CN113330266B - 用于容纳直接还原铁的容器 - Google Patents

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Abstract

一种用于容纳直接还原铁(DRI)的容器(10)，比如一反应器，用于DRI的制造，一箱体或一料斗或其它容器，用于储存DRI或将DRI给料至熔融炉或压块机。所述容器包括：至少一上部区域(11)，由一第一横向壁(13)界定，所述第一横向壁(13)具有一本质圆柱管形状；及一排放区域(12)，位于所述上部区域(11)下方，且由一第二横向壁(16)界定，所述第二横向壁(12)具有朝向一下部排放孔洞(15)汇聚的一本质截头锥体形状。所述第二横向壁(16)具有一内表面，所述内表面至少部分地由一内衬(22)衬覆。

Description

用于容纳直接还原铁的容器
技术领域
本发明涉及一种容器，一般地是由钢铁制成，所述容器在铁及钢铁制造厂房中适于被用以容纳直接还原铁(direct reduced iron,DRI)。
所述容器可以亦是一反应器，用于DRI的制造、是一箱体或料斗，用于暂时储存，或是一容器，用于移动所述DRI。
特定地，本发明涉及在所述容器内的一内衬的存在，所述内衬适于减少所述容器的横向壁的至少一部分的摩擦系数并增加所述容器的所述横向壁的所述至少一部分的隔热。
背景技术
制造DRI的程序是已知的。在所述程序中，铁矿的砾岩(conglomerates)在反应器中被处理，以被转化为具有高金属矿化度(degree of metallization)的铁。通过直接还原获得的铁构成对用于高质量钢铁制造的电弧熔炉而言的，一理想的装填材料(chargematerial)，因为所述通过直接还原获得的铁含很少的杂质且包含非常少的氧。
所述铁可以在自所述反应器离开时直接被用于所述熔炉中，及也可以在由一已知类型的压块机压缩为压块(briquettes)后被用于所述熔炉中。
已知DRI自所述反应器至所述熔融炉，或至所述压块机的转移，可以提供所述热DRI在容器(containers)、料斗、箱体或其它容器(vessels)中的暂时储存、移动或处理。
同样已知的是，DRI通常是通过相对于铁矿的颗粒的一移动基床(mobile bed)以相反的流向循环还原性气体而制造。所述移动基床由于所述反应器内的重力而垂直流动。
所述还原性气体通常具有在摄氏700度及摄氏1100度之间的一温度，且发生的化学还原反应允许自所述铁矿移除氧。所述化学反应在所述反应器的一上部发生，所述上部称为还原区域，具有本质圆柱状的形状。
在所述还原区域下方，已知的反应器通常具有朝向内部汇聚的一截头锥体部分，也称为排放区域。所述排放区域的功能是将被还原的矿物向一下部出口孔洞(lower exitaperture)输送。进一步地，每个反应器的所述排放区域是配置以允许DRI的每个粒子花费对于所有粒子而言皆相等的一特定时间抵达所述反应器的所述下部出口，而使所有粒子皆处于相同温度。
与所述反应器的数个壁接触的所述DRI与所述数个壁交换热并冷却下来，特别是对应于所述排放区域。
然而，所述DRI的一过度冷却，不允许获得良好质量的压块，因为如技术人员所知的，存在有一温度，所述温度构成供压块机正确发挥功能的当前温度下限。
进一步地，自所述反应器离开的所述DRI处于最高的可能温度是重要的，因为如所知地，被装填入所述电熔炉中的所述DRI的温度越低，融化所述DRI所需的能量越多，作为结果，有着能量平衡与经济两方面的不利之处。
亦重要的是，在所述DRI离开所述反应器直到使用的时间点的处理过程中保持所述DRI的最高可能温度，从而最小化在所述反应器的排放箱体中及在给料箱体中的热损失，所述给料箱体容纳预计给料入熔融炉或压块机的热DRI。
为了保持自举例而言，一反应器离开的所述DRI的温度尽可能高，反应器已知具有至少部分地由耐火材料衬覆的所述排放区域。所述耐火材料与用于所述还原区域的耐火材料相同。
特别地，反应器已知仅在所述排放区域的最低部分，亦即，最接近所述反应器的下部出口的一个部分，具有一层耐火材料，并且反应器具有一层耐火材料，仅配置在所述排放区域的所述上部，亦即，最接近所述还原区域的一个部分。然而，这些已知的解决方案具有难以制造的缺点，特别是在现存的反应器上的插入物(interventions)的案例中。进一步地，在这些插入物中一般地被使用的所述耐火材料与在所述反应器的所述排放区域中由上往下流动的所述DRI产生一可观的摩擦力，所述摩擦力大于由所述DRI直接与所述反应器一般由金属制成的所述横向壁接触所会产生的力。所述较大的摩擦力大幅地减缓外围DRI，亦即，与衬覆所述反应器的所述壁的内表面的所述耐火材料接触的DRI的下降，结果损害了制造程序的效率。
此外，已知专利文件US5,766,542号揭示了一种用于DRI制造的反应器，所述反应器具有由至少由二氧化硅(SiO2)构成的陶瓷材料制成的，下部卸载区域的一内衬。所述内衬修改所述卸载区域的内表面的摩擦系数，以便促进所述DRI的卸载。然而，此内衬并不允许显着地减少所述卸载区域的所述内表面的所述摩擦系数，以便有效地增进所述卸载区域的表现。
同样已知的是，所述排放区域的较少的一锥削度(conicity)，亦即，所述截头锥体壁相对于垂直方向的倾角的一减少，将确实允许抗衡由于较大摩擦力造成的减缓效果，但这将意味着所述反应器的高度的一增加(所述反应器的高度本身已经相当可观，在至少十公尺的范围内)，造成管理变得极度庞大的一厂房的随之而来的问题。进一步地，将会由所述反应器的增高造成的，在所述反应器内的所述DRI的旅程的延展，也将造成所述DRI在所述反应器内停留一更长的时间，有更大的DRI冷却的可能性。
类似的问题也适用于储存或给料箱体，适用于为所述熔融炉或压块机给料的所述料斗，或适用于热DRI的移动或处理箱体，由于该些箱体的可观尺寸，可能造成所述DRI的一过度冷却。
亦周知的是，为了防止DRI的静态集块(static agglomerates)在反应器中形成，反应器具有机械设备以移动所述DRI。然而，通常是经冷却的所述机械设备，具有冷却所述机械设备接触的所述DRI的缺点，且因此在实际上阻碍所述排放区域的一可能的隔热。
进一步地，所述机械设备，由于其尺寸及必须支持的运作条件，增加所述厂房的复杂度。具有机械设备的反应器的另一缺点是，部分位于所述反应器外部的所述机械设备，需要对应于数个孔洞的，防止处理气体泄漏的密封部件。所述机械设备通过所述数个孔洞被插入所述反应器中。
本发明的一个目的是获得用于DRI的一容器，举例而言，用于制造DRI的一反应器，或用于热DRI的储存、移动及/或处理的一箱体或类似的容器。所述容器具有能够限制所述容器内的热DRI与外部的热交换，同时允许尽可能促进，或尽可能少地阻碍所述DRI沿着所述排放区域的壁的滑动的，容器壁的一内衬，以便在自所述容器离开时，获得相较于以一已知类型的容器可获得的，更热的DRI。
本发明的目的也在于，获得用于DRI的一容器，所述容器在所述容器的排放区域的至少一部分中具有一绝缘内衬，以允许所述容器中的所述DRI的一正确的且最佳的流动，而不需要使用机械设备以促进或改善所述DRI的滑动。
本发明的一进一步的目的是，获得用于DRI的一容器，举例而言，一反应器、一箱体、一料斗或其它容器，用于热DRI的储存及移动或处理。所述容器在所述排放区域的壁的至少一部分具有一内衬，以便在给定与已知类型的一容器相同的生产能力下，允许减少对所述壁的摩擦角(friction angle)，及因此增加所述排放区域相对于所述壁的锥削度，因此允许减少所述排放区域的高度，及作为结果，减少所述容器整体的高度。
本发明的另一目的是获得用于DRI的一容器，所述容器在所述排放区域的所述壁的至少一部分具有一内衬，以允许所述壁保持自身低于必须使用强制冷却系统(forcedcooling system)的温度。
申请人已设计、测试及实施本发明以克服当前技术的短处，并获得这些及其它目的与优势。
发明内容
本发明在独立权利要求中被提出并描述特性，而从属权利要求描述本发明的其它特征或对主要发明概念的变化。
根据上述的目的，一种用于DRI的制造、储存、移动或处理的容器根据本发明被实现，所述容器包括：至少一上部区域，由一第一横向壁界定，所述第一横向壁具有一本质圆柱管形状；及一排放区域，位于所述上部区域下方。所述排放区域由一第二横向壁界定，所述第二横向壁具有朝向下方的一排放孔洞汇聚的一本质截头锥体形状。
所述第二横向壁具有一内表面，所述内表面至少部分地由一内衬衬覆，所述内衬包括：一合成陶瓷材料的至少一第一层体，所述合成陶瓷材料包括下述的一混合物：刚玉(Al2O3)形式的氧化铝、氧化锆(锆氧：ZrO2)及二氧化硅(SiO2)。
有利地，所述内衬具有一表面，所述表面具有在莫氏量尺上大于或等于8.5的一表面硬度，以减少所述第二横向壁的磨擦系数并增加所述DRI滑向所述排放孔洞的能力。特别是，所述内衬的所述陶瓷层的所述表面硬度高于此数值的事实，允许减少所述DRI与所述排放区域的所述横向壁之间的磨擦系数，包括相对于构成所述横向壁的结构钢的磨擦系数，及相对于一已知类型的耐火材料的一内衬的磨擦系数。
确实，使用所述硬陶瓷材料允许获得移动的DRI的一低表面附着力，且即使在高温度也具有良好的表面稳定性。以此方式，所述外围DRI更快速地流过所述排放区域，且DRI粒子的静态集块的形成被预防，所述DRI粒子因此以高于摄氏700度的一温度，亦即，远高于在一已知类型的反应器中可获得的温度，抵达所述排放孔洞。
有利地，所述内衬的表面也是光滑的，亦即，所述表面具有非常低的粗糙度，在数微米的范围内。
根据本发明的所述陶瓷材料的这些表面特征，也具有下述优势：赋予所述陶瓷材料一摩擦角，所述摩擦角显着低于结构钢及一已知类型的耐火材料的摩擦角，这允许增加所述排放区域的所述横向壁的倾角，而不牺牲所述排放区域中的DRI的正确流动。以此方式，所述排放区域的最终高度，及作为结果，整个容器的高度，可以被有利地减少，同时减少与厂房的管理及厂房的体积相关联的问题。
本发明也允许衬覆一既存容器，比如一反应器、一箱体或其它类似容器的排放区域，在所述既存容器中改善所述DRI的内部流动，并允许举例而言，在所述反应器中，不使用机械设备以辅助材料的流动，其结果有经济方面与厂房的简化方面的优点。
进一步地，所述第一层体的坚硬，平滑的陶瓷材料允许限制所述第一层体受到的磨损，及因此保持所述磨擦系数低下，结果在技术方面，于允许更长的工作周期上有优势，及在经济方面，于所述DRI的制造成本的减少上亦有优势。
有利地，所述内衬的所述第一层体的所述陶瓷材料包括：至少一用量的刚玉(Al2O3)，含量在40及60重量百分率之间。
进一步地，所述陶瓷材料亦包括：至少一用量的氧化锆(ZrO2)，含量在25及40重量百分率之间。
进一步地，所述陶瓷材料亦包括：至少一用量的二氧化硅(SiO2)，含量在10及20重量百分率之间。
亦在本发明的精神之内的是，所述内衬的所述第一层体是以模块化元件的形式制成，举例而言具有一平行管状块体(parallelepiped block)的形状，装设得邻近于彼此，并由一插入层分开，所述插入层由耐受摄氏700度以上的温度的一可弹性变形材料制成，比如举例而言一高密度耐火材料或一绝缘体。
根据本发明的一个进一步的特征，所述内衬也包括绝缘材料的一第二层体，插入在所述排放区域的所述第一层体及所述横向壁之间。
根据本发明的一进一步的特征提供：所述内衬也包括：绝缘材料的一第三层体，插入在所述排放区域的所述第二层体及所述横向壁之间。
