устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки

Формула изобретения

1. Устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки, содержащее плавильную печь, состоящую из плавильной емкости с, по меньшей мере, одним дуговым нагревательным узлом и шахты с механизмом загрузки шихтовых материалов, и газовую систему для подачи и забора газа, при этом устройство снабжено расположенным в шахтной части печи, по меньшей мере, одним приспособлением для сжигания газа в слое шихты с использованием воздуха и/или кислорода, верхними и нижними патрубками отбора газа из шахтной части печи и патрубком подачи газа в своде плавильной емкости, при этом патрубки отбора газа из шахтной части печи соединены газовыми трактами, выполненными с устройствами регулирования расхода газа, с приспособлением для сжигания газа в слое шихты в шахтной части печи, с нагревательным узлом и с патрубком подачи газа в своде плавильной емкости.

2. Устройство по п.1, которое снабжено устройством контроля химического состава газов по трактам.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шахтным плазменным печам для восстановления металлов из руд, рудных концентратов и отходов промышленности.

Известна шахтная плазменная печь, предназначенная для восстановительных процессов (Электрические промышленные печи / Под ред. А.Д.Свенчанского. М.: Энергоиздат, 1981, с.252). соотношения участвующих в процессе газов.

Недостатком известной печи является низкий КПД вследствие потерь энергии при дожигании выбрасываемого восстановительного газа вне пределов печи, сравнимых с мощностью самой печи. Целью данного изобретения является повышение КПД и производительности плавильной печи при поддержании в каждой зоне печи оптимального процентного соотношения участвующих в процессе газов.

На чертеже изображено устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки. Устройство состоит из плавильной емкости 1 (в составе ванны и свода), дуговых нагревательных узлов 2 (например, плазмотронов) с механизмами перемещения 3, установленных на плавильной емкости, ствола шахты 4 с установленными в верхней части шахты (колошниковой зоне) механизмом загрузки 5 шихтовых материалов, трактов подачи и забора газа и иных элементов газовой системы. Ванна плавильной емкости 1 снабжена леткой 6 для выгрузки готового продукта.

Газовая система включает в себя: тракты подачи газа 10 в печь на участке плавильной емкости - патрубок свода 16 и через тракты подачи газа в плазмотроны 2 и вблизи них, а также в приспособление для сжигания 7; тракты забора газа 11 из печи на участке свода плавильной емкости, патрубки 15, на участке ствола шахты 4 в восстановительной зоне (с температурой до 700°С), нижний патрубок шахты 14, верхний патрубок отбора газа 12 в колошниковой зоне (верхняя часть шахты), верхний патрубок шахты на участке дожигания 13, расположенный в зоне дожигания между приспособлением для сжигания 7 и патрубком отбора газа 12 в колошниковой зоне, нагнетатель 17, дымосос 18. Тракты забора и подачи газов 11 и 10 снабжены устройствами регулирования расхода газа 19. Система может быть оснащена устройством контроля химического состава газов 20.

В шахтной части печи выше нижнего патрубка шахты 14 тракта подачи газа, в конце или выше зоны восстановления (место зоны восстановления индивидуально для каждого ферросплава) установлено, по меньшей мере, одно (либо несколько по периметру) приспособление 7 (например, газовая горелка) для сжигания (полного либо частичного) оставшегося в шахте печи горючего газа путем подачи воздуха и/или кислорода, если возможно самовоспламенение, либо - совместной подачи через горелку горючего газа (природного и/или отобранного из печи) по тракту горючего газа 8 и подаваемого с избытком воздуха и/или кислорода по тракту 9, при этом приспособление 7 выполняет роль инициатора горения для окисления (горения) газа в шахте печи в присутствии окислителя. Зона 24, очерченная штриховыми линиями, ориентировочно ограничивает зону окисления (горения) остатков горючих газов. Нижняя ее граница приблизительно соответствует зоне начала восстановления. Зона 25 приблизительно соответствует завершению восстановления шихты. Зона 21 соответствует зоне плавления (для отдельных ферросплавов - завершению восстановления и плавления).

Работа устройства происходит следующим образом. С помощью механизмов перемещения 3 нагревательные узлы 2 (например, плазмотроны) устанавливают в рабочее положение. Подают на них соответствующий технологическим параметрам плавки расход плазмообразующего газа из печи. Через механизм загрузки 5 шихтовые материалы (руду с восстановителем и шлакообразующими материалами) загружают в шахту 4 плавильной печи. Запускают нагревательные узлы. Нагретый плазмообразующий газ продувает слой шихты, под действием чего шихта в плавильной зоне 21 интенсивно восстанавливается и расплавляется. Твердая шихта в зоне 22, 24, 25, а затем расплав в зоне 23 взаимодействуют с восстановительным газовым потоком, и таким образом осуществляется восстановление металла из шихты в расплав. Восстановленный расплавленный металл стекает через летку 6. Как правило, в процессе плавки шихты, содержащей восстановитель (например, кокс) и восстанавливаемую руду, состав газа на выходе из печи таков: 75÷95% СО, 2÷8% Н₂O, 0÷20% СO₂. Газ-восстановитель дожигается, как правило, за пределами печи. При этом потери энергии соизмеримы с мощностью нагревательных узлов, что снижает общий КПД печи. Например, при использовании плазмотронов мощностью 1,5 МВт при дожигании СО и Н₂ вне печи может быть потеряно до 2,0÷2,5 МВт запасенной в них химической энергии. Дожигание СО в слое шихты (зоне горения 24) с помощью приспособления 7 путем инициирования горения и подмешивания к нему сжатого воздуха и/или кислорода для протекания процесса окисления СО и Н ₂ соответствует практически удвоению мощности печи. Причем для поддержания оптимальной концентрации СО и Н₂ в плавильной зоне 21 и восстановительной зоне 25, необходимой для полноты, правильной направленности и скорости реакций восстановления, газ, подаваемый в зону плавления 21 и зону восстановления 25, отбирают через верхний патрубок отбора газа в колошниковой зоне 12, верхний патрубок шахты на участке дожигания 13, нижний патрубок шахты 14, нижний патрубок на участке свода плавильной емкости 15 и смешивают в необходимых пропорциях при помощи устройств 19 регулирования расхода газа. Газ, оптимизированный по составу и температуре в результате смешивания, участвует наряду с твердым восстановителем в процессе восстановления, а непрореагировавшие остатки горючих газов поджигаются с помощью приспособления 7 и окисляются в зоне горения 24. Отобранный газ при помощи устройств 19 регулирования расхода газа смешивают между собой в заданных пропорциях, при необходимости контроля состава газа по трактам при помощи устройства 20, и по трактам подачи газа 10 возвращают в плавильную зону 21 печи с помощью нагнетателя 17 через нагревательные узлы 2 и патрубок свода 16. Избыточную часть газа удаляют из печи при помощи дымососа 18. Таким образом, в каждой зоне печи поддерживается необходимая концентрация восстановительного газа, из исходной руды извлекается максимальный процент ценных материалов, тепло газов отдается нагреваемой руде, КПД и производительность печи увеличивается. Кроме того, на выходе из печи выбрасываемый газ содержит преимущественно СO₂ и Н₂O, практически не горюч и неопасен, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды.