WO2006052165A9 - Plasma reactor-separator - Google Patents
Plasma reactor-separatorInfo
- Publication number
- WO2006052165A9 WO2006052165A9 PCT/RU2005/000554 RU2005000554W WO2006052165A9 WO 2006052165 A9 WO2006052165 A9 WO 2006052165A9 RU 2005000554 W RU2005000554 W RU 2005000554W WO 2006052165 A9 WO2006052165 A9 WO 2006052165A9
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- melt
- chamber
- raw material
- electrodes
- partition
- Prior art date
- Legal status (The legal status 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 status listed.)
- Ceased
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B9/00—General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
- C22B9/16—Remelting metals
- C22B9/22—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
- C22B9/226—Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by electric discharge, e.g. plasma
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
- F27B3/08—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces heated electrically, with or without any other source of heat
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27B—FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
- F27B3/00—Hearth-type furnaces, e.g. of reverberatory type; Electric arc furnaces ; Tank furnaces
- F27B3/10—Details, accessories or equipment, e.g. dust-collectors, specially adapted for hearth-type furnaces
- F27B3/20—Arrangements of heating devices
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
- F27D—DETAILS OR ACCESSORIES OF FURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS, IN SO FAR AS THEY ARE OF KINDS OCCURRING IN MORE THAN ONE KIND OF FURNACE
- F27D3/00—Charging; Discharging; Manipulation of charge
- F27D3/15—Tapping equipment; Equipment for removing or retaining slag
- F27D3/1509—Tapping equipment
- F27D3/1536—Devices for plugging tap holes, e.g. plugs stoppers
Definitions
- the invention relates to electric arc plasma reactors for the simultaneous production of melt refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binding cement clinkers having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals and can be used in the cement, chemical industry and metallurgy.
- Plasma reactor - separator for simultaneous melting of refractory metal materials and refractory nonmetallic materials and sublimates containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through the upper hermetic cover, heat exchanging elements made in the form of inclined pouring shelves, which delay the fall of raw material mounted in the cavity of the electrodes, heat exchange elements are made in the form of a screw, delaying the fall of the raw material; in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating off-gases and sublimates, located in an airtight lid, openings for withdrawing a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil, channels for withdrawing a melt of a lighter binder (refractory non-metallic materials) located between the openings for the withdrawal of the melt of refractory metallic materials, four side feeders with channels for entering a part of the dry raw material and creating a skull on the lining in Ideally, conical slopes at the boundary of the melt mirror, the channels are
- the invention allows to significantly increase the reliability of operation and the service life of the electrodes (utilization rate, the lifetime of the continuous operation of the unit as a whole), due to incomplete immersion into the melt, as well as the durability of the partition by cooling the raw material and creating additional skull in the form of conical slopes on the border melt mirrors, increase reactor productivity, quality of the finished product, reduce energy costs, simplify the design.
- the alleged invention relates to devices for the simultaneous production of refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of clinkers, artificial binders, such as cement clinker, having a high degree of viscosity of the melt and associated alloys of metals and can be used in the cement industry.
- a device for melting a material, mainly cement clinker, containing a chamber, horizontal solid rod electrodes, holes for waste entry, a hole for steam injection, a hole for exhaust gases (RF Patent Ne 157060 C2 H 05 B 7/00 dated 12.15.1998. "Plasma-Chemical Reactor” (by M.R. Predtechensky)).
- the disadvantage of this device is the low resource of the plasma torch (erosion of the electrodes), insufficient processing depth, low productivity of the unit when using industrial waste, the cyclical nature of work.
- a plasma reactor for melting material mainly cement clinker, including a cylindrical chamber, hollow rod electrodes passing into the chamber through its upper lid, openings for introducing reagents in the chamber arch and output to the hearth, two electromagnetic coils , covering the camera and located one above the other at its height (RF patent JN ° 2213792 C22 B 9/22, F 27 B 14/04 of 10.10.2003, Bull. JVfe28, application of 04/19/2002 (authors Y. A. Burlov and others)).
- the basis of the present invention is to improve the reliability, performance of the furnace, the quality of the finished product, reducing energy consumption.
- the problem is solved in that in a plasma reactor for the simultaneous production of melt refractory metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of clinker, artificial binders in the form of a melt having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals, containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through its upper hermetic cover, heat exchange elements are made in the form of inclined pereyp 's shelves, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are in the form of a screw, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates, located in an airtight lid, openings for conveying a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil that creates rotation of the melt in a horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrode and moving it to the arc burning zone, channels for
- the plasma reactor separator includes (see the drawing of Fig.l) a water-cooled cylindrical chamber 1, rod hollow graphite electrodes 2 and 3, passing into the chamber 1 through its upper lid 4, and in their cavities are mounted, delaying the fall of the raw material heat exchange elements are made in the form of inclined pouring shelves 5.
- the electrode is rectangular in cross section of the form, and the shelves can be inserted into holes in the walls of the rod.
- Electrode 3 in its cavity may have an element in the form of a screw 6 that inhibits the fall of the raw material.
- the cover 4 is also equipped with a channel 7 for evacuating waste gases, including sublimates of non-ferrous metals, and a tap 8 for introducing fiery liquid slags.
- a valve 10 In the bottom part 9 of the chamber 1 is placed a valve 10, covering the entrance to the output of the molten metal.
- An electromagnetic coil 11 is mounted that encloses the chamber 1.
- the plasma reactor-separator works as follows: Side feeders 13 through channel 14 located in the walls of chamber I 5 at an angle of 90 ° on the same horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the surface of the melt to create a skull lining from the material itself at the boundary of the melt mirror, a dry raw material charge is introduced; as a result, a skull is formed in the form of conical slopes on the melt mirror, thereby eliminating the thermochemical corrosion of the lining.
- the injected, dry raw material mixture in chamber 1 contains, in the calculated quantity, chemical compounds that, when melted, provide artificial binders, for example, cement clinker.
- waste When used as a raw material, waste, for example, chemical production, as well as waste of metallurgical production in the form of fiery liquid slag, waste contains a certain amount of non-ferrous metals.
- Fiery liquid slags with a temperature of up to 1800 0 C are fed by a feeder 8 through a channel located in the wall of chamber 1.
- additional heat comes in, dramatically reducing energy costs and increasing the productivity of the melting chamber and the quality of cement clinkers.
- the ends of the electrodes inside the chamber are immersed in the melt to a depth of 50 cm., Below the coil 11, a controlled voltage is applied.
- metal scrap is loaded into the chambers.
- the arc ignites between these chambers and passes into the cylindrical through hole 18 of the partition with a metal conductor located in it, one end of which is connected to the chamber, melts together with the metal filling the chamber, and the other end, to which the electrical voltage supply contacts are connected, remains in solid condition.
- the plasma-forming gas is rotated to form a vortex.
- the vortex must be such that between the electric arc and the wall of the discharge channel a plasma-forming gas layer (vapor) with a lower temperature is formed and, accordingly, a more dense layer that isolates the channel walls and other parts of the chamber.
- the plasma-forming gas (vapor) enters the discharge channel at an angle to its wall and then forms a vortex there. Due to this, the material in the chamber is heated to the melting temperature. During clinker burning, the temperature of the melt reaches 2000-2100 ° C.
- the walls of the chamber are made of non-magnetic material, for example, steel containing a large amount of nickel, chromium and titanium.
- the resulting electromagnetic field affects the melt as a result of the passage of current through the coil, which in a liquid state becomes conductive. Due to this, rotation occurs (mixing) of the melt in the horizontal plane for evacuation of solid raw materials from under the electrodes and moving it into the arc burning zone and to the channels 12 for outputting the melting binders in one direction (arrows are shown in figure 2) in both compartments simultaneously. Inductive current maintains the temperature at the level achieved (due to the arc discharge).
- the material When accumulating a certain mass of the melt and heating the electrodes inside the chamber above 1000 0 C, the material is fed through the cavities of the electrodes 2,3.
- the raw material is poured from the shelf to the shelf 5, which are heated to a temperature close to the temperature of the electrode.
- heat is transferred from the shelves to the material and the latter (preheated) brought to a temperature dissociation of carbonates, gets to the surface of the melt and melts with greater speed, because in this case, exothermic reactions take place with the release of heat.
- the performance of the melting chamber increases.
- the same process of heating the raw material occurs in the electrode 3, but in this case, the heating occurs when the material moves along the helical surface.
- the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in the productivity of the plant and to an increase in the quality of the main products, for example, cement clinker.
- the mixing speed is determined by the rate of change of the magnetic field and depends on the frequency and power of the alternating current.
- the mixing speed is regulated depending on the viscosity of the melt, and the latter - on its temperature.
- rare metals for example, lithium
- the clinker melt periodically or continuously (with a consistent input into the chamber 1 of raw materials) is poured into the granulator for utilization of the heat of the melt and its granulation.
- the granulator is made in the form of rotating around its axis in opposite directions from each other, water-cooled metal cylinders 16 from the inside.
- the coil 11 can be moved to the channel 12 zone.
- the cooled clinker is transferred to the grinders to produce cement.
- the proposed device due to the high utilization rate, allows to increase productivity, and due to active mixing and regulation of the melt cooling rate - the quality, variety of properties of the finished products.
