СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЖЕЛЕЗА ИЗ ВОЗДУШНОЙ ВЗВЕСИ ЧАСТИЦ СОДЕРЖАЩЕЙ ЕГО РУДЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ СПОСОБА Российский патент 2013 года по МПК C21B13/00 C21B15/00 

Предлагаемый способ относиться к тем областям металлургического производства, в которых осуществляется получение металлического железа из содержащего его соединения рудного сырья, а также к устройствам, с помощью которых такие технологии выполняются.

Известны способы получения содержащего железо металла с помощью так называемых электропечей. Загружаемая рудная масса, содержащая сырьевые его окатыши, подвергается нагреву при помощи, вводимой во внутреннюю полость кожуха, в которую и засыпаются последние, электродной системы. Воздействие возникающей при включении такой системы электрической дуги переводит содержащие железо сырьевые куски в расплавленное состояние, и обеспечивает за счет этого получение на финальных этапах осуществления такого процесса необходимого конечного продукта (см. http://m.referats. net/pages/page_mobile.php?id=11125 "Электрометаллургия. Устройство печей. Производство стали в электрических печах").

Однако осуществление такого известного способа переработки исходного сырья в металл связано с необходимостью применения при выполнении процесса огромных материальных и финансовых затрат используемых в ходе осуществления его ресурсов.

Т.е. выполнение плавки при помощи создаваемой в обработки мощной электрической дуги потребует привлечения для ее проведения источников питания большой мощности, а само же оборудование, в котором и протекают все указанные выше операции, будет отличаться высокой степенью своей конструктивной сложности (огнеупорная футеровка, наличие обслуживающих работу электродов системы распределения электрической энергии и управляющих их перемещением систем, применение устойчивого к воздействию тепловых и механических нагрузок толстостенного кожуха).

Кроме того, производительность такого рода известных технологий остается достаточно низкой, плавка ведется на протяжении 1,0-3,0 часов, а получение качественного металла обеспечивается за счет использования целого ряда дополнительных приемов, таких как окисление и раскисление с помощью введения в расплав металла разного рода добавок: известь, полевой шпат, алюминий и т.д., и объема нагнетаемого в толщу последнего газа (кислород, аргон). Все перечисленное выше существенно сужает область возможного промышленного использования такого рода известных технологий.

Ситуация улучшается, если для получения железа используется так называемые "индукционные печи". В одном из известных способов, в дальнейшем принимаемым за прототип, для повышения экономических показателей процесса такого рода плавки используют карбометрическое восстановление металла. Последнее протекает непосредственно в зоне, занимаемой находящейся в жидком состоянии используемой массы сырья, и обеспечивается введением в состав помещаемых в дальнейшем в полость печи исходных рудных сырьевых брикетов углесодержащих компонентов - кускового угля (см. патент RU 2080391 "Способ прямого получения железа". C21B, 13/00; дата публикации 27.08.1997 - далее прототип).

Сущность указанного выше известного способа получения железа состоит в следующем: в качестве исходного сырья в нем используют полученные экструзией брикеты, состоящие из железорудных и углесодержащих компонентов (например, железной руды и каменного угля).

Углесодержащие компоненты, кроме основы для формирования в последующем в расплаве восстановительной атмосферы, выполняют еще и роль связующего, обеспечивающего соединение составляющих брикет компонентов в единое целое.

Такого рода составные брикеты при осуществлении известного способа - прототипа, загружаются во внутреннюю полость индукционной печи, где и производиться их нагрев с помощью создаваемого имеющимся в печи индуктором вихревых токов. При его выполнении частицы железной руды, содержащиеся в брикете, восстанавливаются до металла имеющимся в нем же углеродом. При этом образуется расплав, содержащий оба этих компонента.

Полученная жидкометаллическая ванна к тому же интенсивно нагревается за счет выделения тепла в жидком металле, находящемся под воздействием индукционного поля и возникающих вихревых токов. Получающийся в ходе восстановления металлического железа газ CO дожигается кислородосодержащим газом, подаваемым через специально выполненное сопло в своде печи. Полученный же в конце процесса обработки металл выпускается из внутренней полости индукционной печи через специально выполненные в ней для этой цели летки.

Однако и этому известному техническому решению - прототипу, присущ все тот же ряд тех же самых недостатков.

Процесс плавки осуществляется при высоких температурах - 1620°С, и занимает достаточно продолжительный промежуток времени (3,5-4 часа). Остаются значительными потребляемые в ходе выполнения процесса плавки электрические мощности, необходимые для ее осуществления.

Как следует из текста описания известного метода, для проведения обработки 250 кг руды понадобилось бы использование питающего печь трансформатора мощностью в 320 кВт.

Следует отметить еще и то, что получаемый в ходе выполнения обработки конечный продукт представлен только в виде сплава железо-углерод (т.е. малоуглеродистой стали с содержанием углерода (до 0,1%)). Чистого железа, практически не содержащего в своем составе углерода в соответствии с указанным выше методом, получить не удается.

Таким образом, из анализа описания изобретения-прототипа можно установить ряд существенных технических признаков, присутствующих при осуществлении этого известного способа, а также применяемого для его выполнения известного устройства.

При осуществлении такого рода технологии получения металла исходная сырьевая масса помещается внутрь применяемой для обработки емкости (тигля). Объем ее внутренней полости изолирован от внешней, окружающей устройство среды (при помощи "свода"). Преобразование массы исходного сырья в конечный продукт осуществляется под воздействием специального генерируемого с этой целью физического поля (в данном случае температурного), используемого для нагрева и расплавления содержащих металл кусков.

Само это преобразование протекает непосредственно в зоне воздействия последнего.

Необходимый для его выполнения компонент - углерод, присутствует в полости емкости, так как закладывается туда вместе с используемыми для получения конечного продукта элементами, содержащими соединения металла (окатышами). Сам этот указанный выше материал обеспечивает формирование непосредственно в самой зоне обработки необходимой для получения металла содержащей углерод газовой атмосферы.

Относительно же используемого при проведении известного способа - прототипа: устройства следует отметить наличие при применении такой его конструкции следующих элементов.

Прежде всего, надо отметить, что в этом устройстве используется емкость (тигель), в полость которой помещается исходная сырьевая масса и содержащие углерод компоненты.

В нем применяются также рабочие элементы, обеспечивающие формирования, необходимые для преобразования исходного сырья в конечный продукт физического поля (в данном случае катушка-индуктор, формирующая вихревой ток, с помощью которого и обеспечивается прогрев кусков сырья до требуемой для его расплавления температуры).

В процессе осуществления генерации воздействующего на сырьевые компоненты физического поля (температурного) эти рабочие элементы обязательно подключаются к внешнему источнику для подачи электрического питания. Кроме того, устройство содержит в своем составе крышку ("Свод"), обеспечивающую изоляцию его внутреннего объема от прямой его связи с внешней, окружающей устройство средой.

