WO2009139666A1 - Method and device for producing chemically active metals by rod electrical resistance - Google Patents
Method and device for producing chemically active metals by rod electrical resistance Download PDFInfo
- Publication number
- WO2009139666A1 WO2009139666A1 PCT/RU2009/000222 RU2009000222W WO2009139666A1 WO 2009139666 A1 WO2009139666 A1 WO 2009139666A1 RU 2009000222 W RU2009000222 W RU 2009000222W WO 2009139666 A1 WO2009139666 A1 WO 2009139666A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- metal
- contacts
- cathode
- slag
- reaction
- 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
- C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
- C22B4/08—Apparatus
-
- 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
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/12—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08
- C22B34/1263—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction
- C22B34/1268—Obtaining titanium or titanium compounds from ores or scrap by metallurgical processing; preparation of titanium compounds from other titanium compounds see C01G23/00 - C01G23/08 obtaining metallic titanium from titanium compounds, e.g. by reduction using alkali or alkaline-earth metals or amalgams
-
- 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
- C22B34/00—Obtaining refractory metals
- C22B34/10—Obtaining titanium, zirconium or hafnium
- C22B34/14—Obtaining zirconium or hafnium
-
- 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
- C22B4/00—Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
- C22B4/06—Alloys
-
- 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
- C22B5/00—General methods of reducing to metals
- C22B5/02—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes
- C22B5/04—Dry methods smelting of sulfides or formation of mattes by aluminium, other metals or silicon
Definitions
- the present invention relates to the production of chemically active metals and can be used to produce titanium, zirconium, vanadium, tungsten, niobium, etc. metals.
- the minimum temperature required to start a spontaneous metallothermic reaction should exceed the melting point of the reduced oxides by 1.5-2 times.
- the process temperature should be chosen so that the temperature of the melt at the end of the precipitation period of the droplets of the reduced metal, continuing during the industrial smelting, is higher than the crystallization temperature of the slag, since the slag must have sufficient fluid mobility throughout the formation of the metal ingot.
- the process temperature should be as low as possible, since an increase in the temperature of the after-furnace process is associated with additional costs and can lead to a decrease in the reducibility of the reaction mixture and increased evaporation of elements during melting.
- the closest technical solution selected as a prototype is a method for the recovery of titanium and zirconium with calcium. (A.N. Zelikman - Metallurgy of refractory rare metals, - Moscow: Izd-vo "Metallurgy", 1986, pp. 414-419).
- This method is carried out in sealed apparatus, where the briquetted mixture is loaded.
- the apparatus is filled with argon, heated to a temperature of 1000-1100 0 C, maintained at this temperature for one hour.
- the reduction product is crushed, treated with a large volume of water, then diluted with hydrochloric acid, washed with water and dried in vacuum.
- the reduction of titanium and zirconia with calcium is used to obtain fine-grained powders of titanium and zirconium, which can be used to obtain products by powder metallurgy, as well as in the form of powders (mainly zirconium) in pyrotechnics and as getters in electronic devices.
- MeO 2 + 2Ca Me + 2CaO; (1) where Me is Ti or Zr.
- Calcium reduction is carried out in sealed apparatus made of heat-resistant steel, where a briquetted mixture of TiO 2 or ZrO 2 with s calcium (in the form of chips). Distilled calcium must be used.
- the apparatus is pumped out, filled with argon, heated to 1000–1100 ° C and maintained at this temperature for about 1 hour.
- the reduction product is crushed, treated with a large volume of water [to remove part of CaO in the form of Ca (OH) 2 ], then diluted with HCl, washed with water and dried in vacuum at 40-50 0 C.
- the closest analogue to the claimed device is a device for producing titanium (A.N. Zelikman - Metallurgy of refractory rare metals, - Moscow: Izd. "Metallurgy", 1986, p. 423), containing a casing with refractory lining, placed in it anodes, cathode basket with cathode rods, terminals for connecting current. On top of the cell is closed by a lid with a pipe for supplying raw materials.
- the disadvantage of this device is the insignificant yield due to the low speed of the process, because the electrolyte cannot be heated to high temperatures, the high cost of assembly, high energy costs.
- the technical task of the proposed invention is to develop a method and device for its implementation, which allows to reduce energy costs, increase productivity, yield by increasing the speed of the process, the uniformity of heating.
- the method for the production of reactive metals by the method of rod electrical resistance involves heating the reaction mixture by providing electrical resistance, in the presence of a reducing agent, with reduction at the metal cathode and oxygen anode, at V this charge is not formed into an electrode, but preliminarily laid in the reaction zone, holding the inner cavity of a special insulated body, and the metal recovery process is carried out according to the following chain: power heating of the recoverable charge inside the case due to the creation of electrical resistance when voltage is applied to the contacts, metallothermal reduction of the metal inside the case, separation of the reaction charge into metal.
- the metal under the action of force gravity moves to the cathode, due to electrolysis, being cleaned of non-metallic inclusions, and slag is forced out to the anode, on which oxidizing agents are released.
- the necessary thermal energy for the separation of metal and slag comes from electrical resistance, after the start of the reaction, with constant compression of the contacts to the reaction mixture with a certain force.
- the process of heating the charge begins when it reaches its optimal resistance under the influence of compression pressure, and during melting a strictly defined amount of heat is supplied from the outside, which contributes to the maximum recovery of the recovered metal.
- the specified technical result is achieved by the fact that in the device for the production of chemically active metals by the method of rod electrical resistance, containing a vertically arranged housing with an insulating layer, an anode and a cathode, according to the invention, the function of the anode and cathode is performed by the contacts, the latter being located at the bottom of the housing and is simultaneously a pallet Moreover, each contact is equipped with a compression punch and is cooled.
- the optimal charge resistance is selected due to the specific packing of the charge components inside the container, while the metal reducing agents can be used in the form of a rod, spiral, mesh, etc.
- Figure l shows a device that implements the proposed method for the production of chemically active metals by the method of rod electrical resistance. The best embodiment of the invention
- the proposed method implements using the device shown in Fig.l, which shows a vertical section.
- the device comprises a tubular body 1 with an insulating layer 2, where the reaction mixture is placed. Above and below are placed copper cooled contacts 3, which are connected to opposite poles, the top to the positive, and the bottom to the negative pole. The contacts are pressed by two punches 4 to the reaction mixture, which during the reaction is divided into slag 5 and metal being reduced 6. The reaction mixture is closed in the insulating layer 2 and held by the tubular body 1. The reaction mixture is heated by creating electrical resistance, which is widely used in industry for heating metal lengthy workpieces.
- the electrical contact heating method is based on the ability to connect a heated body to an electrical circuit. At the same time, heat is released in it according to the Joule-Lenz law:
- An important condition for rational heating of the reaction mixture is the ability to accurately and quickly measure the temperature and reliably regulate it. With contact heating, various temperature control methods can be applied. Since the amount of heat generated is proportional to the duration of heating in accordance with formula (2), the temperature can be adjusted by turning off the current in time.