- the constructive implementation of the reactor allows to obtain by-products in the form of their melt and sublimates.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
- Furnace Details (AREA)
- Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Плазменный реактор —сепаратор Plasma Reactor Separator
Изобретение относится к электродуговым плазменным реакторам для одновременного получения расплава тугоплавких, металлических и неметаллических материалов и возгонов, преимущественно специальных видов клинкеров искусственных вяжущих, имеющих высокую степень вязкости расплава и сопутствующих цветных металлов и может быть использовано в цементной, химической промышленности и металлургии. Плазменный реактор — сепаратор для одновременного получения расплава тугоплавких металлических материалов и тугоплавких неметаллических материалов и возгонов, содержащий камеру с цилиндрическим корпусом, стержневые полые электроды, проходящие в камеру сквозь верхнюю ее герметичную крышку, теплообменные элементы выполнены в виде наклонных пересыпных полок, задерживающие падение сырьевого материала, вмонтированные в полости электродов, теплообменные элементы выполнены в виде шнека, задерживающие падение сырьевого материала, вмонтированные в полости электродов, канал для эвакуации отходящих газов и возгонов, расположенный в герметичной крышке, отверстия для вывода расплава тугоплавких металлических материалов в донной части камеры, электромагнитная катушка, каналы для вывода расплава более легкого вяжущего вещества (тугоплавких неметаллических материалов), расположенных между отверстиями для вывода расплава тугоплавких металлических материалов, четыре боковых питателя с каналами для ввода части сухого сырьевого материала и создания гарнисажа на футеровке в виде конусных откосов на границе зеркала расплава при этом каналы расположены под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга в верхней части камеры над поверхностью расплава, гранулятор для охлаждения и грануляции расплава тугоплавких неметаллических материалов, выполненных в виде водоохлаждаемых изнутри металлических цилиндров, вращающихся вокруг своей оси в противоположные стороны друг относительно друга, продольную охлаждаемую изнутри сырьевым материалом перегородку, разделяющую по всей длине камеру на две равные части и проходящую между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами, имеющий сквозное отверстие для дуги, расположенным над поверхностью расплава и вращения последнего в горизонтальной плоскости для эвакуации твердого сырья из под электрода и перемещения его в зону горения дуги, полая перегородка снабжена горизонтальными щелевыми отверстиями с направляющими для выхода материала и создания дополнительного гарнисажа в виде конусных откосов на границе зеркала расплава.The invention relates to electric arc plasma reactors for the simultaneous production of melt refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binding cement clinkers having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals and can be used in the cement, chemical industry and metallurgy. Plasma reactor - separator for simultaneous melting of refractory metal materials and refractory nonmetallic materials and sublimates, containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through the upper hermetic cover, heat exchanging elements made in the form of inclined pouring shelves, which delay the fall of raw material mounted in the cavity of the electrodes, heat exchange elements are made in the form of a screw, delaying the fall of the raw material; in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating off-gases and sublimates, located in an airtight lid, openings for withdrawing a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil, channels for withdrawing a melt of a lighter binder (refractory non-metallic materials) located between the openings for the withdrawal of the melt of refractory metallic materials, four side feeders with channels for entering a part of the dry raw material and creating a skull on the lining in Ideally, conical slopes at the boundary of the melt mirror, the channels are at an angle of 90 ° on the same horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the melt surface; a granulator for cooling and melt granulation of refractory non-metallic materials made in the form of water-cooled metal cylinders rotating from the inside its axis in opposite sides relative to each other, longitudinally cooled raw material from the inside, dividing the chamber into two equal parts and passing between core hollow electrodes immersed in the melt, having a through hole for the arc located above the surface of the melt and rotating the latter in a horizontal plane for evacuation solid raw material from under the electrode and moving it into the arc burning zone, the hollow partition is provided with horizontal slotted holes with guides for output of the material and the creation of additional skull in the form of conical slopes on the border of the melt mirror.
Изобретение позволяет значительно увеличить надежность работы и длительность службы электродов (коэффициента использования, длительность ресурса непрерывной работы агрегата в целом), за счет неполного погружения их в расплав, а также стойкость перегородки за счет охлаждения сырьевым материалом и создания дополнительного гарнисажа в виде конусных откосов на границе зеркала расплава, увеличить производительность реактора, качество готового продукта, снизить энергозатраты, упростить конструкцию.The invention allows to significantly increase the reliability of operation and the service life of the electrodes (utilization rate, the lifetime of the continuous operation of the unit as a whole), due to incomplete immersion into the melt, as well as the durability of the partition by cooling the raw material and creating additional skull in the form of conical slopes on the border melt mirrors, increase reactor productivity, quality of the finished product, reduce energy costs, simplify the design.
Предполагаемое изобретение относится к устройствам для одновременного получения тугоплавких, металлических и неметаллических материалов и возгонов, преимущественно специальных видов клинкеров искусственных вяжущих, например цементного клинкера, имеющих высокую степень вязкости расплава и сопутствующих сплавов металлов и может быть использовано в цементной промышленности.The alleged invention relates to devices for the simultaneous production of refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of clinkers, artificial binders, such as cement clinker, having a high degree of viscosity of the melt and associated alloys of metals and can be used in the cement industry.
Известно устройство для плавления материала, преимущественно цементного клинкера, содержащее камеру, горизонтальные цельные стержневые электроды, отверстия для ввода отходов, отверстие для ввода пара, отверстие для вывода отходящих газов (Патент РФ Ne 157060 C2 H 05 B 7/00 от 15.12.1998 г. "Плазмохимический реактор" (автор М.Р. Предтеченский )).A device is known for melting a material, mainly cement clinker, containing a chamber, horizontal solid rod electrodes, holes for waste entry, a hole for steam injection, a hole for exhaust gases (RF Patent Ne 157060 C2 H 05 B 7/00 dated 12.15.1998. "Plasma-Chemical Reactor" (by M.R. Predtechensky)).