Но наличия только этих перечисленных выше существенных признаков, присущих этому известному способу, а также используемому в процессе его проведения устройству, явно недостаточно для обеспечения условий, позволяющих резко сократить финансовые затраты, необходимые для получения такого рода конечного продукта.

Целью предлагаемого изобретения является существенное сокращение необходимых для получения металлического железа затрат материальных и денежных ресурсов. Достижение указанной цели обеспечивается за счет действия следующих перечисленных ниже факторов.

При получении металлического железа на первых этапах выполнения процесса обработки производят формирования механической смеси из содержащей его руды и углерода. Восстановление металла из его соединений на последующих стадиях его осуществления производят с применением специально генерируемого для этого в рабочей зоне физического поля. Это операция протекает непосредственно в зоне наложения последнего на используемую для получения металла сырьевую массу. Сама же обработка осуществляется во внутреннем объеме применяемой емкости, изолированном от прямой связи с окружающей ее внешней средой.

Устройство же, с помощью которого осуществляется предлагаемый способ, содержит в своем составе: емкость для размещения в ней обрабатываемой смеси. В указанное выше устройство также входит рабочий элемент, при помощи которых формируется воздействующие на частицы руды физическое поле. Последний выполнен в виде катушки-соленоида, соединенной с внешним источником ее электрического питания. Такое устройство, кроме того, снабжено крышкой, изолирующей внутреннюю полость используемой для загрузки сырьевой смеси полости емкости от окружающей ее внешней среды.

Новым в способе является то, что в качестве исходной смеси применяется полученная введением в обрабатываемый объем атмосферного воздуха внутри емкости с последующим распределением в нем частиц содержащих руду с дисперсностью 18 мин воздушная взвесь.

Объем последних, содержащихся в составе взвеси, составляет 20-40% относительно всей используемой его величины. В качестве же воздействующего на создаваемую указанным выше образом смесь физического поля применяется переменное вращающееся магнитное. Напряженность его, замеренная в зоне обработки, составляет 1×10⁷÷1×10⁹ А/м, а частота 40-70 Гц.

В роли же восстановителя металла из руды выступает углерод, входящий в состав углесодержащих газов, присутствующих в самом используемом для создания взвеси атмосферном воздухе.

В процессе же осуществления обработки применяемая для размещения смеси сама емкость выполняет функцию замыкающего соединительного звена для генерируемого применяемой магнитного системой и создаваемого в ней потока. Дополнительно, в толщу осевшего на дно используемой емкости осадка производится подача струй сжатого воздуха под избыточным давлением 0,1÷0,6 кгс/см², формирующих в этой области так называемый "кипящий слой".

Новым в используемом для проведения обработки устройстве является то, что генерирующие физическое поле рабочие элементы выполнены в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала. При осуществлении их монтажа они формируют замкнутый прямоугольный контур. В теле же составляющих его отдельных деталей размещены три обмотки-катушки, выполняющие функции соленоидов. Каждая из этих обмоток-катушек соединена с соответствующей отдельной фазой внешнего трехфазного источника электрического питания. В одном же из составляющих указанный выше контур элементов выполнен сквозной паз, габариты которого обеспечивают размещение в нем содержащей обрабатываемую воздушную взвесь емкости.

Кроме того, на дне используемой в предлагаемом устройстве емкости прокладывается заглушенный с торцевой его части патрубок, в стенках которого выполнены отверстия перфорации. Внутренняя полость такого патрубка соединена с подающей сжатый воздух под избыточным давлением магистралью.

Применение указанных выше нововведений позволяет коренным образом изменить характер протекания процесса формирования металлического железа в сам момент его получения из исходной сырьевой массы. Последний начинает приобретать в связи со всем этим следующие характерные особенности.

Во-первых, сама начальная стадия этого способа включает в себя операцию "ультратонкого помола" кусков исходной руды, проходящей через такого рода обработку.

Она может быть осуществлена при помощи любого известного метода дробления, например с применением для этой цели шаровой мельницы. Проходя через нее, комки сырьевой массы растираются на частицы с габаритными размерами от 1 мкм до 8 мкм.

Выполнение этой операции обеспечивает в последующем возможность формирования устойчивой взвеси из такого рода составляющих ее частиц и в самом объеме заполняющую полость емкости 3 атмосферного воздуха.

Генерация последней в ее внутреннем объеме может осуществляться с помощью любой, используемой для этих целей, известной методики (например, применяя механическую лопастную мешалку или осуществляя подачу в содержащую пылевидную массу область пространства струй сжатого воздуха через специальное сопло и т.д.).

Объем же загружаемого в емкость 3 самого такого пылевидного материала составляет от 20 до 40% от всего суммарного значения объема заполняемой с помощью последнего внутренней ее полости.

Выбор указанного диапазона содержания этих частиц в приготавливаемой таким образом взвеси определяется опять-таки необходимостью формирования в этой области не расслаивающейся мгновенно механической взвеси, которая должна по возможности сохраняться неизменной в течение почти всего периода времени, необходимого для выделения из исходного сырья металлического железа 5.

Перед помещением в емкость создающие рабочую взвесь частицы руды предварительно подсушиваются в жарочном шкафу при температурах 120-150°С со временем выдержки 30-50 минут.

Полностью подготовленная для выполнения всех последующих операций обработки и содержащая в своей полости полученную указанным выше образом взвесь из частиц руды 4 и атмосферного воздуха емкость 3 помещается в выполненный для этой цели установочный паз "Б" в контуре магнитного генератора (см. фиг.1). После ее установки открытый конец подающего сжатый воздух перфорированного патрубка 6 подсоединяется к внешней подающей сжатый воздух под избыточным давлением магистрали. Эта операции может выполняться с помощью гибкого рукава и быстросъемного соединения (не показаны).

После соединения патрубка 6 с полостью подающей внешней магистрали через сквозные отверстия перфорации 7 в придонную область емкости 3 начинают проходить создаваемые в последних струи сжатого воздуха.

Затем, после окончания всех указанных выше переходов, обмотки-катушки 2 применяемого генератора, выполняющие функции соленоидов, подключаются к разным фазам внешнего источника для подачи к ним переменного электрического тока.

При этом каждая из трех входящих в генератор обмоток-катушек 2 генерирует собственное магнитное поле. Эти поля, проходя через объем включающих в себя такие обмотки-катушки 2 и составляющих контур магнитопроводящих элементов 1, суммируются в единое общее.

Так как для подачи питания на обмотки-катушки 2 используется переменный электрический ток, то и это суммарное магнитное поле, присутствующее в зоне монтажа емкости 3 со взвесью частиц сырья 4, тоже является переменным.

Кроме того в связи с тем, что каждая из используемых для подачи тока фаза внешнего источника имеет соответствующие угловые сдвиги составляющих ее волновых синусоидальных импульсов относительно таких же, но входящие в соседние ветви, то такое полученное с помощью последних суммарное магнитное поле будет еще как бы и "вращаться" в той зоне области, где и осуществляется его воздействие.

