專利名稱：豎爐的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種豎爐，尤其是直接還原豎爐，它的填裝料為塊狀物料，尤其是含有氧化鐵和/或海綿鐵的塊狀物料，這些物料可以從上面裝入豎爐內(nèi)，而且這種豎爐在一個平面里布置了許多用于豎爐下部三分之一部位處還原氣體的進氣孔，其中豎爐外面圍有一個環(huán)形腔，它向下經(jīng)輸氣通道與進氣孔連接。
豎爐，尤其是上述種類的直接還原豎爐目前已知就有多種。這樣一種基本上設計成圓柱空心體的豎爐例如具有一種由含有氧化鐵和/或海綿鐵的塊狀物料構成的填裝料，其中含有氧化鐵的物料被裝入豎爐的上面部分里。通過布置在豎爐下部三分之一部位處在豎爐圓周上的多個進氣孔就使例如由熔煉氣化器所產(chǎn)生的還原氣體吹入豎爐內(nèi)并因而吹入固體填裝料里。帶有爐塵的還原氣體向上流過固體填裝料并同時使填裝物料中的氧化鐵全部或部分地還原成海綿鐵。
完全或部分被還原的氧化鐵就通過布置在豎爐底部和進氣孔部位之間的排料裝置被從豎爐里運出，此時豎爐內(nèi)的填裝物料柱由于重力而下降。
豎爐根據(jù)其結構型式必須保證在爐內(nèi)能夠進行均勻的盡可能完全的反應過程并能使填裝物料均勻地下沉。
AT PS 387 037公布了一種用氣體狀介質(zhì)對填裝材料進行熱處理的豎爐。為了輸入還原氣體設置有進氣孔，這些孔由一個在裝入豎爐的填裝材料對面的環(huán)形檔板蓋住。在環(huán)形擋板和豎爐外殼的環(huán)狀擴展之間有一個環(huán)狀空腔，從而使輸入的還原氣體能夠在豎爐的圓周上進行分配而輸送給填裝料。
這種輸氣系統(tǒng)有嚴重的缺點。豎爐的內(nèi)壁通常由耐火材料，例如粘土磚砌成。由于這樣一種環(huán)狀擋板只是經(jīng)由其上部圓周與豎爐的外殼相連接，因而并不能由單個的粘土磚制成。但這種輸氣系統(tǒng)原理上可以制成整體的，也就是由一塊材料制成。當然，為此不得不使豎爐外殼的各個弧段與懸掛在這上面的環(huán)形擋板部分一起分別由單獨一塊耐火材料制成。但是由于弧形段的尺寸以及由于其復雜的幾何形狀這幾乎不可能實現(xiàn)。
此外在豎爐第一次裝料時會將這樣制成的環(huán)形擋板毀壞。填裝物料的側(cè)向力(例如由于與過程有關的體積加大而引起的)是相當大的。因此環(huán)形擋板可能會立即向外破裂。
DE PS 3422185公布了一種由一個氣化器和一個直接還原豎爐組成的裝置。這種直接還原豎爐在其底部上有星形布置的螺旋運轉(zhuǎn)機，用這些螺旋運輸機就使塊狀物料從豎爐里運走。螺旋運輸機的內(nèi)端支承在豎爐中部的一個錐形內(nèi)裝件里。這錐形內(nèi)裝件向下與熔煉氣化器連接，從而使來自熔煉氣化器的還原氣體能夠通過錐形內(nèi)裝件而流入豎爐內(nèi)。還原氣體繼續(xù)經(jīng)由至少一個輸氣孔而輸入豎爐，該輸氣孔匯流入一個由環(huán)形擋板和豎爐外殼組成的環(huán)形腔里。這種環(huán)形擋板如在AT PS 387 037中那樣，也就是說它立即會在側(cè)面破裂，而且/或者由于在其旁邊運動的填裝物料的摩擦而產(chǎn)生磨損。更何況位于如環(huán)形擋板相同高度上的錐形內(nèi)裝件從填裝材料方面來看則減小了豎爐的自由橫斷面。因此在錐形內(nèi)裝件和環(huán)形擋板的部位處由于填裝物料所引起的側(cè)向作用力也遠遠大于在豎爐其它部位處的力。此外在橫斷面減小部位處填裝物料首先形成結塊、燒結和搭橋現(xiàn)象。因此阻礙了填裝材料的均勻下沉。
根據(jù)目前的技術，例如由美國專利US PS 3816 101或者US PS4046557，已公布有這樣的豎爐，其中還原氣體被首先輸出一個環(huán)形圍住豎爐的空腔里，由此空腔起有多個輸氣通道匯入豎爐外殼的一個截錐外殼形的擴展部分里。在一個垂直斷面里該環(huán)形空腔具有一個直角形的橫斷面，其中，匯入豎爐里的輸氣通道就從底部和/或從該環(huán)形腔的內(nèi)壁離去。
