RU2675809C1 - Устройство для получения стали - Google Patents
Устройство для получения стали Download PDFInfo
- Publication number
- RU2675809C1 RU2675809C1 RU2018110891A RU2018110891A RU2675809C1 RU 2675809 C1 RU2675809 C1 RU 2675809C1 RU 2018110891 A RU2018110891 A RU 2018110891A RU 2018110891 A RU2018110891 A RU 2018110891A RU 2675809 C1 RU2675809 C1 RU 2675809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dispenser
- reaction chamber
- gas
- chamber
- thermite mixture
- Prior art date
Links
- 229910000831 Steel Inorganic materials 0.000 title claims abstract description 29
- 239000010959 steel Substances 0.000 title claims abstract description 29
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 50
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims abstract description 34
- 239000002893 slag Substances 0.000 claims abstract description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 11
- 239000003832 thermite Substances 0.000 claims description 43
- 238000006722 reduction reaction Methods 0.000 abstract description 5
- 238000005272 metallurgy Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000011010 flushing procedure Methods 0.000 abstract 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 26
- 238000000034 method Methods 0.000 description 8
- 230000008569 process Effects 0.000 description 8
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 7
- 241000256602 Isoptera Species 0.000 description 6
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 6
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 6
- 239000000945 filler Substances 0.000 description 5
- 239000003607 modifier Substances 0.000 description 5
- 238000001125 extrusion Methods 0.000 description 4
- 239000003638 chemical reducing agent Substances 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 2
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 2
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 2
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 2
- 238000011946 reduction process Methods 0.000 description 2
- 229910000838 Al alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N Fe2+ Chemical group [Fe+2] CWYNVVGOOAEACU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000519 Ferrosilicon Inorganic materials 0.000 description 1
- XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N Silicon Chemical compound [Si] XUIMIQQOPSSXEZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 1
- 238000004880 explosion Methods 0.000 description 1
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 description 1
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 239000004033 plastic Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 1
- 229910052710 silicon Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010703 silicon Substances 0.000 description 1
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 1
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C21—METALLURGY OF IRON
- C21B—MANUFACTURE OF IRON OR STEEL
- C21B15/00—Other processes for the manufacture of iron from iron compounds
- C21B15/02—Metallothermic processes, e.g. thermit reduction
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B22—CASTING; POWDER METALLURGY
- B22C—FOUNDRY MOULDING
- B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
- B22C9/10—Cores; Manufacture or installation of cores
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Furnace Charging Or Discharging (AREA)
Abstract
Изобретение относится к металлургии. Устройство содержит бункер для термитной смеси, соединенный с ним дозатор, полый шнек, реакционную камеру, съемную крышку с отверстием, газоотводную камеру. Дозатор установлен в отверстии съемной крышки реакционной камеры. В реакционной камере выполнены летки для скачивания шлака и металла. Газоотводная камера герметично присоединена к крышке с отверстием и к внешней поверхности дозатора. Газоотводная камера снабжена задвижкой. К шнеку подсоединен газоотводный патрубок, который снабжен задвижкой. Термитная смесь по зазору между шнеком и внутренней стенкой дозатора поступает в реакционную камеру и уплотняется. Уплотненные комья воспламеняют. В результате восстановительной реакции образуется расплав шлака, металл и горячий газ, который выводится через полый шнек. Обеспечивается повышение производительности устройства для получения стали из термитной смеси. 1 ил.
Description
Изобретение относится к устройствам для получения стали и может быть использовано в металлургии.
Наиболее близким по технической сути и достигаемому результату, принятому за прототип, является устройство для получения стали по патенту РФ №2425153 на изобретение, использование которого позволяет получать сталь в непрерывном режиме из термитной смеси.
