UA74680C2 - A method for producing iron or alloys thereof and a plant for realizing the same - Google Patents

Abstract

The invention relates to the metallurgy, in particular to producing iron from ferrioxide materials. Ferrioxide materials are reduced with plasma in which coal-containing fuel and oxygen-containing gas are incorporated, and plasma sources are installed in the lateral wall of the reactor in the form of plasmatrons oppositely disposed along the reactor perimeter at an angle of 30-50 DEGREE to the horizon in the direction of reactor floor so that longitudinal axis of symmetrically disposed plasmatrons are intersected on the reactor axis and are in one plane with axis vertex of angle being disposed higher of preliminarily given height of metal mirror. The technical result: a possibility to produce a high quality metal due to increasing the plasma contact surface with ferrioxide material.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Взаємозв'язана група винаходів належить до металургійної галузі і ливарного виробництва і може бути 2 використана в процесах модифікування, рафінування та легування чорних та кольорових сплавів.An interconnected group of inventions belongs to the metallurgical industry and foundry production and can be used in the processes of modification, refining and alloying of ferrous and non-ferrous alloys.

Відомий спосіб одержання феросплавів, який включає спалювання в котлах енергетичних установок вуглецевистих матеріалів, шлак яких вміщує окисі заліза 10-2095, при коефіцієнті надлишку повітря 1,1-1,9, нагромадження шлаку в копильнику, випуск із котла, охолодження і виділення метала, який відрізняється тим, що шлак в копильнику котла додатково нагрівають до 1700-1800 шляхом спалювання мазуту разом з вугіллям і подачі газового факела безпосередньо на шлакову поверхню, при цьому в газовий факел додатково вводять матеріали, які включають окисі лужноземельних металів і заліза в кількості, яка забезпечує сумарний ввід цих окислів із матеріалів 0,01-0,195 від маси спалюваного вугілля (А.С. СРСР Мо1218703, заявл. 07.0.83, опубл. Бюл.There is a known method of obtaining ferroalloys, which includes burning carbonaceous materials in boilers of power plants, the slag of which contains iron oxides 10-2095, with an excess air ratio of 1.1-1.9, accumulation of slag in a depository, discharge from the boiler, cooling and extraction of metal, which is distinguished by the fact that the slag in the boiler reservoir is additionally heated to 1700-1800 by burning fuel oil together with coal and supplying a gas torch directly to the slag surface, at the same time materials are additionally introduced into the gas torch, which include oxides of alkaline earth metals and iron in an amount that ensures the total introduction of these oxides from materials 0.01-0.195 from the mass of burned coal (AS USSR Mo1218703, application 07.0.83, publ. Byul.

Мо24, 19901.Mo24, 19901.

Зазначений спосіб характеризується невисокою продуктивністю при високих енергетичних витратах.The specified method is characterized by low productivity with high energy costs.

Найбільш близьким по технічній сутності та досягаємому результату (прототип) є спосіб одержання заліза і (або) його сплавів із залізоокисних матеріалів, який включає їх часткове відновлення шляхом подачі в потік гарячого газу, який відходить із плавильної печі і який підлягає, в крайньому випадку, частковому допалюванню, сепарацію частково відновленого залізоокисного матеріалу із відхідного газу і подачу відділеного частково відновленого залізоокисного матеріалу в плавильну ванну для плавлення за рахунок реакції з вуглецевовмістним паливом і кисневовмістним газом, який відрізняється тим, що часткове відновлення залізоокисного матеріалу здійснюють одночасно з охолодженням газу в вертикальному каналі, в який направляють відхідний і підлеглий частковому допалюванню газ та залізоокисний матеріал, а температуру гарячого відновлюваного газу, після введення в вертикальний канал залізоокисного матеріалу, підтримують рівній 800-10002С (Патент Росії Мо2077595, заявл. 20.12.89, опубл. Бюл. Мо11, 19971. сThe closest in terms of technical essence and achievable result (prototype) is the method of obtaining iron and (or) its alloys from iron oxide materials, which includes their partial reduction by feeding into the flow of hot gas that leaves the melting furnace and which is subject, in extreme cases, partial afterburning, separation of partially reduced iron oxide material from the waste gas and feeding of the separated partially reduced iron oxide material into the melting bath for melting due to the reaction with carbon-containing fuel and oxygen-containing gas, which is characterized by the fact that the partial reduction of iron oxide material is carried out simultaneously with the cooling of the gas in a vertical channel , into which waste gas and partially reburned gas and iron oxide material are directed, and the temperature of the hot renewable gas, after entering the iron oxide material into the vertical channel, is maintained at 800-10002C (Russian patent Mo2077595, application 20.12.89, publ. Bull. Mo11,19971. p

Недоліком відомого способу є те, що в результаті його використання одержане залізо має високий вміст (3 вуглецю та інших домішок, що не дозволяє використовувати одержаний метал безпосередньо після випуску його з реактора для виробництва високоякісних виробів (автомобільний, трансформаторний лист, виробництво жароміцних, особливо міцних і нержавіючих сталей). Іншим недоліком є те, що спосіб неможливо здійснювати плазмовими струменями, оскільки при неузгодженій продувці плазмового стовпа матеріалу відбувається або о виплеск розплаву на стінку реактора та у зону попереднього відновлення, або ушкодження плазмотронів при с їхньому газодинамічному запиранні.The disadvantage of the known method is that as a result of its use, the obtained iron has a high content (3) of carbon and other impurities, which does not allow using the obtained metal immediately after its release from the reactor for the production of high-quality products (automotive, transformer sheet, production of heat-resistant, especially strong and stainless steels.) Another disadvantage is that the method cannot be carried out with plasma jets, since in the case of uncoordinated purging of the plasma column of the material, either the melt splashes onto the reactor wall and into the pre-recovery zone, or the plasmatrons are damaged when they are gas-dynamically blocked.