要是還原氣體在豎爐的圓周上均勻分配輸入的話，那么這種輸氣系統(tǒng)并不適合。由于填裝材料直接貼靠在每個進氣孔上，因此通入豎爐以及因而通入填裝料的進氣點的數(shù)量總是只能和進氣孔數(shù)目一樣大。
在應用帶爐塵的還原氣體時當輸氣通道匯集入豎爐時爐塵就沉積下來，并在那兒減小了填裝料的通氣性，因此更多的爐塵就沉積下來，如此等等，并且最終將輸氣通道堵塞。其它的爐塵也可能沉積在環(huán)形腔的底部。在極端情況下甚至填裝料中的塊狀材料可能一直連到環(huán)形腔里。如果豎爐不停止工作并排空，那么要清除沉積在輸氣系統(tǒng)里的固體材料是不可能的。由于輸氣通道堵塞而引起的填裝物料的通氣故障會造成填裝材料的不均勻的還原反應并降低產(chǎn)品質(zhì)量。
因此本發(fā)明的目標就是提供一種豎爐，尤其是一種直接還原豎爐，其輸氣系統(tǒng)的設計要避免目前已知的這些缺點。
尤其是這種輸氣系統(tǒng)應該可以用簡單的方式用通常的耐火材料制成，并且針對由填裝料側(cè)面作用的力具有足夠的力學穩(wěn)定性。帶爐塵的還原氣體應該能夠均勻地分布在豎爐的圓周上并因而緊接著也均勻地分布在填裝物料里，而且應該避免使輸氣通道發(fā)生堵塞。
該任務按照本發(fā)明是用如下方法來解決的豎爐輪廓在進氣孔部位處有一個直徑擴展部分，而且設計豎爐的壁時應在布置于該直徑擴展部分里的進氣孔和填裝物料之間設計一個環(huán)形的空腔。
采用按本發(fā)明實施的輸氣系統(tǒng)就首次實現(xiàn)均勻地分布在豎爐的圓周上的氣體輸給豎爐，而不一定要配有一個力學穩(wěn)定的并且由通常的耐火磚勉強可制成的環(huán)形擋板。
按照一種有利的特征在直徑擴展部位布置了許多結構元件并且固定在豎爐的壁上或者壁里，這些結構元件用于將環(huán)形空腔分成相互分隔開的單元。
在這些用于分成環(huán)形空腔的結構元件中例如2至16，但優(yōu)選為4至8個基本上是在直徑擴展部分里大致均勻地相互間隔布置的，從而使環(huán)形空腔分成同樣多的單元。
用于分配空腔的結構元件最好是由垂直布置的板條和/或板片構成，無論如何這些板片的尺寸應保證總是有這樣一個結構元件至少完全地通過空腔的垂直的橫斷面。
按照另一種有利的實施形式，除了用于分配空腔的結構元件之外還在環(huán)形腔內(nèi)布置了其它的結構元件，它用于將環(huán)形腔分成相互分隔開的分段部分，其中向每個相互分隔開的分段部分總是可以相互獨立地從豎爐之外輸給氣體。
將環(huán)形空腔分成相互分隔開的單元與將環(huán)形腔分成相互分隔開的分段部分這二者結合在一起證明是有利的，因為這樣就避免或者減少了以下的危險在氣體通過填裝物料發(fā)生臨時故障時，還原氣體就經(jīng)過最小阻力的路徑并因此使填裝物料的部分部位強烈地被還原氣體通過，而另一些部位則“供應不足”還原氣體。
同時最好使分配環(huán)形腔的結構元件以及用于分配空腔的結構元件這樣設置，從而使空腔的一些單元各對應環(huán)形腔的一個分段部分，從而使氣體可以經(jīng)由各個分段部分輸送給與之相對應的單元(或幾個單元)。
尤其優(yōu)選的是使分配環(huán)形腔的結構元件的數(shù)量與用于分配空腔的結構元件的數(shù)量一樣多，并且使每個單元都對應一個分段部分。
通過用合適的結構元件，大致為耐火材料、板片等等細分這環(huán)形腔和空腔就形成了一些封閉的部位，這些部位可以單獨地并有目的地充進氣體。這樣盡管填裝料局部透氣性各不相同，但例如可以將同樣數(shù)量的氣體輸入填裝物料的每個部位里去。但是如果對于過程有要求的話，同樣也可以有意識地在每個部位輸入不同量的氣體進入填裝物料里。