Устройство-прототип содержит бункер для термитной смеси, соединенный с ним дозатор, снабженный шнеком, установленным внутри дозатора; шнек снабжен огнеупорным мундштуком с конусностью 0,5-15º для непрерывного прессования стержня из термитной смеси, прикрепленным к нижней части дозатора; реакционную камеру, в которой выполнены летки для скачивания шлака и металла, расположенные на разных уровнях, съемную крышку с отверстием, при этом дозатор размещен в отверстии съемной крышки, а нижний край огнеупорного мундштука расположен ниже уровня летки для скачивания шлака.
На первом этапе термитная смесь, состоящая из окалины, алюминиевой крупки, модификаторов и наполнителя (например, стружка из черного сплава) подготавливается (измельчается и перемешивается), загружается в виде порошка в реакционную камеру, активируется поджиганием запала, после чего осуществляется восстановительная реакция с образованием жидкого металла и шлака. Процесс восстановления стали протекает в реакционной камере при температурах более 2700ºС по известным реакциям.
Далее термитная смесь в виде прессованного стержня подается в непрерывном режиме в реакционную камеру под слой расплавленного шлака. Термитный стержень формируется экструзией дозатором, снабженным шнеком, установленным внутри дозатора, и огнеупорным мундштуком с конусностью 0,5-15º. Производительность процесса получения стали в прототипе определяется скоростью подачи термитного стержня, получаемого экструзией, в реакционную камеру, где прогреваются компоненты смеси, из которых формируется термитный стержень.
В прототипе регулирование скорости формирования и подачи термитного стержня не представляется возможным, т.к. его плотность находится в прямой зависимости от скорости экструзии термитной смеси, находящейся в очень узком диапазоне варьирования, и площади контакта компонентов термитной смеси. Велика вероятность разрушения стержня, в силу изменения скорости экструзии термитной смеси, приводящая к его диспергированию и, как следствие, неоправданной потере компонентов термитной смеси, окислению и переходу в шлаковую фазу алюминия, наполнителя и модификаторов. При такой скорости подачи термитного стержня восстановленный металл затвердевает, частично окисляется, не успевая скачиваться в изложницу. При высоких температурах процесса восстановления стали в реакционной камере огнеупорный мундштук изнашивается от трения с термитным стержнем и выгорает от взаимодействия с агрессивной средой – расплавами металла и шлака, что требует его частой замены и остановки устройства. Остановка устройства приводит к затвердеванию расплавов шлака и металла во внутренней полости огнеупорного мундштука дозатора, блокируя подачу термитной смеси в реакционную камеру при возобновлении технологического процесса, т.е. требует трудовых затрат на его ремонт и восстановление.
Процесс восстановления стали осуществляется с выделением тепла. Часть этого тепла нагревает компоненты термитной смеси в реакционной камере, обеспечивая протекание процесса восстановления стали, а оставшаяся – выбрасывается в окружающее пространство. Конструкция прототипа не позволяет использовать тепло, выделяемое в процессе восстановления стали, для предварительного подогрева компонентов термитной смеси, что могло бы повысить производительность устройства.
Недостатком прототипа является его недостаточная производительность для получения стали из термитной смеси.
Задачей изобретения является повышение производительности устройства для получения стали из термитной смеси.
Техническим результатом изобретения является повышение производительности устройства для получения стали из термитной смеси.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в устройстве для получения стали, содержащем бункер для термитной смеси, соединенный с дозатором, внутри которого установлен шнек, дозатор установлен в отверстии съемной крышки реакционной камеры, в камере выполнены летки для скачивания шлака и металла, предусмотрены следующие отличия: устройство дополнительно снабжено газоотводной камерой, которая герметично присоединена к крышке с отверстием и к внешней поверхности дозатора, газоотводная камера снабжена задвижкой, шнек выполнен полым, к нему подсоединен газоотводной патрубок, который снабжен задвижкой.
