CN102301013A - 竖直微波熔炉 - Google Patents

Abstract

微波熔炉具有位于竖直炉主体的顶部中的原材料供给开口以及能够上下移动并设置在炉床部分中的炉床构件。与竖直炉主体的内部连通的微波辐射室环绕炉床部分设置。微波辐射室的内表面由反射微波的铜或铜合金等构成。原材料从竖直炉主体的下部的侧部分与炉床构件之间的开口引入微波辐射室中，并利用微波辐射室内的微波（MW）以高效集中的方式辐射该原材料。因而，加热的原材料中的铁矿石被碳源还原，产生熔融生铁，并将该熔融生铁通过输出端口移除。因而，代替高炉炼铁，能够高能效地制造熔融生铁，并且贵金属等能够通过所谓的“都市采矿”回收。

Description

竖直微波熔炉

技术领域

本发明涉及一种竖直微波熔炉，诸如用于从铁矿石中获得生铁的熔炉，并且具体地涉及一种用于通过使用微波加热和熔化含有铁矿石和诸如木炭或焦炭的碳源的原材料，从而利用碳来还原铁矿石来获得熔融生铁的竖直微波熔炉。

背景技术

在铁和钢的领域中，通常通过使用高炉熔炼方法来获得熔融生铁。具体地，将用作氧化铁的铁矿石与由石灰石和焦炭等形成的颗粒形式的材料一起从高炉（熔炉）的顶部引入，该焦炭用作作为还原剂的碳源。热气（空气）从高炉的下部中的风口吸入，在高炉中产生向上的热空气流，同时还利用该热空气来加热下落的颗粒。铁矿石通过铁矿石与焦炭之间的反应还原。还原的铁熔化而形成熔融生铁并收集在高炉的底部中。在已收集了确定量的生铁之后，将炉的底部中的铁从炉的底部中的出铁口去除并使其流动通过浇道以收集在桶中（例如，专利文献1）。

然而，利用常规的高炉熔炼方法，为了还原和熔化铁矿石，需要处在大约1500℃或更高的温度下六小时以上，并且生产效率低下。另外的问题在于对于每吨的生铁要排出两吨的CO₂气体。

另一方面，专利文献2描述了一种用于通过使用微波加热和还原氧化铁来产生铁粉末的方法。此铁粉末产生方法包括混合铁矿石、轧屑或其他粉碎的氧化铁；用碳作为主要成分的碳源的微波高介电常数材料，诸如焦炭、木炭、活性碳或微粉末碳；以及碳酸盐，诸如碳酸钙、碳酸镁或碳酸钠。通过利用微波辐射此混合物，碳源内部加热到超过900℃的温度并与通过混合物中的碳酸盐的热分解生成的CO₂气体反应，将该CO₂气体转换成CO气体。此CO气体使氧化铁还原而生成铁粉末。

[现有技术文献]。

专利文献1：日本公开专利申请No.11-229007。

专利文献2：日本公开专利申请No.06-116616。

发明内容

[本发明预期解决的问题]

然而，专利文献2中描述的用于产生铁粉末的微波辅助方法包括使用微波来加热诸如铁矿石的氧化铁、诸如焦炭的碳源以及碳酸盐的混合物，从而将碳源内部加热到超过900℃的温度。由混合物中的碳酸盐分解得到的CO₂气体与碳源反应而产生CO气体，然后此CO气体使氧化铁还原。因为铁矿石和焦炭等不熔化，所以仅能够产生铁粉末，并且该方法不允许有效地产生大量的熔融生铁。

本发明鉴于上述问题而开发，本发明的目的是提供一种竖直微波熔炉，该竖直微波熔炉不使用高炉熔炼方法，由此能够高能效地产生熔融生铁并且由此能够从所谓的都市矿中回收贵金属等。

[用于解决问题的方法]

根据本发明的竖直微波熔炉包括：竖直炉主体，其在上部中具有原材料供给端口；炉底构件，其设置在该竖直炉主体的炉底上；微波辐射室，其在竖直炉主体的下侧部中与该竖直炉主体连通，该微波辐射室设置为从下侧部侧向加宽，并且该微波辐射室的内壁的至少一部分由反射微波的材料制成；熔炼产物取出开口，其设置在微波辐射室的下部中；微波引入窗口，其由接纳微波的材料形成以便将微波引入微波辐射室中；以及微波辐射装置，用于利用微波经由该微波引入窗口来辐射微波辐射室的内部。