Следует обратить внимание еще и на то, что формируемый внутри разорванного установочным пазом "Б" контура и полученный в нем результирующий магнитный поток стремится соединить образованные этим разрывом обе его половины в единое целое, создавая своеобразную замкнутую петлю. При этом последний как бы совершает своеобразный прыжок через разделяющие их воздушное пространство, неизбежно пересекая при этом соответствующие области внутреннего объема размещенной прямо на траектории его перемещения самой емкости (см. фиг.1). Последняя выполняет в ходе осуществления такого рода его перехода из одной половины контура в другую роль замыкающего соединительного звена в применяемой для выполнения обработки такой магнитной системе.

Т.е. она становится своеобразной "ступенькой", с опорой на которую такого рода "переход" между рабочими элементами 1 используемого генератора и становится осуществимым с минимально возможными потерями энергии.

Все перечисленное выше и обеспечивает максимально возможную концентрацию силовых линий генерируемого в устройстве магнитного поля непосредственно в зоне протекания процесса преобразования сырьевых частиц 4 в необходимый конечный продукт их переработки - гранулы 5, состоящие из металлического железа.

Соответственно, сформированный в этой же области результирующий вектор суммарного магнитного потока совершает колебательные угловые перемещения, осуществляя при этом перенос зоны своего влияния на окружающие его частицы 4 по всем трем пространственным координатам (x; y; z).

К тому же в процессе этого последний меняет не только направление воздействия, но и саму свою величину (с заданной частотой 40-70 Гц). Если же соединить при помощи кривых линий точки нахождения его конца, обегающего участки окружающего этот вектор пространственного объема в течение заранее выбранного определенного временного промежутка, то получим фигуру по очертанию наиболее близкую к трехмерному "эллипсоиду" (см. зону "Д" на фиг.1).

Сужение его переднего и заднего конца определяется увеличением магнитного сопротивления, неизбежно появляющемуся ввиду возникновения монтажных зазоров "а" в момент установки емкости 3 в генератор.

Так как такой результирующий вектор совершает все эти указанные выше воздействия во внутренней полости емкости 3, заполненной обрабатываемой средой, то на находящиеся там частицы сырья 4, а также молекулы газов (окиси углерода, кислорода), обрушивается целая серия периодически повторяющихся (40-70 Гц) "толчков" и "ударов". При этом нанесение их производится сразу со всех сторон и с использованием всего возможного набора из направлений их наиболее вероятного воздействия. Под их влиянием неизбежно активируются составляющие и входящие в состав указанных выше компонентов атомы их молекул, электроны которых переходят на более высокие орбиты относительно их ядра.

При этом разрываются ранее имеющиеся между ними ковалентные молекулярные связи, и в зоне обработки появляются новые ионы, образующиеся из числа этих входящих в состав исходных молекулярных соединений атомов.

В самой же зоне обработки в итоге этого появляются активированные молекулярные фрагменты, полученные из ее отдельных частиц, ранее представляющих состав применяемой сырьевой смеси; а также и заполняющих полость емкости 3 и входящих в состав атмосферного воздуха микрообъемов газов.

При протекании в последующем целого ряда реакций, все полученные там компоненты формируют "зародыши" нового, ранее отсутствующих его в исходном сырьевом материале соединения - металлического железа.

В процессе "омагничивания" в заполняющей емкость 3 воздушной взвеси протекают следующие реакции:

Fe₂O₃→2Fe⁺³+3O^-2; Fe₃O₄→Fe₂O₃+FeO

FeCO₃→FeO+CO₂;

FeO→Fe⁺²+O^-2;

СО₂→С⁺⁴+2O^-2;

FeS→Fe⁺²+S^-2;

CO₂→C⁺⁴+2O^-2;

Fe₂O₃+C⁺⁴→2Fe⁺³+CO₂+O^-2;

S^-2+3O^-2→SO₃;

H₂O→2H⁺+O^-2;

2H⁺+S^-2→H₂S;

2FeO+C⁺⁴→2Fe⁺³+CO₂.

И так далее. Указанным выше образом в рабочей зоне протекают прямые и обратные преобразования указанных соединений со смещением химического равновесия в сторону формирования в зоне их осуществления металлического железа и отходящих в окружающую емкость атмосферу выделяемых при их выполнении микрообъемов указанных выше газообразных продуктов.

Другие же вещества "загрязнители", также входящие в состав имеющихся в сырье примесей, так же, как и металлическое железо, будут преобразованы в новые кристаллические структуры, в последующем которые и будут составлять появляющиеся по окончанию процесса обработки кусковые губчатые отходы (шлаки).

Так как полученные в зоне такого энергетического воздействия "зародыши" из указанной выше новой структуры обладают достаточно высокой объемной плотностью - 7,2 г/см³, то они оседают под действием сил гравитации, попадая на дно емкости 3. Перемещаясь в вертикальном направлении, такие "зародыши" из вновь полученного металла захватывают по дороге мелкие частицы 4 окружающей их со всех сторон сырьевой массы, обрастая при этом своеобразным покрытием (как бы нацепляя на себя "шубу").

Попадая при этом в самую нижнюю часть полости емкости 3, они создают там искусственно сформированный за счет действия всех этих факторов "придонный слой". Как только в толщу последнего начинают поступать струи подаваемого под избыточным давлением (0,1÷0,6 кгс/см²) сжатого воздуха, то входящие в него составляющие под воздействием последних начинают совершать интенсивные колебательные перемещения, то подымаясь вверх, то падая вниз. При этом создается так называемый "кипящий слой". Все перечисленные ранее процессы, обусловленные воздействием переменного вращающегося магнитного поля на входящие в придонный слой соединения, протекают и в этой области пространства точно так же, как и в остальном объеме обрабатываемой в устройстве сырьевой взвеси.

Отличия в выполнении такого рода технологии в указанной зоне емкости 3 будут состоять лишь в том, что в условиях формируемого в ней "кипящего слоя" значительно возрастает количество подаваемых к "зародышам" микрообъемов ионизированного газа (C⁺⁴; O^-2; H⁺ и т.д.), а также попадающих туда же и используемых для построения формирующихся там крупных гранул новых строительных "миникирпичиков" (Fe⁺²; Fe⁺³). Ионы газа (C⁺⁴; O^-2; H⁺ и т.д.), как и указывалось ранее, формируются из объемов подаваемых в эту зону обработки газов окиси углерода CO₂, метана CH₄, кислорода O₂, водорода H₂, входящих в состав используемого при обработке сжатого воздуха. Наличие всех перечисленных выше факторов воздействия на применяемый сырьевой материал позволяет существенно интенсифицировать процесс получения из него нового компонента: металлического железа Fe, а также создает условия для протекания формирования указанного выше элемента в виде крупногабаритных гранул с размерами от 3,5 до 8 мм. Количество получаемого с применением указанной выше технологии металла определяется, прежде всего, его содержанием в исходном сырьевом материале.