Новым в заявленном устройстве является то, что
- устройство дополнительно снабжено газоотводной камерой,
-- которая герметично присоединена к крышке с отверстием
--- и к внешней поверхности дозатора,
---- газоотводная камера снабжена задвижкой;
- шнек выполнен полым,
-- к шнеку подсоединен газоотводной патрубок,
--- газоотводной патрубок снабжен задвижкой.
Совокупность известных и новых признаков устройства позволяет достичь технического результата. Благодаря тому, что устройство снабжено газоотводной камерой, которая герметично присоединена к крышке с отверстием и к внешней поверхности дозатора и газоотводная камера сообщается с полостью реакционной камеры, а также газоотводная камера снабжена задвижкой, появляется возможность направлять горячие газы, выделяющиеся при экзотермическом установившемся процессе восстановления стали, вдоль внешней стенки дозатора, нагревая ее и тем самым нагревая термитную смесь, подаваемую шнеком. Благодаря тому, что шнек выполнен полым и к нему подсоединен газоотводной патрубок, снабженный задвижкой, появляется возможность пропускать горячие газы из реакционной камеры через полость шнека и разогревать транспортируемую шнеком термитную смесь. Задвижками, установленными в газоотводной камере и газоотводном патрубке, соединенным с полым шнеком, регулируется скорость потока, выделившихся в результате экзотермической реакции газов и их давление, что позволяет регулировать интенсивность и температуру нагрева термитной смеси в дозаторе. При прогреве термитной смеси из нее удаляется свободная и химически связанная влага, выгорают органические загрязнители (СОЖ, масла) и происходит довершение окислительных процессов в окалине, что в совокупности обеспечивает увеличение количества выделяемой теплоты, стабильность прохождения экзотермических процессов восстановления стали, т.е. без интенсивного кипения, взрывов и выбросов. Достижением термитной смесью температуры плавления алюминия (tпл. = 660ºС) и выше обеспечивается: связывание компонентов термитной смеси; пропитывание окалины и плакирование модификаторов, что максимально увеличивает поверхность контакта реагентов и уменьшает их трение о поверхности шнекового дозатора; увеличение температуры экзотермических реакций. При выходе термитной смеси из шнекового дозатора в атмосферу реакционной камеры образуются связанные расплавом алюминия пластичные комья, не рассыпающиеся, а деформирующиеся при ударе о восстановленный расплав или шлаковую корку. Это обеспечивает более полное прохождение химических реакций с максимально возможным массовым выходом стали и снижение расхода восстановителя (алюминия). Управление давлением атмосферы в реакционной камере обеспечивает поддержание уровня расплава шлака, а также интенсивность его скачивания и выпуска стали.
Предлагаемое устройство благодаря прогреву термитной смеси в дозаторе за счет использования тепла, выделяющегося при восстановлении стали, позволяет: увеличить массовый выход стали свыше расчетных значений до 72% от массы термитной смеси за счет дополнительного введения в смесь до 50% наполнителя (по экспериментальным данным); увеличить скорость процесса производства в 1,5 раза, включая скачивание шлака и выпуск стали; снизить расход алюминия в термитной смеси на 25-40%; за счет снижения трения термитной смеси о поверхности шнекового дозатора и увеличения скорости подачи термитной смеси в реакционную камеру снизить потребляемую мощность электродвигателя привода шнека.
Техническая сущность и принцип действия предложенного устройства поясняется чертежом, на котором представлено устройство для получения стали из термитной смеси. Устройство содержит бункер 1 для термитной смеси, привод, содержащий электродвигатель 2 и редуктор 3, реакционную камеру 4 сферической формы, в которой выполнены летка 5 для скачивания шлака и летка 6 для скачивания стали, расположенные на разных уровнях; съемную крышку 7 с отверстием 8, в котором установлен дозатор 9, соединенный с бункером 1. В дозаторе 9 установлен полый шнек 10, внутренняя полость шнека 10 соединена с газоотводным патрубком 11, в котором установлена задвижка 12. Устройство снабжено газоотводной камерой 13, которая через патрубок 14 герметично присоединена к крышке 7 с отверстием 8, благодаря чему соединяется с полостью 15 реакционной камеры 4. Также газоотводная камера 13 присоединена к внешней поверхности дозатора 9 и снабжена задвижкой 16.
