+

RU2354724C2 - Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs) - Google Patents

Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs) Download PDF

Info

Publication number
RU2354724C2
RU2354724C2 RU2007101401/02A RU2007101401A RU2354724C2 RU 2354724 C2 RU2354724 C2 RU 2354724C2 RU 2007101401/02 A RU2007101401/02 A RU 2007101401/02A RU 2007101401 A RU2007101401 A RU 2007101401A RU 2354724 C2 RU2354724 C2 RU 2354724C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
melt
reactor
electrodes
stage
charge
Prior art date
Application number
RU2007101401/02A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2007101401A (en
Inventor
Юрий Александрович Бурлов (RU)
Юрий Александрович Бурлов
Иван Юрьевич Бурлов (RU)
Иван Юрьевич БУРЛОВ
Александр Юрьевич Бурлов (RU)
Александр Юрьевич Бурлов
Original Assignee
Юрий Александрович Бурлов
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Александрович Бурлов filed Critical Юрий Александрович Бурлов
Priority to RU2007101401/02A priority Critical patent/RU2354724C2/en
Priority to PCT/RU2007/000222 priority patent/WO2008088238A1/en
Publication of RU2007101401A publication Critical patent/RU2007101401A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2354724C2 publication Critical patent/RU2354724C2/en

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B9/00General processes of refining or remelting of metals; Apparatus for electroslag or arc remelting of metals
    • C22B9/16Remelting metals
    • C22B9/22Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation
    • C22B9/226Remelting metals with heating by wave energy or particle radiation by electric discharge, e.g. plasma
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B4/00Electrothermal treatment of ores or metallurgical products for obtaining metals or alloys
    • C22B4/08Apparatus
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27BFURNACES, KILNS, OVENS OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00Crucible or pot furnaces
    • F27B14/04Crucible or pot furnaces adapted for treating the charge in vacuum or special atmosphere

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geochemistry & Mineralogy (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Manufacture And Refinement Of Metals (AREA)
  • Furnace Details (AREA)

Abstract

FIELD: metallurgy.
SUBSTANCE: reactor-separator is outfitted by heat exchanging facilities of the first and the second stage for heat passing and recovery t the production process with heat exchanging facility at the first stage is implemented in the form of screw mixer for simultaneous drying and heating of rough charge up to 180-250°C by hot clinker, fed from ball mill and following passing of heated charge into heat exchanging facility of the second stage, and heat exchanging facility of the second stage is implemented in the form of cavity package, covering cylindrical chamber and heating the rough charge up to 400-800°C for its following passage into TDRS on surface of melt and into the hollow partition, and also by additional small electrodes, immersed into melt and installed in side walls of cylindrical chamber.
EFFECT: exception of heat losses into the environment, maximal usage of the exothermal reaction energy, minimal consumption of energy resources, required for clinker formation, improvement of cement clinkers.
3 dwg

Description

Изобретение относится к электродуговым плазменным реакторам-сепараторам для одновременного расплава тугоплавких, металлических и неметаллических материалов и возгонов, преимущественно специальных видов клинкеров искусственных вяжущих, имеющих высокую степень вязкости расплава и сопутствующих цветных металлов, и может быть использовано в цементной, химической отраслях промышленности и металлургии.The invention relates to electric arc plasma separator reactors for the simultaneous melt of refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binder clinkers having a high degree of melt viscosity and associated non-ferrous metals, and can be used in cement, chemical industries and metallurgy.

Изобретение позволяет значительно снизить энергозатраты за счет сушки и подогрева сырьевой смеси, используя для этого тепло самого реактора, максимально увеличить эффективность работы всего оборудования, резко повысить производительность реактора-сепаратора и качество цементных клинкеров, исключить цикличность работы.The invention can significantly reduce energy consumption due to drying and heating of the raw material mixture, using the heat of the reactor itself, maximizing the efficiency of all equipment, dramatically increasing the performance of the reactor separator and the quality of cement clinkers, eliminating the cyclical nature of the work.

Предлагаемое изобретение относится к устройствам для одновременного получения тугоплавких, металлических и неметаллических материалов и возгонов, преимущественно специальных видов клинкеров искусственных вяжущих, например цементного клинкера, имеющих высокую степень вязкости расплава и сопутствующих сплавов металлов, и может быть использовано в цементной промышленности.The present invention relates to devices for the simultaneous production of refractory, metallic and non-metallic materials and sublimates, mainly special types of artificial binder clinkers, for example cement clinker, having a high degree of melt viscosity and related metal alloys, and can be used in the cement industry.

Известно устройство для плавления материала, преимущественно цементного клинкера, содержащее камеру, цельные горизонтальные стержневые электроды, отверстия для ввода отходов и пара, отверстие для вывода отходящих газов (Патент РФ №157060 С2, Н05В 7/00 от 15.12.1998 г. «Плазмохимический реактор» (автор Предтеченский М.Р.)).A device for melting a material, mainly cement clinker, containing a chamber, solid horizontal rod electrodes, openings for introducing waste and steam, an opening for discharging exhaust gases is known (RF Patent No. 157060 C2, Н05В 7/00 dated 12/15/1998, "Plasma-chemical reactor "(Author Predtechensky MR)).

