WO2006052165A2 - Plasma reactor-separator - Google Patents
Plasma reactor-separator Download PDFInfo
- Publication number
- WO2006052165A2 WO2006052165A2 PCT/RU2005/000554 RU2005000554W WO2006052165A2 WO 2006052165 A2 WO2006052165 A2 WO 2006052165A2 RU 2005000554 W RU2005000554 W RU 2005000554W WO 2006052165 A2 WO2006052165 A2 WO 2006052165A2
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- melt
- chamber
- raw material
- electrodes
- plasma reactor
- 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 a melt of refractory, metallic and nonmetallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binder clinkers having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals and can be used in cement, chemical industry and metallurgy.
- Plasma reactor - separator for simultaneous production of a melt of refractory metallic materials and refractory non-metallic materials and sublimates containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through its upper airtight cover, heat-exchange elements are made in the form of inclined overflow shelves that delay the fall of raw material mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are made in the form of a screw, delaying the fall of raw material, In the cavities of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates located in a sealed cover, openings for discharging a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil, channels for discharging a melt of a lighter binder (refractory non-metallic materials) located between the openings for outputting the melt of refractory metal materials, four side feeders with channels for introducing part of the dry raw material and creating a skull on the lining in de conical slopes at the boundary of the melt mirror while the channels are located
- the invention allows to significantly increase the reliability and durability of the electrodes (utilization rate, duration of the resource of continuous operation of the unit as a whole), due to their incomplete immersion in the melt, as well as the stability of the partition due to cooling with raw material and the creation of an additional skull in the form of conical slopes at the border Melt mirrors, increase reactor productivity, finished product quality, reduce energy consumption, 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 artificial binder clinkers, for example cement clinker, having a high degree of melt viscosity and related metal alloys and can be used in the cement industry.
- a device for melting a material mainly cement clinker, comprising a chamber, horizontal solid rod electrodes, openings for introducing waste, an opening for introducing steam, an opening for discharging exhaust gases (RF Patent N ° 157060 C2 H 05 B 7/00 of December 15, 1998 "Plasma-chemical reactor” (author 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 cyclicity of work.
- a plasma reactor for melting the material mainly cement clinker, including a cylindrical chamber, hollow rod electrodes passing into the chamber through its upper cover, openings for introducing reagents in the chamber vault and outlet in the hearth, two electromagnetic coils covering the camera and located one above the other in its height (RF patent JCH ° 2213792 C22 B 9/22, F 27 B 14/04 dated 10/10/2003 Bul. j ⁇ ° 28, application dated 04/19/2002 ( authors Yu.A. Burlov et al.)).
- the present invention is based on the task of improving the reliability of operation, furnace productivity, quality of the finished product, reducing energy consumption.
- the problem is solved in that in a plasma reactor for the simultaneous production of a melt of refractory metallic and nonmetallic 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 sealed cover, heat exchange elements are made in the form of inclined 's shelves, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are -A- in the form of a screw, delaying the fall of raw material, mounted in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates located in a sealed cover, holes for removing the melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil creating a rotation of the melt in a horizontal plane for the evacuation of solid raw materials from under the electrode and moving it to the arc burning zone, channels for removing the melt
- 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 cover 4, and mounted in their cavities, which delay the fall of raw material heat-exchange elements made in the form of inclined overflow shelves 5. Moreover, for simplicity of execution, the electrode is rectangular in cross-sectional shape, and shelves can be inserted into holes in the walls of the rod.
- the electrode 3 in its cavity may have an element in the form of a screw 6 preventing the fall of the raw material.
- the cover 4 is also provided with a channel 7 for evacuating the exhaust gases, including sublimates of non-ferrous metals and letka 8 for introducing fire-liquid slag.
- valve 10 In the bottom part 9 of the chamber 1 there is a valve 10, which covers the notch for the output of the molten metal.
- An electromagnetic coil 11 is installed, covering the chamber 1.