Недостатком указанного устройства является низкий ресурс плазмотрона (эрозия электродов), недостаточная глубина переработки, низкая производительность агрегата при использовании промышленных отходов, цикличность работы.The disadvantage of this device is the low resource of the plasma torch (erosion of the electrodes), insufficient processing depth, low productivity of the unit when using industrial waste, the cyclical nature of work.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является плазменный реактор для плавления материала, преимущественно цементного клинкера, включающее цилиндрическую камеру, полые стержневые электроды, проходящие в камеру сквозь верхнюю ее крышку, отверстия для ввода реагентов в своде камеры и вывода в поде, две электромагнитные катушки, охватывающие камеру и расположенные одна над другой по ее высоте ( патент РФ JN° 2213792 C22 В 9/22, F 27 В 14/04 от 10.10.2003 г. Бюл. JVfe28, заявка от 19.04.2002 г. (авторы Ю.А. Бурлов и др.)).The closest in technical essence and the achieved result is a plasma reactor for melting material, mainly cement clinker, including a cylindrical chamber, hollow rod electrodes passing into the chamber through its upper lid, openings for introducing reagents in the chamber arch and output to the hearth, two electromagnetic coils , covering the camera and located one above the other at its height (RF patent JN ° 2213792 C22 B 9/22, F 27 B 14/04 of 10.10.2003, Bull. JVfe28, application of 04/19/2002 (authors Y. A. Burlov and others)).
Недостатком указанного устройства является быстрый износ электродов и необходимость остановки агрегата на их замену.The disadvantage of this device is the rapid wear of the electrodes and the need to stop the unit to replace them.
В основу настоящего изобретения положена задача повышения надежности работы, производительности печи, качества готового продукта, снижение энергозатрат.The basis of the present invention is to improve the reliability, performance of the furnace, the quality of the finished product, reducing energy consumption.
Согласно предлагаемому изобретению, задача решается тем, что в плазменном реакторе для одновременного получения расплава тугоплавких металлических и неметаллических материалов и возгонов, преимущественно специальных видов клинкера искусственных вяжущих в виде расплава, имеющих высокую степень вязкости расплава и сопутствующих цветных металлов, содержащий камеру с цилиндрическим корпусом, стержневые полые электроды, проходящие в камеру сквозь верхнюю ее герметичную крышку, теплообменные элементы выполнены в виде наклонных пересыпных полок, задерживающие падение сырьевого материала, вмонтированные в полости электродов, теплообменные элементы выполнены в виде шнека, задерживающие падение сырьевого материала, вмонтированные в полости электродов, канал для эвакуации отходящих газов и возгонов, расположенный в герметичной крышке, отверстия для вывода расплава тугоплавких металлических материалов в донной части камеры, электромагнитная катушка создающая вращение расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации твердого сырья из под электрода и перемещения его в зону горения дуги, каналы для вывода расплава более легкого вяжущего вещества (тугоплавких неметаллических материалов), расположенных между отверстиями для вывода расплава тугоплавких металлических материалов, четыре боковых питателя с каналами для ввода части сухого сырьевого материала и создания гарнисажа на футеровке в виде конусных откосов на границе зеркала расплава при этом каналы расположены под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга в верхней части камеры над поверхностью расплава, гранулятор для охлаждения и грануляции расплава тугоплавких неметаллических материалов, выполненных в виде водоохлаждаемых изнутри металлических цилиндров, вращающихся вокруг своей оси в противоположные стороны друг относительно друга, продольную охлаждаемую изнутри сырьевым материалом перегородку, разделяющую по всей высоте камеру на две равные части и проходящую между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами, отверстием для дуги в перегородке расположенным над поверхностью расплава, полая перегородка снабжена горизонтальными щелевыми отверстиями с направляющими для выхода материала и создания дополнительного гарнисажа в виде конусных откосов на границе зеркала расплава.According to the present invention, the problem is solved in that in a plasma reactor for the simultaneous production of melt refractory metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of clinker, artificial binders in the form of a melt having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals, containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through its upper hermetic cover, heat exchange elements are made in the form of inclined pereyp 's shelves, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are in the form of a screw, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates, located in an airtight lid, openings for conveying a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil that creates rotation of the melt in a horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrode and moving it to the arc burning zone, channels for melting the lighter binder (refractory non-metallic materials), melt There are four lateral feeders with channels for entering a part of dry raw material and creating a skull on the lining in the form of conical slopes on the border of the melt mirror and the channels are located at an angle of 90 ° on the same horizontal plane relative to each other the upper part of the chamber above the surface of the melt, a granulator for cooling and granulation of the melt of refractory non-metallic materials made in the form of water-cooled metal from the inside cylinders rotating around its axis in opposite directions relative to each other, longitudinal raw material cooled from the inside, dividing the chamber into two equal parts along the entire height and passing between the core hollow electrodes immersed in the melt, an arc hole in the partition located above the melt surface, the hollow partition is provided with horizontal slit openings with guides to exit the material and create additional skull in the form of conical slopes on the walls Itza melt mirror.