根据上述的竖直微波熔炉，该原材料例如包括铁矿石和碳源，而熔炼产物是熔融生铁。此外，根据该竖直微波熔炉，当原材料是铁矿石和焦炭的混合粉末时，微波辐射装置优选以0.915到140 GHz的范围中的一个或多个频率发射微波。此外，在该微波辐射装置中，优选通过控制微波的波阵面和相位来电力改变束方向。

此外，炉底构件从炉底下面插入炉中，并且顶面构成具有向上突出的中心的凸面，同时该炉底构件被支撑为使得它能够竖直移动。在优选构造中，通过调节炉底构件的竖直位置，对竖直炉主体的底侧壁与炉底构件之间的孔表面积进行调节，并对原材料向微波辐射室中的供给速度进行调节。在此情形中，例如炉底构件由碳作为主要成分的材料构成，该材料通过与熔融生铁反应而消耗。

此外，例如微波辐射室能够具有这样的构造：它内部内衬有反射微波的铜或铜合金、不锈钢、镀金不锈钢或石墨。

根据本发明的另一方面的竖直微波熔炉包括：竖直炉主体，其在上部中具有一个或多个原材料供给端口；炉头部，其由耐火材料制成，该炉头部设置在炉主体中并将炉主体的内部隔成上部和下部；炉底部，其由耐火材料制成，该炉底部设置在竖直炉主体的炉底中，作为反应空间的敷料器形成在炉底部与所述炉头部之间；内衬，用于反射微波，该内衬设置在所述炉底部和炉头部的面对所述敷料器的表面上，该内衬接地，并且该内衬由传导物质制成；熔炼产物取出开口，其设置在所述炉底部上；微波引入窗口，其由接纳微波的材料形成以便将微波引入所述微波辐射室中；以及微波辐射装置，用于利用微波经由所述微波引入窗口辐射所述微波辐射室的内部。

该内衬例如是石墨片、板或块。

此外，竖直炉主体例如是钢壳体，其由钢材形成并且内部内衬有石墨、氧化铝或硅石。

此外，采用本发明的竖直微波熔炉，电子装置的废弃物可用作原材料，在该情形中，熔炼产物是贵金属或稀有金属。

[本发明的效果]

根据本发明，例如将含有铁矿石和碳源的原材料从竖直炉主体的顶部引入竖直炉主体中，并且该原材料被传导到竖直炉主体的底部中的微波辐射室中。利用来自接纳微波的窗口的微波辐射该微波辐射室，利用所述微波对微波辐射室内的原材料进行加热，并且铁矿石被还原。为此，通过利用微波能够高效地对诸如铁矿石、焦炭或另一碳源的原材料进行加热，从而允许高能效地产生熔融生铁。

当原材料是粉末形式的材料时，通过使用微波辐射装置，该原材料能够利用微波以更高的效率加热，该微波辐射装置允许利用范围在0.915到140 GHz中的一个或多个频率的微波进行辐射。此外，通过控制微波辐射装置的微波波阵面和相位，能够电力改变束方向，从而通过利用微波均匀地辐射微波辐射室中的原材料能够实施有效的加热。

通过使用顶面中心突出的凸面炉底构件，已落到竖直炉主体内部的原材料通过该炉底部朝着外围分布，并被朝向微波辐射室引导，该微波辐射室设置在竖直炉主体的下侧部中以便从底侧部侧向加宽。通过调整炉底构件的竖直位置以及调节炉底构件与竖直炉主体的下侧壁之间的孔表面积，能够对原材料向微波辐射室中供给的速度进行调节，从而控制生铁的出铁速度。

此外，代替耐火材料，当将碳作为其主要成分的材料用作炉底构件时，碳材料与熔融生铁反应并被消耗，因此必须随时间提升炉底构件。然而，通过以这种方式使用碳材料作为炉底构件，炉底构件也被用作用于与铁矿石反应的碳源。此外，当将碳材料用作炉底构件时，该碳材料反射微波，这具有允许更有效地利用微波来加热原材料的优点。

此外，例如该竖直炉主体在由钢材形成的钢壳体的内侧具有石墨、氧化铝或硅石的内衬。在此情形中，钢材反射微波，因此微波将不逃逸到外部。此外，微波辐射室的内表面内衬有反射微波的铜或铜合金、不锈钢、镀金不锈钢或石墨，从而允许微波有效地在微波辐射室内部反射并有效地用于加热原材料。