- two channels 12 are placed with a shut-off valve for outputting the melt of binders, for example, cement clinker. (Locking channel, valve conditionally not shown).
- a longitudinal hollow baffle 17 which is cooled from the inside with raw material, passes, dividing the chamber into two equal parts over the entire height.
- an opening 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 material and create an additional skull 20 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror.
- the plasma reactor-separator operates as follows: Lateral feeders 13 along the channel 14 located in the walls of the chamber 1, at an angle of 90 ° on one horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the melt surface to create a skull lining of the material itself at the boundary of the melt mirror, a dry raw material charge is introduced, as a result a skull forms in the form of conical slopes on the melt mirror, thereby eliminating thermochemical corrosion of the lining.
- the introduced, dry raw material charge into the chamber 1 contains a calculated amount of chemical compounds that, when melted, provide artificial binders, for example, cement clinker.
- waste When used as raw materials, waste, for example, chemical industries, as well as metallurgical industry waste in the form of liquid-liquid slag, the waste contains a certain amount of non-ferrous metals.
- Flame-liquid slag with a temperature of up to 1800 0 C is supplied by a feeder 8 through a channel located in the wall of the chamber 1. At the same time, additional heat is supplied, which sharply reduces energy costs and increases 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.
- An arc is ignited 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 second end, to which the contacts are connected to supply voltage, remains in solid state.
- a plasma-forming gas is given rotation with the formation of a vortex.
- the vortex should be such that between the electric arc and the wall of the discharge channel a layer of plasma-forming gas (vapor) is formed with a lower temperature and, accordingly, more dense, which insulates the channel walls and other parts of the chamber.
- Plasma-forming gas (steam) 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 its melting point. When firing clinker, the melt temperature reaches 2000-2100 0 C.
- the melt level 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 electromagnetic field acts on the melt, which in the liquid state becomes conductive. Due to this, the melt is rotated (mixed) in a horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrodes and move it to the arc burning zone and to the channels 12 for removing the binder melt in one direction (arrows shown in Fig. 2) simultaneously in both compartments. Inductive current maintains the temperature achieved (due to the arc discharge) level.
- the material When gaining a certain mass of the melt and heating the electrodes inside the chamber above 1000 0 C, the material is fed through the cavity of the electrodes 2,3. Moreover, 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 to a vertical fall) 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 last (preheated) brought to a temperature dissociation of carbonates, falls on the surface of the melt and melts at a higher speed, because in this case, exothermal reactions are already taking place with heat evolution. At the same time, the productivity of the melting chamber is increased.
- the same process of heating the raw material occurs in the electrode 3, but in this case, heating occurs when the material moves along a helical surface.
- the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in the productivity of the installation and an increase in the quality of the main product, for example, cement clinker.
- the mixing speed is set 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.
- Pairs of easily combustible rare metals e.g. lithium
- carbon dioxide released as a result of decarbonization of the carbonate components of the clinker charge
- the metal oxide pairs are condensed, and carbon dioxide can be used to produce dry ice or a special supercharger is again introduced into the reactor through electrodes.
- Sublimates of metal oxides are transferred for further processing to obtain a conditioned product.
- the clinker melt is poured periodically or continuously (upon coordinated input of raw materials into the chamber 1) into a granulator to utilize the heat of the melt and granulate it.
- the granulator is made in the form of metal cylinders 16, which are rotated around their axis in opposite directions from each other, water-cooled from the inside.
- the coil 11 can be moved to the area of the channel 12).
- the cooled clinker is passed to the grinders to obtain cement.
- the proposed device due to the high utilization rate, allows to increase productivity, and due to active mixing and regulation of the cooling rate of the melt - the quality, variety of properties of finished products.
- the design 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
-ι- -ι-
Плазменный реактор -сепараторPlasma 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 a melt of refractory, metallic and nonmetallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binder clinkers having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals and can be used in cement, chemical industry and metallurgy. Plasma reactor - separator for simultaneous production of a melt of refractory metallic materials and refractory non-metallic materials and sublimates, containing a chamber with a cylindrical body, rod hollow electrodes passing into the chamber through its upper airtight cover, heat-exchange elements are made in the form of inclined overflow shelves that delay the fall of raw material mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are made in the form of a screw, delaying the fall of raw material, In the cavities of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates located in a sealed cover, openings for discharging a melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil, channels for discharging a melt of a lighter binder (refractory non-metallic materials) located between the openings for outputting the melt of refractory metal materials, four side feeders with channels for introducing part of the dry raw material and creating a skull on the lining in de conical slopes at the boundary of the melt mirror while the channels are located 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 granulating the melt of refractory non-metallic materials made in the form of water-cooled metal cylinders rotating inside its axis in opposite sides relative to each other, a longitudinal septum cooled from the inside by raw material, dividing the chamber along the entire length into two equal parts and passing between rod hollow electrodes immersed in the melt, having a through hole for the arc located above the melt surface and rotating the latter in a horizontal plane for evacuation solid raw materials from under the electrode and moving it to the arc burning zone, the hollow partition is equipped with horizontal slotted holes with guides for the yield of material and the creation of an additional skull in the form of conical slopes at the boundary 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 and durability of the electrodes (utilization rate, duration of the resource of continuous operation of the unit as a whole), due to their incomplete immersion in the melt, as well as the stability of the partition due to cooling with raw material and the creation of an additional skull in the form of conical slopes at the border Melt mirrors, increase reactor productivity, finished product quality, reduce energy consumption, 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 artificial binder clinkers, for example cement clinker, having a high degree of melt viscosity and related metal alloys 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 N° 157060 C2 H 05 B 7/00 от 15.12.1998 г. "Плазмохимический реактор" (автор М.Р. Предтеченский )).A device for melting a material, mainly cement clinker, is known, comprising a chamber, horizontal solid rod electrodes, openings for introducing waste, an opening for introducing steam, an opening for discharging exhaust gases (RF Patent N ° 157060 C2 H 05 B 7/00 of December 15, 1998 "Plasma-chemical reactor" (author 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 cyclicity 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 JЧ° 2213792 C22 В 9/22, F 27 В 14/04 от 10.10.2003 г. Бюл. j\°28, 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 the material, mainly cement clinker, including a cylindrical chamber, hollow rod electrodes passing into the chamber through its upper cover, openings for introducing reagents in the chamber vault and outlet in the hearth, two electromagnetic coils covering the camera and located one above the other in its height (RF patent JCH ° 2213792 C22 B 9/22, F 27 B 14/04 dated 10/10/2003 Bul. j \ ° 28, application dated 04/19/2002 ( authors Yu.A. Burlov et al.)).
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 present invention is based on the task of improving the reliability of operation, furnace productivity, 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 -A- 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 invention, the problem is solved in that in a plasma reactor for the simultaneous production of a melt of refractory metallic and nonmetallic 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 sealed cover, heat exchange elements are made in the form of inclined 's shelves, delaying the fall of the raw material, mounted in the cavity of the electrodes, the heat exchange elements are -A- in the form of a screw, delaying the fall of raw material, mounted in the cavity of the electrodes, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates located in a sealed cover, holes for removing the melt of refractory metal materials in the bottom of the chamber, an electromagnetic coil creating a rotation of the melt in a horizontal plane for the evacuation of solid raw materials from under the electrode and moving it to the arc burning zone, channels for removing the melt of a lighter binder (refractory non-metallic materials), ra four side feeders with channels for introducing part of the dry raw material and creating a skull on the lining in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror, 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 melt surface, a granulator for cooling and granulating the melt of refractory non-metallic materials made in the form of water-cooled inside met cylinders rotating around their axis in opposite directions relative to each other, a longitudinal partition, cooled from the inside with raw materials, dividing the chamber along the entire height into two equal parts and passing between rod hollow electrodes immersed in the melt, an arc hole in the partition located above the melt surface, the hollow partition is equipped with horizontal slit openings with guides for the exit of the material and the creation of an additional skull in the form of conical slopes on g ANRITSU mirror melt.