Недостатками указанного устройства является низкий ресурс плазматрона (эрозия электродов), низкая производительность агрегата при использовании промышленных отходов, цикличность работы и большой расход энергоресурсов.The disadvantages of this device are the low resource of the plasmatron (erosion of the electrodes), low productivity of the unit when using industrial waste, the cyclical nature of the work and the high consumption of energy resources.

Известен плазменный реактор для плавления материала, преимущественно цементного клинкера, включающий цилиндрическую камеру, полые стержневые электроды, проходящие в камеру сквозь верхнюю ее крышку, отверстия для ввода реагентов в своде камеры и вывода в поде, две электромагнитные катушки, охватывающие камеру и расположенные одна над другой по ее высоте (Патент №2213792, С22В 9/22, F27B 14/04 от 10.10.2003 г. (авторы Ю.А.Бурлов и др.)).Known plasma reactor for melting a material, mainly cement clinker, including a cylindrical chamber, hollow rod electrodes passing into the chamber through its upper cover, holes for introducing reagents in the chamber vault and outlet in the hearth, two electromagnetic coils covering the chamber and located one above the other by its height (Patent No. 2213792, С22В 9/22, F27B 14/04 dated 10/10/2003 (authors Yu.A. Burlov et al.)).

Недостатком указанного способа является быстрый износ электродов и необходимость остановки агрегата на их замену.The disadvantage of this method is the rapid wear of the electrodes and the need to stop the unit to replace them.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является плазменный реактор для плавления материала, преимущественно цементного клинкера, включающий водоохлаждаемую цилиндрическую камеру, стержневые полые графитовые электроды, проходящие в камеру сквозь верхнюю крышку, четыре боковых питателя и один верхний питатель для ввода сырьевой шихты, электромагнитную катушку, продольную полую охлаждаемую изнутри сырьевым материалом перегородку, которая разделяет камеру на две равные части и имеет горизонтальные щелевые отверстия для выхода материала и создания дополнительного гарнисажа и отверстие для дуги, расположенное над поверхностью вращающегося в горизонтальной плоскости расплава для эвакуации твердого сырья из-под электродов и перемещения его в зону горения дуги, отверстия для вывода готового материала (Патент №2277598, С22В 9/22, F27B 14/04 от 11.11.2004 г.(авторы Бурлов Ю.А. и др.)).The closest in technical essence and the achieved result is a plasma reactor for melting the material, mainly cement clinker, including a water-cooled cylindrical chamber, rod hollow graphite electrodes passing into the chamber through the top cover, four side feeders and one upper feeder for introducing the raw material charge, an electromagnetic coil , a longitudinal hollow partition cooled from the inside by raw material, which divides the chamber into two equal parts and has horizontal slit openings for the exit of the material and create an additional skull and an opening for the arc located above the surface of the melt rotating in the horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrodes and move it to the arc burning zone, openings for the outlet of the finished material (Patent No. 2277598, С22В 9 / 22, F27B 14/04 dated 11.11.2004 (authors Burlov Yu.A. et al.)).

Недостатком данного изобретения является большой расход энергоресурсов.The disadvantage of this invention is the high consumption of energy.

В основу настоящего изобретения положена задача исключения потерь тепла в окружающую среду, максимального использования энергии экзотермических реакций, минимального потребления энергоресурсов, необходимых для клинкерообразования, значительного повышения производительности реактора и качества цементных клинкеров.The basis of the present invention is the elimination of heat loss to the environment, the maximum use of the energy of exothermic reactions, the minimum energy consumption required for clinker formation, a significant increase in reactor productivity and the quality of cement clinkers.