Чистота исходного сырья определяет и количество получаемых на финальном этапе проведения обработке отходов, а также оказывает соответствующее влияние на их состав и структуру.

Степень чистоты получаемых металлических гранул Fe составляет 99,982%. То есть полученное по предлагаемому способу железо можно отнести к категории "технически чистое".

Выход его из используемой сырьевой массы достигает значения от 48,4 до 58%. Количество получаемых крупнокусковых избыточных отходов составляет 29-34%, остальное до 100% составляют объемы выделившихся при обработке газов, направляемые в окружающую атмосферу.

Сама эта предложенная обработка осуществляется при комнатной температуре (18-27°С) и с использованием диапазона давления, лишь незначительно отличающегося от атмосферного (на 0,1÷0,6 кгс/см²).

Выход конечного продукта из используемой для обработки сырьевой массы, как указывалось ранее, может достигнуть 58%, что позволяет считать само применение предлагаемого способа для получения металлического железа из последней вполне экономически оправданным.

В состав образующихся по завершению процесса шлаков входят соединения Ca; Mg; Si; S.

Последний имеет форму кусков темно-серого, почти черного цвета, губчатой структуры, с габаритными размерами от 25 до 45 мм.

Преимущественно же формирование именно этого элемента - Fe в процессе выполнения мощного энергетического воздействия на обрабатываемую многокомпонентную сырьевую массу объясняется прежде всего тем, что только указанная выше кристаллическая структура на основе этого металла имеет минимально возможное значение внутренней энергии в условиях складывающегося в зоне обработки энергетического равновесия из всего возможно набора вариантов синтеза из присутствующих там соединений.

Сам этот процесс получения указанного выше конечного продукта связан с использованием относительно короткого временного интервала - в 16-26 минут (0,266-0,433 часа). Обработка же исходной сырьевой воздушной взвеси протекает при значениях напряженности переменного магнитного поля, составляющей 1×10⁷÷1×10⁹ А/м, и при частоте его 40-70 Гц. Для получения железа использовалась обогащенная магнитной сепарацией железная руда, состоящая из следующих соединений:

Fe₃O₄ - 30% магнитный железняк

FeCO₃ - 20% шпатовый железняк

FeS₂ - 42% железный колчедан

Минералы, содержащие Ca, Mg, Si - остальное, до 100%.

Получаемое после завершения обработки указанного выше сырья железо можно уверенно относить к материалам, имеющим марку чистых, так как в нем практически отсутствуют какого-либо рода примеси (количество содержащего в гранулах металла достигает значений 99,982%).

Далее выполнение предлагаемого способа иллюстрируется с помощью ряда приводимых ниже примеров.

Пример №1.

Для приготовления исходной сырьевой смеси, применяемой для получения гранулированного железа, была использована железная руда, данные которой были приведены выше.

Перед началом проведения процесса обработки осуществлялось измельчение входящих в ее состав кусков с получением после его завершения скопления пылевидных частиц, с размерами от 1 мкм до 8 мкм. Этот переход выполнялся на шаровой мельнице.

Затем полученная с помощью этого помола исходная сырьевая масса проходила подсушку в жарочном шкафу при 120°С в течение 50 мин.

После завершения указанной операции она засыпалась в полость емкости вместимостью 5 литров. Сам объем получаемых в последнюю таких пылевидных частиц составлял 20% относительно имеющегося у нее собственного внутреннего.

По окончанию этого перехода, т.е. после заполнения емкости 3, проводилось размешивание лежащего на ее дне пылевидного осадка с помощью вводимой туда механической мешалки (не показано).

Перемешивание последнего осуществлялось вплоть до наступления момента формирования в полости емкости 3 однородной непрозрачной устойчивой взвеси, равномерно заполняющей весь этот объем. По окончании и этого этапа, емкость 3 закрывалась крышкой 8, и производился ее монтаж в установочный паз "Б" генератора магнитного поля (см. фиг.1).

После этого осуществлялось подсоединение перфорированного патрубка 6 к внешней, подающей сжатый воздух магистрали. Одновременно с подачей сжатого воздуха под избыточным давлением 0,1 кгс/см² производилось подключение всех трех обмоток-катушек 2 генератора магнитного поля, к их внешнему источнику их электрического питания.

Замеренная при помощи «датчика Холла» и измерительного моста напряженность возникшего в зоне обработки магнитного поля составило 1×10⁷ А/м, а частота его соответствовала 70 Гц. По окончании 26 минут (0,433 часа) с момента включения генератора в работу заполняющая всю внутреннюю полость емкости 3 взвесь приобрела полную прозрачность, а на дне ее были сформированы гранулы с разными габаритными размерами, отличающиеся цветовыми оттенками.

Первую группу такого рода соединений составляли гранулы из железа Fe. Степень чистоты полученного в них металла составляла значение 99,982%. Габариты этих гранул находились в пределе от 4 до 6 мм.

Цвет гранул железа соответствовал темно-серому. Количество полученных гранул железа относительно всей массы направленного на обработку сырья - 48,0%, плотность составила 7,22 г/см³.

Удельное электрическое сопротивление полученного металла ρ соответствовало значению 81,9 нОм·м. Кроме указанного выше конечного продукта, на дне емкости были сформированы кусковые крупногабаритные губчатые отходы, количество которых относительно массы использованного сырьевого материала составляло 32,4%. Габаритные размеры кусков составляли 30-40 мм, а в состав этого шлака входили соединения Ca; Mg; Si; S. Остатки материала - остальное до 100%, были представлены вновь сформированными газовыми продуктами (CO₂; O₂; SO₃; H₂S; H₂O), которые выходили из объема емкости 3, непосредственно в окружающую ее среду.

Пример 2.

По той же, что указана в примере 1, схеме производилась обработка исходного сырья - железной руды, указанного ранее состава. Как и в указанном ранее случае составляющий его кусковой материал измельчался при помощи шаровой мельницы до формирования частиц с габаритами 1-8 мкм. Полученная сырьевая масса подсушивалась в жарочном шкафу при 150°С в течение 30 минут. После этого, она точно так же, как и в примере 1, помещалась в полость емкости 3. При этом ее объем составлял 40% от объема последней. После завершения всех необходимых для выполнения обработки переходов (см. данные, указанные в примере 1), осуществлялась операция по получению из этой сырьевой массы необходимого конечного продукта.

Обработка осуществлялась с подачей в придонную часть емкости 3 сжатого воздуха под избыточным давлением 0,3 кгс/см².

Напряженность магнитного поля в зоне обработки составляла 1×10⁹ А/м; частота его соответствовала 40 Гц. Время проведения обработки соответствовала 16 мин (0,266 часа).