Устройство работает следующим образом. Подготавливают термитную смесь, состоящую из алюминиевого порошка, наполнителя, окалины и модификаторов. В качестве модификатора может быть использован, например, для получения стали, соответствующей по химическому составу Ст45, порошок ферросилиция ФС-45 фракции 0,5 мм с содержанием кремния 44% и остальных элементов не более: S=0,02%, Р=0,05%, Al=2%, Mn=0,6%, Cr=0,5%, C=0,2%, а наполнитель – стружка из черного сплава (до 50% от массы термитной смеси).
Термитная смесь из бункера 1 поступает на шнек 10 дозатора 9. Шнек 10 приводится во вращение электродвигателем 2 через редуктор 3. Термитная смесь по зазору между шнеком 10 и внутренней стенкой дозатора 9 уплотняясь, заполняет до необходимого объема реакционную камеру 4. Уплотненные комья из термитной смеси в реакционной камере 4 воспламеняют с помощью запала.
На первой стадии процесс восстановления стали протекает в реакционной камере 4 и проходит по известным реакциям.
В процессе непрерывной подачи комьев термитной смеси и прохождения экзотермической реакции образуется расплав шлака, который всплывает в полном объеме на поверхность восстановленного металла и горячий газ. Шлак непрерывно скачивается из реакционной камеры 4 через летку 5, а металл – через летку 6. Горячий газ выводится через полый шнек 10 и газоотводную камеру 13, сообщающуюся с полостью 15 реакционной камеры 4 через патрубок 14, герметично сопряженный со съемной крышкой 7 с отверстием 8, нагревая термитную смесь через стенки дозатора 9 и полого шнека 10. Интенсивность нагрева термитной смеси осуществляется управлением давления и, как следствие, скоростью прохождения разогретого газа по полому шнеку 10 и газоотводной камере 13 посредством задвижек 12 и 16. Открытие задвижки 12 и задвижки 16 обеспечивает увеличение скорости потока разогретого газа, уменьшение давления и снижение интенсивности передачи тепла термитной смеси, а закрытие – наоборот.
Расплавление восстановителя - порошка алюминиевого сплава, позволяет повысить интенсивность прохождения процесса восстановления стали, регулировать скорость подачи уплотненного состава термитной смеси регулированием скорости вращения шнека 10 приводом 3 с электродвигателем 2. При прекращении вращения шнека 10, в случае необходимости, восстановительный процесс прекращается. Возобновлением вращения шнека 10 осуществляется подача термитной смеси в полость 15 реакционной камеры 4 и процесс продолжается. Достижением давления горячего газа в полости 15 реакционной камеры 4, выделяющегося в результате прохождения термодинамического процесса, рабочих значений обеспечивается возможность регулирования толщины расплава шлака, увеличение скорости его скачивания и слива жидкого металла. Заявленное техническое решение позволяет повысить производительность устройства для получения стали из термитной смеси.
