ДВУХЗОННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ Российский патент 1995 года по МПК C21B13/00 

Изобретение относится к плазменной технологии, в частности к процессам переработки золошлаков и производству из них строительных материалов, а также к металлургии, а именно к процессам восстановления металлов из их окислов.

Известен реактор для прямого получения металлов и сплавов, содержащий плавильную камеру с плазмотронами в нижней части, газоотвод и загрузочный бункер пылевидных материалов с конусной нижней частью, соединенный с плавильной камерой сквозным отверстием.

Недостатком известного решения является низкий коэффициент использования пыли, связанный с высоким пылеуносом, а также отсутствие возможности введения дополнительного расхода пыли.

Цель изобретения расширение диапазона применения, уменьшение выноса пыли и повышение коэффициента использования пылевидных материалов.

Цель достигается тем, что реактор выполнен с герметичным теплоизолированным бункером-дозатором и осью вращения, на которую выведен газоотвод, а загрузочный бункер снабжен коническим поршнем и соединенным с ним металлической тягой механизмом возвратно-поступательного перемещения, при этом сквозной канал, соединяющий плавильную камеру с загрузочным бункером, расположен в боковой стенке в одной горизонтальной плоскости с плазмотронами и перпендикулярно их осям. Реактор снабжен клапаном, размещенным в конусной части загрузочного бункера и соединенным с исполнительным механизмом перекрытия загрузочного отверстия при перемещении конического поршня.

На чертеже представлен двухзонный плазменный реактор для обработки материалов.

Реактор 1 содержит плавильную камеру 2 с установленными в ее нижней части оппозитно друг другу плазмотронами 3. В верхней части реактора размещена камера предварительной обработки материалов, выполненная в виде теплоизолированного герметичного бункера-дозатора 4 с системой 5 перегрузки материала из бункера 4 в плавильную зону 2 и системой загрузки 6 материала в реактор. В верхней части бункера 4 установлен газоотвод 7, выведенный на ось вращения реактора. В боковой стенке реактора через футеровку 8 и корпус 9 выполнен сквозной канал 10 и горизонтальной плоскости с плазмотронами, перпендикулярно их осям. Канал 10 соединяет внутреннюю полость плавильной камеры 2 с герметичным бункером 11 для загрузки пылевидных материалов 12. Внутри канала 10 установлен конический поршень 13, соединенный металлической тягой 14 с механизмом 15 возвратно-поступательного перемещения. В переходном коническом канале 16 бункера 11 установлен клапан 17, соединенный тягой 18 с исполнительным механизмом 19 перекрытия конического канала 10 при перемещении поршня 13.

Свободный ход поршня 13 от стенки 20 составляет 0,7-0,85 длины сквозного канала 10, для исключения контакта поршня с расплавом. В результате взаимодействия горячего расплава с пылью в канале 10 образуется корочка 21, препятствующая проникновению расплава в канал 10. Бункер имеет крышку 22.

Реактор работает следующим образом.

Разогревают реактор до 1300^оС и загружают исходные шихтовые материалы в бункер-дозатор 4, системой перегрузки 5 перегружают шихту в плавильную зону 2, загружают бункер-дозатор 4, загружают пылевидным материалами бункер 11, закрывают герметично крышку 22, при этом загрузку пылевидных материалов ведут при открытом клапане 17 и положении поршня 13 в крайнем правом. После окончании загрузки загрузочной системой 6 перекрывают загрузочный люк, совершают одно поступательное перемещение поршня 13 и выводят поршень 13 в крайнее правое положение. Подают на плазмотроны 3 энергоносители и в каналах плазмотронов 3 возбуждают дуговые разряды. После выхода плазмотронов на рабочий режим осуществляют плавку шихтовых материалов в плавильной камере 2. Отходящие из плавильной зоны газы подготавливаются в подбункерном пространстве и, фильтруясь через слой шихты в бункере 4, предварительно нагревают и обрабатывают исходные материалы.

После появления расплава в плавильной камере 2 и достижения уровня, при котором перекрывается срез сопел плазмотронов 3, начинают вводить пылевидный материал 12 из бункера 11. Для этого включают механизм 15, который, совершая возвратно-поступательное движение через тягу 14, перемещает поршень 13 от стенки 20 на 0,7-0,85 длины канала 10. Одновременно с подачей поршня 13 в плавильную камеру 2 исполнительный механизм 19 через тягу 18 клапаном 17 перекрывает канал 16. Перекрытие канала 16 осуществляют для исключения попадания пылевидных материалов при движении поршня в реактор, в пространство между стенкой 20 и задней поверхностью поршня 13. При крайнем правом положении поршня пылевидный материал 12 из бункера 11 ссыпается в канал 10 и при движении поршня вперед выталкивается в месте с оплавленной корочкой 21 в плавильную камеру 2. Процесс подачи пыли в расплав периодически повторяется до полного окончания плавки. При доведении высоты расплава до заданного уровня процесс подачи пыли прекращается и расплав доводится до требуемых технологических параметров. Затем готовые продукты плавки из реактора сливают, подготовленную шихту из бункера 4 перегружают в плавильную камеру 2, загружают бункер 4, догружают пылью бункер 11, включают плазмотроны и далее процесс повторяется.