Відомий пристрій для одержання заліза і (або) його сплавів із залізоокисних матеріалів, який включає ї-о плавильну піч, обладнану засобами для подачі вуглецевовмістного палива і кісневомістного газу безпосередньо чІ в рідку фазу: в простір під нею для допалювання утвореного в результаті плавлення газу, випускний отвір з трубопроводом відхідного газу, засіб для введення залізоокисного матеріалу, підлеглий допалюванню відхідний - газ для часткового відновлення матеріалу і охолодження газу, розміщений за ним засіб для сепарації частково відновленого матеріалу від газу та засіб для подачі частково відновленого матеріалу в плавильну піч, який відрізняється тим, що трубопровід відхідного газу розміщений вертикально і з'єднаний засобами для сепарації, « які установлені в верхній частині каналу або поруч з ним (Патент Росії Мо2077595, заявл. 20.12.89, опубл. Бюл. -A known device for obtaining iron and (or) its alloys from iron oxide materials, which includes a melting furnace equipped with means for supplying carbon-containing fuel and oxygen-containing gas directly into the liquid phase: into the space below it for afterburning the gas formed as a result of melting, an outlet with a waste gas pipeline, a means for introducing iron oxide material, subject to afterburning waste - gas for partial recovery of the material and cooling the gas, a means for separating the partially reduced material from the gas placed behind it and a means for feeding the partially reduced material into the melting furnace, which is different by the fact that the waste gas pipeline is placed vertically and connected by means of separation, "which are installed in the upper part of the channel or next to it (Russian Patent Mo2077595, application. 20.12.89, publ. Bull. -

Мо11, 1997). с Недоліком пристрою є те, що конструкція реактора не дозволяє використовувати плазмотрони для нижньої :з» продувки твердого стовпа шихти, а потім рідкого розплаву, оскільки відомий реактор призначений тільки для плавлення і відновлення шляхом взаємодії частково відновлених окісних матеріалів із твердим відновником.Mo11, 1997). c The disadvantage of the device is that the design of the reactor does not allow the use of plasmatrons for the bottom blowing of the solid column of the charge, and then the liquid melt, since the known reactor is designed only for melting and reduction through the interaction of partially reduced oxide materials with a solid reducing agent.

Найбільш близьким по технічній сутності та досягаємому результату (прототип) є установка для одержання - 15 металів і сплавів, переважно феросплавів, яка включає реактор шахтного типу з вогнетривкою футерівкою, в верхній частині якого виконані отвори для завантаження вугілля та для газовідводу, бокові стінки реактора в т. зоні відновлення обладнані трубопроводами для вдування кисню або кисневмісного газу, а в нижній частині б реактора виконані випускні отвори для металу і шлаку, циклон для сепарації часток вугілля із відхідних газів, вихідний кінець якого з'єднаний трубопроводом з пальниками, який відрізняється тим, що в боковій стінці (ее) 20 реактора додатково виконані отвори, з'єднані з трубопроводами для вдування дрібнозернистого оксидного о матеріалу, розміщеного в зоні відновлення вище трубопроводів, які подають кисень або кисневмісний газ, а пальники розміщені в боковій стінці реактора вище трубопроводів для вдування оксидного матеріалу, при цьому завантажувальний бункер з оксидним матеріалом з'єднаний з трубопроводом, що з'єднує циклон для очищення відхідних газів і пальники для попереднього нагріву оксидного матеріалу, розвантажувальний кінець якого з'єднаний з трубопроводом для вдування оксидного матеріалу в реактор (Патент Росії Мо1582991, заявл.The closest in terms of technical essence and achievable result (prototype) is the installation for obtaining - 15 metals and alloys, mainly ferroalloys, which includes a mine-type reactor with a refractory lining, in the upper part of which holes are made for loading coal and for gas discharge, the side walls of the reactor in t. recovery zones are equipped with pipelines for blowing in oxygen or oxygen-containing gas, and in the lower part of the reactor there are outlets for metal and slag, a cyclone for separating coal particles from waste gases, the outlet end of which is connected to the burners by a pipeline, which is distinguished by that in the side wall (ee) 20 of the reactor, holes are additionally made, connected to the pipelines for blowing in fine-grained oxide o material placed in the recovery zone above the pipelines that supply oxygen or oxygen-containing gas, and the burners are placed in the side wall of the reactor above the pipelines for blowing oxide material, while the loading hopper is made of oxide with this material is connected to the pipeline connecting the cyclone for cleaning waste gases and the burners for preheating the oxide material, the discharge end of which is connected to the pipeline for blowing the oxide material into the reactor (Russian Patent Mo1582991, application