- the work of the proposed method and device can be disclosed by the example of reduction of iron and titanium from ilmenite.
- the electrical conductivity of ilmenite concentrate is approximately 2.0 ... 2.5 Ohm ⁇ -cm "1 , that is, the impurities present in it increase the resistance.
- ilmenite has such conductivity even in the solid state at a temperature of about 1000 0 C, which practically does not change during the transition from a solid to a liquid state.
- the ilmenite melt is characterized by a weak temperature dependence of electrical conductivity.
- the electrical conductivity of ilmenite decreases. This indicates that titanium-containing slags differ not in ionic but in electronic conductivity.
- Ilmenite concentrate is the main raw material for producing ferrotitanium. Due to the proposed method, it is possible to produce from ilmenite 25 ... 35% of ferrotitanium in an aluminothermic method. In this case, the initial energy necessary for slag formation and achievement of the required temperature, when the reduction of titanium oxides actively begins to take place, is released due to the heat of reactions of the interaction of aluminum with oxidizing agents introduced into the charge.
- fluxing components are also introduced into the charge. This contributes, in addition to necessary for the reduction of titanium and iron oxides, the additional use of aluminum.
- the process is enhanced by the occurrence of electrolytic reactions.
- the principal features of the method are that the required amount of heat at different stages of the metallothermal reactions can be precisely controlled based on the Joule-Lenz formula (2). Unlike conventional resistance heating lengthy metal billets, the process of metallothermal reduction of metals is complicated by the fact that due to the flow of chemical, electrolytic, etc. processes, the resistance of the reaction mixture will change all the time.
- the reduction of the metal is enhanced by the electrolytic reaction, since the lower contact 3, where the reduced metal 6 is collected, serves as the cathode, and non-metallic reaction products are oxidized on the anode 3. Yu In contrast to the heating of metal lengthy workpieces, heating the reaction mixture can be, on the other hand, easier, since the reaction mixture can have a resistance much greater than that of metal, therefore, the tubular body 1 can have a shorter length but a larger diameter, which allows produce a correspondingly greater volume of recoverable metal.
- the reaction mixture can change its resistance at the stage of its preparation, before the reaction. That is, at a certain pressure by the punches 4, through the cooled contacts 3, when the charge particles are compressed, its electrical resistance will change. Therefore, the technology of the metallothermal process takes into account these features. That is, the operator, when compressing the reaction mixture, passes a current and voltage of a certain magnitude through it in order to determine the changing resistance, while the magnitude of the current and voltage are selected so as not to cause sufficient heating of the mixture and spontaneous recovery reaction. Upon reaching the calculated resistance due to the external compression pressure, the operator passes such a current and voltage through the reaction charge that triggers a spontaneous metal reduction reaction.
- the operator As the reaction proceeds, as mentioned above, the operator, according to a given program, introduces from the outside exactly as much energy as to recover as much metal as possible.
- the voltage inside the reaction mixture is set so that due to the flow of electrolytic processes, as much as possible to restore the metal.
- the resistance of the reaction mixture will depend on the amount of fluxing additives in this mixture, which can serve as CaF 2 , CaO, Al 2 O 3 , etc. Therefore, it is possible to regulate it by selecting the amount and type of fluxing additives.
- the total resistance of the reaction mixture can be selected by the arrangement of its components inside the container. So, for example, if the overall resistance of the mixture is too high, if it is uniformly mixed, it will be impossible to supply a sufficiently large current and voltage to it for initial heating. In this case, to reduce the resistance of the charge should be specialized laying of its components.
- metal reducing agents having low resistance can be stacked inside the container in the form of separate rods, spirals, etc., connecting the upper and lower contacts with each other, thereby passing current through them these places will heat up the entire volume of the reaction mixture, by itself, giving an impetus to the development of a spontaneous reaction.
- Reducing metals can also be used in the form of a rod, wire, pipe, wire mesh, etc., laid inside the container, around which the remaining reaction mixture is poured.
- the lower cooled copper contact 3 in this device serves as a simultaneously cooled tray on which the reduced metal crystallizes, thereby mixing the reaction to the right and increasing the yield of metal.
- the diameter of the workpiece due to the increase in heating time should not be more than 150 mm or it is necessary to use installations of excessively high power;
- the ratio of the length of the workpiece to the diameter should be at least 30: 1;
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Geochemistry & Mineralogy (AREA)
- Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
Abstract
Description
СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ПРОИЗВОДСТВА ХИМИЧЕСКИ CHEMICAL METHOD AND DEVICE OF PRODUCTION
АКТИВНЫХ МЕТАЛЛОВ МЕТОДОМ СТЕРЖНЕВОГОACTIVE METALS BY THE ROD METHOD
ЭЛЕКТРОСОПРОТИВЛЕНИЯELECTRICAL RESISTANCE
Область техникиTechnical field
Предлагаемое изобретение относится к области производства химически активных металлов и может быть использовано для получения титана, циркония, ванадия, вольфрама, ниобия и т.п. металлов.The present invention relates to the production of chemically active metals and can be used to produce titanium, zirconium, vanadium, tungsten, niobium, etc. metals.
Предшествующий уровень техникиState of the art
В качестве аналога выбран способ металлотермического восстановления металлов за счет изначального разогрева реакционной смеси до определенной температуры (Ю.Л.Плинер, С.И.Сучильников, Е.А.Рубинштейн - Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур, - Москва: Государственное научно-техническое из-во литературы по черной и цветной металлургию), 1963г., стр. 28-29).The method of metallothermal reduction of metals due to the initial heating of the reaction mixture to a certain temperature was selected as an analogue (Yu.L. Pliner, S.I.Suchilnikov, E.A. Rubinshtein - Aluminothermic production of ferroalloys and alloys, - Moscow: State Scientific and Technical -in literature on ferrous and nonferrous metallurgy), 1963, p. 28-29).
Минимальная температура, необходимая для начала самопроизвольной металлотермической реакции, должна превышать точку плавления восстанавливаемых окислов в 1,5-2 раза.The minimum temperature required to start a spontaneous metallothermic reaction should exceed the melting point of the reduced oxides by 1.5-2 times.
Необходимость превышения температуры внепечного процесса над температурой плавления окисной части шихты впервые была высказана В.А.Боголюбовым. Эта зависимость, видимо, связана, прежде всего, с тем обстоятельством, что получение высоких скоростей реакций, необходимых для самопроизвольного протекания внепечного процесса, при температурах, меньших, чем точка плавления восстанавливаемого окисла, затруднительно из-за малых скоростей диффузии в твердых телах.The need to exceed the temperature of the after-furnace process over the melting temperature of the oxide part of the charge was first expressed by V.A. Bogolyubov. This dependence, apparently, is primarily due to the fact that obtaining high reaction rates necessary for the spontaneous occurrence of an out-of-furnace process at temperatures lower than the melting point of the reduced oxide is difficult due to the low diffusion rates in solids.