按照本發(fā)明豎爐的另一種有利的設計方案，環(huán)形腔的每個分段部分的垂直橫斷面從進氣處至各個分段部分的終端在圓周方向上作成逐漸變窄。
這就使帶有爐塵的氣體從進氣處至各個分段部分終端的速度不會象在圓周方向上相同的環(huán)形腔的橫斷面時那樣地降低，或者說不會那么強烈地降低。因此使環(huán)形腔的所有位置上的氣體速度都保持足夠高，以避免在環(huán)形腔內(nèi)發(fā)生爐塵沉積。
按照另一種有利的實施形式給一些輸氣通道各配置一個可以從豎爐之外操作的清洗裝置，借助此裝置就可以將粘附物從輸氣通道里或者說從在氣流方向上位于輸氣通道之前的環(huán)形腔里清除掉。
若過程發(fā)生過障也可能在環(huán)形腔或者說在輸氣通道里產(chǎn)生沉積或粘附物。借助于清洗裝置就可以清除掉這些沉積物。尤其有利的是由直徑擴展部分所形成的空腔為容納已分離的材料提供了足夠大的容積，而否則的話只會引起輸氣通道的堵塞了。因此避免了將豎爐排空或者說避免了將這些材料清除至外面，而這是很費事的。
在最簡單的情況下使每個清洗裝置合乎要求地設計為攪動裝置，其中這攪動裝置基本上是在各個輸氣通道的延長線上通過環(huán)形腔的外壁。
按照一種優(yōu)選的實施形式該直徑擴展部分形成了一個截錐形的外殼面，其母線與水平線之間的夾角小于處于豎爐內(nèi)物料的堆息角。
因此就形成了一個由截錐形外殼面、豎爐垂直內(nèi)壁的一部分和由填裝物料所限定的環(huán)形空腔，在這空腔內(nèi)可以使流過進氣口的氣體進行均勻的分配。堆息角是指自然堆息角，它是堆料錐體外殼面的母線與水平線之間包圍的自然堆息角。
外殼面的母線與水平線的夾角優(yōu)選為0°-25°，其中直徑擴展部位是從上向下擴展的。塊狀海綿鐵、礦石球團或者塊狀礦石的堆息角約為35°至40°。這兩個角度之間的差別是足夠大的，以便形成一個環(huán)形腔，在這環(huán)形腔內(nèi)可以最佳地分配還原氣體。
外殼面的母線與水平線之間的夾角特別優(yōu)選為0°。在這種結構型式時，填裝物料和外殼面之間，或者說和布置在外殼面上的進氣孔之間的間距足夠大，從而使爐塵狀的或塊狀的材料可能從填裝物料處抵達其中一個輸氣通道的危險降低到最少。
輸氣系統(tǒng)也具有突出的力學穩(wěn)定性，這是由于通過豎爐壁的輸氣通道的尺寸可以保持較小，從而使進氣孔，或者說由輸氣通道和圍住這些輸氣通道的耐火材料所構成的輸氣系統(tǒng)能夠抵抗住由填裝物料所作用的側(cè)向力。
輸氣系統(tǒng)也可以以簡單的方式由通常的耐火材料，例如耐火粘土磚制成，因為輸氣系統(tǒng)的每個部分都由位于其下面的部分支承著。設有什么裝置，例如一個環(huán)形擋板，只是通過上邊緣與豎爐的壁相連的。
按照一種有利的技術方案，輸氣通道具有基本上為直角的橫斷面，并且作成從下向上逐漸變窄，其中輸氣通道的內(nèi)邊棱被倒圓。這樣就確保，輸氣通道由自身，也就是說隨著豎爐內(nèi)物料的向下運動重又被清洗了，因為在這些通道內(nèi)盡管在豎爐內(nèi)部形成了沒有材料的環(huán)形空腔仍會產(chǎn)生材料堆積。
按照另一種有利的技術方案，在外面以環(huán)形圍住豎爐的環(huán)形腔和輸氣通道之間的過渡部分設計成傾斜向下。因此還原氣體里的塵狀材料就不可能積聚在環(huán)形腔里，而且由于過程發(fā)生故障時到達環(huán)形腔里的填裝物料也不能在那兒停留。寧可使這種材料因重力而通過向下擴大的進氣孔重又退回至豎爐內(nèi)。
以下通過附

圖1至5對本發(fā)明的豎爐進行詳細的說明。