По окончании процесса на дне емкости 3 из объема взвеси, ставшей полностью прозрачной, были высаждены гранулы с габаритными размерами 3,5÷6 мм, темно-серого цвета. Степень чистоты образующих их металла Fe соответствовало значению 99,976%. Количество полученного железа, относительно всей массы направленного для осуществления обработки сырья, составило 48,4%.

Удельное электрическое сопротивление ρ составило 81,8 нОм·м. Кроме указанных выше гранул, состоящих из чистого железа, дно емкости заполняли крупногабаритные кусковые отходы, количество которых относительно массы использованного в ходе процесса сырьевого материала соответствовало значению 34,1%. Остальное, до 100% от количества не пользованного сырьевого материала, составили полученные в ходе проведения обработки микрообъемы новых газовых продуктов (CO₂; O₂; SO₃; H₂S; H₂O). Последние выводились из внутренней полости емкости 3, непосредственно в окружающую ее атмосферу.

Пример №3.

В соответствии со схемами осуществления обработки, проводимыми в примерах 1, 2, осуществлялась обработка исходной сырьевой смеси, полученной из железной руды такого же точно, что и в этих примерах состава. Как и в этих, разобранных в примерах 1, 2 случаях, частицы рудного сырья измельчались с помощью помола на шаровой мельнице до получения частиц с габаритными размерами 18 мкм. Сформированная таким образом масса сырья подсушивалась в жарочном шкафу при 135°С в течение 45 минут. Затем, как и в указанных выше примерах 1; 2, из нее в полости емкости 3 готовилась воздушная взвесь. Объем использованных для формирования последней частиц 4 составлял 30% от всего объема этой емкости.

После установки содержащей эту взвесь емкости 3 в генератор в придонную ее часть производилась подача сжатого воздуха под избыточным давлением 0,6 кгс/см². Напряженность магнитного поля при осуществлении процесса переработки составляла значение, соответствующее 1,1×10⁸ А/м; частота же используемого магнитного поля составляла 50 Гц. Продолжительность процесса обработки составила 22 минуты (0,366 часа). После завершения операции переработки исходного сырья в конечный продукт были получены гранулы железа Fe, габаритные размеры которых составляли от 5 до 8 мм, цвет гранул был темно-серым. Чистота содержащихся в этих гранулах железа Fe составляла 99,981%. Удельное электрическое сопротивление этого полученного обработкой материала соответствовала значению 81,9 нОм·м. Объемная плотность полученного металла находилась в пределах 7,24 г/см³. Количество полученного обработкой металла составило 58,3%. Количество же полученных на дне емкости крупногабаритных кусковых темно-серых отходов на основе соединений Ca; Mg; Si; S достигало значения в 32,5% относительно первоначально применяемой массы используемых при обработке материалов. Остатки последнего - остальное до 100%, были представлены вновь сформированными газовыми продуктами (CO₂; O₂; SO₃; H₂S; H₂O), которые вышли из объема полости емкости 3 и попали в окружающую последнего атмосферу.

Таким образом, представленные выше примеры 1, 2, 3 выполнения предлагаемого способа подтвердили возможность осуществления процесса получения необходимого для удовлетворения соответствующих нужд промышленного производства конечного продукта - металлического железа Fe. При этом использовалась широко распространенное и применяемое в действующем металлургическом производстве железная руда, подвергнутая магнитной сепарации. Такое используемое для получения металла сырье не подвергалось перед запуском его в обработку воздействию других, кроме указанной выше, операции по его начальной предварительной доработке.

Процесс извлечения металла Fe из исходной сырьевой массы осуществлялся при комнатных температурах (14-32°С) и давлении, лишь незначительно отличающимся от атмосферного (на 0,1-0,6 кгс/см² выше).

Выбор значений, применяемых в ходе обработки технологических параметров - накладываемого на зону формирования конечного продукта магнитного поля, а также других технологических характеристик - продолжительности выполнения процесса, формы использованной сырьевой массы, проведен исходя из следующих соображений.

Размеры частиц, габариты которых находятся в пределах 1-8 мкм, и указанные ранее пределы заполнения внутренней полости емкости 3 в 20-40% от ее объема, назначены исходя из необходимости формирования с их применением устойчивой пылевидной воздушной взвеси.

Последняя не должна расслаиваться на отдельные составляющие за необходимый для полного завершения процесса временной промежуток. Выбор пределов напряженности магнитного поля проведен с учетом следующего.

При применении значений напряженности магнитного поля меньших чем 1×10⁷ А/м не удается обеспечить условия для проведения синтеза указанного выше конечного продукта, а именно металлического железа, из массы частиц используемого исходного сырьевого материала.

Необходимые структурные преобразования в последних попусту не успевают произойти в пределах указанного выше временного интервала, осуществления указанного процесса.

Использование же величин напряженности магнитного поля больших чем 1×10⁹ А/м не обеспечивает достижение каких-либо дополнительных преимуществ в ходе проведения такого рода переработки исходного сырьевого материала. В то же время при этом значительно увеличиваются необходимые для ее осуществления затраты технологической энергии. Границы же диапазона используемых в ходе выполнения предлагаемого способа частот генерируемого магнитного поля назначены исходя из следующего. При значениях его частоты меньше чем 40 Гц не обеспечивается формирование кристаллов железа в используемых в качестве сырья частицах взвеси. Получаемый в процессе генерации переменного магнитного поля результирующий вектор суммарного потока воздействует на них с недостаточно высокой степенью интенсивности. Т.е. он в окружающем его облаке последних перемещается слишком "вяло".

Наоборот, при значении величины частоты более высокой, чем предел 70 Гц, указанный выше вектор движется настолько стремительно, что попадающие на траекторию его пространственного переноса частицы не успевают вступить с ним во взаимодействие. Опять таки и в этом случае не гарантируется создание оптимальных условий для получения необходимого конечного продукта. Назначение применяемых при обработке интервалов времени 16-26 минут (0,266-0,433 часа) проведено основываясь на следующем. При значениях используемого при обработке временного промежутка меньших чем 16 минут (0,266 часа) не успевают закончиться необходимые для формирования этого конечного продукта и проходящие в зоне обработки структурные преобразования в частицах сырьевой массы, используемой для ее выполнения.

При назначении же этого интервала в 26 минут и более не обеспечивается получение какого-либо дополнительного эффекта. В то же время использование больших чем необходимых временных отрезков приводит к неизбежному увеличению суммарных затрат, связанных с выполнением такого рода процесса переработки исходного сырья в указанный выше конечный продукт.

Исходя из таких же точно соображений выполнено назначение величины избыточного давления в подаваемых в придонный слой объемах сжатого воздуха.