ГФ) 29.10.87., опубл. Бюл. Мо28, 19901. 7 Проте, таке конструктивне виконання відомої установки не забезпечує якості одержуваного металу через низьку інтенсивність рафінування металу в копильнику і присутності в ньому шкідливих домішок, крім цього конструкція не забезпечує достатньої інтенсивності тепло- і масообміну на межі газ-розплав в зонах продувки. бо В основу першого з групи винаходів поставлено завдання удосконалення способу одержання металів і сплавів, в якому за рахунок збільшення поверхні контакту плазмового струменя з залізоокисним матеріалом та заміщення частини витрат окислювача на воду шляхом введення її в дуговий розряд, а також допоміжного рафінування метала шляхом продувки його нейтрально-окислювальним або нейтрально-відновлювальним або нейтральним плазмовим струменем, забезпечується переробка окисних матеріалів і виробництво із них прямим 65 шляхом високоякісного заліза з низьким рівнем домішок, зниження питомих енерговитрат та мінімальний вплив на навколишнє середовище.GF) 29.10.87., publ. Bul. Mo28, 19901. 7 However, this design of the known installation does not ensure the quality of the received metal due to the low intensity of metal refining in the depository and the presence of harmful impurities in it, in addition, the design does not ensure a sufficient intensity of heat and mass exchange at the gas-melt interface in the purging zones . because the basis of the first of the group of inventions is the task of improving the method of obtaining metals and alloys, in which by increasing the contact surface of the plasma jet with the iron oxide material and substituting part of the oxidizing agent costs for water by introducing it into the arc discharge, as well as auxiliary refining of the metal by blowing it neutral-oxidizing or neutral-reducing or neutral plasma jet, processing of oxidizing materials and production from them directly 65 by high-quality iron with a low level of impurities, reduction of specific energy consumption and minimal impact on the environment is ensured.

В основу другого із групи винаходів поставлено завдання удосконалення установки для одержання металів і сплавів, в якій за рахунок вибору оптимальної схеми розміщення джерела нагріву - плазмотронів і, як наслідок,The second of the group of inventions is based on the task of improving the installation for the production of metals and alloys, in which, due to the selection of the optimal placement scheme of the heating source - plasmatrons and, as a result,

Зміни внутрішнього температурного поля реактора, забезпечити заданий температурний режим в об'ємі реакційної зони, регулювання теплової потужності, хімічного складу струменя і контроль витрати газу, і за рахунок цього знизити енерговитрати процесу в цілому, підвищити якість готової продукції, зменшити викиди шкідливих газів.Changes in the internal temperature field of the reactor, ensuring the specified temperature regime in the volume of the reaction zone, regulation of thermal power, chemical composition of the jet and control of gas flow, and due to this, reduce the energy consumption of the process as a whole, improve the quality of the finished product, and reduce emissions of harmful gases.

Перше поставлене завдання вирішується тим, що в способі одержання металів і сплавів, який включає /о часткове відновлення залізоокисних матеріалів, попередній нагрів їх продувкою відхідними з плавильної зони відновлюваними газами з температурою 800-10002С, подачу частково відновленого матеріалу в плавильну зону для його плавлення під час високотемпературного нагріву та остаточне відновлення за рахунок безперервної подачі в плавильну зону матеріалу, вуглецевовмістного палива і кисневмісних газів, згідно з винаходом, процес відновлення матеріалу здійснюють плазмою, в яку вводять вуглецевовмістне паливо і кисневмісний газ, а 7/5 джерело плазми розміщують на одному горизонті, назустріч одне одному, при цьому напрямок плазмового струменя формують таким чином, що повздовжні осі струменів утворюють центральний кут з вершиною на осі реактора, а вершина кута розміщена вище попередньо заданої висоти дзеркала метала, а струмені вводять на висоті 0,5-0,8Н від поду плавильної зони, де Н - загальна висота завантаження матеріалу. Під кутом 30-509 до горизонту в напрямку поду, при цьому повздовжні осі плазмотронів пересікаються на осі реактора вище попередньо заданої висоти дзеркала металу, а в верхній частині реактора розміщений засіб часткового відновлення окисних матеріалів, який включає перфорований бункер з системою для видалення відпрацьованих газів з реактора, а також засіб для завантаження бункера і розвантаження частково відновленого матеріалу в реактор, а в боковій стінці реактора, проміж трубопроводом для подачі кисневмісного газу і перфорованим бункером розміщені форсунки для подачі природного газу і (або) водяної пари в порожнину реактора, причому в Га гр; нижній частині реактора, напроти випускного отвору для металу і шлаку, паралельно поду, установлено допоміжний продувочно-рафінуючий плазмотрон. і)The first task is solved by the fact that in the method of obtaining metals and alloys, which includes partial recovery of iron oxide materials, their preliminary heating by purging them with renewable gases leaving the melting zone with a temperature of 800-10002C, feeding the partially reduced material into the melting zone for its melting under the time of high-temperature heating and final recovery due to the continuous supply of material, carbon-containing fuel and oxygen-containing gases to the melting zone, according to the invention, the process of material recovery is carried out by plasma, into which carbon-containing fuel and oxygen-containing gas are introduced, and 7/5 of the plasma source is placed on the same horizon , facing each other, while the direction of the plasma jet is formed in such a way that the longitudinal axes of the jets form a central angle with the apex on the axis of the reactor, and the apex of the angle is placed above the predetermined height of the metal mirror, and the jets are introduced at a height of 0.5-0.8N from the bottom of the melting zone, where H is the total material loading height. At an angle of 30-509 to the horizon in the direction of the bottom, while the longitudinal axes of the plasmatrons intersect on the axis of the reactor above the predetermined height of the metal mirror, and in the upper part of the reactor there is a means of partial recovery of oxidizing materials, which includes a perforated hopper with a system for removing spent gases from of the reactor, as well as means for loading the hopper and unloading partially recovered material into the reactor, and in the side wall of the reactor, between the pipeline for supplying oxygen-containing gas and the perforated hopper, nozzles for supplying natural gas and (or) steam into the reactor cavity are placed, and in Ha gr; in the lower part of the reactor, opposite the outlet for metal and slag, parallel to the floor, an auxiliary purging-refining plasmatron is installed. and)

Розміщення плазмотронів по периметру реактора та їх взаємне розташування дає можливість підвищити ефективність тепломасообмінних процесів в реакторі, збільшити довжину плазми в розплаві та зменшити викиди та заморожування розплаву на стінках реактора. ав!Placement of plasmatrons along the perimeter of the reactor and their mutual location makes it possible to increase the efficiency of heat and mass exchange processes in the reactor, increase the length of the plasma in the melt and reduce emissions and freezing of the melt on the reactor walls. aw!

Запропоновані межові значення кутів розміщення плазмотронів, які одержані експериментальним шляхом, забезпечили виведення готового металу із зони взаємодії плазмових струменів відновлювальних плазмотронів, со так як вершина кута перетину повздовжніх осей струменів знаходиться вище зони відновленого металу, при (Те) цьому проміж плазмовими струменями та готовим металом розміщується прошарок шлаку, який по мірі відновлення основної маси шихти все менше окислює верхній шар готового металу. ЗThe proposed boundary values of the placement angles of the plasmatrons, which were obtained experimentally, ensured the removal of the finished metal from the zone of interaction of the plasma jets of the reducing plasmatrons, since the top of the angle of intersection of the longitudinal axes of the jets is above the zone of the reduced metal, while (Te) is between the plasma jets and the finished metal a layer of slag is placed, which oxidizes the upper layer of the finished metal less and less as the main mass of the charge is restored. WITH

Розміщення продувочно-рафінуючого плазмотрона напроти випускного отвору дозволяє прогрівати льотку та /|ч- покращує умови випуску металу, а розміщення плазмотрона паралельно поду дозволяє більш рівномірно оброблювати об'єм металу.Placement of the purging-refining plasmatron opposite the discharge opening allows heating the fly and /|h- improves the conditions of metal release, and placing the plasmatron parallel to the floor allows more uniform processing of the volume of metal.

Сутність винаходу пояснюється кресленням, де: « на Фіг.1 представлено загальний вид установки; на Фіг.2 - переріз А-А Фіг.1. - с Частково відновлену вихідну сировину (шихта) завантажують в реактор. ц Задають на плазмотрони відповідно технологічним параметрам плавки режими витрат охолоджувальної води "» і плазмоутворюючого газу, наприклад природний газ і повітря, або кисень. Запускають плазмотрони, при цьому подачу і напрям плазмових струменів доцільно здійснювати по схемі нижче описаної установки. Нагрітий до температури 3000-4000 і конвертований на СО і Но плазмоутворюючий газ у вигляді відновлювальних -і плазмових струменів продуває шар шихти. Високотемпературні горючі гази усередині реактора, піднімаючись їз вверх, надходять у зону охолодження і змішуються з природним газом і (або) з водяним паром. Набута газова суміш при температурі 800-10002С безперервно проходить через прошарок шихти завантажувального бункера, (о) при цьому шихта прогрівається і частково відновлюється. со 50 Тверда шихта в реакторі, а потім розплав, інтенсивно взаємодіють з відновлювальними плазмовими струменями. Відновлений метал стікає в нижню частину реактора - копильник. Отриманий метал в нижній частині (42) реактора продувають нейтрально-відновлювальним або нейтрально-окислювальним або нейтральним струменем. Суттєвою ознакою способу є те, що окислювач, який продувають через відновлювальні струмені, складається із повітряно-водяної суміші.The essence of the invention is explained by the drawing, where: "Fig. 1 shows the general view of the installation; in Fig. 2 - section AA Fig. 1. - c Partially reduced raw material (charge) is loaded into the reactor. In accordance with the technological parameters of melting, the flow regimes of cooling water "" and plasma-forming gas, such as natural gas and air, or oxygen, are set on the plasmatrons. The plasmatrons are started, while the supply and direction of the plasma jets should be carried out according to the scheme of the installation described below. Heated to a temperature of 3000- 4000 and converted to CO and NO, the plasma-forming gas in the form of reducing and plasma jets blows through the charge layer. High-temperature combustible gases inside the reactor, rising upward, enter the cooling zone and mix with natural gas and (or) water vapor. Acquired gas mixture at a temperature of 800-10002C, it continuously passes through the interlayer of the charge of the loading hopper, (o) while the charge is heated and partially restored. со 50 The solid charge in the reactor, and then the melt, intensively interact with the reducing plasma jets. The reduced metal flows into the lower part of the reactor - piggy bank The resulting metal is in the lower part (42) the reactor is blown with a neutral-reducing or neutral-oxidizing or neutral jet. An essential feature of the method is that the oxidizer, which is blown through the reducing jets, consists of an air-water mixture.

Як показано на Фіг.1, установка включає в себе реактор, корпус 1 якого виготовлено із листової сталі. о Корпус 1 футерований вогнетривким матеріалом 2. В нижній частині реактора розміщується плавильно-відновлювальна зона 3. обладнана засобами подачі енергоносія і відновлювача через плазмотрони 4 ко безпосередньо в плавильно-відновлювальну зону 3. Над прошарком проплавляємого матеріалу розміщені форсунки 5 подачі кисневмісного газу для допалювання горючого газу, який відходить із плавильної зони. У бо основі поду 6 знаходиться випускний отвір 7, оснащений шиберним затвором 8. В верхній частині реактора розміщено засіб 9 часткового відновлення окисних матеріалів, виготовлений із стального футерованого корпуса 10. Усередині корпуса 10 розміщено перфорований бункер 11, виготовлений із жароміцної сталі. В нижній частині бункера 11 розміщено випускний отвір 12 подачі частково відновлених матеріалів в плавильну зону 3, оснащений конусним запірним механізмом 13. В верхній частині засобу часткового відновлювання 9 розміщено 65 засіб 14 завантаження окисних матеріалів в реактор, оснащений герметичною кришкою 15. В засобі часткового відновлення установлена система 16 для видалення відпрацьованих газів із реактора. Бункер 11 зверху закритий герметичною кришкою 17. Вертикальний трубопровід 18 відхідних із плавильної зони газів, який з'єднує засіб 9 часткового відновлення в нижній його частині з плавильно-відновлювальною зоною 3, в верхній частині виконаний звуженим. В вузький частині трубопроводу розміщені форсунки 19 для додаткової подачі відновлювача - природного газу і (або) водяного пару. Плазмотрони 4 установлені на висоті 0,5-0,8Н від поду плавильної зони, де Н - загальна висота завантаження матеріалу, протилежно по периметру реактора під кутом 30-502 до горизонту в напрямку поду реактора так, що повздовжні осі симетрично розміщених плазмотронів перетинаються на осі реактора і знаходяться в одній площині з вершиною кута осей, розміщеною вище попередньо заданої висоти дзеркала металу. Плазмотрони 4 герметично приєднані до реактора через фланці 20 70 (фіг. 2). В нижній частині реактора розміщено копильник 21 відновленого металу. Поблизу дна б копильника (реактора), навпроти випускного отвору 7, розміщено допоміжний отвір 22, до якого через шиберний затвор 23 приєднано продувочно-рафінуючий плазмотрон 24, повздовжня вісь якого паралельна дну копильника.As shown in Fig. 1, the installation includes a reactor, the body 1 of which is made of sheet steel. o Housing 1 is lined with refractory material 2. In the lower part of the reactor, there is a melting-reduction zone 3. It is equipped with means of supplying the energy carrier and reductant through plasmatrons 4 ko directly into the melting-reduction zone 3. Above the layer of material to be melted, there are nozzles 5 for supplying oxygen-containing gas for afterburning the combustible of gas leaving the melting zone. In the base of the base 6 there is an outlet 7 equipped with a gate valve 8. In the upper part of the reactor there is a means 9 for the partial recovery of oxidizing materials, made of a steel lined case 10. Inside the case 10 is a perforated hopper 11 made of heat-resistant steel. In the lower part of the hopper 11, there is an outlet 12 for supplying partially reduced materials to the melting zone 3, equipped with a conical locking mechanism 13. In the upper part of the partial reduction device 9, there is a device 65 for loading oxidizing materials into the reactor, equipped with a hermetic cover 15. In the partial reduction device 65 installed system 16 for removing spent gases from the reactor. The hopper 11 is closed from above with a hermetic cover 17. The vertical pipeline 18 of gases leaving the melting zone, which connects the means of partial recovery 9 in its lower part with the melting-reducing zone 3, is narrowed in the upper part. In the narrow part of the pipeline, nozzles 19 are placed for additional supply of reductant - natural gas and (or) steam. Plasmatrons 4 are installed at a height of 0.5-0.8N from the bottom of the melting zone, where N is the total height of material loading, opposite along the perimeter of the reactor at an angle of 30-502 to the horizon in the direction of the bottom of the reactor so that the longitudinal axes of symmetrically placed plasmatrons intersect at axes of the reactor and are in the same plane with the apex of the angle of the axes, placed above the predetermined height of the metal mirror. Plasmotrons 4 are hermetically connected to the reactor through flanges 20 70 (Fig. 2). In the lower part of the reactor there is a depository 21 of reduced metal. An auxiliary hole 22 is located near the bottom of the reservoir (reactor), opposite the outlet 7, to which a purging-refining plasmatron 24 is connected through a gate valve 23, the longitudinal axis of which is parallel to the bottom of the reservoir.

Установка працює таким чином.The installation works like this.

Установлюють плазмотрони 4 і задають на них відповідно технологічним параметрам плавки витрати 7/5 охолоджувальної води і плазмоутворюючого газу (наприклад, природний газ і повітря або кисень). Через засіб 14 завантажування окисних матеріалів завантажують вихідні окисні матеріали (шихту) в бункер 11 і через випускний отвір 12 перевантажують шихту в плавильну зону З, при попередньо закритому шиберним затвором 8 випускному отворі 7. Конусним запірним механізмом 13 закривають випускний отвір 12 і через завантажувальний засіб 14 завантажують масу вихідної шихти в бункер 11, герметично закривають кришку 15 засобу завантаження 14, коректують на плазмотронах необхідні режими витрат охолоджувальної води та плазмоутворюючого газу і запускають плазмотрони 4. Нагрітий до середньомасової температури То-3000-40002С і конвертований на СО іPlazmotrons 4 are installed and, in accordance with the technological parameters of melting, the consumption of 7/5 of cooling water and plasma-forming gas (for example, natural gas and air or oxygen) is set on them. Through means 14 for loading oxidizing materials, the initial oxidizing materials (charge) are loaded into the hopper 11 and through the discharge opening 12 the charge is overloaded into the melting zone C, with the discharge opening 7 previously closed by the gate valve 8. The discharge opening 12 is closed with the conical locking mechanism 13 and through the loading means 14 load the mass of the initial charge into the hopper 11, hermetically close the cover 15 of the means of loading 14, adjust the required modes of consumption of cooling water and plasma-forming gas on the plasmatrons and start the plasmatrons 4. Heated to the average mass temperature To-3000-40002С and converted to CO and

Но плазмоутворюючий газ у вигляді відновлених плазмових струменів продуває шар шихти. Під впливом плазмових струменів шихта в плавильній зоні З інтенсивно розплавляється. Тверда шихта, а потім розплав взаємодіють з відновлювальними плазмовими струменями, які стікають з плазмотронів 4, і таким чином ГаBut the plasma-forming gas in the form of regenerated plasma jets blows through the charge layer. Under the influence of plasma jets, the charge in the melting zone Z intensively melts. The solid charge and then the melt interact with the regenerative plasma jets that flow from plasmatrons 4, and thus

Здійснюється відновлення металу із розплаву. Відновлений метал стікає в копильник 21.Recovery of metal from the melt is carried out. The recovered metal flows into the reservoir 21.

Горючі гази, які відходять в процесі плавлення і відновлення окисних матеріалів в плавильній зоні 3, о мають високу температуру і значну кількість СО, Н» і піровуглецю. Для зменшення створення охолоді і "мостів" із непроплавленого в верхній частині шару шихти окисних матеріалів, через форсунки 5 вдувають кисневмісний газ, наприклад кисень, в стехіометричному співвідношенні. оCombustible gases released during the melting and reduction of oxidizing materials in melting zone 3 have a high temperature and a significant amount of CO, H, and pyrocarbon. To reduce the creation of cooling and "bridges" from the unmelted in the upper part of the charge layer of oxidizing materials, oxygen-containing gas, such as oxygen, is blown through the nozzles 5 in a stoichiometric ratio. at

Відхідні гази, що догоряють в верхній частині плавильної зони З, сприяють розплавленню охолоді і "мостів".The waste gases that burn out in the upper part of the melting zone C contribute to the melting of the coolant and "bridges".

Відхідні гази по вертикальному футерованому каналу 18 попадають в зону охолодження і змішування за со рахунок подачі через форсунки 19 природного газу і (або) водяного пара. Утворена газова суміш при температурі «0 800-10002С, маючи високий відновлювальний потенціал, системою 16 для видалення відпрацьованих газів, проникає через перфоровану стінку бункера 11 в шар вихідної шихти. Вихідна шихта частково відновлюється і З прогрівається. Температура шихти в бункері контролюється датчиками температури, які автоматично - установлюють подачу природного газу і (або) пара через форсунки 19 по визначеному алгоритму. Отриманий в процесі плавлення метал стікає в копильник 21 і, в залежності від заданого технологічного процесу, продувається нейтрально - відновлювальним або нейтрально-окислювальним або нейтральним плазмовим « струменем за допомогою продувочно-рафінуючого плазмотрона 24. При відсутності необхідної допоміжної 70 обробки метала, шиберний затвор 23 не відкривають, плазмотрони 24 не включають. - с Після закінчення проплаву твердої шихти в плавильній зоні З подачу кисневовмістного газу через форсунки 5 а припиняють. Подачу кисню через форсунки 5 при відновленні рідкого розплаву в зоні З здійснюють тільки для "» підвищення температури при утворені охолоді на стінці вертикального каналу 18. Процес утворення охолоді контролюється датчиками, розміщеними в стінці каналу.Exhaust gases through the vertical lined channel 18 enter the cooling and mixing zone due to the supply through the nozzles 19 of natural gas and (or) steam. The formed gas mixture at a temperature of "0 800-10002С, having a high regenerative potential, penetrates through the perforated wall of the hopper 11 into the layer of the initial charge by the system 16 for removing spent gases. The initial charge is partially recovered and C is heated. The temperature of the charge in the bunker is controlled by temperature sensors that automatically establish the supply of natural gas and (or) steam through the nozzles 19 according to a defined algorithm. The metal obtained in the melting process flows into the reservoir 21 and, depending on the given technological process, is blown by a neutral - reducing or neutral-oxidizing or neutral plasma jet with the help of a purging-refining plasmatron 24. In the absence of the necessary auxiliary metal processing 70, the sliding gate 23 do not open, do not include plasmatrons 24. - c After the end of the melting of the solid charge in the melting zone C, the supply of oxygen-containing gas through the nozzles 5a is stopped. The supply of oxygen through the nozzles 5 during the recovery of the liquid melt in zone C is carried out only for "" temperature increase when cooling is formed on the wall of the vertical channel 18. The process of cooling is monitored by sensors placed in the wall of the channel.

