CN101688759B - 回转炉底式还原炉的排气处理装置以及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种排气处理装置及方法，其不会使设备成本过度上升，而能够防止回转炉底式还原炉的排气处理设备中粉屑附着引起的闭塞和设备的腐蚀劣化等故障，并能够将排气的显热有效利用于回转炉底式还原炉的燃烧器燃烧用空气的预热。该装置具有用于使从回转炉底式还原炉排出的排气和空气进行热交换的辐射式热交换器(2)。该辐射式热交换器(2)具有围成用于使排气流通的空间的金属制的内筒(22)、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使要与所述排气进行热交换的空气流通的流路的外筒(21)、以覆盖内筒(22)的内表面的方式在其内侧设置的高导热性耐火材料(23)。

Description

回转炉底式还原炉的排气处理装置以及方法
技术领域
本发明涉及一种用于处理在通过回转炉底式还原炉(以下也称作“回转炉底炉”)将炭材内装氧化金属结块化物还原时产生的排气的装置以及方法，更详细地，涉及一种用于有效回收上述排气的显热的热交换器的结构以及使用该结构的排气处理技术。
背景技术
在以往的还原铁制造工艺中存在作为还原剂需使用昂贵的天然气、工厂选址通常限于天然气的产地等限制。因此，近年来，作为上述还原剂采用价格较低且工厂选址的地理限制也得以缓解的石炭的、还原铁的制造方法受到注意。
作为像这样还原剂采用石炭的还原铁的制作方法，例如在专利文献1中包含将铁矿石和石炭的粉状混合物结块化而得的炭材内装氧化铁结块化物(以下单称“结块化物”)装入回转炉底炉内、以及将该结块化物在高温气氛围下加热还原的方案。
在该工艺中，为了有效利用排气的显热，在排气路径的第一阶段设置热交换器，通过空气将上述排气间接冷却，并且由该热交换器预热的空气作为用于加热回转炉底炉的燃烧器燃烧用空气利用。这样的高温的排气和燃烧器燃烧用空气的热交换能够充分提高该燃烧器燃烧用空气的预热温度，能够构筑能源效率优良的还原铁制造工艺。
另外，代替上述铁矿石而采用铁厂粉屑作为原材料，还能够推进上述工艺适用于将原材料中的锌和铅等还原挥发而除去的粉屑处理工艺。
但是，在采用铁厂粉屑作为原材料的情况下，在回转炉底炉内的高温气氛围下结块化物中的锌和铅被还原，形成金属蒸气而挥发，或者其一部分氯化挥发，被从结块化物分离除去，从而，除锌和铅外，产生还含有碱金属及卤素等杂质元素的大量粉屑。该粉屑被与上述排气一起导入炉外的排气处理设备，坚固地粘着在热交换器的金属导热面或管道面等上并成长。该粉屑的成长引起该热交换器的因导热效率的降低、排气流路的闭塞或者金属腐蚀导致的设备寿命的缩短等。
作为这样的、回转炉底炉的对排气处理设备的粘着闭塞或设备的早期腐蚀劣化的问题的对策，提出有下面各种方案。
1)、专利文献2、3中公开了这样的方法，该方法包括：作为回转炉底炉的排气处理的第一阶段设置以水作为制冷剂的废热锅炉、在其后段设置以空气作为制冷剂的热交换器、将上述废热锅炉的内表面温度控制在400℃以下并将附着在废热锅炉内表面的粉屑通过吹灰装置或锤击装置除去。
但是，该方法由于需要对排气处理设备添设废热锅炉，所以会伴随设备成本的增大。另外，由于后段的热交换器的入口气体温度被较低抑制到例如600℃程度，所以与在排气处理的第一阶段设置热交换器的上述专利文献1中记载的工艺相比，不能充分提高燃烧器燃烧用的预热空气的温度，回转炉底炉的能源效率劣化。另外，由于需要吹灰装置或锤击装置等机械式的粉屑除去机构，所以容易引起设备故障。
2)、专利文献4公开了这样的方法，该方法包括：作为回转炉底炉的排气处理设备的第一阶段，设置以空气为制冷剂的辐射式的热交换器，从而将从回转炉底炉流出时的1200℃程度的排气的温度降低到1000℃程度、之后通过水冷管道预先冷却到750℃程度、进而将冷风导入排气中，急速冷却到250℃以下。
但是，该方法也与上述专利文献1记载的方法同样地，不能避免粉屑向热交换器的内表面的附着和该内表面的腐蚀劣化的问题。
3)、专利文献5公开了热交换器用导热管的外筒由以SiC为主体的多孔质陶瓷形成的方案，但是该导热管由于是仅由陶瓷构成的单管，所以其用途显著受到限制。具体地，当其管径小的情况下能够维持必要的强度，但例如适用于在管内部需要通过大量的排气的情况等、需要非常大的内径的情况时，在强度上存在困难。
专利文献1：日本特开平11-279611号公报