Согласно предлагаемому изобретению задача решается тем, что плазменный термодекарбонизатор реактор-сепаратор (ТДРС) для одновременного получения расплава тугоплавких неметаллических материалов и металлических материалов и возгонов, содержащий цилиндрическую камеру, стержневые полые электроды с теплообменными элементами, канал для эвакуации отходящих газов и возгонов, электромагнитную катушку, создающую вращение расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации сырья из-под электродов и перемещения его в зону горения дуги, боковые питатели с каналами для ввода части подогретого сырьевого материала и/или создания гарнисажа на футеровке в виде конусных откосов на границе зеркала расплава, продольную полую охлаждаемую изнутри сырьевым материалом при помощи двух центральных смонтированных в ней питателей перегородку, разделяющую по всей высоте нижнюю часть камеры на две равные части и проходящую между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами, отверстием для дуги в перегородке, расположенным над поверхностью расплава, канал для вывода расплавов тугоплавких неметаллических и металлических материалов, расположенный в донной части камеры, гранулятор для охлаждения и грануляции расплава тугоплавких неметаллических материалов, два теплообменных устройства первой и второй стадии для передачи и возврата тепла в процесс производства, причем теплообменное устройство первой стадии выполнено в виде шнекового смесителя для одновременной сушки и нагрева сырьевой шихты до 180-250°C горячим клинкером, поступающим с гранулятора, и дальнейшей передачи нагретой шихты в теплообменное устройство второй стадии, а теплообменное устройство второй стадии выполнено в виде полого корпуса, охватывающего цилиндрическую камеру и нагревающего сырьевую шихту до 400-800°С, а также дополнительные малые электроды, погруженные в расплав и установленные в боковых стенках цилиндрической камеры.According to the invention, the problem is solved in that a plasma thermal decarbonizer reactor-separator (TDRS) for simultaneously producing a melt of refractory non-metallic materials and metallic materials and sublimates, containing a cylindrical chamber, rod hollow electrodes with heat-exchange elements, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates, an electromagnetic coil creating a rotation of the melt in the horizontal plane for the evacuation of raw materials from under the electrodes and moving it to the arc burning zone, side feeders with channels for introducing part of the heated raw material and / or creating a scull on the lining in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror, a longitudinal hollow interior cooled by raw material using two central feeders mounted in it, dividing the entire lower part of the chamber into two equal parts and passing between the hollow rod electrodes immersed in the melt, the hole for the arc in the partition located above the surface of the melt, the channel for the output of melts of non-metallic and metallic materials located in the bottom of the chamber, a granulator for cooling and granulating the melt of refractory non-metallic materials, two heat exchangers of the first and second stages for transferring and returning heat to the production process, the heat exchanging device of the first stage being made in the form of a screw mixer for simultaneous drying and heating the feed mixture to 180-250 ° C with a hot clinker coming from the granulator, and further transferring the heated charge to the WTO heat exchanger th stage and second-stage heat exchange device is designed as a hollow body enclosing a cylindrical chamber and heating the raw material charge to 400-800 ° C and additional small electrodes immersed in the melt and mounted in the side walls of the cylindrical chamber.

Плазменный термодекарбонизатор реактор-сепаратор (ТДРС) включает (см. фиг.1) теплообменник 1 второй стадии, являющийся полым корпусом реактора и состоящий из внутренней несущей части, внешней части футерованного корпуса и заполнителя (сырьевая шихта) полости, которая при непрерывной работе питателя 2 движется с верхней части корпуса в нижнюю. Теплообменник 1 второй стадии охватывает цилиндрическую камеру вокруг наружного корпуса реактора непрерывного действия для передачи тепла от корпуса реактора с температурой 400-800°С сырьевой шихте, стержневые полые электроды 3, проходящие в камеры сквозь верх полого корпуса, теплообменные элементы в одном из электродов 3 выполнены в виде наклонных пересыпных полок 4, задерживающих падение сырьевого материала и вмонтированных в полости электродов 3, теплообменные элементы второго электрода выполнены в виде шнека 5, канал 6 для эвакуации отходящих газов и возгонов, отверстия 7 в донной части для вывода тугоплавких металлических материалов из камеры, электромагнитную катушку 8, создающую вращение расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации сырья из-под электродов 3 и перемещения его в зону горения дуги, каналы 9 для вывода более легкого вяжущего вещества (тугоплавких неметаллических материалов), расположенные между отверстиями 7 для вывода расплава тугоплавких металлических материалов, семь боковых питателей 10 (1', 2', 3', 4', 5', 6', 7') с каналами для ввода части подогретого в полости теплообменника 1 второй стадии сырьевого материала в зону горения реактора и создания гарнисажа 11 на футеровке в виде конусных откосов на границе зеркала расплава и при необходимости при реверсе питателей, подаче подогретого материала через питающие электроды 3 в полость реактора. Полую продольную охлаждаемую сырьевой шихтой со смонтированными в ней питателями 10 (7') перегородку 12, разделяющую нижнюю часть реактора на две равные камеры и находящуюся между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами 3 с отверстием 13 для дуги, расположенным над поверхностью расплава, которая снабжена горизонтальными щелевыми отверстиями 14 с направляющими для выхода материала и создания дополнительного гарнисажа 15 в виде конусных откосов на границе зеркала расплава.The plasma thermal decarbonizer reactor-separator (TDRS) includes (see Fig. 1) a second-stage heat exchanger 1, which is a hollow reactor vessel and consists of an internal bearing part, an external part of the lined case and a filler (raw material charge) of the cavity, which during continuous operation of the feeder 2 moves from the top to the bottom. The heat exchanger 1 of the second stage covers a cylindrical chamber around the outer casing of the continuous reactor for transferring heat from the reactor casing at a temperature of 400-800 ° C; a raw material charge; rod hollow electrodes 3 passing into the chambers through the top of the hollow casing; heat exchange elements in one of the electrodes 3 are made in the form of inclined overflow shelves 4, delaying the fall of raw material and mounted in the cavity of the electrodes 3, the heat exchange elements of the second electrode are made in the form of a screw 5, channel 6 for evacuation of waste sizing gases and sublimates, openings 7 in the bottom for withdrawing refractory metal materials from the chamber, an electromagnetic coil 8 that creates a rotation of the melt in a horizontal plane to evacuate raw materials from under the electrodes 3 and move it to the arc burning zone, channels 9 for outputting a lighter a binder (refractory non-metallic materials) located between the holes 7 for outputting the melt of refractory metal materials, seven side feeders 10 (1 ', 2', 3 ', 4', 5 ', 6', 7 ') with channels for input heated in awns second stage heat exchanger 1 the raw material in the combustion zone of the reactor and create a ledge 11 on the lining in the form of tapered slopes at the boundary of the melt mirror and optionally at reverse feeders, feeding the preheated material through the feed electrodes 3 in the reactor cavity. A hollow longitudinal cooled by a raw material charge with feeders 10 (7 ') mounted in it baffle 12, dividing the lower part of the reactor into two equal chambers and located between rod hollow electrodes 3 immersed in the melt with an arc hole 13 located above the melt surface, which is equipped with horizontal slotted holes 14 with guides for the exit of the material and create an additional skull 15 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror.