Після закінчення процесу плавки і відновлення шиберним затвором 8 відкривають випускний отвір 7 і готовий -і метал зливають в ківш. Після зливу метала в сталерозливний ківш і зливу шлаку, плазмотрони 4 і 24 їз виключають, закривають подачу на них природного газу, шиберними затворами 8 і 23 закривають отвори 7, 22, опускають конусний запірний механізм 13 і частково відновлені і підігріті окисні матеріали перевантажують в (о) плавильну зону 3. Потім піднімають конусний запірний механізм 13, закривають отвір 12, відкривають кришку 15, со 50 Через засіб завантаження 14 завантажують окисні матеріали в засіб 9 часткового відновлення окисних матеріалів, подають на плазмотрони природний газ, включають плазмотрони 4 і далі процес повторюється. (42) Приклад конкретного виконання.After the end of the melting and recovery process, the gate valve 8 opens the outlet hole 7 and the metal is poured into the ladle. After draining the metal into the steel ladle and draining the slag, the plasmatrons 4 and 24 are turned off, the supply of natural gas to them is closed, the openings 7, 22 are closed with gate valves 8 and 23, the conical locking mechanism 13 is lowered, and partially restored and heated oxidizing materials are reloaded into ( o) melting zone 3. Then raise the conical locking mechanism 13, close the hole 12, open the cover 15, so 50 Through the loading means 14, oxidized materials are loaded into the means 9 for the partial reduction of oxidized materials, natural gas is supplied to the plasmatrons, the plasmatrons 4 are turned on and the process continues repeated (42) Example of a specific implementation.

В плавильній зоні розміщено чотири плазмотрони споживчою потужністю по 0,3МВт, а в копильнику - 0,1МВт.There are four plasmatrons with a consumer power of 0.3MW each in the melting zone, and 0.1MW in the piggy bank.

Теплофізичні параметри плазмових струменів з заданою середньомасовою температурою і швидкістю, забезпечують продувку висоти стовпа проплавляємого матеріалу, яка дорівнює О0,Зм. При заданій площині перерізу реактора і питомій електричній потужності 2кВт на їкг готового металу, вага завантаженої в реактор о шихти склала одну тонну, тобто одна тонна в зоні З і одна тонна - в бункері 11. При терміні плавки в одну ко годину із реактора випускають - О,бт рідкого металу із середнім значенням хімічного складу; 90: Ре-99,8;The thermophysical parameters of plasma jets with a given average mass temperature and speed ensure the blowing of the height of the column of the material to be melted, which is equal to О0,Zm. With a given cross-sectional area of the reactor and a specific electric power of 2 kW per kg of finished metal, the weight of the charges loaded into the reactor was one ton, that is, one ton in zone C and one ton in bunker 11. At the melting time of one hour, the reactor releases - O,bt of liquid metal with an average value of the chemical composition; 90: Re-99.8;

С-0,000; Ми-0,000; 5і-0,002; 5-0,02; Р-0,004; Ст-0,07; Мі-0,03; Си-0,01; АІ-0,000; Мо-0,000; М-0,09; 60 Ті0,000; Аз-0,000. Витрата природного газу на 1т готового метала складає 300-400ОКкг.C-0.000; We are 0.000; 5i-0.002; 5-0.02; P-0.004; St-0.07; Mi-0.03; Sy-0.01; AI-0.000; Mo-0.000; M-0.09; 60 Ti0,000; Az-0.000. Natural gas consumption per 1 ton of finished metal is 300-400 OKkg.

Отриманий по даному способу метал по якості може бути використаний як вихідна матриця для виробництва високоякісних легованих високоміцних і жаростійких сталей, а також як готова продукція для виробництва електротехнічної сталі. Крім цього заявлений спосіб і установка дають можливість одержувати високоякісний метал без застосування багатьох стадій переплавлювання (домна, конвертер, вакуумно-дугова піч). 65 Заявлений спосіб виплавки металу має високі екологічні показники, оскільки пилові викиди практично залишаються в шарі шихти в бункері часткового відновлення і через те він чинить надзвичайно низьке діяння на екологію.The quality of the metal obtained by this method can be used as an initial matrix for the production of high-quality alloyed high-strength and heat-resistant steels, as well as as a finished product for the production of electrical steel. In addition, the claimed method and installation make it possible to obtain high-quality metal without the use of many remelting stages (furnace, converter, vacuum-arc furnace). 65 The claimed method of metal smelting has high environmental performance, since dust emissions practically remain in the charge layer in the partial recovery bunker, and because of this, it has an extremely low impact on the environment.

Оскільки заявлений спосіб і установка мають високі питомі енергетичні показники, порівняно малі розміри установки, - все це дає можливість для її використання при дефіциті виробничих приміщень.Since the claimed method and installation have high specific energy indicators, the relatively small dimensions of the installation - all this makes it possible to use it in case of a shortage of production premises.

На даний момент спосіб одержання металів і сплавів пройшов експериментальні випробування на установці для його здійснення. Позитивні результати лягли в основу проекту будівництва промислового зразка.At the moment, the method of obtaining metals and alloys has undergone experimental tests at the installation for its implementation. The positive results formed the basis of the industrial model construction project.