Другой фактор, определяющий температуру металлотермического процесса - температура кристаллизация шлака. Если температура процесса оказывается ниже, чем температура плавления шлака, разделение металла и шлака, образующихся в результате восстановительных реакций, оказывается ι ЗАМЕНЯЮЩИЙ ЛИСТ (ПРАВИЛО 26) невозможным. Температура процесса должна быть выбрана с таким расчетом, чтобы температура расплава в конце периода осаждения капель восстановленного металла, продолжающегося при промышленном проведении плавки, была выше, чем температура кристаллизации шлака, так как шлак должен обладать достаточной жидкоподвижностью на протяжении всего времени формирования слитка металла.Another factor determining the temperature of the metallothermic process is the temperature of slag crystallization. If the process temperature is lower than the melting temperature of the slag, the separation of metal and slag formed as a result of reduction reactions, it turns out ι SUBSTITUTE SHEET (RULE 26) impossible. The process temperature should be chosen so that the temperature of the melt at the end of the precipitation period of the droplets of the reduced metal, continuing during the industrial smelting, is higher than the crystallization temperature of the slag, since the slag must have sufficient fluid mobility throughout the formation of the metal ingot.
В случае выплавки лигатур, имеющих высокие температуры плавления (сплавы с ниобием, вольфрамом, молибденом, металлический хром и др.), необходимое условие успешного проведения промышленной выплавки - превышение температуры процесса над температурой плавления сплава. При температуре процесса, близкой к точке плавления металла, слиток содержит много шлаковых включений и газовых пузырей и плохо отделяется от шлака. Для устранения этого порока необходим значительный перегрев жидкого металла.In the case of smelting ligatures having high melting points (alloys with niobium, tungsten, molybdenum, metal chromium, etc.), a necessary condition for successful industrial smelting is the excess of the process temperature over the melting point of the alloy. At a process temperature close to the melting point of the metal, the ingot contains many slag inclusions and gas bubbles and is poorly separated from the slag. To eliminate this defect, significant overheating of the liquid metal is necessary.
Исходя из указанных выше факторов, температура процесса должна быть минимально возможной, так как повышение температуры внепечного процесса связано с дополнительными затратами и может привести к снижению восстановимости реакционной смеси и повышенному испарению элементов во время плавки.Based on the above factors, the process temperature should be as low as possible, since an increase in the temperature of the after-furnace process is associated with additional costs and can lead to a decrease in the reducibility of the reaction mixture and increased evaporation of elements during melting.
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа является способ восстановления титана и циркония кальцием. (А.Н.Зеликман - Металлургия тугоплавких редких металлов, - Москва: Из-во "Металлургия", 1986, стр. 414-419).The closest technical solution selected as a prototype is a method for the recovery of titanium and zirconium with calcium. (A.N. Zelikman - Metallurgy of refractory rare metals, - Moscow: Izd-vo "Metallurgy", 1986, pp. 414-419).
Данный способ производят в герметичных аппаратах, куда загружают брикетированную смесь. Аппарат заполняют аргоном, нагревают до температуры 1000-11000C, выдерживают при этой температуре в течение часа. Продукт восстановления измельчают, обрабатывают большим объемом воды, затем разбавляют соляной кислотой, промывают водой и сушат в вакууме. Восстановление диоксидов титана и циркония кальцием применяют для получения мелкозернистых порошков титана и циркония, которые могут быть использованы для получения изделий методом порошковой металлургии, а также в виде порошков (преимущественно циркония) в пиротехнике и в качестве геттера в электронных приборах.This method is carried out in sealed apparatus, where the briquetted mixture is loaded. The apparatus is filled with argon, heated to a temperature of 1000-1100 0 C, maintained at this temperature for one hour. The reduction product is crushed, treated with a large volume of water, then diluted with hydrochloric acid, washed with water and dried in vacuum. The reduction of titanium and zirconia with calcium is used to obtain fine-grained powders of titanium and zirconium, which can be used to obtain products by powder metallurgy, as well as in the form of powders (mainly zirconium) in pyrotechnics and as getters in electronic devices.
Восстановление TiO2 и ZrO2 кальцием протекает по реакции:The reduction of TiO 2 and ZrO 2 with calcium proceeds according to the reaction:
MeO2 + 2Ca = Me + 2CaO; (1) где Me — Ti или Zr.MeO 2 + 2Ca = Me + 2CaO; (1) where Me is Ti or Zr.
Восстановление TiO2 и ZrO2 по реакции (1) сопровождается значительным выделением тепла (ΔH°i3ooк = -392 кДж для TiO2 и -240 кДж для ZrO2), однако его недостаточно для самопроизвольного хода процесса. Необходим постоянный нагрев реактора при 950-11000C. Даже при избытке кальция в шихте 50-100% и проведении процесса в герметичном аппарате, заполненном чистым аргоном, принципиально невозможно получить порошки титана и циркония с содержанием кислорода ниже 0,1 %. Это объясняется тем, что при содержании кислорода 0,005-0,07 % сродство кальция к кислороду при 1000-11000C равно сродству циркония и титана к растворенному в них кислороду. Реальное содержание кислорода в порошках 0,2-0,3 %, поскольку часть кислорода находится в них в форме оксидных пленок, образовавшихся при отмывке порошков от кальция.The reduction of TiO 2 and ZrO 2 by reaction (1) is accompanied by a significant heat release (ΔH ° i 3 oОк = -392 kJ for TiO 2 and -240 kJ for ZrO 2 ), but it is not enough for the spontaneous course of the process. It is necessary to constantly heat the reactor at 950-1100 0 C. Even with an excess of calcium in the mixture of 50-100% and carrying out the process in an airtight apparatus filled with pure argon, it is fundamentally impossible to obtain titanium and zirconium powders with an oxygen content below 0.1%. This is because, at an oxygen content of 0.005-0.07%, the affinity of calcium for oxygen at 1000-1100 0 C is equal to the affinity of zirconium and titanium for the oxygen dissolved in them. The actual oxygen content in the powders is 0.2-0.3%, since part of the oxygen is in them in the form of oxide films formed when the powders are washed from calcium.
В соответствии с термодинамическими расчетами для HOO0C в случае магниетермического восстановления оксидов титана энергия Гиббса окислительно-восстановительного процесса принимает нулевое значение при содержании кислорода в титане 0,42 % (по массе). В практических условиях вследствие кинетических трудностей, обусловленных низкой скоростью диффузионных процессов в твердых веществах, равновесное состояние не достигается. Поэтому остаточное содержание кислорода оказывается более высоким: при магниетермическом восстановлении до 2,5%.In accordance with thermodynamic calculations for HOO 0 C, in the case of magnetothermal reduction of titanium oxides, the Gibbs energy of the redox process assumes a zero value when the oxygen content in titanium is 0.42% (by mass). In practical conditions, due to kinetic difficulties due to the low speed of diffusion processes in solids, an equilibrium state is not achieved. Therefore, the residual oxygen content is higher: during magnetothermic reduction up to 2.5%.