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 cover 4, and mounted in their cavities, which delay the fall of raw material heat-exchange elements made in the form of inclined overflow shelves 5. Moreover, for simplicity of execution, the electrode is rectangular in cross-sectional shape, and shelves can be inserted into holes in the walls of the rod. The electrode 3 in its cavity may have an element in the form of a screw 6 preventing the fall of the raw material. The cover 4 is also provided with a channel 7 for evacuating the exhaust gases, including sublimates of non-ferrous metals and letka 8 for introducing fire-liquid slag.
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 there is a valve 10, which covers the notch for the output of the molten metal. An electromagnetic coil 11 is installed, covering the chamber 1. Between the valves 10 for outputting the metal melt, two channels 12 are placed with a shut-off valve for outputting the melt of binders, for example, cement clinker. (Locking channel, valve conditionally 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 the drawing of FIGS. 2 and 1) for introducing a raw material charge (10% of the total amount of furnace power) through a channel 14 located in the walls of the 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 is formed on the mirror of the melt in the form of conical slopes.
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, metal, long cylinders 16 are installed, rotating around their axis in opposite directions from each other, water-cooled from the inside, which act as heat transfer and granulation of the melt binders. Between the rod hollow electrodes 2 and 3 immersed in the melt, a longitudinal hollow baffle 17, which is cooled from the inside with raw material, passes, dividing the chamber into two equal parts over the entire height. In the hollow partition 17 there is an opening 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 material and create an additional skull 20 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror.
Плазменный реактор-сепаратор работает следующим образом: Боковыми питателями 13 по каналу 14 расположенными в стенах камеры 1, 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 operates as follows: Lateral feeders 13 along the channel 14 located in the walls of the chamber 1, at an angle of 90 ° on one horizontal plane relative to each other in the upper part of the chamber above the melt surface to create a skull lining of the material itself at the boundary of the melt mirror, a dry raw material charge is introduced, as a result a skull forms in the form of conical slopes on the melt mirror, thereby eliminating thermochemical corrosion of the lining. The introduced, dry raw material charge into the chamber 1 contains a calculated amount of 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 raw materials, waste, for example, chemical industries, as well as metallurgical industry waste in the form of liquid-liquid slag, the waste contains a certain amount of non-ferrous metals. Flame-liquid slag with a temperature of up to 1800 0 C is supplied by a feeder 8 through a channel located in the wall of the chamber 1. At the same time, additional heat is supplied, which sharply reduces energy costs and increases 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. An arc is ignited 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 second end, to which the contacts are connected to supply voltage, remains in solid state. To stabilize the arc discharge, a plasma-forming gas (pair) is given rotation with the formation of a vortex. The vortex should be such that between the electric arc and the wall of the discharge channel a layer of plasma-forming gas (vapor) is formed with a lower temperature and, accordingly, more dense, which insulates the channel walls and other parts of the chamber. Plasma-forming gas (steam) 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 its melting point. When firing clinker, the melt temperature reaches 2000-2100 0 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 melt level 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. Formed as a result of the passage of current through the coil, the electromagnetic field acts on the melt, which in the liquid state becomes conductive. Due to this, the melt is rotated (mixed) in a horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrodes and move it to the arc burning zone and to the channels 12 for removing the binder melt in one direction (arrows shown in Fig. 2) simultaneously in both compartments. Inductive current maintains the temperature achieved (due to the arc discharge) level. When gaining a certain mass of the melt and heating the electrodes inside the chamber above 1000 0 C, the material is fed through the cavity of the electrodes 2,3. Moreover, 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 to a vertical fall) 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 last (preheated) brought to a temperature dissociation of carbonates, falls on the surface of the melt and melts at a higher speed, because in this case, exothermal reactions are already taking place with heat evolution. At the same time, the