Claims (5)

Формула винаходу , , й , й , , с,The formula of the invention , , and , and , , c, 1. Спосіб отримання заліза або його сплавів, який включає часткове відновлення залізоокисних матеріалів за рахунок їх попереднього нагріву продувкою відхідними з плавильної зони відновлювальними газами з температурою 800-10002С, подачу частково відновленого матеріалу в плавильну зону для його плавлення під час високотемпературного нагріву та остаточне відновлення заліза за рахунок безперервної подачі в плавильну 7/5 ЗОНУ матеріалу, вуглевмісного палива і кисневмісних газів, який відрізняється тим, що остаточне відновлення матеріалу здійснюють плазмою, в яку вводять вуглевмісне паливо і кисневмісний газ у вигляді повітряно-водної суміші, а джерела плазми розміщують на одному горизонті, назустріч одне одному, при цьому напрямок плазмового струменя формують в напрямку шлакової ванни під кутом 30-50 є до горизонту в напрямку поду таким чином, що повздовжні осі струменів утворюють центральний кут з вершиною на осі реактора, яка 2о розміщена вище попередньо заданої висоти дзеркала метала, а відновлювальну атмосферу для часткового відновлення матеріалу підтримують за рахунок подачі в відхідний з плавильної зони газ природного газу і/або водяної пари.1. The method of obtaining iron or its alloys, which includes the partial recovery of iron oxide materials due to their preliminary heating by purging with reducing gases leaving the melting zone with a temperature of 800-10002C, feeding the partially reduced material into the melting zone for its melting during high-temperature heating, and final recovery iron due to the continuous supply of material, carbon-containing fuel and oxygen-containing gases to the melting ZONE 7/5, which is distinguished by the fact that the final recovery of the material is carried out by plasma, into which carbon-containing fuel and oxygen-containing gas are introduced in the form of an air-water mixture, and the plasma sources are placed on one horizon, facing each other, while the direction of the plasma jet is formed in the direction of the slag bath at an angle of 30-50 degrees to the horizon in the direction of the floor in such a way that the longitudinal axes of the jets form a central angle with the top on the axis of the reactor, which is placed 2o above the predetermined the height of the metal mirror, a the regenerating atmosphere for partial recovery of the material is maintained by supplying natural gas and/or water vapor to the exhaust gas from the melting zone. 2. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що джерела плазми установлюють на висоті 0,5-0,8Н від поду плавильної зони, де Н - загальна висота завантаженого матеріалу. с2. The method according to claim 1, which differs in that the plasma sources are installed at a height of 0.5-0.8N from the bottom of the melting zone, where N is the total height of the loaded material. with 3. Спосіб по п. 1, який відрізняється тим, що відновлений метал відводять із плавильної зони в накопичувач і додатково продувають його окислювальним або відновлювальним плазмовим струменем. о3. The method according to claim 1, which is characterized by the fact that the reduced metal is removed from the melting zone to the accumulator and additionally blown with an oxidizing or reducing plasma jet. at 4. Установка для отримання заліза або його сплавів, яка включає реактор з вогнетривкою футерівкою, бокові стінки якого оснащені трубопроводами для подачі кисневмісного газу, джерелами нагріву, а в нижній частині реактора розміщений випускний отвір для металу і шлаку, яка відрізняється тим, що джерела нагріву виконаніу «3 зо вигляді симетрично розміщених відносно вертикальної осі реактора плазмотронів, установлених по периметру реактора на висоті 0,5-0,8 Н від поду плавильної зони, де Н-загальна висота завантаження матеріалу, під кутом со 30-502 до горизонту в напрямку поду, при цьому повздовжні осі плазмотронів пересікаються на осі реактора Ге) вище попередньо заданої висоти дзеркала металу, а в верхній частині реактора розміщений засіб часткового відновлення окисних матеріалів, який включає перфорований бункер з системою для видалення відпрацьованих З газів з реактора, а також засіб для завантаження бункера і розвантаження частково відновленого матеріалу в ча реактор, а в боковій стінці реактора, між трубопроводом для подачі кисневмісного газу і перфорованим бункером розміщені форсунки для подачі природного газу і/або водяної пари в порожнину реактора.4. Installation for obtaining iron or its alloys, which includes a reactor with a refractory lining, the side walls of which are equipped with pipelines for the supply of oxygen-containing gas, heating sources, and in the lower part of the reactor there is an outlet for metal and slag, which is distinguished by the fact that the heating sources in execution "3 in the form of plasmatrons placed symmetrically relative to the vertical axis of the reactor, installed along the perimeter of the reactor at a height of 0.5-0.8 N from the bottom of the melting zone, where N is the total height of material loading, at an angle of 30-502 to the horizon in the direction floor, while the longitudinal axes of the plasmatrons intersect on the axis of the reactor Ge) above the predetermined height of the metal mirror, and in the upper part of the reactor there is a means of partial recovery of oxidizing materials, which includes a perforated hopper with a system for removing spent gases from the reactor, as well as a means for loading of the hopper and unloading of the partially recovered material into the reactor, and into the side walls these reactors, nozzles for supplying natural gas and/or water vapor into the reactor cavity are placed between the pipeline for supplying oxygen-containing gas and the perforated hopper. 5. Установка по п. 4, яка відрізняється тим, що в нижній частині реактора, напроти випускного отвору для « металу і шлаку, паралельно поду, установлено допоміжний продувально - рафінувальний плазмотрон.5. Installation according to claim 4, which differs in that in the lower part of the reactor, opposite the outlet for metal and slag, parallel to the floor, an auxiliary purging and refining plasmatron is installed. - . и? -і щ» (о) (ее) (42) іме) 60 б5- and? -i sh" (o) (ee) (42) ime) 60 b5