Плазменный реактор - сепаратор включает (см. чертеж Фиг.l) водоохлажденную цилиндрическую камеру 1, стержневые полые графитовые электроды 2 и 3, проходящие в камеру 1 сквозь верхнюю ее крышку 4, а в их полостях вмонтированы, задерживающие падение сырьевого материала теплообменные элементы, выполнены в виде наклонных пересыпных полок 5. При этом для простоты исполнения электрод выполняется прямоугольной в поперечном сечении формы, а полки могут вставляться в отверстия в стенках стержня. Электрод 3 в своей полости может иметь задерживающий падение сырьевого материала элемент в виде шнека 6. Крышка 4 снабжена также каналом 7 для эвакуации отходящих газов и в том числе возгонов цветных металлов и летка 8 для ввода огненно- жидких шлаков.The plasma reactor separator includes (see the drawing of Fig.l) a water-cooled cylindrical chamber 1, rod hollow graphite electrodes 2 and 3, passing into the chamber 1 through its upper lid 4, and in their cavities are mounted, delaying the fall of the raw material heat exchange elements are made in the form of inclined pouring shelves 5. At the same time, for simplicity, the electrode is rectangular in cross section of the form, and the shelves can be inserted into holes in the walls of the rod. Electrode 3 in its cavity may have an element in the form of a screw 6 that inhibits the fall of the raw material. The cover 4 is also equipped with a channel 7 for evacuating waste gases, including sublimates of non-ferrous metals, and a tap 8 for introducing fiery liquid slags.
В донной части 9 камеры 1 размещен клапан 10, прикрывающий летку для вывода расплава металлов. Установлена электромагнитная катушка 11, охватывающая камеру 1. Между клапанами 10 для вывода металлического расплава размещены два канала 12 с запирающим клапаном для вывода расплава вяжущих, например цементного клинкера. (Запирающий канал, клапан условно не показан).In the bottom part 9 of the chamber 1 is placed a valve 10, covering the entrance to the output of the molten metal. An electromagnetic coil 11 is mounted that encloses the chamber 1. Between the valves 10 for the removal of the metal melt there are two channels 12 with a shut-off valve for the output of the melt binders, for example cement clinker. (The closing channel, the valve is conventionally not shown).
Четыре боковых питателя 13 и один верхний питатель 13 (см. чертеж Фиг.2 и 1 ) для ввода сырьевой шихты (10% от общего количества питания печи) по каналу 14, расположенных в стенах камеры 1, под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга в верхней части камеры над поверхностью расплава, в результате на зеркале расплава образуется гарнисаж 15 в виде конусных откосов.Four side feeders 13 and one upper feeder 13 (see drawing 2 and 1) to enter the raw material charge (10% of the total amount of furnace power) through channel 14 located in the walls of chamber 1, at an angle of 90 ° on one horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the surface of the melt, as a result, a skull 15 in the form of conical slopes forms on the melt mirror.
Под каналами 12 установлены металлические, длинные цилиндры 16, вращающиеся вокруг своей оси в противоположные стороны друг от друга водоохлаждаемые изнутри, выполняющие роль теплообмена и грануляции расплава вяжущих. Между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами 2 и 3 проходит продольная охлаждаемая изнутри сырьевым материалом полая перегородка 17, разделяющая по всей высоте камеру на две равные части. В полой перегородке 17 имеется отверстие 18 для дуги расположенное над поверхностью расплава. Полая перегородка 17 снабжена горизонтальными щелевыми отверстиями 19 с направляющими для выхода материала и создания дополнительного гарнисажа 20 в виде конусных откосов на границе зеркала расплава.Under the channels 12, metallic, long cylinders 16 are installed, rotating around their axis in opposite directions from each other, water-cooled from the inside, which play the role of heat exchange and granulation of the melt binders. Between the core-hollow electrodes 2 and 3 immersed in the melt there passes a hollow partition 17, which is cooled from the inside by longitudinal raw materials, which divides the chamber into two equal parts along the entire height. In the hollow partition 17 there is a hole 18 for the arc located above the surface of the melt. The hollow partition 17 is provided with horizontal slotted holes 19 with guides for exit of the material and the creation of an additional skull 20 in the form of conical slopes on the border of the melt mirror.
Плазменный реактор-сепаратор работает следующим образом: Боковыми питателями 13 по каналу 14 расположенными в стенах камеры I5 под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга в верхней части камеры над поверхностью расплава для создания гарнисажной футеровки из самого материала на границе зеркала расплава, вводится сухая сырьевая шихта, в результате образуется гарнисаж в виде конусных откосов на зеркале расплава, тем самым исключается термохимическая коррозия футеровки. Вводимая, сухая сырьевая шихта в камеру 1 содержит в расчетном количестве химические соединения, обеспечивающие, при их плавлении, получение искусственных вяжущих, например, цементного клинкера.The plasma reactor-separator works as follows: Side feeders 13 through channel 14 located in the walls of chamber I 5 at an angle of 90 ° on the same horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the surface of the melt to create a skull lining from the material itself at the boundary of the melt mirror, a dry raw material charge is introduced; as a result, a skull is formed in the form of conical slopes on the melt mirror, thereby eliminating the thermochemical corrosion of the lining. The injected, dry raw material mixture in chamber 1 contains, in the calculated quantity, chemical compounds that, when melted, provide artificial binders, for example, cement clinker.