专利文献2：日本特开平2000-169906号公报
专利文献3：日本特开2003-90686号公报
专利文献4：日本特开平11-342314号公报
专利文献5：日本特开2001-48650号公报
发明内容
本发明是鉴于上述问题而研发的，其目的在于提供一种不会过度使设备成本上升，而能够防止回转炉底式还原炉的排气处理设备中的粉屑附着引起的闭塞和设备的腐蚀劣化等故障，并能够将排气的显热有效利用于回转炉底式还原炉的燃烧器燃烧用空气的预热的排气处理装置以及方法。
为了实现该目的，本发明的回转炉底式还原炉的排气处理装置具有用于使从所述回转炉底式还原炉排出的排气和制冷剂进行热交换的辐射式热交换器，该辐射式热交换器具有围成用于使所述排气流通的空间的金属制的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使要与所述排气进行热交换的空气流通的流路的外筒、以覆盖所述内筒的内表面的方式设置在该内筒的内侧的高导热性耐火材料。
另外，本发明的回转炉底式还原炉的排气处理方法包括将从所述回转炉底式还原炉排出的排气导入热交换器并使该排气和空气进行热交换，从而将该空气预热的步骤，所述热交换器使用具有围成用于所述排气流通的空间的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使所述空气流通的流路的外筒、以覆盖所述内筒的内表面的方式配置的高导热性耐火材料的辐射式热交换器。
附图说明
图1是表示本发明的实施方式的回转炉底式还原炉的排气处理装置的概略结构的流向图。
图2是表示含于所述排气处理装置中的辐射式热交换器的详细结构的立体图。
图3是表示碳化硅类耐火材料的SiC含量为60％质量的情况下的操作经过日数和辐射式热交换器的导热面中的综合导热系数的关系的曲线图。
图4是表示碳化硅类耐火材料的SiC含量为60％质量的情况下的操作经过日数和预热空气温度的关系的曲线图。
图5是表示碳化硅类耐火材料的SiC含量为80％质量的情况下的操作经过日数和辐射式热交换器的导热面中的综合导热系数的关系的曲线图。
图6是表示碳化硅类耐火材料的SiC含量为80％质量的情况下的操作经过日数和预热空气温度的关系的曲线图。
图7是表示辐射式热交换器的导热面的温度分布变化的剖面图。
图8是表示比较例的回转炉底式还原炉的排气处理装置的概略结构的流向图。
具体实施方式
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施方式。
图1表示本发明的一实施方式的回转炉底式还原炉的排气处理装置的概略结构。该排气处理装置具有：将排气G排出的回转炉底炉1、使从该回转炉底炉1排出的排气G在与由所述回转炉底炉1使用的燃烧器燃烧用的空气A之间进行热交换的辐射式的热交换器2、经由耐火材料管道3与该热交换器2的出口连接，急速冷却经由该耐火材料管道3导入的排气的排气冷却塔4、对该急速冷却后的排气进行除尘处理的集尘机5、将该除尘后的排气通过烟囱7排出的引诱风扇6。
以下，沿着所述排气G的流向进一步进行详细说明。
〔关于热交换器2〕
从所述回转炉底炉1排出具有1100～1450℃的温度的排气G。该高温的排气根据需要进行温度调整(后面详述)后，被导入所述热交换器2，在与回转炉底炉1中使用的燃烧器燃烧用的空气A之间进行热交换。
图2表示所述热交换器2的详细结构。该热交换器2具有金属制的外筒21、从该外筒21的内侧面隔开距离而配置在其内侧的金属制的内筒22、以覆盖该内筒22的内表面的方式内镶在该内筒22上的高导热性耐火材料23。所述内筒22以及所述耐火材料23围成用于使作为热源的排气G流通的排气流路。另一方面，内筒22和外筒21之间形成用于使作为制冷剂的空气A流通的空气流路。作为构成这些内筒22以及外筒21的金属例如适合由碳素钢或不锈钢等构成的钢板。
在所述排气G中以高浓度含有的粉屑，接触到高导热性耐火材料23的表面而冷却固化，在该表面形成附着层，但是在高导热性耐火材料23的表面形成的粉屑的附着层较脆，容易剥落，所以难以成长，由此，该附着层的厚度较薄。因此，该附着层对所述热交换器2的导热效率几乎没有影响，另外，不至于闭塞排气流通路径。