Восстановление кальцием проводят в герметичных аппаратах из жаростойкой стали, куда загружают брикетированную смесь TiO2 или ZrO2 с з кальцием (в виде стружки). Необходимо использовать кальций, очищенный дистилляцией. Аппарат откачивают, заполняют аргоном, нагревают до 1000- 11000C и выдерживают при этой температуре примерно 1 ч. Продукт восстановления измельчают, обрабатывают большим объемом воды [для удаления части CaO в форме Ca(OH)2], затем разбавленной HCl, промывают водой и сушат в вакууме при 40-50 0C.Calcium reduction is carried out in sealed apparatus made of heat-resistant steel, where a briquetted mixture of TiO 2 or ZrO 2 with s calcium (in the form of chips). Distilled calcium must be used. The apparatus is pumped out, filled with argon, heated to 1000–1100 ° C and maintained at this temperature for about 1 hour. The reduction product is crushed, treated with a large volume of water [to remove part of CaO in the form of Ca (OH) 2 ], then diluted with HCl, washed with water and dried in vacuum at 40-50 0 C.
В результате восстановления получаются тонкодисперсные порошки титана и циркония (крупностью 2-3 мкм), так как их росту препятствуют прослойки тугоплавкого оксида кальция. Укрупнению частиц содействуют добавки хлористого кальция (CaCl2), образующего жидкую фазу. Механизм действия хлористого кальция заключается в том, что образующийся оксид кальция растворяется в расплавленном CaCl2. При 10000C растворимость CaO составляет ~25%. Даже если количества добавленного CaCl2 в шихту недостаточно для полного растворения CaO в нем, то оставшиеся нерастворенные частицы CaO перекристаллизовываются через расплав, приобретая при этом некоторую подвижность, что позволяет кристаллам титана сращиваться в более крупные частицы. Добавляя различные количества CaCl2 в исходную шихту (TiO2 + Ca + CaCl2), можно регулировать размер частиц получающегося порошка титана. Если ввести хлористый кальций в количестве, достаточном для растворения всего образующегося CaO (примерно в молярных соотношениях CaO : CaCl2 = 2 : 1), то получаются частицы металла размерами до 10 мкм. Недостатком данного технического решения является:As a result of the recovery, finely dispersed powders of titanium and zirconium (2-3 microns in size) are obtained, since interlayers of refractory calcium oxide interfere with their growth. Particle enlargement is facilitated by the addition of calcium chloride (CaCl 2 ), which forms the liquid phase. The mechanism of action of calcium chloride is that the resulting calcium oxide is dissolved in molten CaCl 2 . At 1000 0 C, the solubility of CaO is ~ 25%. Even if the amount of CaCl 2 added to the charge is not enough for CaO to completely dissolve in it, the remaining undissolved CaO particles recrystallize through the melt, acquiring some mobility, which allows titanium crystals to coalesce into larger particles. By adding various amounts of CaCl 2 to the initial charge (TiO 2 + Ca + CaCl 2 ), it is possible to control the particle size of the resulting titanium powder. If calcium chloride is introduced in an amount sufficient to dissolve all the CaO formed (approximately in molar ratios CaO: CaCl 2 = 2: 1), metal particles of up to 10 μm are obtained. The disadvantage of this technical solution is:
- значительные затраты электроэнергии;- significant energy costs;
- длительность процесса;- the duration of the process;
- недостаточный выход годного.- insufficient yield.
Наиболее близким аналогом для заявляемого устройства является установка для получения титана (А.Н.Зеликман - Металлургия тугоплавких редких металлов, - Москва: Из-во "Металлургия", 1986, стр. 423), содержащая кожух с огнеупорной футеровкой, с размещенными в нем анодами, катодной корзиной с катодными стержнями, клеммами для подключения тока. Сверху электролизер закрыт крышкой с трубой для подачи исходного сырья.The closest analogue to the claimed device is a device for producing titanium (A.N. Zelikman - Metallurgy of refractory rare metals, - Moscow: Izd. "Metallurgy", 1986, p. 423), containing a casing with refractory lining, placed in it anodes, cathode basket with cathode rods, terminals for connecting current. On top of the cell is closed by a lid with a pipe for supplying raw materials.
Недостатком данного устройства является незначительный выход годного по причине низкой скорости протекания процесса, т.к. электролит нельзя нагревать до высоких температур, высокая стоимость сборки, высокие затраты электроэнергии.The disadvantage of this device is the insignificant yield due to the low speed of the process, because the electrolyte cannot be heated to high temperatures, the high cost of assembly, high energy costs.
Для того чтобы решить проблему получения химически активного металла из его соединений более дешево и быстро, чем при электролизе и более качественно и чисто по включениям, чем при металлотермии, был предложен этот способ.In order to solve the problem of obtaining a chemically active metal from its compounds cheaper and faster than during electrolysis and more qualitatively and purely on inclusions than with metallothermy, this method was proposed.
Раскрытие изобретенияDisclosure of invention
Техническая задача предложенного изобретения заключается в разработке способа и устройства для его реализации, позволяющими сократить расходы электроэнергии, повысить производительность, выход годного за счет повышения скорости процесса, равномерности нагрева.The technical task of the proposed invention is to develop a method and device for its implementation, which allows to reduce energy costs, increase productivity, yield by increasing the speed of the process, the uniformity of heating.
Указанный технический результат достигается тем, что способ производства химически активных металлов методом стержневого электросопротивления включает нагрев реакционной шихты за счет обеспечения электросопротивления, в присутствии восстановителя, с восстановлением на катоде металла и на аноде кислорода, при Vэтом шихту не формируют в электрод, а предварительно закладывается в реакционную зону, удерживая внутренней полостью специального изолированного корпуса, а процесс восстановления металла осуществляют по следующей цепочке: постепенный нагрев восстанавливаемой шихты внутри корпуса за счет создания электросопротивления при подаче напряжения контакты, металлотермическое восстановление металла внутри корпуса, разделение реакционной шихты на металл. При этом металл под действием силы тяжести двигается к катоду, за счет электролиза, очищаясь от неметаллических включений, а шлак вытесняется к аноду, на котором выделяются окислители. Необходимая тепловая энергия для разделения металла и шлака поступает за счет электросопротивления, после начала реакции, при постоянном поджатии контактов к реакционной шихте с определенным усилием. Процесс разогрева шихты начинается в момент достижения ей оптимального сопротивления под воздействием давления сжатия, а во время плавки подводится извне строго определенное количество теплоты, способствующее максимальному извлечению восстанавливаемого металла.The specified technical result is achieved by the fact that the method for the production of reactive metals by the method of rod electrical resistance involves heating the reaction mixture by providing electrical resistance, in the presence of a reducing agent, with reduction at the metal cathode and oxygen anode, at V this charge is not formed into an electrode, but preliminarily laid in the reaction zone, holding the inner cavity of a special insulated body, and the metal recovery process is carried out according to the following chain: power heating of the recoverable charge inside the case due to the creation of electrical resistance when voltage is applied to the contacts, metallothermal reduction of the metal inside the case, separation of the reaction charge into metal. In this case, the metal under the action of force gravity moves to the cathode, due to electrolysis, being cleaned of non-metallic inclusions, and slag is forced out to the anode, on which oxidizing agents are released. The necessary thermal energy for the separation of metal and slag comes from electrical resistance, after the start of the reaction, with constant compression of the contacts to the reaction mixture with a certain force. The process of heating the charge begins when it reaches its optimal resistance under the influence of compression pressure, and during melting a strictly defined amount of heat is supplied from the outside, which contributes to the maximum recovery of the recovered metal.