При применении в качестве сырья, отходов, например, химических производств, а также отходов металлургических производств в виде огненно- жидких шлаков, в отходах содержится некоторое количество цветных металлов. Огненно-жидкие шлаки температурой до 1800 0C подают питателем 8 через канал расположенный в стене камеры 1. Вместе с тем поступает дополнительное тепло, резко снижающее энергетические затраты и повышающего производительность камеры плавления и качество цементных клинкеров.When used as a raw material, waste, for example, chemical production, as well as waste of metallurgical production in the form of fiery liquid slag, waste contains a certain amount of non-ferrous metals. Fiery liquid slags with a temperature of up to 1800 0 C are fed by a feeder 8 through a channel located in the wall of chamber 1. However, additional heat comes in, dramatically reducing energy costs and increasing the productivity of the melting chamber and the quality of cement clinkers.
Концы электродов внутри камеры погружают в расплав на глубину 50 см., ниже катушки 11, подается управляемое напряжение. Перед стартом плазменного реактора в камеры загружается металлический лом. Дуга зажигается между этими камерами и проходит в цилиндрическое сквозное отверстие 18 перегородки с расположенным в нем металлическим проводником, один конец которого соединенный с камерой, плавится вместе с заполняющим камеру металлом, а второй конец, к которому, присоединяются контакты для подачи электрического напряжения, остается в твердом состоянии. Для стабилизации дугового разряда, плазмообразующему газу (пару) придается вращение с образованием вихря. Вихрь должен быть таким, чтобы между электрической дугой и стенкой разрядного канала образовывался слой плазмообразующего газа (пар) с более низкой температурой и соответственно, более плотный, который изолирует стенки канала и другие детали камеры. Плазмообразующий газ (пар) поступает в разрядный канал под углом к его стенке и далее образует там вихрь. За счет этого материал в камере нагревается до температуры плавления. При обжиге клинкера температура расплава достигает 2000- 21000C.The ends of the electrodes inside the chamber are immersed in the melt to a depth of 50 cm., Below the coil 11, a controlled voltage is applied. Before starting the plasma reactor, metal scrap is loaded into the chambers. The arc ignites between these chambers and passes into the cylindrical through hole 18 of the partition with a metal conductor located in it, one end of which is connected to the chamber, melts together with the metal filling the chamber, and the other end, to which the electrical voltage supply contacts are connected, remains in solid condition. To stabilize the arc discharge, the plasma-forming gas (pair) is rotated to form a vortex. The vortex must be such that between the electric arc and the wall of the discharge channel a plasma-forming gas layer (vapor) with a lower temperature is formed and, accordingly, a more dense layer that isolates the channel walls and other parts of the chamber. The plasma-forming gas (vapor) enters the discharge channel at an angle to its wall and then forms a vortex there. Due to this, the material in the chamber is heated to the melting temperature. During clinker burning, the temperature of the melt reaches 2000-2100 ° C.
При подъеме уровня расплава выше катушки 11 подается напряжение на ее обмотку. Стенки камеры выполняются из немагнитного материала, например, стали, содержащей большое количество никеля, хрома и титана. Образующееся, в результате прохождения тока через катушку, электромагнитное поле воздействует на расплав, который в жидком состоянии становится токопроводным. За счет этого происходит вращение (перемешивание) расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации из под электродов твердого сырья и перемещения его в зону горения дуги и к каналам 12 для вывода расплава вяжущих в одном направлении (стрелками показано на фиг.2 ) одновременно в обоих отсеках. Индуктивный ток поддерживает температуру на достигнутом (благодаря дуговому разряду) уровне. При наборе некоторой массы расплава и разогреве электродов внутри камеры выше 10000C, подают материал через полости электродов 2,3. При этом в электроде 2 сырьевой материал пересыпается с полки на полку 5, которые нагреты до температуры, близкой к температуре электрода. При относительно медленном (по сравнению с вертикальным падением) перемещении материала и непосредственном контакте с нагретой поверхностью полок происходит передача тепла от полок к материалу и последний (предварительно подогретый), доведенный до температуры диссоциации карбонатов, попадает на поверхность расплава и расплавляется с большей скоростью, т.к. в этом случае идут уже экзотермические реакции, проходящие с выделением тепла. При этом, производительность камеры плавления повышается. Тот же процесс подогрева сырьевого материала происходит в электроде 3, но в этом случае подогрев происходит при движении материала по винтовой поверхности. В результате перемешивания расплава за счет вращающегося магнитного поля, создаваемого трехфазной катушкой происходит гомогенизация расплава, что активно способствует увеличению производительности установки и повышению качества основной продукции, например цементного клинкера.When the level of the melt rises above the coil 11, voltage is applied to its winding. The walls of the chamber are made of non-magnetic material, for example, steel containing a large amount of nickel, chromium and titanium. The resulting electromagnetic field affects the melt as a result of the passage of current through the coil, which in a liquid state becomes conductive. Due to this, rotation occurs (mixing) of the melt in the horizontal plane for evacuation of solid raw materials from under the electrodes and moving it into the arc burning zone and to the channels 12 for outputting the melting binders in one direction (arrows are shown in figure 2) in both compartments simultaneously. Inductive current maintains the temperature at the level achieved (due to the arc discharge). When accumulating a certain mass of the melt and heating the electrodes inside the chamber above 1000 0 C, the material is fed through the cavities of the electrodes 2,3. In this case, in the electrode 2, the raw material is poured from the shelf to the shelf 5, which are heated to a temperature close to the temperature of the electrode. With a relatively slow (compared with a vertical drop) movement of the material and direct contact with the heated surface of the shelves, heat is transferred from the shelves to the material and the latter (preheated) brought to a temperature dissociation of carbonates, gets to the surface of the melt and melts with greater speed, because in this case, exothermic reactions take place with the release of heat. At the same time, the performance of the melting chamber increases. The same process of heating the raw material occurs in the electrode 3, but in this case, the heating occurs when the material moves along the helical surface. As a result of melt mixing, due to the rotating magnetic field created by a three-phase coil, the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in the productivity of the plant and to an increase in the quality of the main products, for example, cement clinker.