此外，当原材料是电子装置的废弃物时，使用本发明的微波熔炉能够回收包含在电子装置的废弃物中的贵金属或稀有金属。

附图说明

图1是示出了关于本发明的第一实施例的微波加热连续熔炉的简图。

图2是示出了关于本发明的第二实施例的微波加热连续熔炉的简图。

具体实施方式

接下来，将参照附图对本发明的实施例进行详细描述。图1是示出关于本发明的第一实施例的竖直微波熔炉的竖直剖面图。竖直炉主体1是诸如高炉的细长炉，其具有这样的结构：由钢、诸如不锈钢形成的钢壳体内表面内衬有耐火材料等。对该钢壳体实施覆盖，使得微波被反射而不逃逸到外部。用于钢壳体的耐火内衬材料等优选是反射微波的石墨或者微波穿过的氧化铝或硅石。受热的炉主体的一部分是炉底部3。当炉底部3的温度达到600℃或更高时，生成FeO。在此情形中，氧化铝与FeO反应并渗透的温度是1330℃或更高，而硅石与FeO反应并渗透的温度是1180℃或更高。因此，为了防止此渗透，优选在炉底部3中使用石墨或氧化镁用于钢壳体的内衬。此外，为了防止这些类型的热反应，优选冷却钢壳体的外表面。竖直炉主体1的上部形成用于原材料10的供给端口2。原材料10是包含铁矿石和碳源的材料；例如，铁矿石粉末和焦炭粉末的混合粉末。碳源的实例包括焦炭粉末、石墨粉末和煤粉末。竖直炉主体1的下方处的炉底部3具有从炉头部稍微加宽的内表面区域，但是竖直炉主体1也可具有基本上仅起作用成引起原材料10下落的形状。因此，竖直炉主体1的内部不接纳反应产生气体。因此，粉末能够用作原材料。然而，如果[炉构造成]使得反应产生气体上升通过竖直炉主体1的内部，那么竖直炉主体1的内部将达到大约500℃，允许竖直炉主体1的上部中的原材料能被预热到反应产生气体的温度。高炉中的轴部的下部加宽，并且当此加宽部之下的温度另外增加时，原材料将形成烧结并收缩，呈现下部稍微收紧的形式（炉腰）。此外原材料也能在微波熔炉的炉底部3中收缩，但无需收紧此部分，并且该其能够形成竖直壁。竖直炉主体1的上部可稍微收紧并且可设有基本上朝着底部加宽的形状。

竖直炉主体1的炉底部3与微波辐射室4连通，该微波辐射室4设置为使得它从竖直炉主体1的底侧部侧向加宽。微波辐射室4是环形的并围绕竖直炉主体1的炉底部3的外围，并且相邻的微波引入窗口6设置在微波辐射室4的外部。微波引入窗口6能够作为多个（例如，6个）单元设置在沿炉底部3的周向平均分布的位置。微波辐射室4和微波引入室6通过垂直壁分开，但是两个室经由设置在该壁中的孔5a连通。微波辐射室4的上表面具有弯曲而形成向上突出部的凸面。此外，微波引入室6中的每一个的侧面具有向外延伸的部分，向外加宽了内部空间。用于将微波引入该室中的微波引入窗口5设置在延伸部的外表面上。因此，微波引入窗口5在沿炉主体的周向围绕炉主体的中心平均分布的位置设置在微波导入室6上。微波辐射室4的内表面内衬有反射微波的材料。能够在高温下使用的反射此类微波的材料的实例包括铜或铜合金、不锈钢、镀金不锈钢和其他反射电磁波（微波或红外光）的材料以及反射微波但是吸收并再辐射红外光的材料，诸如石墨。在此情形中，构成微波辐射室4的内表面的材料（内衬材料）优选是反射红外光以及微波的材料。通过使热通过红外光的反射来辐射，微波辐射室4内的热能够有效地用于加热原材料。用于微波辐射室4的内衬材料是反射微波的铜或铜合金，并且优选用水来冷却该材料。此外，对于铜或铜合金，由于在炉中产生的硫磺等而具有腐蚀的可能性。为此，优选铜或铜合金内衬材料的内表面镀有允许微波通过的硅石。

