of which is connected to the second vertical mechanism for moving containers. The unloading chamber is a vacuum chamber equipped with a third vertical mechanism for moving containers, while its body is equipped with a water cooling system.
В частном случае нагреватель реакционной камеры выполнен из углерод-углеродного композиционного материала.In a particular case, the heater of the reaction chamber is made of carbon-carbon composite material.
Кроме того, теплоизоляция реакционной камеры выполнена из низко-углерод-углеродного композиционного материала.In addition, the thermal insulation of the reaction chamber is made of a low-carbon-carbon composite material.
Также корпус реакционной камеры снабжен системой водного охлаждения.Also, the body of the reaction chamber is equipped with a water cooling system.
Конденсатор реакционной камеры снабжен системой водного охлаждения.The condenser of the reaction chamber is equipped with a water cooling system.
Также муфельная печь снабжена нагревателем из сплава сопротивления, а ее корпус оснащен теплоизоляцией.The muffle furnace is also equipped with a resistance alloy heater, and its body is equipped with thermal insulation.
Такое конструктивное выполнение установки для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов позволит обеспечить непрерывную работу всех узлов установки при снижении затрат на проведение процесса за счет:Such a constructive implementation of the installation for metallothermal recovery of alkaline earth metals will ensure continuous operation of all units of the installation while reducing the cost of the process due to:
- сокращения времени восстановительного процесса, т.к. перемещение короба с брикетами в реакционную камеру и из нее осуществляется без остановки процесса в реакционной камере. Наличие в загрузочной и разгрузочной камерах герметичных транспортных камер со средствами перемещения, установленных соосно с нижней частью теплоизоляции реакционной камеры в ее нижнем положении, позволяет проводить перемещение брикетов без нарушения вакуумных и температурных режимов работы реакционной печи;- reducing the time of the recovery process, because the box with briquettes is moved into and out of the reaction chamber without stopping the process in the reaction chamber. The presence in the loading and unloading chambers of sealed transport chambers with moving means installed coaxially with the lower part of the thermal insulation of the reaction chamber in its lower position allows the briquettes to be moved without violating the vacuum and temperature conditions of the reaction furnace;
- сокращения времени съема и удаления твердого конденсата с поверхности конденсатора без остановки процесса. Установка внутри реакционной камеры вращающегося конденсатора и резца для переработки конденсата в стружку, а также оснащение реакционной камеры примыкающей к ней камерой для удаления полученного конденсата с вакуумным затвором и бункером для приема конденсата позволяет осуществлять съем твердого конденсата и его переработку в товарный продукт (стружку) непосредственно внутри реакционной камеры, а извлечение последнего - без остановки процесса.- reducing the time of removal and removal of solid condensate from the surface of the condenser without stopping the process. The installation inside the reaction chamber of a rotating condenser and a cutter for processing condensate into chips, as well as equipping the reaction chamber with an adjacent chamber to remove the obtained condensate with a vacuum shutter and a hopper for receiving condensate, allows the removal of solid condensate and its processing into a marketable product (chips) directly inside the reaction chamber, and removing the latter without stopping the process.
Изобретение поясняется чертежом, на котором изображен схематически общий вид установки для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов.The invention is illustrated by the drawing, which shows schematically a General view of the installation for metallothermal recovery of alkaline earth metals.
Установка содержит вертикально установленные реакционную камеру 1, расположенные с противоположных сторон от нее камеру 2 загрузки сырьевых брикетов и камеру 3 разгрузки отработанных брикетов, имеющие вакуумные затворы 4, 5, охлаждаемый конденсатор 6 для осаждения паров восстанавливаемого металла, камеру 7 для удаления полученного конденсата с вакуумным затвором 8 и подвижным бункером 9 для приема конденсата, соединенного с первым механизмом 22 горизонтального перемещения.The installation contains a vertically mounted reaction chamber 1 located on opposite sides of it, a briquette loading chamber 2 and a spent briquette unloading chamber 3, having vacuum gates 4, 5, a cooled condenser 6 for vapor deposition of the reduced metal, a chamber 7 for removing the obtained condensate with vacuum a shutter 8 and a movable hopper 9 for receiving condensate connected to the first horizontal movement mechanism 22.