Скорость перемешивания задается скоростью изменения магнитного поля и зависит от частоты и мощности переменного тока. Скорость перемешивания регулируется в зависимости от вязкости расплава, а последняя - от его температуры. При расплавлении шихты для получения цементного клинкера, в которой содержится небольшое количество редких металлов, некоторые из них, температура плавления которых несколько выше клинкерного расплава (кроме вольфрама и молибдена) оседают в донной части 9 камеры 1 над клапанами 10 и периодически выпускаются в изложницы. Осаждение металлов идет за счет того, что их плотность минимум в два раза выше клинкерного расплава.The mixing speed is determined by the rate of change of the magnetic field and depends on the frequency and power of the alternating current. The mixing speed is regulated depending on the viscosity of the melt, and the latter - on its temperature. When the mixture is melted to obtain cement clinker, which contains a small amount of rare metals, some of them, the melting point of which is slightly higher than the clinker melt (except tungsten and molybdenum) settle in the bottom 9 of chamber 1 above the valves 10 and are periodically released into molds. The deposition of metals is due to the fact that their density is at least twice as high as the clinker melt.
Пары легковозгоняемых редких металлов (например лития) вместе с диоксидом углерода, выделяемым в результате декарбонизации карбонатных компонентов клинкерной шихты, вылетают под действием разряжения, создаваемого в канале 7, в специальные разделительные устройства, где пары оксидов металлов конденсируются, а диоксид углерода может использоваться для получения сухого льда или специальным нагнетателем снова вводится в реактор через электроды. Возгоны оксидов металлов передаются на дальнейшую переработку для получения кондиционного продукта. Четыре боковых питателя 13, через каналы 14, расположенные в стенах камеры 1 под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга в верхней части камеры над поверхностью расплава для ввода сырьевой шихты (10 % от общего1 количества питания печи), в результате на периферии зеркала расплава образуется гарнисаж 15 в виде конусных откосов, исключающий термохимическую коррозию футеровки.Couples of easily recoverable rare metals (for example, lithium), together with carbon dioxide emitted as a result of decarbonization of the carbonate components of the clinker charge, fly out under the action of a vacuum created in channel 7 into special separation devices, where vapors of metal oxides condense, and carbon dioxide can be used to produce dry ice or a special supercharger is reintroduced into the reactor through the electrodes. Sublimates of metal oxides are transferred for further processing to obtain a conditioned product. Four side feeders 13, through channels 14 located in the walls of chamber 1 at an angle of 90 ° on the same horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the surface of the melt to enter the raw material mixture (10% of the total 1 feed quantity of the furnace), resulting in a skull 15 is formed in the periphery of the melt mirror in the form of conical slopes, which excludes thermochemical corrosion of the lining.
Один верхний питатель 13 для подачи сырьевого материала в вертикальную полую перегородку 17 для охлаждения последней и выхода материала через горизонтальные щелевые отверстия 19 по направляющим и создания дополнительного гарнисажа 20 в виде конусных откосов на границе зеркала расплава предотвращающий прогары стенок перегородки 17. В полой перегородке 17 имеется отверстие 18 для дуги расположенное над поверхностью расплава.One upper feeder 13 for feeding the raw material into the vertical hollow partition 17 for cooling the latter and for exiting the material through the horizontal slit holes 19 along the guides and creating an additional crust 20 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror prevents the burnout of the walls of the partition 17. There are in the hollow partition 17 hole 18 for the arc located above the surface of the melt.
Клинкерный расплав периодически или непрерывно (при согласованном вводе в камеру 1 сырья) выливают в гранулятор для утилизации теплоты расплава и его грануляции. Гранулятор выполнен в виде вращающихся вокруг своей оси в противоположные стороны друг от друга, водоохлаждаемые изнутри металлические цилиндры 16.The clinker melt periodically or continuously (with a consistent input into the chamber 1 of raw materials) is poured into the granulator for utilization of the heat of the melt and its granulation. The granulator is made in the form of rotating around its axis in opposite directions from each other, water-cooled metal cylinders 16 from the inside.
( Для снижения вязкости расплава клинкера во время периодического слива, катушку 11 можно перемещать в зону канала 12).(To reduce the viscosity of the clinker melt during periodic draining, the coil 11 can be moved to the channel 12 zone).
Остывший клинкер передают на измельчители для получения цемента.The cooled clinker is transferred to the grinders to produce cement.