反射镜6a、6b设置在微波引入室6内部，并且微波MW在通过微波引入窗口5之后进入微波引入室6中。微波然后在凸反射镜6b处朝着凹反射镜6a反射，然后被朝向孔5a引导。微波然后通过孔5a，进入微波辐射室4中。微波引入窗口5由允许微波（未被吸收的微波）通过的材料诸如硅石形成。此外，反射镜6a、6b能够由反射微波的铜或铜合金形成。然而，铜或铜合金反射镜6a、6b优选用水来冷却。

微波引入室6的向外延伸部的底面设有引入构件11，由此氮气（N₂）引入微波引入室6中。排出氮气和反应气体的废气排出构件12设置在微波辐射室4的顶面上。微波辐射室4和微波引入室6的结构不限于上述结构，而是可采用各种类型的结构。在此实施例中，微波辐射室4具有围绕炉底部3设置的环形结构，而微波引入室6具有多室结构，每个室各自与微波辐射室4连通。然而，微波引入室6也可具有与微波辐射室4类似的环形形状。此外，除了环形形状之外，微波辐射室4可具有设有多个单独室的结构，所述多个单独室设置在炉底部3沿周向平均分布的位置上。此外，当这些室中的每一个单独设置时，它们不需要设置在平均分布的位置处。

在炉底部3的炉底中，炉底构件7设置为在竖直炉主体1中从下到上朝着炉的内部插入。此炉底构件7具有上端部，该上端部形成为向上突出的曲面。具体地，炉底构件7具有上表面，该上表面构成具有向上突出的中心的凸面。炉底构件7由耐火材料或碳材料，诸如石墨形成。炉底构件7支撑为使得它能够通过合适的支撑驱动装置（未示出）竖直移动。炉底构件优选设置为使得在熔炉的操作期间，它镀有有熔融生铁。

在炉底部3的炉底中，环形支撑构件8围绕炉底构件7的外围设置，并且支撑构件8与炉底构件7一起构成竖直炉主体1的炉底。在支撑构件8的外部，在沿支撑构件8的周向分离的多个位置处，多个用于去除已被加热和还原的熔融生铁的取出开口9设置在多个位置上，所述位置在支撑构件的周向设置成以炉主体的中心作为中心的在沿炉主体的周向平均分布的位置处分离。支撑构件8由不与熔融生铁反应的材料，例如石墨塑造制成。支撑构件8必须与生铁具有良好的接触。如果支撑构件8未与生铁具有良好接触，那么熔融生铁流将变为天线，而微波将向外部逃逸。

微波辐射装置（未示出）从微波振荡器发射微波MW，并且微波MW被传导到微波引入室6的微波引入窗口5。已通过微波振荡器生成的微波在微波引入窗口5的方向上传导。微波振荡器生成具有在0.915到140 GHz的频率范围中的一个或多个频率的微波。铁矿石的磁铁矿估计具有在2 GHz附近的峰值微波吸收。2.45 GHz是在此最大微波吸收频率附近的工业频率。915 MHz(0.915 GHz)是用于提高与尺寸扩大的竖直微波熔炉的适应性的低频长波长。然而，如果铁矿石对微波的吸收太高，则风口（微波辐射室4附近的原材料供给部）处的反应层的厚度将降低，并且当竖直微波熔炉的尺寸增加时，微波将不充分地穿透到原材料中。在此情形中，必须增加微波频率。实际上，磁铁矿的磁力（电子自旋）往往不随频率增加而相应地改变，并且微波吸收降低；因此，微波穿透深度增加。为此，增加微波频率将增加微波穿透深度，并且将确保反应层的深度。微波的最大频率因而大约为140 GHz。对于水，峰值微波吸收为20 GHz，而对于氧为60 GHz。因此，为了增加竖直熔炉的尺寸必须使用毫米级微波(milliwave microwaves)。

微波辐射装置通过控制微波相位来控制微波波阵面。这是与在Aegis相控阵雷达中使用的相同的原理。通过控制微波波阵面，束方向因而通过电力改变，允许风口（微波辐射室4附近的原材料供给部）中的原材料能够均匀地加热。在此方面，该原理不同于使用搅拌器（金属叶片）来分布微波的装置或如同微波炉的情形那样引起要加热的物体旋转的装置。

竖直炉主体1通过合适的支撑装置支撑，并且用于传送熔融生铁的桶（未示出）设置在设置于竖直炉主体2的底部中的熔融生铁取出开口9之下。此外，竖直炉主体1的上部连接到旋风分离器（未示出），并且竖直炉主体1内的反应产生气体和氮气在已于该旋风分离器中净化之后作为废气排到外部。