Указанный технический результат достигается тем, что в устройстве для производства химически активных металлов методом стержневого электросопротивления, содержащем вертикально расположенный корпус, с изоляционным слоем, анод и катод, согласно изобретению, функцию анода и катода выполняют контакты, причем последний располагается внизу корпуса и является одновременно поддоном, при этом, каждый контакт снабжен поджимным пуансоном и является охлаждаемым.The specified technical result is achieved by the fact that in the device for the production of chemically active metals by the method of rod electrical resistance, containing a vertically arranged housing with an insulating layer, an anode and a cathode, according to the invention, the function of the anode and cathode is performed by the contacts, the latter being located at the bottom of the housing and is simultaneously a pallet Moreover, each contact is equipped with a compression punch and is cooled.
Кроме того:Besides:
- через контакты на реакционную шихту подают высокочастотную или низкочастотную вибрацию, обеспечивающую максимальное извлечение восстанавливаемого металла; оптимальное сопротивление шихты подбирают за счет определенной укладки внутри контейнера компонентов шихты, при этом металлы восстановители могут применяться в виде прутка, спирали, сетки и т.п.- through the contacts on the reaction mixture serves high-frequency or low-frequency vibration, providing maximum extraction of the recovered metal; the optimal charge resistance is selected due to the specific packing of the charge components inside the container, while the metal reducing agents can be used in the form of a rod, spiral, mesh, etc.
Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings
На фиг.l изображено устройство, реализующее предложенный способ производства химически активных металлов методом стержневого электросопротивления. Лучший вариант осуществления изобретенияFigure l shows a device that implements the proposed method for the production of chemically active metals by the method of rod electrical resistance. The best embodiment of the invention
Предложенный способ реализует с помощью устройства, представленного на фиг.l, где показан вертикальный разрез.The proposed method implements using the device shown in Fig.l, which shows a vertical section.
Устройство содержит трубчатый корпус 1 с изоляционным слоем 2, куда помещается реакционная шихта. Сверху и снизу размещены медные охлаждаемые контакты 3, которые подключены к разноименным полюсам, верхний к положительному, а нижний к отрицательному полюсу. Контакты поджимаются двумя пуансонами 4 к реакционной шихте, которая в процессе проведения реакции разделяется на шлак 5 и восстанавливаемый металл 6. Реакционная шихта замкнута в изоляционный слой 2 и удерживается трубчатым корпусом 1. Нагрев реакционной шихты осуществляется за счет создания электросопротивления, широко применяемого в промышленности для нагрева металлических длинномерных заготовок.The device comprises a tubular body 1 with an insulating layer 2, where the reaction mixture is placed. Above and below are placed copper cooled contacts 3, which are connected to opposite poles, the top to the positive, and the bottom to the negative pole. The contacts are pressed by two punches 4 to the reaction mixture, which during the reaction is divided into slag 5 and metal being reduced 6. The reaction mixture is closed in the insulating layer 2 and held by the tubular body 1. The reaction mixture is heated by creating electrical resistance, which is widely used in industry for heating metal lengthy workpieces.
В основу электроконтактного способа нагрева положена, возможность подключения нагреваемого тела в электрическую цепь. При этом в нем выделяется тепло по закону Джоуля- Ленца:The electrical contact heating method is based on the ability to connect a heated body to an electrical circuit. At the same time, heat is released in it according to the Joule-Lenz law:
Q = 0,24 12Rt, (2) где: I - сила тока; R - сопротивление проводника; t - время прохождения тока.Q = 0.24 1 2 Rt, (2) where: I - current strength; R is the resistance of the conductor; t is the current passage time.
При электроконтактном нагреве (ЭКН) реакционная смесь как бы включается во вторичную цепь трансформатора, при этом через нее проходит ток большой силы, и, так как выделяемое тепло в соответствии с формулой (2) пропорционально квадрату силы тока, то она быстро нагревается.In case of electric contact heating (ESC), the reaction mixture seems to be included in the secondary circuit of the transformer, while a large current flows through it, and since the heat generated in accordance with formula (2) is proportional to the square of the current, it quickly heats up.
Преимущества этого способа следующие:The advantages of this method are as follows:
1) высокий к.п.д. (до 93 %) и сокращение расхода электроэнергии в 1,5÷2 раза по сравнению с нагревом в печах сопротивления;1) high efficiency (up to 93%) and reduction of energy consumption by 1.5 ÷ 2 times compared with heating in resistance furnaces;
2) высокая скорость и равномерность нагрева;2) high speed and uniformity of heating;
3) улучшение санитарно-гигиенических условий труда. Быстрый и равномерный нагрев реакционной смеси, предотвращающий окисление и значительные тепловые потери, делает этот способ наиболее рациональным при производстве металлов из их окислов и других соединений.3) improvement of sanitary and hygienic working conditions. Fast and uniform heating of the reaction mixture, preventing oxidation and significant heat loss, makes this method the most rational in the production of metals from their oxides and other compounds.
Немаловажным условием рационального нагрева реакционной смеси является возможность точно и быстро замерять температуру и надежно ее регулировать. При контактном нагреве могут быть применены различные способы контроля температуры. Поскольку количество выделяемого тепла пропорционально продолжительности нагрева в соответствии с формулой (2), температуру можно регулировать методом отключения тока во времени.An important condition for rational heating of the reaction mixture is the ability to accurately and quickly measure the temperature and reliably regulate it. With contact heating, various temperature control methods can be applied. Since the amount of heat generated is proportional to the duration of heating in accordance with formula (2), the temperature can be adjusted by turning off the current in time.
В настоящее время контактные установки широко применяют для нагрева различных металлов, для нагрева длинномерных изделий из титановых сплавов. Так, например, фирма "Браун-Бовери" выпускает до 12 типоразмеров таких установок. Диаметры нагреваемых заготовок колеблются от 90 до 130 мм, при этом их длина составляет 1500-8000 мм. Все операции (подача, зажим, включение нагрева, контроль температуры и отключение) механизированы. Контроль температуры осуществляется по количеству подаваемой энергии.Currently, contact installations are widely used for heating various metals, for heating long products from titanium alloys. So, for example, the Brown-Bover company produces up to 12 sizes of such plants. The diameters of the heated workpieces range from 90 to 130 mm, while their length is 1500-8000 mm. All operations (feed, clamp, heat on, temperature control and shutdown) are mechanized. Temperature control is carried out by the amount of energy supplied.