При величинах избыточного давления, меньших чем 0,1 кгс/см², падает производительность процесса получение гранулированного металлического железа. При значениях же этого параметра, больших чем 0,6 кгс/см², не удается обеспечить дополнительную интенсификацию процесса выработки этого конечного продукта. В то же время, при использовании значений избыточного давления сжатого воздуха, больших чем эта указанная выше величина, возрастают затраты необходимой для получения и подачи применяемых в ходе обработки объемов сжатого воздуха электрической энергии.

Следует обратить внимание и на то, что получаемые после завершения процесса обработки указанные выше конечные продукты, а также куски сформированных в придонном слое шлакообразных отходов, имеют резко отличающиеся друг от друга габариты.

Наличие такого обстоятельства позволяет разделять такие группы образовавшихся на конечном ее этапе структурных соединений между собой, без привлечения для этой операции существенных затрат необходимых финансовых ресурсов. Проводить его можно с применением одного или двух рядов последовательно устанавливаемых калибровочных сит, на каждом из которых будут накапливаться гранулы определенного конечного продукта, извлеченные из их общей массы. Эти сита должны иметь соответствующим образом заданные для их ячеек определенные габаритные размеры. Далее в предлагаемых ниже материалах описания изобретения рассматриваются принципы работы применяемого при осуществлении предлагаемого способа устройства.

На представленном чертеже изображено: общий вид предлагаемого устройства - фиг.1.

На фиг.1, в свою очередь, обозначены:

позицией 1 - рабочие элементы, изготовленные из магнитопроводящего материала, например из трансформаторного железа, с помощью которых формируется магнитный контур в применяемом генераторе;

позицией 2 - обмотки-катушки, установленные непосредственно в теле рабочих элементов 1 и предназначенные для генерации магнитного потока;

позицией 3 - емкость для размещения в ее полости воздушной взвеси из частиц 4 обрабатываемого сырья;

позицией 4 - частицы, полученные размолом обогащенного магнитной сепарацией кусков железной руды, равномерно распределенные в окружающем их атмосферном столбе, заполняющем внутреннюю полость емкости 3;

позицией 5 - гранулы из металлического железа Fe, полученные в придонном слое применяемой емкости 3;

позицией 6 - перфорированный патрубок, осуществляющий подачу сжатого воздуха под избыточным давлением в толщу образовавшегося на дне емкости 3 твердого осадка;

позицией 7 - сквозные отверстия перфорации в стенках патрубка 6, через которые и осуществляется выход воздушных струй;

позицией 8 - крышка, лежащая на стенках емкости 3 у ее верхней открытой части, с помощью которой изолируется ее внутренний объем от прямого соединения с окружающей средой;

буквой "Б" - сквозной паз, предназначенный для проведения установки емкости 3 в генератор магнитного поля;

буквами "а" - полученные в ходе монтажа корпуса емкости 3 в установочный паз "Б" воздушные зазоры;

буквой "Д" - формируемая перемещением результирующего вектора магнитного потока пространственная фигура, размещенная во внутренней полости емкости 3;

буквой "Р" - направление подачи и величина избыточного давления в объемах подаваемого к донному осадку сжатого воздуха.

Работа предлагаемого устройства, изображенного на фиг.1, протекает следующим образом. Перед включением магнитного генератора внутренняя полость емкости 3 заполняется обрабатываемой взвесью. Указанный выше сырьевой материал содержит частицы 4, полученные "ультратонким помолом" кусков содержащей железо руды. Такого рода частицы 4 непосредственно перед осуществлением обработки равномерно распределяются в полости емкости 3 в окружающем их со всех сторон столбе атмосферного воздуха. Это операция выполняется с помощью перемешивания осевшей на дне емкости 3 пылевидной массы лопастной механической мешалкой (не показано). По ее завершению внутренний объем емкости 3 заполняется равномерно распределенной в последней непрозрачной устойчивой взвесью.

Затем емкость 3 с заполняющими ее частицами 4 закрывается крышкой 8, изолирующей внутренний объем от связи с окружающей средой. Крышка укладывается на стенки, расположенные в верхней части емкости, у ее открытого конца.

По завершении этих этапов, емкость 3 устанавливается в сквозной паз "Б" контура магнитного генератора (см. фиг.1). После завершения монтажа, полость размещенного в ее придонной части патрубка 6 соединяется с подающей сжатый воздух внешней магистралью (не показано).

Такое соединение может быть выполнено, например, с помощью гибкого рукава и быстроразъемного узла крепления (не показаны). Этим самым обеспечивается возможность осуществления подачи под избыточным давлением в объем емкости 3 струй сжатого воздуха, проходящего туда через отверстия перфорации 7, выполненные в стенках патрубка 6 (см. фиг.1). Одновременно с этим производится и подключение всех трех обмоток-катушек 2 к соответствующим фазам внешнего источника, подачи переменного электрического тока. При поступлении последнего на указанные выше обмотки-катушки 2, выполняющие функции соленоидов, в каждой из них начинает создаваться переменное магнитное поле. Так как все эти обмотки-катушки 2 соединены между собой образующими единый контур магнитопроводящими элементами 1, то из-за этого в нем формируется за счет слияния таких индивидуальных полей уже одно, единое суммарное.

Учитывая то, что электрический ток для питания обмоток-катушек 2 подается переменный, то и получаемая в самом генераторе магнитное поле будет таким же. Благодаря имеющимся угловым сдвигам в применяемых в качестве подающих волновые синусоидальные импульсы фазах этого внешнего источника питания, образующиеся при помощи последних суммарное поле еще и как бы "вращается" в области осуществления своего воздействия.

Это "вращение" и обеспечивается с помощью непрерывно поступающего на каждую из трех обмоток-катушек 2 питания, подводимого от отдельных фаз внешней обслуживающей их сети промышленного трехфазного тока (не показана). В силу того, что замкнутый прямоугольный контур генератора разорван выполненным в нем сквозным пазом "Б", то формируемый в его рабочих элементах 1 суммарный магнитный поток, появившийся в результате подключения последнего к источнику питания, стремиться замкнуть обе половины этого контура в единое целое. Для этого созданный в таком контуре суммарный магнитный поток должен "перепрыгнуть" через область пространства, занимаемую сквозным пазом "Б". На пути, пролегающем через зону выполнения такого "прыжка", поток неизбежно пересекается с внутренней полостью, размещенной в этой части устройства емкости 3.