接下来将对以上述方式构造的竖直微波熔炉的操作进行描述。因为生铁连续生产，所以原材料10从竖直炉主体1的上部中的原材料供给端口连续地引入竖直炉主体1中。此原材料是铁矿石粉末、焦炭粉末、石墨粉末、煤粉末等的混合粉末，并且供给为使得整个竖直炉主体1几乎完全装满。在此实施例中，不使气体流入竖直炉主体1中。为此，粉末能够用作原材料。然而，该混合粉末也可能硬化成颗粒的形状。因为设置在炉底部上的炉底构件7的上表面弯曲为向上突出，所以原材料10从竖直炉主体1的中心朝着外围部供给。微波辐射室4设置在竖直炉主体1的炉底部的外围部中，并且滑过炉底构件7的上表面的原材料10朝向微波辐射室4引导。

另一方面，已通过微波振荡器生成的微波MW被整流成束的形式并被引起成经由微波引入窗口5进入微波引入室6中且撞击在反射镜6b上。微波MW被反射镜6b和反射镜6a反射，然后经由孔5a引入微波辐射室4中。接下来，已供给到微波辐射室4中的原材料10通过聚焦微波MW的辐射加热，并且铁矿石被碳源还原而产生熔融生铁。具体地，原材料10中的铁矿石粉末、焦炭粉末、石墨粉末、碳粉末等吸收微波并且经历自加热，导致温度升高。因此，铁矿石粉末与焦炭粉末、石墨粉末、煤粉末或其他碳源反应，引起铁矿石在熔融的同时还原并且产生熔融生铁MI。此熔融生铁MI从取出开口9中取出并收集在桶中。熔融生铁MI连续取出，而原材料10从竖直炉主体1的上部中的供给端口连续供给到竖直炉主体1中。熔融生铁MI因而连续放出。

微波引入窗口5由不吸收微波的硅石等形成。在此实施例中，微波引入室6设置在微波辐射室4的外部，而反射镜6a、6b设置在微波引入室6中。通过将氮气引入微波引入室6中，微波引入室6和微波辐射室4与外部空气屏蔽。已通过原材料铁矿石与碳源之间的反应生成的反应产生气体以及已通过微波引入室6和微波辐射室4的气体作为废气从排出构件12排出。此废气处于相对高的温度，并且该热量能够用于对原材料进行预热。此外，微波引入窗口5由硅石等形成，并且对于原材料碳粉末导致的污染存在顾虑。然而，在此实施例中，微波辐射室4中的微波引入部由简单的孔5a形成，并且由硅石制成的微波引入窗口5设置在微波引入室6的外表面上，使得硅石将不被碳粉末污染。

微波MW在微波辐射室4内的内表面处反射。微波将不从微波辐射室4逃逸并且将得以有效地聚焦在微波辐射室4内的原材料上。因而能够高效地对原材料加热。微波专门用于辐射微波辐射室4内的原材料10，并且几乎不存在微波从微波辐射室4的释放。为此，即使竖直炉主体1由容易吸收微波的不锈钢材料制造，微波也将不进入竖直炉主体1中而被竖直炉主体1吸收，并且将没有微波损失。此外，原材料10在竖直炉主体1内达到高温，并生成方铁矿（FeO），而且优点在于氧化镁与方铁矿反应，从而减少了渗透。然而，相反地，如果竖直炉主体1内衬有氧化铝，则尽管氧化铝几乎不吸收微波，但是氧化铝将与方铁矿发生化学反应并且方铁矿将继续渗入炉主体。因此，在本发明中，通过将原材料10保持在竖直炉主体1中并且利用微波辐射室4内的微波辐射原材料10，能够解决微波损失和方铁矿渗透的问题。此外，通过使用反射红外光的材料作为用于竖直微波熔炉4的内衬的耐火材料，来自高温熔融生铁的辐射热也将封闭在微波辐射室4内，并且微波辐射室4内的原材料10能够得以更加有效地加热。

炉底构件7能够利用合适的悬挂驱动装置竖直移动。原材料10通过炉底构件7与竖直炉主体1的侧壁的下部之间的间隙并从而朝着微波辐射室4传送。为此，通过调节炉底构件7的竖直位置，能够调节供给到微波辐射室4的原材料10的供给速度。