Гранулятор 16 смонтирован под реактором для охлаждения и грануляции расплава тугоплавких неметаллических материалов, выполненных в виде охлаждаемых изнутри металлических цилиндров, вращающихся вокруг своей оси в противоположные стороны относительно друг друга, дробилку (условно не показана) и шнековый смеситель, являющийся теплообменником 17 первой стадии, для транспортирования и передачи тепла от предварительно дробленого охлаждающегося клинкера с температурой 1000-1200°С сырьевой шихте с одновременной сушкой и нагреванием до температуры 180-250°С, которая при помощи вибросита и/или виброгрохота 18 отделяется от горячего клинкера и подается через питатель 2 в полость теплообменника 1 второй стадии, огненно-жидкие шлаки температурой до 1800°С подают питателем 19 через канал, расположенный в стенке кожуха, через графитовые окна 20 проходят две штанги 21, при помощи которых происходит пуск реактора, дополнительные малые электроды 22 выполняют функцию основных электродов на момент замены последних.The granulator 16 is mounted under the reactor for cooling and granulating the melt of refractory non-metallic materials, made in the form of metal cylinders cooled from the inside, rotating around their axis in opposite directions relative to each other, a crusher (not shown conventionally) and a screw mixer, which is a heat exchanger 17 of the first stage, for heat transfer and transfer from a pre-crushed cooling clinker with a temperature of 1000-1200 ° С to a raw material charge with simultaneous drying and heating to a temperature 180-250 ° С, which is separated by means of a vibrating screen and / or vibrating screen 18 from the hot clinker and fed through the feeder 2 to the cavity of the heat exchanger 1 of the second stage, fire-liquid slag with a temperature of up to 1800 ° С is fed by the feeder 19 through a channel located in the wall the casing, through the graphite windows 20 pass two rods 21, with which the reactor is started, additional small electrodes 22 perform the function of the main electrodes at the time of replacement of the latter.

Плазменный термодекарбонизатор реактор-сепаратор (ТДРС) работает следующим образом.Plasma thermal decarbonizer reactor-separator (TDRS) works as follows.