所述耐火材料23通过覆盖所述内筒22的内表面，从而阻止腐蚀性的粉屑直接接触该内筒22，防止其腐蚀劣化。另外，在该耐火材料23的表面上形成粉屑的较薄的附着层，反而能够防止耐火材料23因接触与排气一起流动的粉屑而磨耗或损耗。这不需要所述专利文献2、3记载的操作中用于除去粉屑的机械式的除去机构。当粉屑的附着层的厚度增加，会使导热效率降低，或使排气的流通路径闭塞，但是由于所述粉屑的附着层较脆，容易剥落，所以粉屑的除去简单。例如，通过在热交换器的入口部以及出口部预先设置保全孔、当保全时打开所述保全孔，从该保全孔将金属棒插入热交换器内，戳到所述附着层，从而能够简单地除去该附着层。
另外，通过将所述高导热性耐火材料23的表面的温度暂时降低到低于还原操作时的该表面的温度，能够在附着于该表面上的粉屑层上产生促进其剥离的龟裂，由此，即使不进行从预先设置的保全孔插入棒等、戳破所述粉屑层这样的作业，也能够容易地进行所述粉屑的除去。
该操作可以例如以每月一次程度的频率进行。每次的操作时间(降低温度的时间)优选根据日运转(日修)等连续进行8～12小时程度，但是30分钟～1小时程度的短时间的操作也能够得到上述效果。
该操作也能够在将原材料装入回转炉底炉内的同时进行，但优选地可以在日运转时等不进行原材料的加载时作为空载运转进行。例如，在还原操作时使热交换器入口温度形成1350℃，另一方面，在上述空载运转中使该热交换器入口温度形成1050℃(即将气体温度降低大约300℃)，从而能够使附着在高导热性耐火材料23的表面上的粉屑层热收缩，使其上产生龟裂，通过该龟裂促进该粉屑层的剥离。
另外，所述空载时的排气量以及燃烧空气量比还原操作运转时少，例如在还原操作运转时作为11700Nm3/h的排气量降低至6000Nm3/h程度，还原操作运转时作为13100Nm3/h的预热空气量也降低至6000Nm3/h。但是，通过有意增加该空载运转时的预热空气量，也能够降低高导热性耐火材料23的表面温度，上述增加产生的预热空气的剩余量可向大气散放。
作为高导热性耐火材料23可例举含有导热率高的SiC、ZrB2、BN等为主体的耐火材料。这些耐火材料不仅导热性优良，在耐磨性和耐腐蚀性也优良、对以高浓度含有来自回转炉底炉的腐蚀性的粉屑的排气具有耐性这一点上也是理想的。
其中，含有SiC作为主体的耐火材料(碳化硅类耐火材料)还是成本较低材料，最值得推荐。使用碳化硅类耐火材料的情况下，从确保其导热性的观点看，SiC的含量越高越好，SiC含量优选60％质量以上、更优选70％质量以上。并且，作为碳化硅类耐火材料的热传导率的一例，则在SiC含有30％质量的情况下为4.65W/(mK)、在SiC含有60％质量的情况下为8.72W/(mK)、在SiC含有78％质量的情况下为11.1W/(mK)(任一情况下残余部分主要为Al2O3、SiO2，热传导率为1000℃下的值)。另外，主要含有SiC的耐火材料具有在其表面形成耐腐蚀性优良的SiO2覆膜的优点。
为了确保热交换器2的综合导热系数，高导热性耐火材料23的厚度越薄越好，但是考虑到金属制的内筒22的耐热温度、耐火材料23的损耗、耐火材料23对内筒22内表面的施工性能等，则可以在30mm以上100mm以下的范围内适当调整。耐火材料23的施工例如能够通过将多个金属制的锚栓(アンカ一)向内筒22的内表面焊接、设置模框(型枠)、使可铸耐火材料向该模框流入而进行。所述可铸耐火材料优选被振动填充。该振动填充通过提高耐火材料施工的致密性，能够防止热传导率的降低以及抑制粉屑的附着。另外，耐火材料表面优选被精加工得平滑。另外，施工时的水分管理也是重要的。
导入所述热交换器2(即所述热交换器2的入口)的排气G的温度通过规定的热交换器入口气体温度控制机构8被调整到比从回转炉底炉1排出的排气G的温度低的温度，优选1100℃以上、更优选1200℃以上的目标温度。在金属制的内筒的内表面不由耐火材料覆盖的以往的热交换器中，受到该内筒的耐热性的制约，相对于能够导入热交换器的排气温度的上限为1000℃，本发明的排气处理装置中，覆盖内筒的内表面的耐火材料能够导入更高温度的排气。
所述热交换器入口气体温度控制机构8例如优选对来自回转炉底炉1的排气G中导入空气，或对该排气G中导入冷却后的燃烧排气的方案。此外，也可以对排气G中直接喷雾冷却水，或使排气G在水冷管内流通，进行间接冷却。
但是，使用这样的冷却水的控制机构，使排气G的显然总量减少，相对于此，对排气G中导入空气或被冷却的燃烧排气的机构不使排气G的显热总量减少而能够将该排气G导入热交换器2，能够提高热回收的效率。特别是，将冷却后的燃烧排气导入排气G中的机构，由于在该燃烧排气中含有辐射率高的CO2成分和H2O成分，所以与导入空气的机构相比，能够提高排气G的辐射率，增加辐射导热量，所以更加优选。