此外，当炉底构件7由碳材料制造时，炉底构件7的碳与熔融生铁MI反应并且炉底构件7被连续消耗。为此，当炉底构件7由碳材料制造时，必须连续提升炉底构件7。通过以这种方式由碳材料制造炉底构件7，该炉底构件也作为用于与铁矿石反应的碳源。此外，当将碳材料用于炉底构件时，该碳材料反射微波，因此具有如下优点：微波能够有效地用于加热原材料。

气体通过碳材料与熔融生铁MI之间的反应生成。此外，通过加热原材料10，铁矿石和碳源反应，生成CO、CO₂和其他反应气体。在此实施例中，风口设置在竖直炉主体1的下部中，并且惰性氮气从此风口吹入炉中，产生从微波辐射室4朝着竖直炉主体1的气流。为此，即使通过铁矿石与碳源之间的反应生成反应气体，由于氮气的气流，该反应气体也从竖直炉主体1的上部排出，防止反应气体在微波辐射室4内部的逆流。

在此实施例中，炉构件7的上表面的形状是弯曲的，但此描述不限制本发明，并且各种形状都可用于炉底构件7，只要该形状允许原材料10向下下落通过竖直炉主体1而朝着炉底的外围部处的微波辐射室4引导。此外，炉底构件7的上表面的形状优选是这样的形状，即易于调节原材料从竖直炉主体1向微波辐射室4的供给速度。

亚共晶区是还原的铁吸收碳而产生生铁的区域，并且此亚共晶区具有1400℃的温度，而碳浓度是1.8质量％。当该生铁接触石墨并饱含碳时，碳浓度变为4.8质量％。因此，当未饱和的生铁与炉底构件7的石墨材料形成接触时，炉底构件7出现损失。反应气体是CO气体、CO₂气体和小量的N₂气体。此反应气体不经由竖直炉主体1排出，而是经由设置在微波辐射室4中的气体排出构件12排出。对于50g铁的产量，此排出气体的体积换算到0℃和1个大气压为10L。如果排出气体温度达到550℃，那么排出气体的体积为30L。利用Hitachi一吨熔炉，排出气体的量是每天600 m³和每分钟42L。如果将此气体用于预热原材料，那么可显著地减少动力使用。此外，废气中的CO浓度接近50％，并且大量的生成能量可作为用于铁生产下游的步骤的加热能。

在本发明中，电子装置的废弃物能够用作原材料。在此情形中，能够将诸如金（Au）、铂（Pt）和钯（Pd）等贵金属和稀有金属作为熔炼产物而回收。当通过此类型的“都市采矿”回收贵金属和稀有金属时，氮气不从气体引入构件11供给到微波引入室6。而是，含有氧的气体从气体引入开口11供给到微波引入室6。当此进行时，电子装置废弃物的电路板中的环氧树脂等吸收微波并在微波辐射时被加热，并且环氧树脂等与氧反应并燃烧。废气从竖直炉主体1的上部排出。与此一致地，配线和端子中的贵金属和稀有金属被熔化，并且贵金属和稀有金属堆积在炉底部3中。然后熔化的稀有和贵金属从取出开口9中取出。

下面参照图2对本发明的第二实施例进行描述。竖直炉主体20由不锈钢制成并具有圆柱形形状，底部装配到框架15中的开口部15a中，从而支撑在该框架15上。此外，炉主体20的外底部的中心支撑为使得它能够通过升/降装置16竖直移动。通过降低该升/降装置16，能够对敷料器(applicator)27的内衬28的介电材料和炉底部26进行修理或替换。桶17设置在框架15的下部中，并且从炉主体20的下表面向下突出的用于熔炼产物（熔融生铁）的排出管30插入桶17中。桶17设置在独立的升降装置（未示出）上，并且通过利用此升/降装置来升和降所述桶17，即使在排出管30插入桶12中时，也能够将桶17从框架15的下部运输。此外，在空桶17位于架15下之后，用于升/降桶17的装置提升，由此排出管30插入桶17中。以与下文描述的内衬28相同的方式，熔融生铁流过的排出管30由石墨形成并且与内衬28一起接地，如下所述。