Claims (1)
- Устройство для получения стали, содержащее бункер для термитной смеси, соединенный с дозатором, внутри которого установлен шнек, дозатор установлен в отверстии съемной крышки реакционной камеры, в камере выполнены летки для скачивания шлака и металла, отличающееся тем, что устройство дополнительно снабжено газоотводной камерой, которая герметично присоединена к крышке с отверстием и к внешней поверхности дозатора, газоотводная камера снабжена задвижкой, шнек выполнен полым, к нему подсоединен газоотводный патрубок, который снабжен задвижкой.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110891A RU2675809C1 (ru) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | Устройство для получения стали |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018110891A RU2675809C1 (ru) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | Устройство для получения стали |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2675809C1 true RU2675809C1 (ru) | 2018-12-25 |
Family
ID=64753640
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2018110891A RU2675809C1 (ru) | 2018-03-28 | 2018-03-28 | Устройство для получения стали |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2675809C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2848705C1 (ru) * | 2025-04-15 | 2025-10-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU854720A1 (ru) * | 1979-07-06 | 1981-08-15 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Электродной Промышленности | Мундштук к прошивному прессу |
| US4396422A (en) * | 1982-03-08 | 1983-08-02 | Hiroshi Matsuno | Process for producing iron and refractory material |
| RU2366722C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | ООО "Амуртермит" | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| RU2366723C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| RU2425153C1 (ru) * | 2009-11-19 | 2011-07-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для получения стали |
-
2018
- 2018-03-28 RU RU2018110891A patent/RU2675809C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU854720A1 (ru) * | 1979-07-06 | 1981-08-15 | Государственный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Электродной Промышленности | Мундштук к прошивному прессу |
| US4396422A (en) * | 1982-03-08 | 1983-08-02 | Hiroshi Matsuno | Process for producing iron and refractory material |
| RU2366722C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | ООО "Амуртермит" | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| RU2366723C2 (ru) * | 2007-09-27 | 2009-09-10 | Институт машиноведения и металлургии ДВО РАН | Способ получения стали и устройство для его реализации |
| RU2425153C1 (ru) * | 2009-11-19 | 2011-07-27 | Институт машиноведения и металлургии Дальневосточного отделения Российской академии наук | Устройство для получения стали |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2848705C1 (ru) * | 2025-04-15 | 2025-10-21 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Хабаровский Федеральный исследовательский центр Дальневосточного отделения Российской академии наук | Способ получения железосодержащей функционально-градиентной отливки из термитной шихты |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106232835B (zh) | 竖式炉和操作所述竖式炉的方法 | |
| RU2102490C1 (ru) | Способ охлаждения и упрочнения раскаленного жидкого доменного шлака и устройство для его осуществления | |
| RU2675809C1 (ru) | Устройство для получения стали | |
| RU2366723C2 (ru) | Способ получения стали и устройство для его реализации | |
| RU2366722C2 (ru) | Способ получения стали и устройство для его реализации | |
| US3779742A (en) | Method of remelting a frozen metal plug in the ceramic nozzle of a metallurgical vessel | |
| WO2009145084A1 (ja) | 金属溶解用ガスキュポラ | |
| BE1027793A1 (nl) | Verbeterde Oven voor het Uitroken met Plasma Inductie | |
| US1815946A (en) | Extracting of iron | |
| JPS59169654A (ja) | 溶融金属の化学成分調整方法 | |
| RU2425153C1 (ru) | Устройство для получения стали | |
| EP1319893A1 (en) | Ash melting device | |
| US1647194A (en) | Method of and apparatus for making pellets | |
| RU2658682C1 (ru) | Устройство для получения отливок из железоуглеродистых сплавов | |
| RU2434744C2 (ru) | Способ кислородно-флюсовой резки огнеупора и устройство для его осуществления | |
| RU2706402C1 (ru) | Способ получения огнеупорного изделия при алюмотермитном восстановлении металла | |
| RU166321U1 (ru) | Установка электрошлакового переплава металлической стружки | |
| US1904684A (en) | Method of melting | |
| RU2551336C1 (ru) | Способ получения стали | |
| RU2366721C2 (ru) | Способ получения стали | |
| SU1509408A1 (ru) | Способ плавки чугуна в вагранке | |
| US675329A (en) | Process of manufacturing steel. | |
| Tchaykovsky | Ferroboron melting control in thermite mixture | |
| UA146572U (uk) | Спосіб відновлення деталей ґрунтових насосів | |
| RU2346796C2 (ru) | Способ восстановления деталей электрошлаковой наплавкой |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200329 |