作为所述冷却后的燃烧排气，例如可以从本排气处理装置的集尘机5的出侧或引诱风扇6的出侧抽出冷却和/或除尘后的排气G的一部分使用。或者，作为燃烧排气也能够利用与本排气处理装置不同的其他设备、例如其他燃烧炉、干燥炉等的排气。
另外，在需要所述耐火材料23的耐热性充分高、特别抑制热交换器2的入口温度的情况下，需要提高热交换器2的热回收率，省略所述热交换器入口气体温度控制机构8对入口温度的控制(即、来自回转炉底炉1的排气G的冷却)，或者相反，以提高该入口温度的方式构成热交换器入口气体温度控制机构8。所述排气G的冷却被省略的情况下，由于残存于所述排气G的CO气体等可燃成分，也有使该入口温度反而上升的情况。另外，在该排气G中含有所述可燃成分或锌等重金属的蒸气的情况下，在该排气G中导入含有氧的气体(例如空气或燃烧排气)，促进所述可燃成分或所述蒸气的燃烧(氧化)，从而也能够进行使该排气G的温度积极上升(即、使热交换器入口温度上升)的控制。
另外，所述热交换器2的出口温度的调整优选确保在预先设定的温度(例如700℃)以上的高温。这样减少附着在该热交换器2内的高导热性耐火材料23的表面上的粉屑的量，能够长期间运转。该出口温度能够通过变更热交换器2的入口气体温度的设定、变更热交换器2内的空气的流量来调整。通过回转炉底炉1内的反应所挥发的成分的大部分为低熔点化合物的气体，由于具有超过600℃的熔点的化合物数量少，所以所述高导热性耐火材料23的表面保持在超过600℃的温度能够有效削减附着在该表面上的粉屑的量。
在上述实施方式中，仅使用单一的辐射式热交换器2，但是在本发明中也可以使用相互串联和/或并联的多台的辐射式热交换器。其具体的台数和连接形式可以通过还原金属的制造规模(即、排气产生量的规模)、设置场所、设备成本等的综合勘察来决定。
另外，在上述的实施方式中例示的辐射式热交换器2为排气G与空气在相同方向流动的并流式，但也可以是排气G与空气在相反的方向上流动的对流式。
(关于耐火材料管道3以及排气冷却塔4的其他内容)
从所述热交换器2排出的排气G通过耐火材料管道3而导入排气冷却塔4。该耐火材料管道3具有金属制的管道主体和以覆盖该管道主体的内表面的至少一部分(一般为高温部，优选为全部)的方式设置的耐火材料。
也能够代替该耐火材料管道3而使用水冷管道，该耐火材料管道3由于其耐火材料保护管道主体的内表面不受腐蚀的影响，而能够具有较长的寿命。在水冷管道中，通过降低管道表面的温度，能够在一定程度上防止管道内表面的高温腐蚀(熔化盐腐蚀)，但是若管道内的排气的偏流等导致在该管道内产生比酸的露点低的温度的区域，则在该区域中，构成所述管道主体的金属会产生酸腐蚀。相对于此，在上述耐火材料管道3中，所述耐火材料通过阻止所述排气和所述管道主体的内表面(金属面)的接触，而能够同时防止该内表面的高温腐蚀和酸腐蚀。
另外，用于该耐火材料管道3上的耐火材料未必需要采用对所述热交换器2设置的高导热性耐火材料，也能够根据使用温度而选用各种耐火材料。例如，也能够使用硅酸铝类价格便宜的耐火材料。另外，当管道主体具有用于吸收管道主体热膨胀的伸缩管部的情况下，难以对该伸缩管部施工形成耐火材料，所以对该伸缩管部施工形成有玻璃棉等保温材料。
该耐火材料的施工因与上述同样的理由，更优选也对排气冷却塔4的内部进行。这种情况下，在该排气冷却塔4的下游侧部分，排气温度降低很多，所以也可以仅对上游侧部分施工形成，但在排气在塔内从上向下流动的排气冷却塔中，仅对作为上游侧部分的上部施工形成耐火材料会使结构复杂，所以该耐火材料也可以在整个面上施工形成。
当在所述排气中含有氯成分的情况下，为了抑制二恶英的合成(再合成)，排气冷却塔4的入口处的排气温度被设定为600℃以上，优选设定为800℃以上，该排气在上述排气冷却塔4内急冷到200℃以下，优选急冷到180℃以下。即使在上述排气的原材料中含有氯成分或二恶英，该原材料也能够在回转炉底炉1内在1100℃以上的高温气氛围下被急速加热，所以几乎没有来自氯成分的二恶英的合成。另外，即使在原材料中存在二恶英，该二恶英也被大体完全分解。因此，在刚从回转炉底炉1排出的高温的排气G中几乎不存在二恶英。
上述排气冷却塔4的入口处的排气温度与上述热交换器2的出口温度的调整同样，能够通过变更热交换器2的入口气体温度的设定或变更热交换器2内的空气的流量来调整。