Таким образом, предлагаемое устройство, за счет высокого коэффициента использования, позволяет повысить производительность, а за счет активного перемешивания и регулирования скорости охлаждения расплава — качество, разнообразие свойств готовых продуктов. Вместе с тем, конструктивное выполнение реактора позволяет получать попутные продукты в виде их расплава и возгонов. Thus, the proposed device, due to the high utilization rate, allows to increase productivity, and due to active mixing and regulation of the melt cooling rate - the quality, variety of properties of the finished products. However, the constructive implementation of the reactor allows to obtain by-products in the form of their melt and sublimates.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004132754 | 2004-11-11 | ||
| RU2004132754/02A RU2277598C1 (en) | 2004-11-11 | 2004-11-11 | Plasma reactor - separator |
Publications (4)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2006052165A2 WO2006052165A2 (en) | 2006-05-18 |
| WO2006052165A3 WO2006052165A3 (en) | 2006-08-24 |
| WO2006052165B1 WO2006052165B1 (en) | 2006-10-26 |
| WO2006052165A9 true WO2006052165A9 (en) | 2006-12-28 |
Family
ID=36336904
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2005/000554 Ceased WO2006052165A2 (en) | 2004-11-11 | 2005-11-08 | Plasma reactor-separator |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2277598C1 (en) |
| WO (1) | WO2006052165A2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2354724C2 (en) * | 2007-01-16 | 2009-05-10 | Юрий Александрович Бурлов | Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs) |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| BE766850A (en) * | 1971-05-07 | 1971-11-08 | Elphiac Sa | PLASMA OVEN. |
| RU2176277C1 (en) * | 2000-12-28 | 2001-11-27 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma reactor |
| RU2213792C1 (en) * | 2002-04-19 | 2003-10-10 | Бурлов Юрий Александрович | Plasma-type reactor-separator |
-
2004
- 2004-11-11 RU RU2004132754/02A patent/RU2277598C1/en not_active IP Right Cessation
-
2005
- 2005-11-08 WO PCT/RU2005/000554 patent/WO2006052165A2/en not_active Ceased
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2006052165B1 (en) | 2006-10-26 |
| WO2006052165A3 (en) | 2006-08-24 |
| RU2004132754A (en) | 2006-05-10 |
| RU2277598C1 (en) | 2006-06-10 |
| WO2006052165A2 (en) | 2006-05-18 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8038973B2 (en) | High purity silicon production system and production method | |
| RU2213792C1 (en) | Plasma-type reactor-separator | |
| EP2461126B1 (en) | Arc melting equipment and molten metal manufacturing method using arc melting equipment | |
| UA77989C2 (en) | Method for producing titanium containing slag (variants) | |
| KR20030028416A (en) | Method and device for producing molten iron | |
| US20080267251A1 (en) | Stacked induction furnace system | |
| EA006623B1 (en) | Method and apparatus for melting metals | |
| CN105940120B (en) | Method for producing steel in an electric arc furnace and electric arc furnace | |
| WO2010068140A1 (en) | Method and apparatus for electron-beam or plasma-jet melting of metal from a crystallizer into a crystallizer | |
| EP0976840B1 (en) | Method of operating rotary hearth furnace for reducing oxides | |
| RU2176277C1 (en) | Plasma reactor | |
| RU2404272C1 (en) | Device for simultaneous obtaining of heat-resistant, metallic and non-metallic materials and distillates | |
| WO2006052165A9 (en) | Plasma reactor-separator | |
| RU2354724C2 (en) | Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs) | |
| RU2296165C2 (en) | Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same | |
| EP0235909B1 (en) | Near net shape fused cast refractories and process for their manufacture by rapid melting/controlled rapid cooling | |
| RU2228305C2 (en) | Method of production of special kinds of clinkers and accompanying metals out of industrial wastes | |
| RU2296166C2 (en) | Metal direct reduction method from dispersed raw ore material method and apparatus for performing the same | |
| US3891427A (en) | Method for melting prereduced ore and scrap | |
| KR20060111902A (en) | How to charge particulate metal in into electric arc | |
| RU60936U1 (en) | DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY | |
| RU2315813C1 (en) | Plasma furnace used for the direct reduction of the metals | |
| RU2228962C2 (en) | Vacuum melting furnace with cold hearth | |
| RU2318876C1 (en) | Apparatus for direct reduction of metals | |
| KR102751454B1 (en) | Electric furnace |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| AK | Designated states |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): AE AG AL AM AT AU AZ BA BB BG BR BW BY BZ CA CH CN CO CR CU CZ DE DK DM DZ EC EE EG ES FI GB GD GE GH GM HR HU ID IL IN IS JP KE KG KM KN KP KR KZ LC LK LR LS LT LU LV LY MA MD MG MK MN MW MX MZ NA NG NI NO NZ OM PG PH PL PT RO SC SD SE SG SK SL SM SY TJ TM TN TR TT TZ UA UG US UZ VC VN YU ZA ZM ZW |
|
| AL | Designated countries for regional patents |
Kind code of ref document: A2 Designated state(s): GM KE LS MW MZ NA SD SL SZ TZ UG ZM ZW AM AZ BY KG KZ MD RU TJ TM AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LT LU LV MC NL PL PT RO SE SI SK TR BF BJ CF CG CI CM GA GN GQ GW ML MR NE SN TD TG |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 05817624 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A2 |