圖1豎爐的整體2具有輸氣通道和環(huán)形腔的豎爐的直徑擴展部分圖3圖1中的A-A剖面圖4圖2中的B-B剖面圖5圖2中的C-C剖面圖1表示了按本發(fā)明的豎爐1，其填裝物料為塊狀料2，它可以從上面裝入豎爐1內(nèi)(裝料裝置未示出)。在豎爐1的下部三分之一的部位里布置有許多進氣孔3，它們在一個平面內(nèi)。通過這些進氣孔3就把還原氣體送入至填裝物料2里。在豎爐1的底上布置有螺旋運輸機4，通過這些運輸機把塊狀物料從豎爐里排出。
圖2表示一個進氣孔3和在外面圍住豎爐1的環(huán)形腔5和一個輸氣通道6，這些輸氣通道將進氣孔與環(huán)形腔5連接起來。豎爐輪廓的直徑擴展部分7作成在豎爐1的外殼里的水平方向的突起，因而在進氣孔3和填裝物料2之間形成了一個環(huán)形的空腔8。在此空腔8里可以對通過輸氣通道6和進氣孔3輸入的還原氣體進行最佳的分配。圖2還用虛線表示了用于分配空腔的結構元件11以及用于分配環(huán)形腔5的結構元件12，這里它們各自設計成垂直布置的板條。一個清洗孔13通過環(huán)形腔5的外殼，從而使清洗孔13的中心軸線與輸氣通道6的中心軸線對齊重合。清洗孔13作成外面可以致密封閉的結構。若需要的話，那么例如借助一根桿14(直的或者彎的)使輸氣通道6和環(huán)形腔5的一部分清除掉沉積物。
圖3表示了經(jīng)過圖1的A-A的一個斷面，其中所選的考察方向是垂直地從下向著一個輸氣通道6的方向上，輸氣通道6的內(nèi)邊棱9都倒圓，而且輸氣通道6作成向上逐漸變窄。因而就保證了還原氣體里的塵狀材料不會沉積在輸氣通道6內(nèi)，或者說如果有材料堆積的話，那么隨著塊狀物料的向下運動重新由自身將輸氣通道6清除干凈。
圖4表示了圖2的B-B剖面，是從豎爐內(nèi)部看的。輸氣通道6從上向下擴大，而且從環(huán)形腔5至輸氣通道6的過渡部分10作成向下傾斜的。這也要保證使還原氣體里的塵狀材料不會沉積在環(huán)形腔5里，而是與還原氣體一起帶入豎爐1內(nèi)。
圖5為圖2的C-C剖面，其中環(huán)形腔5-在從進氣位置15至分段部分終端12的圓周方向上-的橫斷面是逐漸減小的。
本發(fā)明并不局限于在附圖1至5中所示的實施例，而是也包括了所有為專業(yè)技術人員所熟知可以被用來實施本發(fā)明的結構元件。
例如板條或板片并不局限于圖2所示的形狀的大小，而是根據(jù)材料方向和受過程影響的要求例如也可以具有類似直角的或者類似弧段的輪廓，而且具有較小的尺寸，從而使它們不象圖2所示那么遠地伸入填裝物料里。
如實施例所示，環(huán)形腔可與豎爐結構上相連接，但也可以使環(huán)形腔由一根環(huán)形管路構成，這種環(huán)形管路對中地圍住豎爐并保持一定間距。在環(huán)形管路和輸氣通道之間的連接那么就通過向下傾斜的擴展了的排出管路來實現(xiàn)。在進行還原豎爐的結構設計時，尤其是耐火結構設計時帶來其它的優(yōu)點，而且改善了對環(huán)形腔的可接近性以便進行清理。
另外還可以使環(huán)形腔的分段部分的橫斷面減小不僅如圖5所示設計成水平方向直徑的減小，而且可替代地或者附加地設計成環(huán)形腔垂直方向直徑的減小，或者如果是環(huán)形管路則計成錐形的收縮。
權利要求
1．豎爐(1)，尤其是直接還原豎爐，其填裝料為塊狀物料(2)尤其是含有氧化鐵和/或海綿鐵的塊狀物料，這些物料可以從上面裝入豎爐(1)內(nèi)，而且這種豎爐在一個平面里布置了用于豎爐(1)下部三分之一部位處的還原氣體的許多進氣孔(3)，其中豎爐(1)外面被一個環(huán)形腔(5)圍住，該環(huán)形腔向下通過輸氣通道(6)與進氣孔(3)連接，其特征在于，在進氣孔(3)部位豎爐輪廓具有一個直徑擴展部分(7)，并這樣來設計豎爐(1)的壁，使得在布置于該直徑擴展部分(7)里的進氣孔(3)和填裝物料(2)之間有一個環(huán)形的空腔(8)。
2．按權利要求1所述的豎爐(1)，其特征在于，在直徑擴展部分(7)里布置了一些結構元件(11)并且固定在豎爐的壁上或壁里，這些結構元件用于將空腔(8)分成相互隔開的單元。