productivity of the melting chamber is increased. The same process of heating the raw material occurs in the electrode 3, but in this case, heating occurs when the material moves along a helical surface. As a result of mixing the melt due to the rotating magnetic field created by the three-phase coil, the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in the productivity of the installation and an increase in the quality of the main product, 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 set 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 melting the mixture to obtain a cement clinker, which contains a small amount of rare metals, some of them whose melting point is slightly higher than the clinker melt (except for tungsten and molybdenum) are deposited in the bottom part 9 of chamber 1 above the valves 10 and are periodically released into the molds. The deposition of metals is due to the fact that their density is at least two times higher than 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 общего количества питания печи), в результате на периферии зеркала расплава образуется гарнисаж 15 в виде конусных откосов, исключающий термохимическую коррозию футеровки.Pairs of easily combustible rare metals (e.g. lithium), together with carbon dioxide released as a result of decarbonization of the carbonate components of the clinker charge, fly out under the action of the vacuum generated in channel 7 into special separation devices, where the metal oxide pairs are condensed, and carbon dioxide can be used to produce dry ice or a special supercharger is again introduced into the reactor through 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 the 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 for introducing the raw material charge (10% of the total amount of furnace feed), resulting in the periphery molten mirror forms a skull 15 in the form of conical slopes, excluding 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 supplying raw material to the vertical hollow partition 17 for cooling the latter and the material to exit through the horizontal slotted holes 19 along the guides and create an additional skull 20 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror preventing burnout of the walls of the partition 17. There is a hollow partition 17 an arc hole 18 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 is poured periodically or continuously (upon coordinated input of raw materials into the chamber 1) into a granulator to utilize the heat of the melt and granulate it. The granulator is made in the form of metal cylinders 16, which are rotated around their axis in opposite directions from each other, water-cooled 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 discharge, the coil 11 can be moved to the area of the channel 12).
Остывший клинкер передают на измельчители для получения цемента.The cooled clinker is passed to the grinders to obtain 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 cooling rate of the melt - the quality, variety of properties of finished products. At the same time, the design 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 true WO2006052165A2 (en) | 2006-05-18 |
| WO2006052165A3 WO2006052165A3 (en) | 2006-08-24 |
| WO2006052165B1 WO2006052165B1 (en) | 2006-10-26 |
| WO2006052165A9 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 |
| WO2006052165A9 (en) | 2006-12-28 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3917479A (en) | Furnaces | |
| RU2213792C1 (en) | Plasma-type reactor-separator | |
| CA2002728C (en) | Method of melting materials and apparatus therefor | |
| AU1505800A (en) | Iron production method of operation in a rotary hearth furnace and improved furnace apparatus | |
| RU2089633C1 (en) | Device for melting and casting of metals and alloys | |
| CN105593388A (en) | Non-ferrous metal melting furnace and non-ferrous metal melting method | |
| SU1142006A3 (en) | Steel making set | |
| KR20040102073A (en) | Vitrification furnace and method with dual heating means | |
| US6264721B1 (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 | |
| RU2277598C1 (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 | |
| RU2664076C2 (en) | Electric arc furnace for material processing, installation for electric arc processing of materials and operation method of the installation | |
| US6846467B1 (en) | Plasma-chemical reactor | |
| DE2259219B2 (en) | High temperature furnace and its application | |
| RU2296166C2 (en) | Metal direct reduction method from dispersed raw ore material method and apparatus for performing the same | |
| RU2211193C1 (en) | Process of production of mineral fiber ( variants ) and gear for its realization | |
| RU60936U1 (en) | DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY | |
| RU2234037C2 (en) | Electrocalcinator for calcination of anthracites | |
| SU1312104A1 (en) | Method for steel melting in steel-making furnace | |
| US5058126A (en) | Silicon carbide beam as refractory in an open-arc furnace | |
| RU2157795C1 (en) | Method and apparatus for preparing melt silicate | |
| RU2315813C1 (en) | Plasma furnace used for the direct reduction of the metals |
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 |