П р и м е р 1. В реакторе были переработаны золошлаки тепловой электростанции Приднепровской ГРЭС.

Нагревали реактор до Т 1200-1300^оС, загружали в бункер-дозатор 0,5 т золошлаков, перегружали их в плавильную камеру и загружали 0,5 т золошлаков в бункер-дозатор. В бункер пылевидного сырья загружали 0,1 т пылевидной золы и запускали два плазмотрона мощностью по 0,5 мВт. По параметрам работы плазмотронов фиксировали уровень расплава в камере и при достижении его высоты, равной расстоянию от дна реактора до верхней кромки сопла, начинали вводить пылевидную золу в расплав. За одно перемещение поршня вводили до 3 кг золы. Учитывая то, что расплав появлялся через 10-15 мин работы плазмотронов, то за всю плавку длительностью 30-35 мин в расплав дополнительно вводилось около 60 кг пылевидной золы. После окончания ввода пыли в реактор плазмотроны работали в течение 5 мин и расплав из реактора сливался в формы. Затем перегружали золошлак из бункера-дозатора в плавильную камеру, догружали бункер пылевидных материалов, включали плазмотроны и далее процесс повторялся. Длительность последующих плавок в связи с предварительным нагревом исходного сырья составляла 20-25 мин, однако расход пыли не снизился, так как процесс появления первого расплава сократился до 4-7 мин.

П р и м е р 2. Аналогично проводили восстановительные плавки железорудных окатышей. В бункер пылевидных материалов загружали железорудный пылевидный шлам. В результате получали железные слитки. Производительность по готовому продукту составила 0,8 т/ч.

В идентичных условиях проведены сопоставительные плавки в реакторе по прототипу и предлагаемому. Результаты сопоставительных плавок приведены в таблице.

Таким образом, предлагаемый реактор позволяет перерабатывать не только специально подготовленную шихту, но также и пылевидные материалы, при этом на 7-15% возрастает производительность процесса по конечному продукту, а коэффициент использования пыли (весовое отношение пылевидных материалов к исходной шихте) возрастает до 0,15.

Изобретение относится к плазменной технологии, в частности к процессам переработки золошлаков и производству из них строительных материалов, а также к металлургии, а именно, к процессам восстановления металлов из их окислов. Сущность изобретения: реактор содержит плавильную камеру с плазмотронами в нижней части, газоотвод и загрузочный бункер пылевидных материалов с конусной нижней частью. В боковой стенке реактора в горизонтальной плоскости с плазмотронами перпендикулярно их осям выполнен сквозной канал, соединяющий внутреннюю полость реактора с бункером загрузки пылевидных материалов, внутри которого установлен конический поршень, соединенный металлической тягой с механизмом возвратно-поступательного перемещения, а в переходном коническом канале бункера установлен клапан, соединенный с исполнительным механизмом перекрытия отверстия при перемещении конического поршня. Указанный реактор наиболее перспективен для переработки золоотвалов плазменной технологии. При этом возможна не только эффективная плавка неэлектропроводной золы с целью получения из нее поризованного расплава для производства бесцементных строительных блоков с улучшенными потребительскими свойствами, но и извлечение ценных компонентов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. 1 табл.

1. ДВУХЗОННЫЙ РЕАКТОР ДЛЯ ОБРАБОТКИ МАТЕРИАЛОВ, содержащий плавильную камеру с плазмотронами в нижней части, газоотвод и загрузочный бункер пылевидных материалов с конусной нижней частью, соединенный с плавильной камерой сквозным отверстием, отличающийся тем, что реактор выполнен с герметичным теплоизолированным бункером-дозатором и осью вращения, на которую выведен газоотвод, а загрузочный бункер снабжен коническим поршнем и соединенным с ним металлической тягой механизмом возвратно-поступательного перемещения, при этом сквозной канал, соединяющий плавильную камеру с загрузочным бункером, расположен в боковой стенке в одной горизонтальной плоскости с плазмотронами и перпендикулярно их осям. 2. Реактор по п.1, отличающийся тем, что реактор снабжен клапаном, размещенным в конусной части загрузочного бункера и соединенным с исполнительным механизмом перекрытия загрузочного отверстия при перемещении конического поршня.