Камеры 2, 3 загрузки и выгрузки имеют первую и вторую транспортные камеры 10, 11 соответственно, примыкающие к реакционной камере 1, причем камеры 10, 11, оснащены вторым и третьим горизонтальными механизмами 19, 21 перемещения контейнеров с брикетами.Chambers 2, 3 of loading and unloading have first and second transport chambers 10, 11, respectively, adjacent to the reaction chamber 1, and chambers 10, 11 are equipped with second and third horizontal mechanisms 19, 21 for moving containers with briquettes.
Камера 2 представляет собой муфельную печь с подвижной верхней частью и содержит теплоизоляционный элемент 12. Нижняя часть муфельной печи соединена со вторым вертикальным механизмом 18 перемещения контейнеров. Камера 3 разгрузки представляет собой вакуумную камеру, оснащенную третьим вертикальным механизмом 20 перемещения контейнеров.The chamber 2 is a muffle furnace with a movable upper part and contains a heat-insulating element 12. The lower part of the muffle furnace is connected to the second vertical container moving mechanism 18. The unloading chamber 3 is a vacuum chamber equipped with a third vertical container movement mechanism 20.
Реакционная камера 1 снабжена системой водного охлаждения. Также реакционная камера 1 оснащена нагревательным блоком 13, имеющим теплоизоляционный корпус, нижняя часть 14 которого соединена с первым вертикальным механизмом 17 перемещения контейнеров. В верхней теплоизоляции реакционной камеры имеется отверстие для испарения восстановленного металла, который осаждается на охлаждаемый водой конденсатор 6.The reaction chamber 1 is equipped with a water cooling system. Also, the reaction chamber 1 is equipped with a heating unit 13 having a heat-insulating body, the lower part 14 of which is connected to the first vertical container movement mechanism 17. In the upper thermal insulation of the reaction chamber there is an opening for the evaporation of the reduced metal, which is deposited on a water-cooled condenser 6.
Конденсатор 6, корпус реакционной камеры 1, вакуумный затвор 4 камеры 2 загрузки связаны с системой водяного охлаждения (не показана).A condenser 6, a housing of the reaction chamber 1, a vacuum shutter 4 of the loading chamber 2 are connected to a water cooling system (not shown).
В холодной части (не выше 240-400°C) реакционной камеры 1 на ее боковой стенке, к которой примыкает камера 7 для удаления полученного конденсата, закреплены резец 15 для переработки конденсата в стружку и направляющая воронка 16 для сбора стружки конденсата.In the cold part (not higher than 240-400 ° C) of the reaction chamber 1, a cutter 15 for processing the condensate into chips and a guiding funnel 16 for collecting condensate chips are fixed on its side wall, to which the chamber 7 adjoins to remove the obtained condensate.
Конденсатор 6 установлен внутри камеры 1 в верхней ее части с возможностью вращения на оси, параллельной оси нагревательного блока 13 реакционной камеры 1.The capacitor 6 is installed inside the chamber 1 in its upper part with the possibility of rotation on an axis parallel to the axis of the heating block 13 of the reaction chamber 1.
Одна сторона конденсатора 6 обращена к горячему нагревательному блоку 13, другая часть конденсатора 6 вынесена из зоны нагрева. Межосевое расстояние определяется габаритными размерами нагревательного блока 13 и возможностью рассеивания пара металла. Для исключения заметного нагрева конденсата межосевое расстояние между осью нагревательного блока 13 и осью конденсатора 6 должно быть больше радиуса нагревательного блока 13 (если нагревательный блок выполнен в форме параллелепипеда, то межосевое расстояние должно быть больше большей стороны параллелепипеда). Для получения необходимой толщины осажденного на конденсатор металла (количество осажденного металла зависит от кинетики реакции восстановления, температуры, площади контейнера и времени) скорость вращения конденсатора должна быть регулируемой.One side of the condenser 6 is facing the hot heating unit 13, the other part of the condenser 6 is removed from the heating zone. The center distance is determined by the overall dimensions of the heating unit 13 and the possibility of dispersion of the metal vapor. To avoid noticeable heating of the condensate, the center distance between the axis of the heating unit 13 and the axis of the condenser 6 should be greater than the radius of the heating unit 13 (if the heating unit is in the form of a parallelepiped, then the center distance should be greater than the larger side of the parallelepiped). To obtain the required thickness of the metal deposited on the capacitor (the amount of metal deposited depends on the kinetics of the reduction reaction, temperature, container area and time), the rotation speed of the capacitor must be adjustable.