Последняя в этом случае выполняет роль "опорной ступеньки", помогающей преодолеть разделяющее половины контура пустое пространство проходящему через этот его участок и стремящемуся замкнуться потоку. Т.е. емкость 3 с размещенной внутри нее взвесью частиц 4 выполняет роль замыкающего соединительного звена для генерирующей переменное магнитное поле и созданной с этой целью системы. В итоге всего этого непосредственно в лежащей на пути такого потока области занимаемой объемом обрабатываемой взвеси формируется магнитное поле с максимально достижимыми для этих условий параметрами его напряженности. Соответственно, воздействие на частицы 4 обрабатываемого сырьевого материала со стороны последнего будет осуществляться с максимально возможной интенсивностью, что и обеспечивает оптимальные условия для выполнения их преобразования в сам этот необходимый конечный продукт. Создаваемая на участке этого перехода магнитного потока зона, обозначенная буквой "Д" (см. фиг.1), сформирована за счет соединения с помощью кривых линий точек конечного нахождения результирующего вектора магнитного потока в моменты осуществления его угловых колебательных перемещений во всех пространственных координатах. Полученная слиянием такого рода отдельных кривых зона "Д" представляет собой, в конечном итоге, пространственный эллипсоид, внутри которого, соответственно, и осуществляются такого рода передвижение этого самого вектора. Этот эллипсоид "Д" целиком размещается в объеме внутренней полости емкости 3, и все находящиеся там сырьевые частицы 4, а также и заполняющие ее слои газа, неизбежно оказываются в зоне влияния последнего.

Воздействие формируемого таким образом результирующего вектора на обрабатываемые с его помощью компоненты протекает с периодически осуществляемой сменой его направления, а также и его величины (частота 40-70 Гц.).

Сплющенность получаемого в зоне обработки эллипсоида в передней и задней его частях определяется резким возрастанием суммарного магнитного сопротивления в местах возникновения монтажных промежутков "а" (см. фиг.1).

Таким образом, содержащие окиси железа частицы 4 в момент осуществления обработки проходят через целую серию воздействующих на них «ударов» и «толчков».

При этом нанесение их производится со всех сторон и со всех возможных направлений.

Под влиянием этого электроны атомов, входящих в состав подвергнутых такого рода обработки соединений, переходят с нижележащих орбит на более удаленные от их ядра.

Ранее созданные ковалентные связи в составляющих исходные соединения молекулах при этом разрываются. В этой области создаются отдельные их фрагменты, проявляющие за счет продолжающегося мощного энергетического воздействия высокую химическую активность.

Одновременно со всем этим протекает и образование из содержащих углерод газов и самих ионов углерода. Последние соединяются с формирующимися вблизи них подходящими для генерации новых соединений фрагментами, создавая при этом ранее отсутствующие в этой области кристаллы из металлического железа и микрообъемы выходящего из полости емкости 3 газов.

Так как полученный из взвеси частиц 4 и вновь образованный компонент обладает более высокой плотностью, то под действием сил гравитации сформировавшиеся указанным выше образом его мелкие кристаллики оседают на дно емкости 3. Попавшие в ее придонную область эти мелкие «зародыши» из указанного выше компонента обрастают «шубой» из захватываемых попутно из окружающих их слоев взвеси и составляющих последнюю частиц. Кроме всего прочего, осаждение последних в те же самые зоны нижней части емкости частично протекает и просто под действием силы тяжести.

Под действием всех указанных выше факторов и формируется сама эта толща высаживаемого на самое дно емкости 3 твердого осадка.

Через слои последнего и проходят струи сжатого воздуха, подаваемого сквозь отверстия 7 патрубка 6.

Так как подача их осуществляется под небольшим избыточным давлением, то находящиеся в зоне их воздействия составляющие этот донный осадок компоненты начинают совершать колебательные перемещения то подымаясь вверх, то снова опускаясь вниз. Т.е. на дне емкости 3 при этом образуется так называемый «кипящий слой».

Так все указанные выше химические процессы в составляющих его соединениях продолжают протекать все в том же порядке, то «омывающие» их со всех сторон и получаемые из молекул газа ионы «углерода» оказывают интенсивное воздействие на все участвующие в таком синтезе элементы.

Разрастанию ранее полученных «зародышей» из металлического железа Fe будет способствовать и участие в самом этом процессе окружающих их со всех сторон, и также опускающихся из верхних слоев частиц сырьевой взвеси, превращающихся в кристаллы последнего в соответствии уже с разобранной ранее схемой.

Таким образом, накопленные ранее в толще донного осадка «мелкие зародыши» железа разрастаются в более крупные, хорошо заметные невооруженным взглядом гранулы конечного продукта 5.

В конечном итоге, на последних стадиях осуществления процесса, в указанной области получаемых там гранул скапливаются два вида.

Первый из них - гранулы, содержащие кристаллическое железо Fe. Этот сорт можно отнести к наиболее многочисленному (составляет 48 и более %). Габаритные размеры этих гранул составляют 3,5-8 мм.

Второй вид - крупнокусковые губчатые шлаковые отходы, содержащие в своем составе соединения Ca; Mg; Si; S.

Второй вид полученных по завершению процесса обработки продуктов достигает до 20%. Габаритные их размеры соответствуют 25-45 мм.

Принцип формирования указанных выше отходов ничем не отличается от того, что используется при получении необходимого основного конечного продукта.

Образующиеся же в ходе осуществления реакций синтеза всех этих соединений новые газовые микрообъемы (CO₂; O₂; SO₃; H₂S; H₂O) выводятся из внутренней полости емкости 3 наружу.

Оттуда же осуществляется и удаление избыточных объемов подаваемого туда сжатого воздуха. Роль отводящих калиброванных каналов и в том, и в другом случае, выполняют формирующиеся в момент установки крышки 8 на стенки емкости 3 щелевидные зазоры, размер которых составляет 0,0003-0,0007 мм.

Для получения их в указанном выше диапазоне величин поверхности элементов этой сопрягающейся пары проходят через операцию взаимной притирки (не показаны).

Т.е. величина последних достаточно велика, чтобы провести выпуск соответствующих газовых объемов, но в то же время ее значение не позволяет проходить наружу мелким частицам загруженного в емкость 3 сырьевого материала (габариты последних превышают габариты такого рода накалов - находятся в пределах 0,001-0,008 мм).

Эту же самую функцию может, в случае необходимости, осуществлять и фильтр, имеющий волокнистую набивку (не показан).

В этом варианте конструктивного исполнения этот фильтр должен быть пропущен насквозь через одну из стенок емкости, а внутренняя полость его открытого с обеих концов корпуса должна быть заполнена набивкой из волокон материала, зазоры между которыми находятся в заявленных пределах - (0,0003-0,0007 мм).

Крышка 8 должна иметь в этом случае уплотнение, обеспечивающее герметичную изоляцию внутреннего объема емкости 3 от окружающей ее среды (не показано).

В предложенном же случае применен простейший из возможных вариантов конструктивного исполнения устройства (см. фиг.1).

Процесс обработки с помощью предложенного устройства (см. фиг.1) продолжается до тех пор, пока помещенная во внутреннюю полость емкости 3 взвесь не станет полностью прозрачной. Т.е. вплоть до того момента времени, пока все входящие в сырьевую массу частицы 4 не будут переработаны в сам конечный продукт.

Улавливание отходящих газообразных продуктов, возникающих в ходе переработки исходного сырья, может производиться в случае надобности, с помощью широко распространенных промышленных методов, применяемых для утилизации последних (Эти системы очистки на чертеже не показаны).