关于在所述排气冷却塔4中的排气的冷却速度，优选在5秒钟以内使该排气的温度从600℃下降到200℃的急速冷却(强制冷却)。该急速冷却例如能够通过向排气中洒水、导入稀释空气或与其他流体进行热交换，或者并用这些方法来实现。
在所述实施方式中，排气G从热交换器2经由耐火材料管道3向排气冷却塔4导入，但是在该排气G导入所述排气冷却塔4中之前也可以进行使用废热锅炉或其他形式的热交换进行热回收。
所述排气冷却塔4内向排气G中洒水以及导入稀释空气，以用于对从该排气冷却塔4排出的排气G进行除尘的集尘机5使用袋式过滤器等的干式方式为前提。作为该集尘机5使用大量的冷却水直接接触排气的文丘里涤气器等湿式集尘机的情况下，由于有害的杂质元素溶入冷却水中，所以有可能需要另外进行废水处理。
在该排气冷却塔4中冷却到200℃以下、优选冷却到180℃以下的排气G通过由所述袋式过滤器等构成的集尘机5除尘处理后，由引诱风扇6从烟囱7向大气中排出。
【实施例】
〔实施例1〕(本发明的基本结构的效果确认)
为了确认本发明的效果，进行使用图1所示的排气处理装置的实验。在该实施例1中，作为辐射式热交换器2使用具有内径1.55m、长度8.2m、导热面积40m2的由不锈钢制的钢板构成的内筒22、由厚度50mm的碳化硅类耐火材料(SiC含量为60％质量、其余部分主要为Al2O3、SiO2)构成的以覆盖所述内筒22的内表面的方式通过浇板机内镶的耐火材料23的热交换器。另外，排气冷却塔4使用进行向排气中洒水和常温空气的导入的冷却塔。
大约1450℃的排气从所述回转炉底炉1以大约11600Nm3/h的流量排出，常温的空气以大约1130Nm3/h的流量导入该排气中，从而所述排气的温度被调整为大约1350℃，该温度调整后的排气被导入所述热交换器2。在热交换器2内，常温的空气作为制冷剂以大约13130Nm3/h流动。另外，排气冷却塔4的入口处的排气温度控制在800℃以上的温度，该排气冷却塔4的出口处的排气温度被控制为180℃以下的温度。在排气冷却塔4内，排气的温度以大约2秒钟从1070℃下降到170℃，该排气被急速冷却。
按照上述条件持续大约190日操作，调查此间的热交换器2的综合导热系数以及预热空气温度的变化。其调查结果示于图3以及4。这些图中的“60％”表示碳化硅类耐火材料的SiC含量为60％质量，(I)的存在表示回转炉底炉仅进行用于维持气氛围温度的加热而未装入结块化物的空载运转时的数据，(O)的存在表示在回转炉底炉中装入结块化物而实际在进行还原铁的制造的还原操作时的数据(后记图5和图6中也同样如此)。
如这些图可明确，在长期间的操作后，热交换器的综合导热系数和预热空气温度未见较大变化。另外，在所述大约190日期间的操作后，目视观察热交换器2的内筒内部后发现碳化硅类耐火材料的脱落。另外，虽然在该耐火材料的表面较薄地形成着附着层，但是可确认到该附着层通过操作员手操作用金属棒戳破而能够容易被除去。
根据这些结果，通过以覆盖热交换器的内筒的内侧面(导热面)的方式施工形成高导热性耐火材料，从而能够确认到能防止导热面的附着导致的排气流路的闭塞以及导热面的腐蚀，并能够有效地回收排气显热。
另外，分析由袋式过滤器构成的集尘机5的出口处的排气的成分，结果确认到二恶英的合成(再合成)。防止该合成有助于上述排气冷却塔4内的急速冷却。
〔实施例2〕(确认碳化硅类耐火材料的SiC含量的影响的确认)
作为实施例2，在上述实施例1的排气处理装置中，作为在热交换器2的内筒22的内侧设置的碳化硅类耐火材料，代替上述SiC含量60％质量的耐火材料，而使用该SiC含量为80％质量的耐火材料，以与该实施例1同样的操作条件持续大约190日的操作。
图5以及图6表示上述操作期间中的热交换器2的综合导热系数以及预热空气温度的变化。在图5中，大约150日经过以后的还原操作时的数据中包含综合导热系数降低的数据，但这不表示导热性能的劣化，这是缘于在预热空气量比上述基准量(大约13130Nm3/h)少的条件实施热交换的结果，热交换量变少的原因。
如这些图也能够明确地，与上述实施例1同样地，即使在长期间的操作后中，热交换器的综合导热系数以及预热空气温度未见较大的变化。另外，在上述大约190日期间的操作后，目视观察热交换器2的内筒内部后，未见碳化硅类耐火材料的脱落，另外虽然该耐火材料表面较薄地形成着附着层，但与上述实施例1同样地，通过操作员手操作利用金属棒戳破，能够容易除去。
下述表1，将图3～图6所示的各期间中的综合导热系数以及预热温度的平均值对比表示。
【表1】
Figure G2008800235705D00111