Питание реактора производят через электроды 3 сырьевой шихтой, подогретой до 400-800°С. Подогрев сырьевой шихты первоначально осуществляется в теплообменнике 17 первой стадии, представляющем собой шнековый смеситель непрерывного действия, который служит для передачи тепла от предварительно дробленого охлаждающегося клинкера с температурой 1000-1200°С сырьевой шихте с температурой 5-20°С посредством полного соприкосновения материалов. При совместном перемешивании клинкера и сырьевой шихты за счет разности температур шихта нагревается до 180-250°С. Клинкер же получают в реакторе из клинкерного расплава, который выливают в гранулятор 16 для утилизации теплоты и его грануляции. Гранулятор 16 выполнен в виде вращающихся вокруг своей оси в противоположные стороны друг от друга водоохлаждаемых изнутри металлических цилиндров. Затем отобранная при помощи вибросита или/и виброгрохота 18 подогретая до 180-250°С шихта непрерывно подается питателем 2 в полость корпуса реактора, который служит теплообменником 1 второй стадии. Сырьевая шихта поступает в полый корпус через питатель 2, охлаждает стенки реактора, сама при этом нагревается до 400-800°С и боковыми питателями 10 (1', 2', 3', 4', 5', 6', 7') вводится по каналам, расположенным в стенках корпуса под углом 90° на одной горизонтальной плоскости относительно друг друга, в реактор на поверхность расплава для создания гарнисажной футеровки из самого материала на границе зеркала расплава, в результате чего образуется гарнисаж 11 в виде конусных откосов на зеркале расплава, тем самым исключается термохимическая коррозия футеровки. В полую перегородку 12 для ее охлаждения при помощи питателя 10 (7') также подается подогретая до 400-800°С сырьевая шихта, перегородка 12 снабжена горизонтальными щелевыми отверстиями 14 (см. фиг.3) с направляющими для подачи материала и создания дополнительного гарнисажа 15 в виде конусных откосов на границе зеркала расплава. При реверсе питателей 10 (1', 2', 3', 4', 5', 6', 7') сырьевая шихта, нагретая до 400-800°С, подается через электроды 3 в реактор. Основное питание реактора производится через электроды 3 подогретой сырьевой шихтой (400-800°С). Вводимая подогретая до 400-800°С сырьевая шихта содержит в расчетном количестве химические соединения, обеспечивающие при их плавлении получение искусственных вяжущих, например цементного клинкера.The reactor is powered through electrodes 3 by a raw material mixture heated to 400-800 ° C. The raw material charge is initially heated in the first stage heat exchanger 17, which is a continuous screw mixer, which serves to transfer heat from a pre-crushed cooling clinker with a temperature of 1000-1200 ° С to a raw material charge with a temperature of 5-20 ° С through full contact of materials. With the joint mixing of clinker and raw material mixture due to the temperature difference, the mixture is heated to 180-250 ° C. Clinker is obtained in the reactor from a clinker melt, which is poured into a granulator 16 for heat recovery and granulation. The granulator 16 is made in the form of metal cylinders, water-cooled from the inside, rotating around its axis in opposite directions from each other. Then, the mixture selected by means of a vibrating screen and / or vibrating screen 18, heated to 180-250 ° C, is continuously fed by a feeder 2 into the cavity of the reactor vessel, which serves as a heat exchanger 1 of the second stage. The feed mixture enters the hollow body through the feeder 2, cools the walls of the reactor, while it is heated to 400-800 ° C and side feeders 10 (1 ', 2', 3 ', 4', 5 ', 6', 7 ') is introduced through channels located in the walls of the body at an angle of 90 ° on one horizontal plane relative to each other, into the reactor on the melt surface to create a skull lining of the material itself at the boundary of the melt mirror, resulting in a skull 11 in the form of conical slopes on the melt mirror thereby excluding thermochemical corrosion of the footer wki. To cool it using a feeder 10 (7 '), a raw material charge heated to 400-800 ° C is also supplied to the hollow partition 12, the partition 12 is equipped with horizontal slotted holes 14 (see Fig. 3) with guides for feeding material and creating an additional skull 15 in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror. When reversing feeders 10 (1 ', 2', 3 ', 4', 5 ', 6', 7 '), the raw material charge heated to 400-800 ° C is fed through electrodes 3 to the reactor. The main power of the reactor is made through the electrodes 3 with a heated raw material charge (400-800 ° C). The raw material charge heated to 400-800 ° C, which is introduced, contains in the calculated amount chemical compounds that provide artificial binders, for example cement clinker, during their melting.

При применении в качестве сырья отходов, например, химических производств, а также отходов металлургических производств в виде огненно-жидких шлаков в них содержится некоторое количество цветных металлов. Огненно-жидкие шлаки температурой до 1800°С подают питателем 19 через канал, расположенный в стенке корпуса. Вместе с тем поступает дополнительное тепло, резко снижающее энергетические затраты и повышающее производительность реактора и качество цементных клинкеров.When using waste materials, for example, chemical industries, as well as metallurgical industry waste in the form of liquid-liquid slag, they contain a certain amount of non-ferrous metals. Flame-liquid slag with a temperature of up to 1800 ° C is fed by a feeder 19 through a channel located in the wall of the housing. At the same time, additional heat is supplied, sharply reducing energy costs and increasing the productivity of the reactor and the quality of cement clinkers.

Концы электродов 3 внутри реактора в зависимости от режима поднимают или погружают в расплав на глубину (+50 мм)÷(-50 мм) выше или ниже зеркала расплава.The ends of the electrodes 3 inside the reactor, depending on the mode, are raised or immersed in the melt to a depth (+50 mm) ÷ (-50 mm) above or below the melt mirror.

Для старта плазменного реактора в камеру плавления, разделенную продольной перегородкой 12 на две равные части, через графитовые окна 20, вмонтированные в стене камеры плавления, проходит штанга 21 до электрода 3 с зарядом "+" и образует электрическую дугу. Затем в одну камеру подают питателем 10 (1') сырьевой материал до получения расплава. Штангу 21 поднимают вверх до уровня отверстия 13 в перегородке 12, тем самым растягивая дугу. Подключаются питатели 10 (2', 3'). Аналогично проводят и с другой камерой, т.е. штанга 21 проходит до электрода 3 с зарядом "-" и образует электрическую дугу. Подают питателем 10 (6') сырьевой материал до получения расплава. Подключаются питатели 10 (4', 5'). Дуга зажигается между этими камерами и проходит сквозное цилиндрическое отверстие 13 в перегородке 12, куда подается плазмообразующий газ. Подключается питатель 2 для подачи подогретого до 180-250°С сырьевого материала в полость корпуса реактора. Для стабилизации дугового разряда плазмообразующему газу придается вращение с образованием вихря. Вихрь должен быть таким, чтобы между электрической дугой и стенкой разрядного канала образовался слой плазмообразующего газа с более низкой температурой и, соответственно, более плотный, который изолирует от высокой температуры дуги стенки канала. Плазмообразующий газ поступает в разрядный канал тангенциально и образует там вихрь. За счет этого материал в камере нагревается до температуры плавления. При обжиге клинкера температура расплава достигает 1600-2100°С.To start the plasma reactor into the melting chamber, divided by a longitudinal partition 12 into two equal parts, through the graphite windows 20 mounted in the wall of the melting chamber, the rod 21 passes to the electrode 3 with a charge "+" and forms an electric arc. Then, in one chamber, feed material 10 (1 ′) is fed until a melt is obtained. The rod 21 is raised up to the level of the hole 13 in the partition 12, thereby stretching the arc. Feeders 10 (2 ', 3') are connected. Carry out the same with another camera, i.e. the rod 21 passes to the electrode 3 with a charge "-" and forms an electric arc. Feed 10 (6 ') of the raw material until a melt is obtained. Feeders 10 (4 ', 5') are connected. An arc is ignited between these chambers and passes through a cylindrical hole 13 in the partition 12, where the plasma-forming gas is supplied. Feeder 2 is connected to feed the raw material heated to 180-250 ° C into the cavity of the reactor vessel. To stabilize the arc discharge, a plasma-forming gas is imparted rotation with the formation of a vortex. The vortex should be such that between the electric arc and the wall of the discharge channel a layer of plasma-forming gas is formed with a lower temperature and, accordingly, more dense, which isolates from the high temperature of the arc of the channel wall. The plasma-forming gas enters the discharge channel tangentially and forms a vortex there. Due to this, the material in the chamber is heated to its melting point. When firing clinker, the melt temperature reaches 1600-2100 ° C.