Работу предлагаемого способа и устройства можно раскрыть на примере восстановления железа и титана из ильменита. Согласно проведенным исследованиям, электропроводность ильменитового концентрата составляет, примерно 2,0...2,5 Ом^-см"1, т. е. имеющиеся в нём примеси повышают сопротивление. Причем ильменит имеет такую проводимость даже в твердом состоянии при температуре около 10000C, которая практически не изменяется и при переходе из твердого состояния в жидкое. Для расплава ильменита характерна слабая зависимость электропроводности от температуры. Более того, в отличие от других расплавов, электропроводность ильменита с повышением температуры падает. Это свидетельствует о том, что титаносодержащие шлаки отличаются не ионной, а электронной проводимостью. Поэтому с увеличением содержания в них TiO2 сопротивление расплава резко уменьшается и высокотитановые шлаки по электропроводности приближаются к металлам. Температура плавления (1320... 1350 0C) и вязкость исходного ильменита также близки таковым некоторых шлаков, применяемых в электрошлаковых технологиях. Проведенные в электрошлаковой печи мощностью 260 кВ-А эксперименты показали, что при правильно подобранных электрических параметрах плавка ильменита в режиме сопротивления не вызывает никаких затруднений. Ильменитовый концентрат является основным сырьем для получения ферротитана. За счёт предлагаемого способа, возможно произвести выплавку из ильменита 25... 35 % ферротитана алюмотермическим способом. При этом первоначальная энергия, необходимая для шлакообразования и достижения требуемой температуры, когда активно начинает протекать восстановление оксидов титана, выделяется за счет тепла реакций взаимодействия алюминия с вводимыми в шихту окислителями.The work of the proposed method and device can be disclosed by the example of reduction of iron and titanium from ilmenite. According to studies, the electrical conductivity of ilmenite concentrate is approximately 2.0 ... 2.5 Ohm ^ -cm "1 , that is, the impurities present in it increase the resistance. Moreover, ilmenite has such conductivity even in the solid state at a temperature of about 1000 0 C, which practically does not change during the transition from a solid to a liquid state. The ilmenite melt is characterized by a weak temperature dependence of electrical conductivity. Moreover, unlike other melts, the electrical conductivity of ilmenite decreases. This indicates that titanium-containing slags differ not in ionic but in electronic conductivity. in them, TiO 2 , the melt resistance decreases sharply and high-titanium slag in electrical conductivity approaches metals. The melting temperature (1320 ... 1350 0 C) and the viscosity of the initial ilmenite are also close to those of some slags used in electroslag technologies. The experiments carried out in an electroslag furnace with a capacity of 260 kV-A showed that with correctly selected electrical parameters, melting of ilmenite in the resistance mode does not cause any difficulties. Ilmenite concentrate is the main raw material for producing ferrotitanium. Due to the proposed method, it is possible to produce from ilmenite 25 ... 35% of ferrotitanium in an aluminothermic method. In this case, the initial energy necessary for slag formation and achievement of the required temperature, when the reduction of titanium oxides actively begins to take place, is released due to the heat of reactions of the interaction of aluminum with oxidizing agents introduced into the charge.
Для снижения температуры плавления образующегося шлака в шихту также вводят флюсующие компоненты. Это способствует, помимо необходимого для восстановления оксидов титана и железа, дополнительному использованию алюминия.To reduce the melting point of the resulting slag, fluxing components are also introduced into the charge. This contributes, in addition to necessary for the reduction of titanium and iron oxides, the additional use of aluminum.
Процесс усиливается за счет протекания электролитических реакций.The process is enhanced by the occurrence of electrolytic reactions.
Применяя предлагаемый способ, возможна выплавка ферротитана, содержащего 65÷75% титана. Как известно, чтобы получить металлический титан из чистой двуокиси титана внепечным алюминотермическим методом, для повышения удельной теплоты процесса, в шахту задают бортолетовую соль и перекись кальция. В данном случае нет необходимости применять термические добавки, так как удельная теплота процесса повышается за счет электросопротивления, при прохождении тока по реакционной шихте.Using the proposed method, it is possible to smelting ferrotitanium containing 65 ÷ 75% titanium. It is known that in order to obtain metallic titanium from pure titanium dioxide by the out-of-furnace aluminothermic method, in order to increase the specific heat of the process, airborne salt and calcium peroxide are set in the mine. In this case, there is no need to use thermal additives, since the specific heat of the process increases due to electrical resistance, with the passage of current through the reaction mixture.
Принципиальными особенностями способа является то, что необходимое количество теплоты на разных стадиях протекания металлотермических реакций, может точно регулироваться, исходя из формулы (2) Джоуля- Ленца. В отличие от нагрева сопротивлением обычных длинномерных металлических заготовок, процесс металлотермического восстановления металлов осложняется тем, что за счет протекания химических, электролитических и т.п. процессов, сопротивление реакционной шихты будет всё время изменяться.The principal features of the method are that the required amount of heat at different stages of the metallothermal reactions can be precisely controlled based on the Joule-Lenz formula (2). Unlike conventional resistance heating lengthy metal billets, the process of metallothermal reduction of metals is complicated by the fact that due to the flow of chemical, electrolytic, etc. processes, the resistance of the reaction mixture will change all the time.
В связи с этим, в соответствии с законом Ома:In this regard, in accordance with Ohm's law:
R = U / J (3), если измерять одновременно напряжение на охлаждаемых клеммах и силу тока, идущего через реакционную шихту, то можно узнать сопротивление в каждый момент времени протекания реакции. При этом в любой момент времени можно определить количество тепла, подводимое извне в реакционную шихту, а, следовательно, если для данного объема реакционной шихты просчитан температурный режим плавки во времени, то его можно регулировать, опираясь на показания приборов, вольтметра и амперметра.R = U / J (3), if you simultaneously measure the voltage at the cooled terminals and the current flowing through the reaction mixture, then you can find the resistance at each moment of the reaction time. At the same time, at any time, the amount of heat supplied from the outside to the reaction mixture can be determined, and therefore, if the temperature mode of melting in time is calculated for a given volume of the reaction mixture, it can be adjusted based on the readings of devices, voltmeter, and ammeter.
При выплавке 70% ферротитана, недостающее тепло, которое требуется для восстановления титана из окислов, будет поступать извне в таком количестве, которое требуется по технологическому процессу. Данным способом можно производить восстановление титана из его двуокиси, без добавления каких либо термитных смесей, которыми в данном случае будет служить окись железа, при реакции которой алюминием возникает избыток тепла.When 70% of ferrotitanium is smelted, the missing heat, which is required for the reduction of titanium from oxides, will come from the outside in the amount required by the process. In this way, it is possible to recover titanium from its dioxide without adding any thermite mixtures, which in this case will be iron oxide, during the reaction of which an excess of heat occurs with aluminum.