如该表1所明确地，通过使碳化硅类耐火材料的SiC含量从60％质量增加到80％质量，从而还原操作时的热交换器的综合导热系数上升到大约2倍，预热空气温度也上升大约150℃，可知越提高SiC含量，则导热效率越好。
接着，在施工形成SiC含量80％质量的碳化硅类耐火材料的情况下，还原操作时的热交换器2的导热面附近的温度分布变化的推算结果示于图7。根据该图7，能够推定该耐火材料表面温度常时为850℃以下，内筒钢板的内表面温度常时为650℃以下，能够确认到各材质的耐热温度充分下降。
〔实施例3〕(关于碳化硅类耐火材料的厚度的影响)
在上述实施例1、2中，碳化硅类耐火材料的厚度为50mm，但是若该耐火材料厚度为100mm，则以厚度50mm的情况为基准，估算热交换量降低大约15％，若上述厚度为200mm，则以厚度50mm的情况为基准，估算热交换量降低大约27％。因而，高导热性耐火材料的厚度在能够施工的范围内越薄越好。
〔实施例4〕(关于热交换器入口处的排气温度的调整机构的影响)
在上述实施例2中，热交换器入口处的排气温度的调整通过常温空气的导入进行，其结果，热交换器入口的温度调整后的排气组成按照容量百分比为O2：3.6％、CO2：7.6％、H2O：14.6％、N2：74.2％。
相对于此，在实施例4中，热交换器入口处的排气温度的调整通过冷却后的燃烧排气的导入进行。具体地，相对于与上述实施例2同样地从回转炉底炉1以大约11600Nm3/h的流量排出的大约1450℃的排气，与上述实施例2不同地，以大约1150Nm3/h的流路导入从引诱风扇6的出侧采集的冷却、除尘后的排气(组成按照容量百分比为O2：9.3％、CO2：5.0％、H2O：28.6％、N2：57.1％；温度170℃)，从而该排气的温度被调整为大约1350℃，该温度调整后的排气被导入热交换器2。
该实验的结果能够确认，通过增加该温度调整后的排气中的辐射率高的CO2和H2O成分的含有率，从而能够得到比由上述实施例2得到的预热空气的还原操作时的平均温度(375℃)高的大约400℃的平均温度，该预热空气的量也与上述实施例2相比增加大约25％。
另外，与这样的条件下的还原操作运转分别地，定期进行空载运转(有意降低热交换器2的入口温度的运转)，从而确认到能够有效地除去粉屑。具体地，能够将热交换器入口处的排气流量以及预热空气量都形成6000Nm3/h，进行12小时的将该热交换器入口处的排气温度降低到1050℃的运转，从而在附着于上述热交换器2内的高导热性耐火材料23的表面上的粉屑层上产生龟裂，该粉屑层剥离，不需要用于除去该粉屑层的戳破操作。
〔比较例1〕
在比较例中，使用图8所示的排气处理装置、即具有回转炉底炉1、水冷管道13、排气冷却塔4、热交换器12、集尘机5、引诱风扇6以及烟囱7的排气处理装置，该热交换器12采用板型热交换器(导热面积350m2)。在该板型的热交换器12中，由于在其导热面上未施工形成耐火材料，所以为了抑制该导热面上形成附着层以及抑制导热面的腐蚀，需要在排气冷却塔4中进行排气的冷却，以使热交换器12的入口处的排气温度构成400～600℃。
因此，相对于与上述实施例1、2同样地以大约11600Nm3/h的流量从回转炉底炉1排出的大约1450℃的排气，在排气冷却塔4内立即进行洒水和稀释空气的导入，从而使该排气的温度降低到大约500℃，之后该排气被导入板型热交换器12，与大约13130Nm3/h的流量的常温空气进行热交换。结果，得到大约350℃的预热空气，但是由于热交换器12入口处的排气温度低，所以能够确认即使进一步扩大导入面积也难以进一步提高预热空气的温度。
相对于此，在实施例1和实施例2中，都在导入面积40m2中分别得到227℃、375℃的还原操作时的预热空气的平均温度。而且，由于热交换器2的入口处的排气温度非常高(大约1350℃)，所以通过扩大其导入面积，从而能够进一步提高预热空气温度。具体地，关于实施例1，将导入面积扩大到75m2程度，在实施例2中将导热面积扩大到45m2程度，从而都能够容易得到400℃的预热空气温度。
另外，在实施例1和实施例2中，以覆盖面对在从热交换器2的出口到排气冷却塔4的出口处的排气流路的金属面(具体地耐火材料管道3的管道主体的内表面以及排气冷却塔4的内表面)的方式施工形成耐火材料，从而尽管持续运转380日，也不产生该金属面的腐蚀。相对于此，在覆盖所述金属面的耐火材料未对所述水冷管道13以及排气冷却塔4设置的比较例中，其金属面(与排气直接接触的金属面)产生腐蚀。该腐蚀为酸腐蚀，推测缘于所述排气的偏流等导致在排气温度低于酸的露点的局部区域产生该腐蚀。