При подъеме расплава выше катушки 8 подается напряжение на ее обмотку. Стенки камеры выполняются из немагнитного материала, например стали, содержащей большое количество никеля, хрома и титана. Образующееся в результате прохождения тока через катушку электромагнитное поле воздействует на расплав, который в жидком состоянии становится токопроводным. За счет этого происходит вращение (перемешивание) расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации из-под электродов 3 твердого сырья и перемещения его в зону горения дуги и к каналам 9 для вывода расплава вяжущих в одном направлении (стрелками показано на фиг.2) одновременно в обеих частях камеры. При наборе некоторой массы расплава и разогреве электродов 3 внутри камеры выше 1000°С подают материал через полости электродов. При этом в электроде 3 с зарядом "+" материал пересыпается с полки на полку, которые нагреты до температуры, близкой к температуре электрода. При относительно медленном (по сравнению с вертикальным падением) перемещении материала и непосредственном контакте с нагретой поверхностью полок происходит передача тепла от полок к материалу и последний (предварительно подогретый), доведенный до температуры диссоциации карбонатов, попадает на поверхность расплава и расплавляется с большей скоростью, т.к. в этом случае идут уже экзотермические реакции, проходящие с выделением тепла. При этом производительность камеры плавления повышается. Тот же процесс подогрева сырьевого материала происходит и в электроде 3 с зарядом "-", но в этом случае подогрев происходит при движении материала по винтовой поверхности. В результате перемешивания расплава за счет вращающегося магнитного поля, создаваемого трехфазной катушкой, происходит гомогенизация расплава, что активно способствует увеличению производительности реактора и повышению качества продукции. Скорость перемешивания задается изменением частоты переменного тока и регулируется в зависимости от вязкости расплава, а последняя - от его температуры. При расплавлении шихты для получения цементного клинкера, в которой содержится небольшое количество редких металлов, некоторые из них, температура плавления которых несколько выше клинкерного расплава (кроме вольфрама и молибдена), оседают в донной части камеры над клапанами и периодически выпускаются в изложницы. Осаждение металлов идет за счет того, что их плотность минимум в два раза выше клинкерного расплава.When the melt rises above the coil 8, voltage is applied to its winding. The walls of the chamber are made of non-magnetic material, for example steel, containing a large amount of nickel, chromium and titanium. The electromagnetic field generated as a result of the passage of current through the coil acts on the melt, which in the liquid state becomes conductive. Due to this, the melt rotates (mixes) in a horizontal plane to evacuate solid raw materials from under the electrodes 3 and move it to the arc burning zone and to the channels 9 for removing the binder melt in one direction (arrows shown in Fig. 2) simultaneously in both parts of the camera. When gaining a certain mass of the melt and heating the electrodes 3 inside the chamber above 1000 ° C, the material is fed through the cavity of the electrodes. Moreover, in the electrode 3 with a charge "+" the material is poured from shelf to shelf, which are heated to a temperature close to the temperature of the electrode. With a relatively slow (compared to a vertical fall) movement of the material and direct contact with the heated surface of the shelves, heat is transferred from the shelves to the material, and the last (preheated), brought to the dissociation temperature of carbonates, enters the melt surface and melts at a higher rate, t .to. in this case, exothermal reactions are already taking place with heat evolution. In this case, the productivity of the melting chamber is increased. The same process of heating the raw material occurs in the electrode 3 with a charge "-", but in this case, heating occurs when the material moves along a helical surface. As a result of mixing the melt due to the rotating magnetic field created by the three-phase coil, the melt is homogenized, which actively contributes to an increase in reactor productivity and an increase in product quality. The mixing speed is set by changing the frequency of the alternating current and is regulated depending on the viscosity of the melt, and the latter on its temperature. When melting the mixture to obtain a cement clinker, which contains a small amount of rare metals, some of them, the melting point of which is slightly higher than the clinker melt (except for tungsten and molybdenum), settle in the bottom of the chamber above the valves and are periodically released into the molds. The deposition of metals is due to the fact that their density is at least two times higher than the clinker melt.