При введении в реакционную смесь дополнительного тепла, через охлаждаемые медные контакты 3, которые по мере протекания реакции постоянно поджимаются к реакционной шихте, возможно, производить восстановление из окислов таких металлов как титан, ниобий, цирконий, молибден, хром, никель и т.д. Металлами восстановителями в данном случае может служить магний, алюминий, кальций, натрий, углерод и т.д.When additional heat is introduced into the reaction mixture through cooled copper contacts 3, which are constantly pressed against the reaction mixture as the reaction proceeds, it is possible to recover from oxides of metals such as titanium, niobium, zirconium, molybdenum, chromium, nickel, etc. In this case, magnesium, aluminum, calcium, sodium, carbon, etc. can serve as metal reducing agents.
Восстановление металла усиливается за счет электролитической реакции, так как нижний контакт 3, куда собирается восстановленный металл 6 служит катодом, а на аноде 3 окисляются неметаллические продукты реакции. ю В отличие от нагрева металлических длинномерных заготовок, нагрев реакционной шихты может быть, с другой стороны проще, так как реакционная смесь может иметь сопротивление значительно большее, чем у металла, следовательно, трубчатый корпус 1, может иметь меньшую длину, но больший диаметр, что позволяет производить соответственно больший объём восстанавливаемого металла.The reduction of the metal is enhanced by the electrolytic reaction, since the lower contact 3, where the reduced metal 6 is collected, serves as the cathode, and non-metallic reaction products are oxidized on the anode 3. Yu In contrast to the heating of metal lengthy workpieces, heating the reaction mixture can be, on the other hand, easier, since the reaction mixture can have a resistance much greater than that of metal, therefore, the tubular body 1 can have a shorter length but a larger diameter, which allows produce a correspondingly greater volume of recoverable metal.
Необходимо так же учитывать, что реакционная шихта может менять своё сопротивление на стадии её подготовки, перед проведением реакции. То есть при определенном давлении пуансонами 4, через охлаждаемые контакты 3, когда будут сжиматься частицы шихты, будет изменяться её электрическое сопротивление. Поэтому технология проведения металлотермического процесса учитывает эти особенности. То есть оператор, при сжатии реакционной шихты, пропускает через неё ток и напряжение определенной величины, для того чтобы определить изменяющееся сопротивление, при этом величина тока и напряжения подбираются таким образом, чтобы не вызвать достаточного нагрева шихты и самопроизвольной реакции восстановления. По достижении расчетного сопротивления за счет внешнего давления сжатия, через реакционную шихту оператор пропускает такой ток и напряжение, которое запускает самопроизвольную реакцию восстановления металла. По мере протекания реакции, как было сказано выше, оператор по заданной программе вводит извне ровно столько энергии, чтобы восстановить как можно больше металла. В момент начала реакции, напряжение внутри реакционной шихты устанавливается такое, чтобы за счет протекания электролитических процессов, так же как можно больше восстановить металл.It should also be borne in mind that the reaction mixture can change its resistance at the stage of its preparation, before the reaction. That is, at a certain pressure by the punches 4, through the cooled contacts 3, when the charge particles are compressed, its electrical resistance will change. Therefore, the technology of the metallothermal process takes into account these features. That is, the operator, when compressing the reaction mixture, passes a current and voltage of a certain magnitude through it in order to determine the changing resistance, while the magnitude of the current and voltage are selected so as not to cause sufficient heating of the mixture and spontaneous recovery reaction. Upon reaching the calculated resistance due to the external compression pressure, the operator passes such a current and voltage through the reaction charge that triggers a spontaneous metal reduction reaction. As the reaction proceeds, as mentioned above, the operator, according to a given program, introduces from the outside exactly as much energy as to recover as much metal as possible. At the beginning of the reaction, the voltage inside the reaction mixture is set so that due to the flow of electrolytic processes, as much as possible to restore the metal.
Необходимо отметить, что сопротивление реакционной шихты будет зависеть и от количества флюсующих добавок в этой шихте, в качестве которых может служить CaF2, CaO, Al2O3 и т.п. Поэтому регулировать его возможно, подбирая количество и вид флюсующих добавок. Кроме того, общее сопротивление реакционной шихты можно подобрать методом расположения её компонентов внутри контейнера. Так, например, при слишком высоком общем сопротивлении шихты, если её равномерно перемешать, будет невозможно подвести к ней достаточно большой ток и напряжение для первоначального разогрева. В этом случае для снижения сопротивления шихты следует произвести специализированную укладку её компонентов. То есть металлы восстановители, имеющие низкое сопротивление, могут внутри контейнера укладываться в виде отдельных прутков, спирали и т.п., соединяя верхние и нижние контакты между собой, тем самым при пропускании тока через них эти места будут разогревать весь объем реакционной шихты, тем самым, давая толчок к развитию самопроизвольной реакции. Металлы восстановители так же могут быть применены в виде прутка, проволоки, трубы, спирали сетки и т.п., закладываемые внутрь контейнера, вокруг которых засыпается оставшаяся реакционная шихта.It should be noted that the resistance of the reaction mixture will depend on the amount of fluxing additives in this mixture, which can serve as CaF 2 , CaO, Al 2 O 3 , etc. Therefore, it is possible to regulate it by selecting the amount and type of fluxing additives. In addition, the total resistance of the reaction mixture can be selected by the arrangement of its components inside the container. So, for example, if the overall resistance of the mixture is too high, if it is uniformly mixed, it will be impossible to supply a sufficiently large current and voltage to it for initial heating. In this case, to reduce the resistance of the charge should be specialized laying of its components. That is, metal reducing agents having low resistance can be stacked inside the container in the form of separate rods, spirals, etc., connecting the upper and lower contacts with each other, thereby passing current through them these places will heat up the entire volume of the reaction mixture, by itself, giving an impetus to the development of a spontaneous reaction. Reducing metals can also be used in the form of a rod, wire, pipe, wire mesh, etc., laid inside the container, around which the remaining reaction mixture is poured.
Как известно, чем меньше тепловые потери в реакционной шихте, чем выше давление за счет газов, выделяемых во время реакции, тем больше выход годного металла.As you know, the smaller the heat loss in the reaction mixture, the higher the pressure due to the gases released during the reaction, the greater the yield of metal.
Нижний охлаждаемый медный контакт 3, в данном устройстве служит одновременно охлаждаемым поддоном, на котором кристаллизуется восстановленный металл, смешивая, тем самым, реакцию вправо и увеличивая выход годного металла.The lower cooled copper contact 3 in this device serves as a simultaneously cooled tray on which the reduced metal crystallizes, thereby mixing the reaction to the right and increasing the yield of metal.
В связи с вышесказанным, можно заключить, что предлагаемый способ и устройство для производства металлов из различных соединений, является перспективным для производства, так как данный процесс экономичный, производительный и управляемый, а устройство достаточно простое и надежное как в изготовлении, так и в эксплуатации. Поэтому данное изобретение может быть полезным для широкого внедрения в производство. Преимущества этого способа следующие: 1) высокий к.п.д. (до 93 %) и сокращение расхода электроэнергии в 1,5÷2 раза по сравнению с нагревом в печах сопротивления;In connection with the foregoing, we can conclude that the proposed method and device for the production of metals from various compounds is promising for production, since this process is economical, efficient and controllable, and the device is quite simple and reliable both in manufacture and in operation. Therefore, this invention may be useful for widespread implementation in production. The advantages of this method are as follows: 1) high efficiency (up to 93%) and reduction of energy consumption by 1.5 ÷ 2 times compared with heating in resistance furnaces;
2) высокая скорость и равномерность нагрева;2) high speed and uniformity of heating;
3) улучшение санитарно-гигиенических условий труда.3) improvement of sanitary and hygienic working conditions.