根据上述实施例1～4以及比较例的对比可明确，在对热交换器的导热面上不施工形成耐火材料，露出该导热面的以往的排气冷却装置中，为了抑制粉屑等向该导热面附着或抑制导热面的腐蚀，需要降低导入该热交换器内的排气的温度，所以存在上述热交换器的导热效率极端降低的问题，相对于此，在本发明的排气冷却装置中，以覆盖上述导热面的方式施工形成高导热性耐火材料，从而能够容易同时实现抑制向导热面的附着及导热面的腐蚀和导热效率的维持乃至提高。
即、本发明的排气处理装置具有导入从所述回转炉底式还原炉排出的排气的辐射式热交换器，该辐射式热交换器具有围成使所述排气流通的空间的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使要与所述排气进行热交换的制冷剂流通的流路的外筒、以及覆盖所述内筒的内表面的方式配置的高导热性耐火材料，所以与金属制的内筒的内表面露出的以往装置的粉屑相对于该内表面的附着强度相比，粉屑向上述高导热性耐火材料的附着强度低，该粉屑容易剥离。因此，防止该粉屑附着导致闭塞。上述高导热性耐火材料通过阻止具有腐蚀性的粉屑直接接触金属制的内筒，而能够防止该内筒的腐蚀劣化。
另外，通过将所述高导热性耐火材料的表面的温度暂时降低到低于还原操作时的该表面的温度，则能够在附着于该表面上的粉屑层产生促进该粉屑层剥离的龟裂，由此能够容易除去所述粉屑层。
另外，由于所述耐火材料具有高导热性，不会使热交换器的综合导热系数显著降低。不仅如此，与排气直接接触的部分由耐热温度比金属高的耐火材料构成，这能够提高导入上述热交换器的排气的容许温度，所以排气和空气的导热速度与以往相同或比以往高。这样能够将排气显热有效利用于回转炉底式还原炉的燃烧器燃烧用空气的预热。
另外，上述耐火材料通过抑制上述内筒的腐蚀或粉屑向该内筒的附着导致的故障，能够产生设备寿命延长、功率上升带来的生产能力的提高、热损失的降低带来的运转费的降低、保全成本的降低等效果。
另外，这些效果仅通过对既存的热交换器的内筒的内侧施工形成高导热性耐火材料即能够得到，所以没必要在还原炉内设置废热锅炉等多余设备，也不会导致设备成本的过度上升。
作为上述高导热性耐火材料适合作为主体含有SiC、ZrB2、BN中的任一个，特别是优选含有SiC作为主体的碳化硅类耐火材料。另外，该碳化硅类耐火材料SiC含量若为60％质量以上，则能够确保高的导热效率。
在该排气处理装置中，由于导入热交换器的排气的容许温度高，所以通过提高其实际的温度，从而能够提高热回收率。具体地，优选设置将上述热交换器的入口处的排气温度控制在作为1100℃以上的目标温度的热交换器入口气体温度控制机构。另外，该热交换器入口气体温度控制机构更优选将上述热交换器的入口处的排气的温度控制在1200℃以上的目标温度。
具体地，上述热交换器入口气体温度控制机构例如通过将空气或冷却后的燃烧排气导入来自上述回转炉底式还原炉的排气中，从而能够控制上述热交换器的入口处的排气的温度。
另外，在具有设于上述热交换器的后段并用于强制冷却从该热交换器的出口排出的排气的排气冷却塔的结构中，能够通过该强制冷却有效抑制二恶英的合成(再合成)。
另外，在设置有从上述热交换器的出口到上述排气冷却塔的耐火材料管道的、该耐火材料管道具有金属制的管道主体和以覆盖该管道主体的内表面的至少一部分的方式设置的耐火材料的结构中，该耐火材料能够同时防止上述管道主体的高温腐蚀以及酸腐蚀。
另外，本发明为用于处理从回转炉底式还原炉排出的排气的排气处理方法，该方法包括将从上述回转炉底式还原炉排出的排气导入热交换器并使该排气和空气进行热交换，从而预热该空气的步骤，上述热交换器采用具有围成用于所述排气流通的空间的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于所述空气流通的流路的外筒、以覆盖所述内筒的内表面的方式配置的高导热性耐火材料的辐射式热交换器。
该方法中，优选将上述热交换器的入口处的排气的温度控制在1100℃以上的目标温度，更优选地，该目标温度为1200℃以上。
另外，在上述热交换器中，更优选地，在排气和空气之间进行热交换，以使该热交换器的出口处的排气温度降低到比该热交换器的入口处的排气温度低的温度且600℃以上的温度，进而将从上述热交换器排出的排气导入排气冷却塔内，进行在5秒钟以内使该排气的温度从600℃降低到200℃的强制冷却。