Механизмы перемещения брикетов в камерах 1, 2, 3, 10, 11, а также механизмы 17, 18, 19, 20, 21, 22 перемещения бункера 9 с конденсатом в камере 7 выполнены в виде толкателей-таскателей. Температура в реакционной камере 1 регулируется термопарами 23 и 24.The mechanisms for moving the briquettes in chambers 1, 2, 3, 10, 11, as well as the mechanisms 17, 18, 19, 20, 21, 22 for moving the hopper 9 with condensate in the chamber 7 are made in the form of pushers-draggers. The temperature in the reaction chamber 1 is controlled by thermocouples 23 and 24.
Вакуумная система установки выполнена с возможностью независимой откачки реакционной камеры 1 и камер 2, 3 и оснащена мембранным и вакуумным агрегатом - насосом Рутса с пластинчато-роторным насосом, а также средствами измерения остаточного давления и клапанами напуска инертного газа и воздуха.The vacuum system of the installation is capable of independent pumping of the reaction chamber 1 and chambers 2, 3 and is equipped with a membrane and vacuum unit - a Roots pump with a rotary vane pump, as well as residual pressure measuring instruments and inert gas and air inlet valves.
Установка для металлотермического восстановления щелочных и щелочно-земельных металлов работает следующим образом.Installation for metallothermal recovery of alkali and alkaline earth metals works as follows.
Суть металлотермического восстановления оксидов, щелочно-земельных металлов сводится к протеканию реакции восстановления по схеме:The essence of metallothermal reduction of oxides, alkaline earth metals is reduced to the course of the reduction reaction according to the scheme:
где МеО - оксид восстанавливаемого металла, R - металл-восстановитель.where MeO is the oxide of the reduced metal, R is the metal reducing agent.
Как следует из уравнений (1), основным сырьем в этих процессах являются оксиды соответствующих металлов, природной особенностью которых является сравнительно высокое содержание влаги и углекислого газа. Например, в коммерческом оксиде кальция может содержаться от ~ 1 до 15 % масс. CO2 и от ~1 до 10 % масс. влаги.As follows from equations (1), the main raw materials in these processes are oxides of the corresponding metals, the natural feature of which is the relatively high moisture and carbon dioxide content. For example, in commercial calcium oxide may contain from ~ 1 to 15% of the mass. CO 2 and from ~ 1 to 10% of the mass. moisture.
Наличие этих примесей крайне нежелательно, так как они затрудняют процесс получения необходимого для восстановления остаточного давления, оказывая негативное влияние на стойкость нагревателя.The presence of these impurities is extremely undesirable, since they complicate the process of obtaining the residual pressure necessary to restore, having a negative effect on the resistance of the heater.
Исходное положение - установка находится в откачанном состоянии, все клапаны и затворы - в положении закрыто. Исходным сырьем, например, для металлотермического восстановления кальция служат брикеты, спрессованные из смеси порошков оксида кальция и алюминия в объемном соотношении 3,5:1, а оксид кальция содержит влагу, например, до 5% масс. и карбонат кальция ~4% масс.Starting position - the installation is in the pumped out state, all valves and gates are in the closed position. The feedstock, for example, for metallothermic reduction of calcium are briquettes pressed from a mixture of powders of calcium oxide and aluminum in a volume ratio of 3.5: 1, and calcium oxide contains moisture, for example, up to 5% of the mass. and calcium carbonate ~ 4% of the mass.
Напускают воздух в камеру 2. Открывают крышку камеры 2 и загружают контейнер с исходными брикетами на механизм 18 - толкатель. Закрывают крышку, проводят откачку и нагрев камеры 2 до температуры 600-800°С, при которой происходит удаление паров воды и диоксида углерода.They let air into the chamber 2. Open the lid of the chamber 2 and load the container with the initial briquettes onto the pusher mechanism 18. They close the lid, pump out and heat the chamber 2 to a temperature of 600-800 ° C, at which water vapor and carbon dioxide are removed.