3．按權利要求2所述的豎爐(1)，其特征在于，2至16，優(yōu)選為4至8個結構元件(11)用于分配空腔(8)，基本上均勻地相互間隔開布置在直徑擴展部分(7)中。
4．按權利要求2或者3所述的豎爐(1)，其特征在于，用于分配空腔(8)的結構元件(11)由垂直布置的板條和/或板片構成。
5．按權利要求2至4中任何一項所述的豎爐(1)，其特征在于，除了用于分配空腔(8)的結構元件(11)之外還有其它的結構元件(12)布置在環(huán)形腔(5)里，它們將環(huán)形腔(5)分配成相互分隔開的分段部分，其中給每一個相互分隔開的分段部分總是可以相互獨立地從豎爐(1)之外輸入氣體(15)。
6．按權利要求5所述的豎爐(1)，其特征在于，用于分配環(huán)形腔(5)的結構元件(12)以及用于分配空腔(8)的結構元件(11)是這樣布置的，從而使空腔(8)的一些單元各對應環(huán)形腔(5)的一個分段部分，從而使氣體可以經(jīng)由各個分段部分輸送給與之相對應的單元(或幾個單元)。
7．按權利要求6所述的豎爐(1)，其特征在于，用于分配環(huán)形腔(5)的結構元件(12)的數(shù)量等于用于分配空腔(8)的結構元件(11)的數(shù)量并且使每個單元對應一個分段部分。
8．按權利要求5至7中任意一項所述的豎爐(1)，其特征在于，環(huán)形腔(5)的每個分段部分的垂直橫斷面從輸氣處(15)至各個分段部分的終端(12)在圓周方向上作成逐漸變窄的。
9．按權利要求1至8中任意一項所述的豎爐(1)，其特征在于，給一些輸氣通道(6)各配置了一從豎爐(1)之外可以操作的清洗裝置(13,14)，借助此裝置可以清除掉輸氣通道(6)里的粘結物，或者說在氣流方向上位于輸氣通道(6)之前的環(huán)形腔(5)里的粘結物。
10．按權利要求9所述的豎爐(1)，其特征在于，每個清洗裝置(13,14)設計成攪動裝置，其中攪動裝置基本上是在各個輸氣通道(6)的延長線上通過環(huán)形腔(5)的外壁。
11．按權利要求1至10中任意一項所述的豎爐(1)，其特征在于，直徑擴展部分(7)形成一個截錐形的外殼面，其母線與水平線之間的夾角小于位于豎爐內(nèi)的物料的堆息角。
12．按權利要求1至11中任意一項所述的豎爐(1)，其特征在于，直徑擴展部分(7)是從上向下擴展的，而且截錐形外殼面的母線與水平線的夾角為0°至25°。
13．按權利要求12所述的豎爐(1)，其特征在于，截錐形外殼面的母線與水平線的夾角為0°。
14．按權利要求1至13中任意一項所述的豎爐(1)，其中輸氣通道(6)具有一個基本是直角的橫斷面，其特征在于，輸氣通道(6)從下向上作成逐漸變窄的，并使輸氣通道(6)的內(nèi)棱邊倒圓。
15．按權利要求14所述的豎爐(1)，其特征在于，從外面圍住豎爐(1)的環(huán)形腔(5)至輸氣通道(6)的過渡部分(10)作成向下傾斜的。
全文摘要
本發(fā)明是指一種豎爐,尤其是一種直接還原豎爐,它的填裝料為塊狀物料(2),尤其是含有氧代鐵和/或海綿鐵的塊狀物料,這些物料可以從上面裝入豎爐內(nèi),而且這種豎爐在一個平面里布置了用于豎爐下部三分之一部位處還原氣體的許多進氣孔(3),其中爐身輪廓有一個直徑擴展部分(7),并在進氣孔(3)和填裝物料(2)之間設計有一個空腔(8)。按本發(fā)明的豎爐可以保證使氣體均勻地在爐的圓周上進行分配輸給豎爐。
文檔編號C21B13/02GK1312861SQ99809599
公開日2001年9月12日 申請日期1999年7月12日 優(yōu)先權日1998年8月13日
發(fā)明者L·W·克普林格, R·W·卡斯特納, K·維德爾, W·施菲爾, W·斯塔斯特尼 申請人:沃斯特－阿爾派因工業(yè)設備制造有限公司