在炉主体20中，由耐火材料形成的炉头部25设置为使得炉主体20的内部被隔成上部和下部。此外，由耐火材料形成的炉底部26设置在炉主体20的底部中。敷料器27作为炉头部25与炉底部26之间的反应空间形成。炉底部26的上表面在外围部处迅速升起，形成升高部29，该升高部29分隔用于熔融金属的炉床。此外，炉底部26的中心主体部具有上表面，该上表面朝着中间缓慢向上升起，形成从中心朝着外围部倾斜的倾斜面。竖直延伸的孔26a形成在炉底部26的主体部的倾斜面的最下位置处，具体地，在相邻于升高部29的内表面的位置处。排出管30连接到此孔26a。由传导物质形成的内衬28设置在分隔敷料器27的表面，具体地，炉头部25中面对敷料器27的表面和炉部26中面对敷料器27的表面上。由传导物质形成的内衬28还形成在孔26a的内表面上。炉头部25和炉底部26例如由诸如莫来石或氧化铝的耐火材料形成。传导内衬28是例如由石墨形成的片、板或块。此内衬28具有耐火性质，由此它能够承受熔融生铁的热，同时还是传导的并且反射微波。由此传导物质形成的内衬28电连接到炉主体20并经由炉主体20接地。水冷铜板设置在升高部29的倾斜面上以及升高部29上方的炉头部25的面对敷料器27的底面上。此水冷铜板的表面镀有反射微波的传导内衬28（例如，石墨）。敷料器27的外围部处的内衬28以及炉主体部能够通过此水冷铜板冷却。

另一方面，例如，合适的加热构件，诸如电阻加热线圈（未示出）设置在炉底部26中，使得炉底部26通过此加热构件加热。因此，在熔融生铁在炉底部26中的收集期间出现的温度下降得到了控制。

由硅石制成的用于将微波引入敷料器27中的窗口31设置在炉主体20的侧面中，并且微波波导管32连接到此窗口31。硅石窗口31密封了敷料器27的空间，并且因为硅石允许微波的通过，所以微波能够被引入到敷料器27中。波导管32和窗口31设置在沿炉主体20的周向平均分布的四个位置中。

废气热交换器23设置在炉头部25的上炉主体20中。对于此废气热交换器23，穿过炉头部25的管24a连接到其进气口，而穿过炉主体20的管24b连接到其出气口。敷料器27中的废气从炉主体20经由管24a、24b排出，并且废气的热通过废气热交换器23共同回收。

一个或多个漏斗形式的原材料供给部21设置在炉主体20的头部中，并且竖直延伸的原材料供给管22设置在炉主体20中的头部25的上部空间中。原材料供给管22具有下部，该下部插入炉头部25中并与敷料器27连通，而原材料供给管22的上部与原材料供给部21相连。螺旋式粉末传送构件设置在原材料供给管22内部，从而粉末原材料从原材料供给部21向下传送通过原材料供给管22，从原材料供给管22的下端落入敷料器27中。

下面对具有上述构造的第二实施例的操作进行描述。如同第一实施例的情形那样，原材料从原材料供给管22引入敷料器27中并在敷料器27中利用自波导32经由硅石窗口31而来的微波辐射。当此发生时，粉末原材料保持在炉底部26上，并且微波通过由接地传导物质构成的内衬28在敷料器27的内部反射并通过炉底部26上的粉末原材料吸收。因此，粉末原材料被加热并且熔化，产生精炼反应并产生熔融生铁和原材料的混合物40。微波通过炉头部25的下表面上的内衬28反射并撞击在炉底部26上的原材料和熔融生铁的混合物40上。微波被吸收，并且原材料和熔融生铁的混合物40被加热。此外，原材料粉末从原材料供给管22连续供给到敷料器27，微波被该原材料粉末吸收，并出现加热。从波导管32引入的微波通过升高部29外缘上的倾斜面上的内衬28反射并随后通过内衬28反复反射且被炉底部26上的原材料粉末和熔融生铁吸收。另一方面，已在熔融生铁和原材料的混合物40处朝着敷料器27的外围部反射的微波被升高部29阻挡，防止它们经由窗口31返回到波导管32。因此，能够避免对与波导管32相连的微波发生装置的故障的顾虑。

在此实施例中，微波通过由接地传导物质制成的内衬28在敷料器27中反复反射，该敷料器27是炉头部25与炉底部26之间的空间，并且微波因而被困在敷料器27中。因此，供给到敷料器27中的原材料粉末得以有效地利用微波进行辐射，并且原材料粉末吸收微波并被加热。微波以非常小的泄漏困在敷料器27中，并且微波能够有效地用于加热原材料粉末。因此，原材料粉末得以有效加热，并且能够产生精炼反应。