Одновременно откачивают реакционную камеру 1 и включают ее нагрев до заданной рабочей температуры, которая, например, для алюминотермического восстановления оксида кальция составляет 1350°С. После завершения дегазации в камере 2 (о чем судят по манометрическому датчику) выравнивают давление в камерах 1 и 2 и открывают охлаждаемый водой затвор 4 и подвижный теплоизоляционный элемент 12 камеры 2, предназначенный для выравнивания температурного поля в этой камере и снижения температурного напора на затвор 4, опускают подвижную нижнюю часть 14 блока 13 и с помощью механизмов 18, 19 перемещают контейнер с брикетами на нижнюю часть 14. После чего закрывают теплоизоляционный элемент 12 и затвор 4. Камера 2 готова к загрузке следующего контейнера по описанному алгоритму.At the same time, the reaction chamber 1 is pumped out and its heating is turned on to a predetermined working temperature, which, for example, for aluminothermic reduction of calcium oxide is 1350 ° C. After degassing is completed in chamber 2 (as judged by the pressure gauge), the pressure in the chambers 1 and 2 is equalized and the water-cooled shutter 4 and the movable heat-insulating element 12 of the chamber 2 are opened, designed to equalize the temperature field in this chamber and reduce the temperature pressure on the shutter 4 , lower the movable lower part 14 of the block 13 and using the mechanisms 18, 19 move the container with briquettes to the lower part 14. Then close the heat-insulating element 12 and the shutter 4. The chamber 2 is ready for loading the next container but according to the described algorithm.
С помощью механизма 17 контейнер с исходными брикетами перемещают в нагревательный блок 13 реакционной камеры 1, в которой происходят процессы восстановления-испарения металла и осаждение паров восстанавливаемого металла на охлаждаемый водой конденсатор 6. Подаваемую на нагреватель мощность регулируют по сигналу термопарных датчиков 23 и 24.Using the mechanism 17, the container with the initial briquettes is transferred to the heating unit 13 of the reaction chamber 1, in which the metal recovery-evaporation processes and the vapor of the reduced metal are deposited on the water-cooled condenser 6. The power supplied to the heater is controlled by the signal of thermocouple sensors 23 and 24.
Производят откачку камеры 7 для удаления полученного конденсата. После достижения в камере давления не выше 10 Па открывают затвор 8 и перемещают бункер 9 для приема конденсата под направляющую воронку 16.Produce pumping chamber 7 to remove the resulting condensate. After reaching a pressure in the chamber of not higher than 10 Pa, open the shutter 8 and move the hopper 9 to receive condensate under the guide funnel 16.
После поворота конденсатора 6 происходит съем конденсата резцом 15. Снятый конденсат через воронку 16 попадает в бункер 9. После заполнения бункер 9 через затвор 8 возвращают в камеру 7. После чего закрывают затвор 8, напускают в камеру 7 инертный (нейтральный) газ, извлекают бункер 9 и устанавливают следующий. Затем камеру 7 вновь откачивают и при остаточном давлении не выше 10 Па открывают затвор 8, перемещают установленный бункер 9 под направляющую воронку 16. Сбор конденсата продолжается.After turning the condenser 6, the condensate is removed by the cutter 15. The condensate removed through the funnel 16 enters the hopper 9. After filling the hopper 9 through the shutter 8, it is returned to the chamber 7. Then the shutter 8 is closed, an inert (neutral) gas is introduced into the chamber 7, and the hopper is removed 9 and set the next. Then the chamber 7 is again pumped out and at a residual pressure of no higher than 10 Pa, the shutter 8 is opened, the installed hopper 9 is moved under the guide funnel 16. The collection of condensate continues.
После завершения восстановления (по времени в зависимости от температуры процесса) нижнюю часть 14 реакционной камеры 1 с контейнером отработанных брикетов с помощью механизма 17 перемещают из нагревательного блока 13 камеры 1.After completion of the recovery (in time depending on the temperature of the process), the lower part 14 of the reaction chamber 1 with the container of spent briquettes using the mechanism 17 is moved from the heating unit 13 of the chamber 1.
Для выгрузки отработанных брикетов откачивают камеру 3 разгрузки до давления не выше 10 Па, открывают затвор 5. С помощью механизмов 21, 20 перемещают в камеру выгрузки. Затем закрывают затвор 5, напускают воздух и извлекают брикеты через нижнюю крышку. Для следующей разгрузки камеру 3 закрывают и откачивают.To unload spent briquettes, the unloading chamber 3 is pumped out to a pressure of no higher than 10 Pa, the shutter 5 is opened. Using mechanisms 21, 20, they are transferred to the unloading chamber. Then close the shutter 5, let in air and remove the briquettes through the bottom cover. For the next discharge, the chamber 3 is closed and pumped out.
Поскольку время восстановления составляет часы, а время открытия - закрытия затворов и перемещение с помощью толкателей составляет десятки секунд, то заметная "потеря" восстановленного металла исключается.Since the recovery time is hours, and the opening and closing times of shutters and movement using pushers is tens of seconds, a noticeable “loss” of the reduced metal is eliminated.
