Способ получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки и устройство для его осуществления

Изобретение относится к области металлургии, в частности к шахтным плазменным печам для восстановления металлов из руд, рудных концентратов и отходов промышленности. Шихтовые материалы загружают в плазменную плавильную печь, содержащую шахту и плавильную емкость со сводом, осуществляют их прогрев и восстановление с последующим расплавлением шихты, отбор газообразных продуктов реакции, возврат части газов в печь с удалением избыточной части газа, выпуск готового продукта. Отбор газообразных продуктов реакции осуществляют на верхнем уровне шихты, на участке шахты, а также из-под свода плавильной емкости. При помощи устройств регулирования расхода газа смешивают между собой в заданных пропорциях и возвращают в плавильную зону печи с помощью нагнетателя. При этом патрубки отбора газа печи соединены газовыми трактами, выполненными с устройствами регулирования расхода газа, с нагревательными узлами и с патрубком подачи газа в своде плавильной емкости. Изобретение обеспечивает поддержание в каждой зоне печи необходимой концентрации восстановительного газа, максимальное извлечение из исходной руды ценных материалов, а также на выходе из печи выбрасываемый газ содержит преимущественно СО₂, практически не горюч и неопасен, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды. 2 н. и 3 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

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). Известен также способ восстановительной плавки, предусматривающий продувку плавящихся материалов восстановительным оборотным газом этой же печи (А.С. № 139444, Мкл.⁶ С22В 23/02, С22В 5/14).

Недостатком известного устройства является низкий КПД печи вследствие потерь энергии при дожигании выбрасываемого восстановительного газа вне пределов печи, сравнимых с мощностью самой печи. Недостатком известного способа является невозможность контролировать процентное соотношение газов в печи в процессе плавки.

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, дуговых нагревательных узлов 2 (например, плазмотронов) с механизмами перемещения 3, шахты 4 с механизмом загрузки 5 шихтовых материалов, газовой системы. Плавильная емкость 1 снабжена леткой 6 для выгрузки готового продукта. Газовая система включает тракты подачи газа в печь 7, тракты забора газа из печи 8, верхний патрубок 9, патрубок шахты 10, нижний патрубок 11, патрубок свода 12, нагнетатель 13, дымосос 14. Тракты 7 и 8 снабжены устройствами регулирования расхода газа 15. Система может быть оснащена устройством контроля химического состава газов 16.

Осуществление способа и 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 18, под действием чего шихта в плавильной зоне интенсивно восстанавливается и расплавляется. Твердая шихта 18, а затем расплав 19, взаимодействуют с восстановительным газовым потоком, и таким образом осуществляется восстановление металла из шихты в расплав. Восстановленный расплавленный металл стекает через летку 6. Для поддержания оптимального процентного соотношения газов в плавильной зоне, шахте печи и на выходе из печи и, следовательно, повышения КПД и производительности печи, в процессе плавки производят забор газа через верхний патрубок 9 на верхнем уровне шихты 20, через патрубок шахты 10 - на участке шахты и через нижний патрубок 11 - из-под свода 21. Отобранный газ при помощи устройств 15 регулирования расхода газа смешивают между собой в заданных пропорциях, при необходимости контроля состава газа по трактам при помощи устройства 16, и по трактам подачи газа 7 возвращают в плавильную зону печи 17 с помощью нагнетателя 13 через нагревательные узлы 2 и патрубок свода 12. Избыточную часть газа удаляют при помощи дымососа 14. 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, расход восстановителя снижается. Кроме того, на выходе из печи выбрасываемый газ содержит преимущественно СО₂, практически не горюч и неопасен, что благоприятно сказывается на состоянии окружающей среды.

1. Способ получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки в плазменной плавильной печи, включающий загрузку шихтовых материалов в печь, содержащую шахту и плавильную емкость со сводом, их прогрев и восстановление с последующим расплавлением шихты, отбор газообразных продуктов реакции, возврат части газов в печь с удалением избыточной части газа, выпуск готового продукта, отличающийся тем, что отбор газообразных продуктов реакции осуществляют на верхнем уровне шихты, на участке шахты, а также из-под свода плавильной емкости, при помощи устройств регулирования расхода газа смешивают между собой в заданных пропорциях и возвращают в плавильную зону печи с помощью нагнетателя.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что нагрев и плавление шихты проводят с помощью плазмы, генерированной, по меньшей мере, двумя плазмотронами.

3. Устройство для получения металлов и сплавов путем восстановительной плавки, содержащее плазменную плавильную печь, состоящую из шахты с механизмом загрузки шихтовых материалов и плавильной емкости со сводом и с, по меньшей мере, двумя дуговыми нагревательными узлами, и газовую систему с патрубками для подачи и отбора газа, отличающееся тем, что патрубки отбора газа расположены на верхнем уровне шихты, на участке шахты, а также на своде плавильной емкости, а патрубок подачи газа - в своде плавильной емкости, при этом патрубки отбора газа печи соединены газовыми трактами, выполненными с устройствами регулирования расхода газа, с нагревательными узлами и с патрубком подачи газа в своде плавильной емкости.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что оно снабжено устройством контроля химического состава газов по трактам.

5. Устройство по п.3 или 4, отличающееся тем, что тракты подачи газа вблизи нагревательных узлов выполнены гибкими.