Пары легковозгоняемых редких металлов (например, лития) вместе с диоксидом углерода, выделяемым в результате декарбонизации карбонатных компонентов клинкерной шихты, эвакуируются под действием разряжения, создаваемого в канале 6, в специальные разделительные устройства, где пары оксидов металлов конденсируются, а диоксид углерода может использоваться для получения сухого льда. Возгоны оксидов металлов передаются на дальнейшую переработку для получения кондиционного продукта. Для непрерывного процесса производства при замене основных электродов 3 последние заменяют малыми электродами 22 и с помощью силовой коммутационной аппаратуры включают их в работу.Pairs of easily combustible rare metals (for example, lithium), together with carbon dioxide released as a result of decarbonization of the carbonate components of the clinker charge, are evacuated by the vacuum created in channel 6 into special separation devices where metal oxide pairs condense and carbon dioxide can be used to receiving dry ice. Sublimates of metal oxides are transferred for further processing to obtain a conditioned product. For a continuous production process when replacing the main electrodes 3, the latter are replaced by small electrodes 22 and, using power switching equipment, include them in the work.

Таким образом, предлагаемое устройство за счет компактности, использования непрерывного процесса производства, подогрева движущейся в полости корпуса сырьевой шихты и охлаждения при этом стенок реактора, охлаждения клинкера этой же сырьевой шихтой позволяет свести к минимуму энергозатраты, значительно увеличить производительность реактора, а также улучшить качество клинкера и наряду с этим позволяет получать попутные продукты в виде их расплава и возгонов.Thus, the proposed device due to its compactness, the use of a continuous production process, heating the raw material charge moving in the cavity of the housing and cooling the walls of the reactor, cooling the clinker with the same raw material charge, minimizes energy consumption, significantly increases the productivity of the reactor, and improves the quality of the clinker and along with this it allows to obtain by-products in the form of their melt and sublimates.

Claims (1)

Плазменный термодекарбонизатор реактор-сепаратор (ТДРС) для одновременного получения расплава тугоплавких неметаллических материалов и металлических материалов и возгонов, содержащий цилиндрическую камеру, стержневые полые электроды с теплообменными элементами, канал для эвакуации отходящих газов и возгонов, электромагнитную катушку, создающую вращение расплава в горизонтальной плоскости для эвакуации сырья из-под электродов и перемещения его в зону горения дуги, боковые питатели с каналами для ввода части подогретого сырьевого материала и/или создания гарнисажа на футеровке в виде конусных откосов на границе зеркала расплава, продольную полую охлаждаемую изнутри сырьевым материалом при помощи двух центральных, смонтированных в ней питателей, перегородку, разделяющую по всей высоте нижнюю часть камеры на две равные части и проходящую между погруженными в расплав стержневыми полыми электродами, отверстием для дуги в перегородке, расположенным над поверхностью расплава, расположенные в донной части камеры каналы для вывода расплавов тугоплавких неметаллических и металлических материалов, гранулятор для охлаждения и грануляции расплава тугоплавких неметаллических материалов с получением клинкера, отличающийся тем, что ТДРС снабжен дополнительными малыми электродами, погруженными в расплав и установленными в боковых стенках цилиндрической камеры, и теплообменными устройствами первой и второй стадии для передачи и возврата тепла в процесс производства, причем теплообменное устройство первой стадии выполнено в виде шнекового смесителя для одновременной сушки и нагрева сырьевой шихты до 180-250°С горячим клинкером, поступающим с гранулятора, и дальнейшей передачи нагретой шихты в теплообменное устройство второй стадии, а теплообменное устройство второй стадии выполнено в виде полого корпуса, охватывающего цилиндрическую камеру и нагревающего сырьевую шихту до 400-800°С для дальнейшей передачи ее в ТДРС на поверхность расплава и в полую перегородку. Plasma thermal decarbonizer reactor-separator (TDRS) for simultaneous production of a melt of refractory non-metallic materials and metallic materials and sublimates, containing a cylindrical chamber, rod hollow electrodes with heat-exchange elements, a channel for evacuating exhaust gases and sublimates, an electromagnetic coil creating a rotation of the melt in a horizontal plane for evacuation of raw materials from under the electrodes and moving it to the arc burning zone, side feeders with channels for introducing part of the heated raw material of the material and / or creating a skull on the lining in the form of conical slopes at the boundary of the melt mirror, a longitudinal hollow interior cooled by raw materials using two central feeders mounted in it, a partition that divides the lower part of the chamber into two equal parts along the entire height and passes between immersed into the melt by rod hollow electrodes, an opening for an arc in a partition located above the surface of the melt, channels located in the bottom of the chamber for outputting refractory melts non-metal and metal materials, a granulator for cooling and granulating the melt of refractory non-metallic materials to produce clinker, characterized in that the TDS is equipped with additional small electrodes immersed in the melt and installed in the side walls of the cylindrical chamber, and heat exchangers of the first and second stages for heat transfer and return in the production process, and the first stage heat exchanger is made in the form of a screw mixer for simultaneous drying and heating of the raw material charge to 180-25 0 ° C with hot clinker coming from the granulator and further transfer of the heated charge to the second stage heat exchanger, and the second stage heat exchange device is made in the form of a hollow body, covering a cylindrical chamber and heating the raw material charge to 400-800 ° C for its further transfer to TDRS on the surface of the melt and in the hollow partition.
RU2007101401/02A 2007-01-16 2007-01-16 Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs) RU2354724C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101401/02A RU2354724C2 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs)
PCT/RU2007/000222 WO2008088238A1 (en) 2007-01-16 2007-05-03 Plasma thermo-decarbonising reactor-separator

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2007101401/02A RU2354724C2 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2007101401A RU2007101401A (en) 2008-07-27
RU2354724C2 true RU2354724C2 (en) 2009-05-10

Family

ID=39636171

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2007101401/02A RU2354724C2 (en) 2007-01-16 2007-01-16 Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs)

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2354724C2 (en)
WO (1) WO2008088238A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2404272C1 (en) * 2010-02-01 2010-11-20 Юрий Александрович Бурлов Device for simultaneous obtaining of heat-resistant, metallic and non-metallic materials and distillates

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2222190B2 (en) * 1971-05-07 1975-02-13 Elphiac - S.A., Bruessel Plasma furnace
RU2176277C1 (en) * 2000-12-28 2001-11-27 Бурлов Юрий Александрович Plasma reactor
RU2213792C1 (en) * 2002-04-19 2003-10-10 Бурлов Юрий Александрович Plasma-type reactor-separator
RU2277598C1 (en) * 2004-11-11 2006-06-10 Юрий Александрович Бурлов Plasma reactor - separator

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2222190B2 (en) * 1971-05-07 1975-02-13 Elphiac - S.A., Bruessel Plasma furnace
RU2176277C1 (en) * 2000-12-28 2001-11-27 Бурлов Юрий Александрович Plasma reactor
RU2213792C1 (en) * 2002-04-19 2003-10-10 Бурлов Юрий Александрович Plasma-type reactor-separator
RU2277598C1 (en) * 2004-11-11 2006-06-10 Юрий Александрович Бурлов Plasma reactor - separator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2404272C1 (en) * 2010-02-01 2010-11-20 Юрий Александрович Бурлов Device for simultaneous obtaining of heat-resistant, metallic and non-metallic materials and distillates
WO2011093741A1 (en) * 2010-02-01 2011-08-04 Burlov Juriy Aleksandrovich Device for the simultaneous production of high-melting metallic and non-metallic materials and sublimates

Also Published As

Publication number Publication date
RU2007101401A (en) 2008-07-27
WO2008088238A1 (en) 2008-07-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3917479A (en) Furnaces
US8038973B2 (en) High purity silicon production system and production method
EP2385146B1 (en) Vertical microwave smelting furnace
EP1807194B1 (en) Rotary reactor using solar energy
RU2213792C1 (en) Plasma-type reactor-separator
AU1505800A (en) Iron production method of operation in a rotary hearth furnace and improved furnace apparatus
US4107445A (en) Titanium and zirconium production by arc heater
RU2404272C1 (en) Device for simultaneous obtaining of heat-resistant, metallic and non-metallic materials and distillates
RU2354724C2 (en) Plasma thermo-decarbonator reactor-separator (tdrs)
EP0976840B1 (en) Method of operating rotary hearth furnace for reducing oxides
RU2176277C1 (en) Plasma reactor
US3777043A (en) Apparatus and method for cooling a refractory lining
FI58945C (en) SAETT ATT GENOMFOERA ENDOTERMA METALLURGICAL REDUCTION PROCESSER WITH HJAELP AV EN KONTINUERLIGT ARBETANDE MEKANISK UGN
RU2277598C1 (en) Plasma reactor - separator
RU2296165C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material and apparatus for performing the same
RU60936U1 (en) DEVICE FOR DIRECT METAL RECOVERY
RU2296166C2 (en) Metal direct reduction method from dispersed raw ore material method and apparatus for performing the same
RU2501733C1 (en) Calcium carbide
RU2228305C2 (en) Method of production of special kinds of clinkers and accompanying metals out of industrial wastes
RU2234037C2 (en) Electrocalcinator for calcination of anthracites
CN101780948A (en) Sintering device used for sintering lithium phosphate
KR20010024881A (en) Method for reducing iron oxides and installation therefor
EP0518971B1 (en) High temperature furnace
US3297810A (en) Apparatus for the production of abrasive carbides
RU2207979C1 (en) Method and apparatus for producing silicon monoxide

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20180117

点击 这是indexloc提供的php浏览器服务,不要输入任何密码和下载