Все процессы повторяются. Алгоритм легко формализовать, работой печи может управлять компьютер.All processes are repeated. The algorithm is easy to formalize; a computer can control the operation of the furnace.
Предложенная установка для металлотермического восстановления щелочно-земельных металлов по сравнению с известными позволит обеспечить непрерывную работу всех узлов установки при снижении затрат на проведение процесса.The proposed installation for metallothermal recovery of alkaline earth metals in comparison with the known ones will allow to ensure continuous operation of all units of the installation while reducing the cost of the process.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129406/02A RU2572667C1 (en) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Plant for metal-thermal reduction of earth metals |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014129406/02A RU2572667C1 (en) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Plant for metal-thermal reduction of earth metals |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2572667C1 true RU2572667C1 (en) | 2016-01-20 |
Family
ID=55086990
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014129406/02A RU2572667C1 (en) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | Plant for metal-thermal reduction of earth metals |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2572667C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4582532A (en) * | 1985-05-02 | 1986-04-15 | Aluminum Company Of America | Thermal reduction process for production of calcium using aluminum as a reductant |
| RU2205241C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-05-27 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Calcium producing method and apparatus (versions) |
| RU2339716C1 (en) * | 2007-02-07 | 2008-11-27 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method and installation for metallothermic method of alkaline-earth metals receiving |
-
2014
- 2014-07-17 RU RU2014129406/02A patent/RU2572667C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4582532A (en) * | 1985-05-02 | 1986-04-15 | Aluminum Company Of America | Thermal reduction process for production of calcium using aluminum as a reductant |
| RU2205241C1 (en) * | 2002-03-15 | 2003-05-27 | Московский государственный институт стали и сплавов (технологический университет) | Calcium producing method and apparatus (versions) |
| RU2339716C1 (en) * | 2007-02-07 | 2008-11-27 | Открытое акционерное общество "Машиностроительный завод" | Method and installation for metallothermic method of alkaline-earth metals receiving |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| МИКУЛИНСКИЙ А.С., Вакуумные электрические печи для получения щелочных и щелочноземельных металлов, М.-Л., Госэнергоиздат, 1962, с.50-58. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP5567564B2 (en) | Manufacture of zinc powder | |
| US4401463A (en) | Process for the recovery of metals from the scrap from nickel-cadmium electric storage batteries | |
| CN103925791B (en) | A kind of vacuum furnace | |
| KR20120074927A (en) | Apparatus for manufacturing magnesium | |
| WO2010062735A2 (en) | Method and apparatus for refining metallurgical grade silicon to produce solar grade silicon | |
| US20250327150A1 (en) | Energy efficient salt-free recovery of metal from dross | |
| CN113874533A (en) | Method and apparatus for producing direct reduced metal | |
| JPWO2013114609A1 (en) | Silicon purification apparatus and silicon purification method | |
| RU2572667C1 (en) | Plant for metal-thermal reduction of earth metals | |
| US2446403A (en) | Process and apparatus for the vacuum production of magnesium | |
| CN203893655U (en) | Vacuum heating furnace | |
| US2792438A (en) | Apparatus for producing titanium metal | |
| EP2319946B1 (en) | Dezincing apparatus and dezincing method | |
| RU2339716C1 (en) | Method and installation for metallothermic method of alkaline-earth metals receiving | |
| US20120247005A1 (en) | METHOD AND REACTOR FOR PROCESSING BULK MATERIAL CONTAINING Li | |
| US3033549A (en) | Water cooled retort cover | |
| Abdellatif | Review of the development work on the Mintek Thermal Magnesium Process (MTMP) | |
| JP3092267U (en) | Reactor with movable lid and aluminum nitride production equipment | |
| US2931719A (en) | Process and apparatus for the production of metals by dissociation of their carbides | |
| US3078082A (en) | Apparatus for reducing vaporizable refractory metal compounds | |
| KR20140087377A (en) | Device for discharging slag to the lower direction of heat reduction reaction tube for smelting magnesium | |
| US20190003011A1 (en) | Processes for refining niobium-based ferroalloys | |
| RU111537U1 (en) | MAGNESIUM PRODUCTION MODULE | |
| JP4920258B2 (en) | Silicon slag refining method and high-purity silicon production apparatus | |
| RU2352646C2 (en) | Annealing method of products in protective medium and furnace for its implementation |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190718 |