По окончании процесса обработки (т.е. по истечении 16-26 минут) обмотки-катушки 2 отсоединяются от внешнего источника питания, а патрубок 6 отключается от внешней подающей сжатый воздух магистрали (не показана).

Емкость 3 с этим набором из готовых конечных продуктов извлекается из установочного паза «Б» генератора. С нее снимается изолирующая крышка 8, и конечные продукты переработки высыпаются из нее в применяемую для их упаковки технологическую тару (не показана).

Так как все эти два вида полученных обработкой гранул 5 резко отличаются по своим габаритным размерам, то разделение последних осуществляется с помощью пропуска этого полученного продукта через набор соответствующих калибровочных сит.

По завершению такого рода процесса откалиброванные гранулы этих соединений могут быть отправлены для осуществления последующих операций технологического производства, в котором предусмотрено их использование по прямому назначению.

После завершения всех перечисленных выше переходов освобождение от конечных продуктов переработки устройство вновь становится пригодным для выполнения последующего цикла получения с его помощью новых порций металлического железа Fe.

Применяемый для подачи энергии внешний источник питания имеет в своем составе дополнительный блок управления (не показан).

С помощью последнего осуществляется регулировка параметров подаваемого на обмотки-катушки генератора переменного тока (силы тока, напряжения, частоты), и, следовательно, технологических параметров создаваемого в зоне синтеза указанного конечного продукта магнитного поля (не показан).

Учитывая все изложенное выше, модно прийти к выводу, что применение предложенного способа получения железа, а также предназначенного для его осуществления устройства, позволяет многократно сократить необходимые для получения этого конечного продукта материальные и финансовые затраты.

Такого рода снижение величины последних обеспечивается прежде всего тем, что выработка металла проводится с использованием недефицитного и широко применяемого в металлургическом производстве сырьевого материала (железной руды).

Кроме того, при использовании предлагаемого способа и устройства осуществление переработки исходного сырья выполняется при комнатной температуре и диапазоне давлений, лишь незначительно отличающихся от атмосферного.

Осуществление предлагаемого способа также не требует и привлечения в процессе обработки каких-либо дополнительных обслуживающих используемое в нем оборудование систем.

Полученный при помощи предлагаемого способа конечный продукт отличается достаточно высокими качественными характеристиками, и может быть использован для удовлетворения нужд существующего промышленного производства без проведения дополнительных операций по его финишной доработке.

Получаемые же в ходе выполнения переработки по предлагаемому способу показатели, касающиеся выхода конечных продуктов, из используемого исходного сырья, имеют достаточно высокие значения и доходят до 58%.

Изготовление же применяемого при осуществлении предлагаемого процесса устройства не связано с необходимостью привлечения существенных капитальных затрат и не требует использования при этом длительных сроков времени для проведения подготовки производства и его выпуску.

Само это предлагаемое устройство отличается высокой степенью простоты его конструктивного исполнения, и вследствие этого, имеет повышенную эксплуатационную надежность.

Группа изобретений относится к способу и устройству для получения металлического железа из рудного сырья. Способ включает формирование исходной механической смеси из руды и углерода, восстановление железа с помощью генерируемого в рабочей зоне физического поля и осуществление обработки в изолированном от окружающей среды емкости. В качестве исходной механической смеси используют воздушную взвесь, полученную введением в обрабатываемый объем атмосферного воздуха с последующим распределением в нем частиц руды с дисперсностью 1-8 мкм, при содержании в ней последних 20-40% по отношению ко всему объему, а в качестве воздействующего на упомянутую взвесь физического поля применяют переменное вращающееся магнитное поле, напряженность которого в зоне обработки составляет 1×10⁷-1×10⁹ А/м, а частота - 40-70 Гц. В качестве восстановителя железа выступает углерод. Рабочий элемент предложенного устройства выполнен в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала с формированием замкнутого прямоугольного контура, а в теле составляющих этот контур отдельных деталей размещены три обмотки - катушки, выполняющие функции соленоидов. Группа изобретений используется для получения гранулированного железа с высокой степенью чистоты металла из широко распространенных и недефицитных применяемых в металлургии руд. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил., 3 пр.

1. Способ получения железа из воздушной взвеси частиц содержащей его руды, включающий формирование исходной механической смеси из руды и углерода, восстановление железа с помощью генерируемого для этого в рабочей зоне физического поля, протекающего в зоне наложения последнего на используемые сырьевые продукты, и осуществление обработки во внутреннем, изолированном от окружающей внешней среды, объеме применяемой для получения железа емкости, отличающийся тем, что в качестве исходной механической смеси используют полученную введением в обрабатываемый объем атмосферного воздуха внутри упомянутой емкости с последующим распределением в нем частиц содержащей железо руды с дисперсностью 1-8 мкм воздушную взвесь, при содержании в ней последних 20-40% по отношению ко всему заполняющему указанную полость объему, а в качестве воздействующего на упомянутую взвесь физического поля применяют переменное вращающееся магнитное поле, напряженность которого в зоне обработки составляет 1·10⁷-1·10⁹ А/м, а частота - 40-70 Гц, причем в качестве восстановителя железа выступает углерод, входящий в состав углеродосодержащих газов, присутствующих в используемом для создания упомянутой воздушной взвеси атмосферном воздухе, при этом в процессе обработки упомянутую емкость используют в качестве замыкающего соединительного звена для генерируемого применяемой магнитной системой и создаваемого в ней потока.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в толщу осевшего на дно применяемой емкости осадка производят подачу струй сжатого воздуха под избыточным давлением 0,1÷0,6 кгс/см², с формированием в этой области кипящего слоя.

3. Устройство для получения железа из воздушной взвеси частиц содержащей его руды способом по п.1 или 2, содержащее емкость для размещения в ней обрабатываемой исходной смеси, и рабочий элемент, обеспечивающий формирование воздействующего на частицы руды физического поля, соединенный с внешним источником электрического питания, при этом устройство снабжено крышкой, изолирующей внутреннюю полость используемой для загрузки сырьевых продуктов емкости от связи с окружающей внешней средой, рабочий элемент выполнен в виде состыкованных между собой пластин из магнитопроводящего материала с формированием замкнутого прямоугольного контура, а в теле составляющих этот контур отдельных деталей размещены три обмотки - катушки, выполняющие функции соленоидов, каждая из которых соединена с соответствующей отдельной фазой внешнего трехфазного источника электрического питания, причем в одном из таких элементов выполнен сквозной паз, габариты которого обеспечивают размещение в нем упомянутой емкости.

4. Устройство по п.3, отличающееся тем, что по дну содержащейся в нем емкости проложен заглушенный с торцевой части патрубок, в стенках которого выполнены отверстия перфорации, а его внутренняя полость соединена с подающей сжатый воздух под избыточным давлением внешней магистралью.