Для достижения указанных результатов необходимо соблюдать следующие условия:To achieve these results, the following conditions must be observed:
1) сечение нагреваемой заготовки должно быть постоянным;1) the cross section of the heated billet should be constant;
2) диаметр заготовки из-за увеличения времени нагрева должен быть не больше 150 мм или необходимо использовать установки чрезмерно большой мощности;2) the diameter of the workpiece due to the increase in heating time should not be more than 150 mm or it is necessary to use installations of excessively high power;
3) отношение длины заготовки к диаметру должно быть не менее 30:1;3) the ratio of the length of the workpiece to the diameter should be at least 30: 1;
4) недостаточно высокая стойкость контактов, подводящих электроэнергию к нагреваемому изделию.4) insufficiently high resistance of the contacts supplying electricity to the heated product.
ЛИТЕРАТУРАLITERATURE
[1]. Ю.Л.Плинер, С.И.Сучильников, Е.А.Рубинштейн.[one]. Yu.L. Pliner, S.I. Suchilnikov, E.A. Rubinshtein.
Алюминотермическое производство ферросплавов и лигатур - Москва:Aluminothermic production of ferroalloys and alloys - Moscow:
Государственное научно-техническое из-во литературы по черной и цветной мeтaллypгии», 1963г., cтp.28-29.State scientific and technical literature on the literature on the black and color metallurgy ”, 1963, pp. 28-29.
[2]. А.Н.Зеликман. Металлургия тугоплавких редких металлов - Москва: Из-во «Meтaллypгия», 1986, cтp.414-419.[2]. A.N. Zelikman. Metallurgy of Refractory Rare Metals - Moscow: Izd. "Metallurgy", 1986, pp. 414-419.
[3]. В.К.Александров, Н.Ф.Аношкин и др. Полуфабрикаты из титановых сплавов - Москва: ОНТИ ВИЛС, 1996г., стр.118-119.[3]. V.K.Alexandrov, N.F. Anoshkin et al. Semi-finished products from titanium alloys - Moscow: ONTI VILS, 1996, pp. 118-119.
[4]. Журнал N2l - Современная электрометаллургия (СЭМ). Раздел «Элeктpoшлaкoвaя технология)), М.Л.Жадкевич, Ф.К.Биктагиров и др., статья «Пpимeнeниe электрошлаковой плавки для производства ферросплавов из минерального сырья)), 2005г. [four]. Magazine N2l - Modern Electrometallurgy (EMS). Section “Electroslag technology)), M.L. Zhadkevich, F.K.Biktagirov and others, article“ Application of electroslag smelting for the production of ferroalloys from mineral raw materials)), 2005.
Claims
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2008118761/02A RU2008118761A (en) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | METHOD AND DEVICE FOR THE PRODUCTION OF CHEMICALLY ACTIVE METALS BY THE ROD ELECTRIC RESISTANCE METHOD |
| RU2008118761 | 2008-05-12 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2009139666A1 true WO2009139666A1 (en) | 2009-11-19 |
Family
ID=41318896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2009/000222 Ceased WO2009139666A1 (en) | 2008-05-12 | 2009-05-08 | Method and device for producing chemically active metals by rod electrical resistance |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2008118761A (en) |
| WO (1) | WO2009139666A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB800311A (en) * | 1956-06-22 | 1958-08-27 | Nat Lead Co | Method and apparatus for producing refractory metal compacts |
| US5242481A (en) * | 1989-06-26 | 1993-09-07 | Cabot Corporation | Method of making powders and products of tantalum and niobium |
| RU2063598C1 (en) * | 1993-05-12 | 1996-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "Белый соболь" | Electric resistance furnace |
-
2008
- 2008-05-12 RU RU2008118761/02A patent/RU2008118761A/en not_active Application Discontinuation
-
2009
- 2009-05-08 WO PCT/RU2009/000222 patent/WO2009139666A1/en not_active Ceased
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB800311A (en) * | 1956-06-22 | 1958-08-27 | Nat Lead Co | Method and apparatus for producing refractory metal compacts |
| US5242481A (en) * | 1989-06-26 | 1993-09-07 | Cabot Corporation | Method of making powders and products of tantalum and niobium |
| RU2063598C1 (en) * | 1993-05-12 | 1996-07-10 | Акционерное общество закрытого типа "Белый соболь" | Electric resistance furnace |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| ZELIKMAN A.N.: "Metallurgiya tugoplavkikh redkikh metallov", METALLURGIYA, 1986, MOSCOW, pages 414 - 419 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2008118761A (en) | 2009-11-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US12435438B2 (en) | System and method for extraction and refining of titanium | |
| Mohandas et al. | FFC Cambridge process and removal of oxygen from metal-oxygen systems by molten salt electrolysis: an overview | |
| BR112019005038B1 (en) | A METHOD TO PRODUCE TITANIUM-ALUMINUM-VANADIUM ALLOY | |
| RU2463387C2 (en) | Production of tungsten and tungsten alloys from compounds containing tungsten by electrochemical method | |
| WO2022019172A1 (en) | Method for recovering valuable metal | |
| Suput et al. | Solid oxide membrane technology for environmentally sound production of titanium | |
| RU2455599C2 (en) | Device and method for producing metals or metal compounds | |
| JP2002129250A (en) | Method for producing metallic titanium | |
| RU2401875C2 (en) | Procedure for production of chemically active metals and reduction of slag and device for implementation of this method | |
| WO2009139666A1 (en) | Method and device for producing chemically active metals by rod electrical resistance | |
| RU2401874C2 (en) | Procedure by volkov for production of chemically active metals and device for implementation of this procedure | |
| JPH0688280A (en) | Electrolytic method for producing alloy of rare earth and other metal | |
| Daehn et al. | Scaling up molten sulfide electrolysis for liquid copper production from chalcopyrite | |
| JPH07216473A (en) | Method of recovering magnesium from magnesium alloy waste | |
| JP7760942B2 (en) | Electric furnace operation method | |
| RU2241774C1 (en) | Method for production of niobium from niobium oxide | |
| RU2339710C2 (en) | Method for metal or silicon receiving | |
| JP2023131572A (en) | How to operate an electric furnace | |
| JP2003013153A (en) | Method for producing vanadium material | |
| HORIUCHI et al. | New Molten Salt Electrolysis Using Plasma Arc Electrode | |
| BR112015019622B1 (en) | PROCESS FOR PRODUCING TANTALUM ALLOYS |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 09746835 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 09746835 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |