CN113260716A - 用于保护竖炉内壁的方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于保护竖炉内壁(12)的方法，所述方法包括以下步骤：提供穿过所述竖炉的所述内壁(12)的至少一个注入装置(28)，所述注入装置(28)构造成将保护材料注入所述竖炉中；以及根据需要通过注入装置(28)将保护材料注入竖炉中，使得保护材料堆积以在竖炉的内部和炉壁(12)之间形成保护壁。

Description

用于保护竖炉内壁的方法
技术领域
本发明涉及一种用于操作竖炉(例如高炉)的方法。本发明尤其涉及一种用于保护竖炉内壁的方法。
背景技术
竖炉内壁通常覆盖有冷却壁(cooling stave)的衬里，以消散在炉操作期间施加的极端温度所产生的热量，并防止炉壁受到极端热量的损坏。
冷却壁通常是由铜或钢或合金制成的导热板，其配备有冷却回路并具有待附接到炉壁的连接装置。冷却回路可以是在冷却壁内部延伸的中空路径，并具有任何期望的设计。回路被供给循环冷却流体，例如水，然后水从冷却壁中被抽出，将热量从炉壁带走。
在竖炉操作期间，炉壁的一些区域比其它区域经受更多的侵蚀、损坏和/或高热负荷。在现代的高负荷竖炉中，已经发现两次连续修理之间的时间周期在很大程度上由炉的衬里磨损特性决定，炉衬的磨损特性又取决于许多因素，例如对高温、化学侵蚀和机械磨损的耐久性，以及冷却炉的模式。
过多的热量会削弱冷却壁，使其变形并最终导致不可逆的损坏。为了减轻这些影响，可以修改高炉工艺和炉料装料分布。炉料料流的磨蚀作用可能引起的冷却壁的过度腐蚀可能除去冷却回路周围的金属，该金属最终暴露，从而使冷却剂流体泄漏到炉中。停止泄漏的常见补救措施是停止冷却通道中的流体供应，直到下一次编程的维护操作。
在上述情况下，必须暂时改变炉操作并降低其性能以防止进一步的损坏。另外，上述解决方案没有提供任何装置来防止炉操作对冷却壁的负面影响。
为了减缓冷却壁上的磨损，冷却壁通常由包括耐火砖的另一衬里保护。耐火砖设计成提供理想的导热性和耐磨性。它们不包括冷却回路，并且在暴露冷却壁之前缓慢腐蚀。
在本领域中存在已知的解决方案以便改善高炉中的耐火砖衬的抗侵蚀性。例如，US3953007A公开了一种竖炉，其具有设置有液体冷却板的耐火材料衬里的壁。冷却板通过具有第一导热系数的第一层耐火砖而与炉内部隔开。第一层进一步部分地覆盖有具有第二导热系数的第二层耐火砖。
具有不同导热系数的砖层的组合改善了更容易经受高温的区域中的热分布。经受更强的磨损效应的其它区域被具有更高耐磨性的砖覆盖。
已知的解决方案仅提供临时保护，而不提供维护铜冷却壁的可能性。保护炉内冷却壁衬里的解决方案受到所用材料的耐热性或耐侵蚀性的限制，并且在维护操作期间涉及生产损失。
发明目的
因此，需要提供一种改进的方法，用于保护竖炉的炉壁，尤其是用于保护竖炉内的冷却壁衬里，而没有上述缺点。
发明的一般描述
本发明提出了一种用于保护竖炉内壁的方法，其中，所述炉壁包括冷却壁的衬里，所述冷却壁具有面向炉内部的热面，所述热面包括具有肋和槽的轮廓，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个穿过竖炉内壁并穿过冷却壁的注入装置，该装置构造成将保护材料注入竖炉中以抵靠冷却壁；以及
根据需要，通过所述至少一个注入装置将所述保护材料注入到所述竖炉中，使得所述保护材料堆积以在所述竖炉的内部与衬在所述炉壁的冷却壁之间形成保护壁。
根据本发明的方法提供了一种根据需要在炉内壁和在竖炉中流动的炉料之间形成或改变保护材料的炉结层(accretion layer)的方式。因此，炉料材料的侵蚀作用仅影响形成保护壁的可再生炉结层。当保护壁被损坏时，可以通过注入新的保护材料层来完全或部分地重建新的壁。重要的是，该维护操作可以在正常的炉操作期间执行，即，不停止、改变或干扰竖炉内的生产过程。因此，注入的材料保护炉壁的冷却元件免受由于热负荷引起的侵蚀和变形，延长了它们的使用时间。
应当注意，虽然注入装置可以设置在冷却元件之间或旁边，但是通过将保护材料直接注入冷却元件内，将获得保护材料的更好的集成。
优选地，冷却壁的热面包括具有肋和凹槽的轮廓，并且其中，提供穿过冷却壁的注入装置的步骤包括使注入装置穿过冷却壁的热面的轮廓的肋或凹槽的步骤。
在根据本发明的方法的实施方式中，冷却壁可包括至少一个保护凸缘(ledge)，其中提供穿过冷却壁的注入装置的步骤包括提供正好在保护凸缘上方的注入装置的步骤。注入其中的保护材料可以由保护凸缘保持。在实施方式中，该方法包括将注入装置设置在保护凸缘正下方的步骤。在壁架下方，注入装置被遮挡而不受炉料料流的影响，从而降低了堵塞装置的风险。
有利地，注入保护材料的步骤包括通过重力用保护材料覆盖炉壁的步骤。然后，保护壁可以作为与炉料相同方向的料流提供。
在优选的实施方案中，注入保护材料的步骤包括在炉操作期间注入保护材料的步骤。可以调节保护材料层以基本上保持一定的最小厚度。提供注入以实时补偿炉结层的侵蚀。注入也可根据竖炉的当前工艺参数来修改。
优选地，注入保护材料的步骤包括以相对于竖炉内壁的预定角度注入保护材料的步骤。喷射角可以取决于竖炉内壁在喷射装置的位置处的实际倾斜度，以改善保护材料沿内壁的分布。
保护材料可以包括固体材料、流体材料或固体和流体材料的组合。当炉料反应并向下流动到炉膛(hearth)时，可以通过调整其组成并因此使其性能适应与其接触的材料来提高炉结层的效率。任何合适类型的保护材料都可以用于改变炉结层的性能。
在实施方案中，保护材料包括粒状、冲压或大颗粒。注入装置可进一步适于其将注入到熔炉中的材料的类型。
保护材料可以包括例如圆形的粒状材料，以便在炉料材料和炉壁之间提供缓冲滚动层。当提供构造成与炉料材料一起沿炉壁或冷却壁流下的炉结层时，炉结层吸收来自炉料材料的磨损效应，但其抵靠炉壁的流动可能是造成壁腐蚀的原因。圆形的颗粒材料可以限制由保护材料本身引起的炉壁的磨损。
在本发明的优选实施方案中，保护材料包括矿渣、煤、矿石、烧结物、耐火材料、轧屑或球团。这些材料通常也包含在装入竖炉中的炉料中。因此，从炉结层移除的保护材料可与炉料混合，而不会对竖炉内部的反应产生过多影响。
在实施方案中，保护材料是注入流体中的保护粉末材料。为了使用可包含在炉料中的元素，保护粉末可包含作为流体的从较低水平回收的N2或高炉清洁气体。
特别地，如果保护材料是固体形式，则可以借助于机械注入装置将其注入竖炉中。这种机械注入装置可以例如包括用于将保护材料推入竖炉中的活塞。
附图说明
从以下参照附图对非限制性实施方式的详细描述中，本发明的进一步细节和优点将变得显而易见，其中：
图1是包括根据本发明的一个优选实施方式提供的喷射装置的高炉的一部分的示意性剖视图；
图2至图5是根据本发明的实施方式提供的注入装置的不同构造的截面图。
具体实施方式
将描述在竖炉(通常为高炉)的情况下应用的该方法的优选实施方式。这种竖炉部分地示于图1中，包括具有炉床部分10的下部，铁和炉渣收集在炉膛部分中，以及具有内壁12的壳体，该壳体形成从炉床部分10向上延伸的大致圆柱形筒，为了更好地理解，附图标记14表示炉内部容积的一部分，在操作时，炉料(未示出)被装入该炉内部容积中。
如图1所示，内壁12包括不同直径的部分。竖炉从炉床部分10到顶部包括风口围圈16、炉腹部分18、炉腹部分20和烟囱部分22，在烟囱部分22上方，竖炉还包括炉喉和用于将物料装入竖炉中的装料装置(未示出)。
内壁12被热保护元件的衬里覆盖，例如冷却壁24，冷却壁24进一步被风口周围16和内壁12的凸腹部分18中的耐火材料衬里26覆盖，在其它实施方式中，内壁可以被不同的衬里覆盖，或者被具有热折射材料和/或冷却元件的多于一个的衬里覆盖。
冷却壁24通常成排地布置，相邻的冷却壁从风口环境16到烟道部分22的顶部彼此叠置，冷却壁24可具有不同的形状和材料，并包括用于在其中循环冷却流体的冷却回路(未示出)。
根据本发明的一个优选实施方式的用于保护竖炉内壁12的方法包括提供穿过竖炉内壁12的多个喷射装置28的一个步骤。注入装置28被配置成将保护材料30注入到竖炉中。喷射装置28最好设置在竖炉的圆周上，并成排分布，以覆盖内壁12的所有部分，喷射装置28的数量和位置可根据内壁12的形状和尺寸以及所使用的喷射装置28的类型而变化。
注入装置28可包括任何适当的装置，并且可根据将注入到竖炉中的保护材料的类型来设计。图1中示意性地示出了喷射装置28，其包括直的喷射喷管32和供应设备34，喷射喷管32包括在炉内部14中的开口端36，并在供应设备34和竖炉的内部14之间形成通道。供应设备34被配置成将保护材料从储存装置(未示出)通过注入喷枪32引导到竖炉的内部14中。
喷射装置28设置在竖炉的外部，并通过内壁12供给，喷射装置28的连接可通过任何合适的方式实现，例如通过焊接。
如图1所示，喷枪32的开口端36可以根据它们在内壁12中的位置而设置在不同的方位，该方位与内壁12的局部倾斜相适应，在炉膛的炉腹部分18中的内壁12朝竖炉的外部倾斜，因此，穿过炉腹内壁的喷枪32优选地基本上是水平的。在腹部20，内壁12基本上是垂直的，喷枪32的开口端36相对于水平方向成一定角度，指向下方进入炉内14，在烟道部分22，内壁12向竖炉内部倾斜，使竖炉宽度变窄直到炉喉。在内壁12的后部，喷射枪32大致垂直。
图2至图5示出了不同的实施方式，其中，注入喷枪32的开口端36相对于一个冷却壁24设置在不同的位置。
在图2至图5中，冷却壁24具有面向炉内部的热面40和面向高炉内壁12的冷面38。立式冷却板24的热面40包括具有肋42和槽44的轮廓，立式冷却板24的冷面38通过任何合适的装置(未示出)连接到内壁12。这里，在冷面38和内壁12之间设有间隙46，间隙46可以用耐火材料填充。间隙46包括位于冷却壁24和内壁12之间的间隔物48，其被配置成将冷却壁24保持在距内壁12预定距离处。优选地，在间隔件48中设置用于喷枪32的通道，以保护喷枪32不受耐火材料的影响。在这些实施方式中，该设备还包括用于在内壁12的外侧上引导注入枪32的引导管50。
在图2至图5的四个实施方式中，喷射装置28设有基本垂直于冷却壁24的喷射喷管32.本领域技术人员将理解，喷射喷管32的定向可以不同，而不改变喷射喷管32的开口端36的位置。
在图2所示的实施方式中，注入喷枪32穿过冷却壁24并通向冷却壁轮廓的凹槽44。
在图3的实施方式中，注入喷枪32穿过冷却壁24并通向冷却壁轮廓的肋42。
在图4和图5的实施方式中，冷却壁24还包括从其热面40突出的凸缘52，凸缘52通常被设置成干扰炉料沿冷却壁24的流动，凸缘52还被设置成将炉料保持在其顶部并允许形成保护冷却壁24不被磨损的局部材料层。
在图4的实施方式中，注入喷枪32穿过冷却壁24并在凸缘52上方的位置处通向冷却壁24的热面40。
另一方面，在图5的实施方式中，注入喷枪32穿过冷却壁24并在凸缘52下方的位置处通向冷却壁24的热面40。
在操作中，注入装置28用于将保护材料注入到竖炉中。这种注入可以根据需要以这样的方式进行，即保护材料堆积以在炉子内部和炉壁之间形成保护壁。
这里，保护材料30包括由流体载体承载的固体材料。固体材料可以例如包括炉渣、煤、矿石烧结物、耐火材料、磨屑或球团，以对竖炉内部的反应具有有限的影响。出于相同的原因，流体载体可例如包括高炉清洁气体或N2。
一旦注入，保护材料30仅通过重力沿冷却壁24的热面40流下，并覆盖内壁12的表面，从而在冷却壁24的热面40上形成炉结层54。如图1所示，在风口周围16和炉腹部分18中，在耐火材料26的衬里上形成炉结层54，以保护或进一步保护冷却壁24。
当炉料被装入竖炉中时，炉料与炉结层54接触，抑制了对冷却壁24的磨损效应，为了将保护材料30流过冷却壁24所引起的潜在磨损效应减到最小，保护材料30可包括例如圆形的粒状材料。
在冷却壁暴露于炉料之前，根据需要进一步注入保护材料30。在炉操作期间，炉料材料连续向下流到竖炉的炉膛。炉料的流动携带着保护层的颗粒，减少了炉结层54的厚度，因此可以以一定的流速注入保护材料30，以保持炉料和冷却壁24之间的保护层的预定最小厚度，如果在竖炉的特定区域检测到炉结层54的更快速变薄，则可以调节保护材料30的注入，以增加通过选定注入装置的保护材料的量，以补偿这种局部变薄。
保护材料30可以根据在注入喷管32的开口端36处炉料的压力在预定压力下通过N2气体注入，如果保护材料30是粒状形式，这是特别有利的。然而，如果保护材料30是较大的固体形式，例如炉渣、煤、矿石、烧结物、耐火材料、轧屑或球团，则机械地注入保护材料30可能更有利。为此，注入装置可以例如包括用于将保护材料推入竖炉中的活塞。
在实施方式中，保护材料30可包括连续注入到炉中的材料的固体块，或者可连续注入不同的保护材料。例如，该方法可以包括注入流体材料层的第一步骤；然后将固体材料注入流体材料层中。
附图标记说明
10炉膛部分
12内壁
14炉内部
16风口周围环境
18玻色部
20腹部
22堆叠部分
24冷却壁
26耐火材料
28注入装置
30保护材料
32喷枪
34供给装置
36开口端
38冷面
40热面
42肋
44槽
46间隙
48垫片
50导管
52凸缘
54炉结层

Claims (13)

1.一种用于保护竖炉内壁的方法，其中，所述炉壁包括冷却壁的衬里，所述方法包括以下步骤：
提供至少一个注入装置，所述注入装置穿过所述竖炉内壁并穿过冷却壁，所述注入装置构造成将保护材料注入所述竖炉中以抵靠所述冷却壁；以及
通过所述至少一个注入装置将所述保护材料根据需要注入到所述竖炉中，使得所述保护材料堆积，以在所述竖炉的内部与衬在所述炉壁的所述冷却壁之间形成保护壁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述冷却壁的热面包括具有肋和凹槽的轮廓，其中，提供穿过所述冷却壁的所述注入装置的步骤包括使所述注入装置穿过所述冷却壁的所述热面的所述轮廓的肋或凹槽的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述冷却壁包括至少一个保护凸缘，其中，提供穿过所述冷却壁的所述注入装置的步骤包括在所述保护凸缘上方、穿过所述保护凸缘或在所述保护凸缘下方提供所述注入装置的步骤。
4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，注入保护材料的步骤包括通过重力使保护材料覆盖所述炉壁的步骤。
5.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，注入保护材料的步骤包括在炉操作期间注入保护材料的步骤。
6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，注入保护材料的步骤包括以相对于所述竖炉的所述内壁以预定角度注入保护材料的步骤。
7.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述保护材料包括固体材料、流体材料或固体和流体材料的组合。
8.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述保护材料包括粒状的、冲压的或大颗粒的。
9.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，所述保护材料包括圆形的颗粒材料。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述保护材料包括炉渣、煤、矿石、烧结物、耐火材料、轧屑或球团。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述保护材料被机械地注入到所述竖炉中。
12.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其中，所述保护材料为注入流体中的保护粉末材料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述保护粉末包括N2或作为流体从较低水平回收的高炉清洁气体。
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