以所述排放区域的所述内衬获得的所述隔热，保持所述DRI高温，所述DRI有利地以高于摄氏700度的一温度抵达所述排放孔洞，所述温度对于在所述电弧熔炉中融化的后续作业或压块制作而言是最适的。
进一步地，所述排放区域的所述横向壁是相对于内部绝缘的，及因此，所述横向壁的温度保持在需要一强制冷却的极限(约摄氏100度)以下。由此获得的优势是，既然不需要用于所述横向壁的一冷却系统，根据本发明的所述容器是简化的且较不昂贵。
附图说明
本发明的这些特征及其它特征将由实施例的一优选形态的下文的描述而成为明显的。实施例的所述优选形态参考附随的附图，作为一非限制性的示例而被给出。
在附图中：
图1是根据本发明被制造，且被用作供直接还原铁的制造的一反应器的一容器的一截面图；
图2是图1中的细节A的一放大图；
图3是一图表，与温度相关连地比较不同材料的摩擦角。
具体实施方式
参考图1，根据本发明的一容器，在此处展示的实施例中是用于直接还原铁(DRI)的制造的一反应器10，具有相对于一垂直的轴X为本质轴对称的一形状。
在所述反应器10的上部，所述反应器10包括一上部区域，称为还原区域11，在所述还原区域11中，处于在摄氏700度及摄氏1100度之间的温度的中还原气体，相对于由于重力而从上往下掉落的，由颗粒状的铁矿组成的装填材料M以相反的流向流动。
将所述装填材料M转化为DRI的还原反应，在由具有一本质圆柱管形状的一第一横向壁13界定的所述还原区域11中发生。
在所述还原区域11下方，所述反应器10包括一下部区域，称为排放区域12，与所述还原区域11连通，对应于所述还原区域11的下端14。所述排放区域12具有一截头锥体形状，所述截头锥体形状由一第二横向壁16界定，所述一第二横向壁16朝向所述轴X汇聚并相对于所述轴X倾斜一角度，在此案例中，所述角度等于约12度。
所述排放区域12的功能是将DRI的所述粒子朝向位于所述排放区域12的下端的一排放孔洞15输送。所述DRI从所述排放孔洞15自所述反应器10离开，且可以被直接向一电弧熔炉输送以被融化，或被输送至一压块机，以被塑形成压块，供后续储存或运输。
在所述反应器10的，被包括在所述还原区域11的所述下端14与所述排放区域12的所述下部区域17之间的部分中，所述第二横向壁16具有一内衬22。
在展示于图2的实施例的形态中，所述内衬22包括一第一层体23，装设得朝向所述排放区域12的内侧、一第二层体24，在所述第一层体23之下，及一第三层体25，插入在所述第二层体及所述第二横向壁16之间。
所述第一层体23是由一复合陶瓷材料制成，所述复合陶瓷材料包括下述的一混合物：刚玉(Al2O3)形式的氧化铝、氧化锆(锆氧；ZrO2)及二氧化硅(SiO2)。这些氧化物按比例被混合，以便赋予所述第一层体23大于或等于8.5莫氏硬度的一表面硬度。
在实施例的一优选形态中，所述第一层体23包括在48及53重量百分率之间的刚玉、在30及33重量百分率之间的氧化锆及在13及17重量百分率之间的二氧化硅。
以此方式，获得了一材料，所述材料具有所希望的硬度、在3000公斤/立方公尺与4000公斤/立方公尺之间的密度，及在3.5W/mK及5.0W/mK之间的传导率。
此材料可以举例而言，使用烧结制造技术获得的，可观的硬度及高表面精致度(surface finish)，允许所述第一层体23具有一低摩擦系数，以及一摩擦角，所述摩擦角显着少于通常用于衬覆所述第二横向壁16的耐火材料的摩擦角，并显着少于所述第二横向壁16通常由其制成的钢铁的摩擦角。
为给出一示例，图3显示对于上文提及的三种不同材料，壁摩擦角(WFA)随着温度(T)增加的发展的一图表，其中SR表示标准耐火材料、CS表示碳素结构钢(carbonstructural steel)，且CM表示制成所述内衬22的所述第一层体23的所述陶瓷材料。