Claims (12)

1.一种回转炉底式还原炉的排气处理装置，其用于处理从回转炉底式还原炉排出的排气，其特征在于，
具有用于使从所述回转炉底式还原炉排出的排气和空气进行热交换的辐射式热交换器，
该辐射式热交换器具有：围成用于使所述排气流通的空间的金属制的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使为与所述排气进行热交换的空气流通的流路的外筒、以覆盖所述内筒的内表面的方式设置在该内筒的内侧的高导热性耐火材料，
其中，所述高导热性耐火材料为：SiC含量为60％质量以上，其余部分主要为Al2O3及SiO2，
所述高导热性耐火材料的厚度为30～100mm。
2.如权利要求1所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
具有将所述热交换器的入口处的排气的温度控制为1100℃以上的目标温度的热交换器入口气体温度控制机构。
3.如权利要求2所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
所述热交换器入口气体温度控制机构将所述热交换器的入口处的排气的温度控制为1200℃以上的目标温度。
4.如权利要求2或3所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
所述热交换器入口气体温度控制机构将空气导入来自所述回转炉底式还原炉的排气中，从而控制所述热交换器的入口处的排气的温度。
5.如权利要求2或3所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
所述热交换器入口气体温度控制机构将冷却后的燃烧排气导入来自所述回转炉底式还原炉的排气中，从而控制所述热交换器的入口处的排气的温度。
6.如权利要求1所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
还具有设于所述热交换器的后段并用于将从该热交换器的出口排出的排气强制冷却的排气冷却塔。
7.如权利要求6所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置，其特征在于，
还具有从所述热交换器的出口到所述排气冷却塔的耐火材料管道，
该耐火材料管道具有金属制的管道主体和以覆盖该管道主体的内表面的至少一部分的方式设置的耐火材料。
8.一种剥离方法，该方法是剥离权利要求1～7中任一项所述的回转炉底式还原炉的排气处理装置中附着在导热面上的粉屑的方法，所述剥离方法的特征在于，
包括将所述高导热性耐火材料的表面的温度暂时降低到低于还原操作时的该表面的温度，从而在附着于该表面的粉屑层上产生促进该粉屑层剥离的龟裂的步骤。
9.一种回转炉底式还原炉的排气处理方法，该方法是用于处理从回转炉底式还原炉排出的排气的方法，所述排气处理方法的特征在于，
包括将从所述回转炉底式还原炉排出的排气导入热交换器并使该排气和空气进行热交换，从而预热该空气的步骤，
所述热交换器采用辐射式热交换器，
所述辐射式热交换器具有：围成用于使所述排气流通的空间的内筒、配置在该内筒的径向外侧并在其与该内筒之间形成用于使所述空气流通的流路的外筒、以覆盖所述内筒的内表面的方式配置的高导热性耐火材料，
其中，所述高导热性耐火材料为：SiC含量为60％质量以上，其余部分主要为Al2O3及SiO2，
所述高导热性耐火材料的厚度为30～100mm。
10.如权利要求9所述的回转炉底式还原炉的排气处理方法，其特征在于，
包括将所述热交换器的入口处的排气的温度控制为1100℃以上的目标温度的步骤。
11.如权利要求10所述的回转炉底式还原炉的排气处理方法，其特征在于，
所述热交换器的入口处的排气的温度的目标温度为1200℃以上的温度。
12.如权利要求9～11中任一项所述的回转炉底式还原炉的排气处理方法，其特征在于，
在所述热交换器中，在所述排气和空气之间进行热交换，以使该热交换器的出口处的排气温度降低到比该热交换器的入口处的排气温度低且为600℃以上的温度，
还包括将从所述热交换器排出的排气导入排气冷却塔内并进行在5秒钟以内将该排气的温度从600℃降低到200℃的强制冷却的步骤。
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