工业实用性

本发明通过使用微波加热影响铁矿石的还原来提供生铁，而不是使用常规的高炉铁生产方法。本发明因而大大地有助于提高能量效率并减小铁生产过程中的设备尺寸。根据本发明，还能够通过“都市采矿”从电子装置废弃物等中回收贵金属和稀有金属。

附图标记的描述

1,20:竖直炉主体

2,21:原材料供给端口

3:炉底部

4:微波辐射室

5:微波引入窗口

5a:孔

6:微波引入室

6a,6b:反射镜

7:炉底构件

8:支撑部

9:取出开口

10:原材料

11:气体引入构件

12:废气排出构件

22:原材料供给管

25:炉头部

26:炉底部

27:敷料器

28:内衬（传导物质）

29:升高部

30:排出管

32:微波波导管

Claims (12)

1.一种竖直微波熔炉，包括：

竖直炉主体，其在上部中具有原材料供给端口；

炉底构件，其设置在所述竖直炉主体的炉底上；

微波辐射室，其在所述竖直炉主体的下侧部中与所述竖直炉主体连通，所述微波辐射室设置为从所述下侧部侧向加宽，并且所述微波辐射室的内壁的至少一部分由反射微波的材料制成；熔炼产物取出开口，其设置在所述微波辐射室的下部中；

微波引入窗口，其由接纳微波的材料形成以便将微波引入所述微波辐射室中；以及

微波辐射装置，用于利用微波经由所述微波引入窗口来辐射所述微波辐射室的内部。

2.一种竖直微波熔炉，包括：

竖直炉主体，其在上部中具有一个或多个原材料供给端口；

炉头部，其由耐火材料制成，所述炉头部设置在所述炉主体中并将所述炉主体的内部隔成上部和下部；

炉底部，其由耐火材料制成，所述炉底部设置在所述竖直炉主体的炉底中，作为反应空间的敷料器形成在所述炉底部与所述炉头部之间；

内衬，用于反射微波，所述内衬设置在所述炉底部和所述炉头部的面对所述敷料器的表面上，所述内衬接地，并且所述内衬由传导物质制成；

熔炼产物取出开口，其设置在所述炉底部上；

微波引入窗口，其由接纳微波的材料形成以便将微波引入所述微波辐射室中；以及

微波辐射装置，用于利用微波经由所述微波引入窗口辐射所述微波辐射室的内部。

3.根据权利要求1或2所述的竖直微波熔炉，其中所述原材料包括铁矿石和碳源，而所述熔炼产物是熔融生铁。

4.根据权利要求1或2所述的竖直微波熔炉，其中所述原材料是铁矿石和焦炭的混合粉末，并且所述微波辐射装置以0.915到140 GHz的范围中的一个或多个频率辐射微波。

5.根据权利要求4所述的竖直微波熔炉，其中所述微波辐射装置控制微波的波阵面和相位以电力改变束的方向。

6.根据权利要求1所述的竖直微波熔炉，其中所述炉底构件从所述炉底下面插入炉中；

上表面构成在中心处向上突出的凸面并且被支撑为允许竖直移动；并且

调节所述炉底构件的竖直位置来调节所述竖直炉主体的下侧壁与所述炉底构件之间的孔面积，并调节所述原材料向所述微波辐射室中供应的速度。

7.根据权利要求6所述的竖直微波熔炉，其中所述炉底构件由碳作为主要成分的材料制成，其中所述炉底构件与熔融生铁反应并被消耗。

8.根据权利要求1或2所述的竖直微波熔炉，其中所述竖直炉主体在由钢材形成的钢壳体的内部内衬有石墨、氧化铝或硅石。

9.根据权利要求1所述的竖直微波熔炉，其中所述微波辐射室的内壁的至少一部分内衬有反射微波的铜或铜合金、不锈钢、镀金不锈钢或石墨。

10.根据权利要求1所述的竖直微波熔炉，其中所述炉底构件设置为在所述熔炉的启动期间镀有熔融生铁。

11.根据权利要求1或2所述的竖直微波熔炉，其中所述原材料是来自电子装置的废弃物，并且所述熔炼产物是贵金属或稀有金属。

12.根据权利要求2所述的竖直微波熔炉，其中所述内衬是石墨片、板或块。

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