应注意的是，沿着几乎整个被考虑的温度范围，所述陶瓷材料CM的摩擦角数值保持在相较于碳钢CS及标准耐火材料SR的角度的约50％及约60％之间，所述碳钢CS的角度与所述标准耐火材料SR的角度之间仅差异2度至3度。
所述陶瓷材料CM的所述摩擦角的数值与所述碳钢CS及所述标准耐火材料SR的所述摩擦角的数值之间的差异在摄氏600度及摄氏700度之间最高，在所述范围中，所述陶瓷材料CM的所述摩擦角的所述数值降到所述碳钢CS的所述摩擦角的所述数值的50％以下，及所述标准耐火材料SR的所述摩擦角的所述数值的45％以下。
由于所述第二横向壁16的所述摩擦角与所述第二横向壁16在所述排放区域12中可以具有的最大倾角成反比，所述内衬22的所述第一层体23允许达成显着更高的倾角。这由于所述第二横向壁16的一更大的倾角意味着所述反应器10的高度的一呈比例的减少而具有一正面效果。
特别是，以碳钢而言能使用的所述第二横向壁16的最大倾斜角度为12至13度，而以一标准耐火材料而言，所述最大倾斜角度降低至9度。以解决在多于13度的角度时出现的其它问题为条件，所述内衬22的所述第一层体23将允许达成甚至远高于13度的，所述第二横向壁16的一倾斜，而依然保持所述DRI的下降速度本质上不变，及因此不影响程序的效率。
所述第一层体23(图2)有利地是由数个模块化元件制成，举例而言，本质平行管状且表面平滑的砖瓦(tiles)或块体26。所述数个块体26被相邻地铺设且具有40毫米的一最小厚度，优选地在45毫米及50毫米之间。为了允许所述第一层体23在热负载之下变形而不造成龟裂，耐受所述程序的高温的一薄层的可变形材料27，举例而言，一高密度耐火材料或一绝缘体，可以被用以围绕所述数个块体26并将所述数个块体26自彼此分离。
在所述第一层体23下的所述第二层体24，具有45毫米的一最小厚度，有利地在50毫米及80毫米之间。
在此案例中，所述第二层体是由一硅铝绝缘材料(silico-aluminous insulatingmaterial)制成，具有在约2000公斤/立方公尺及约3000立方公尺之间的一密度，及在约1.4W/mK及约1.7W/mK之间的一传导率。所述第二层体24的主要功能是作为所述第一层体23与第三层体25之间的一结合物，但当必要时，所述第二层体24也可以被用作有助隔热的一填充物。
被插入在所述第二层体24及所述第二横向壁16之间的所述第三层体25，具有一主要功能，所述主要功能是协助所述排放区域12对外部的隔热。所述第三层体25在此处给出的示例中，是由硅基绝缘材料制成，但所述第三层体25也可以由其它绝缘材料制成，并与所希望的绝缘程度成比例地具有其它厚度。
特别是，也为了在所述第三层体25的厚度与绝缘能力之间取得适宜的折衷，所述第三层体25的传导性的数值有利地是在0.01W/mK及0.1W/mK之间。
所述DRI通过所述排放区域12的速度与由所述内衬22达成的绝缘，允许所述DRI保持大部分的热能，因此对应于所述出口孔洞15，保持高于摄氏700度的一温度。
明显的是，数个部分的修改及/或增添可以被施加到如在此之前所描述的，以示例的方式被识别为一反应器10的容器，而不脱离本发明的领域及范围。
确实，实施例的此形式仅以非限制性示例的方式被描述，且在上文的描述中做出的考虑应被理解为对适于容纳热DRI的其它类型的容器也是有效的。替代的类型的容器可以举例而言是储存箱或料斗，或其它用于将所述DRI自所述反应器移至使用装置比如熔融炉或压块机，以对所述熔融炉或压块机进料的容器。
事实上，在所有的这些容器中，如同在反应器10中，所述DRI的高温度及高可滑移性是有利的。
同样清楚的是，虽然本发明已参照一些特定实施例而被描述，本领域的技术人员必然能够达成设备的许多其它等同形式，具有如在权利要求中提出的特征，及因此皆进入由权利要求界定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种用于容纳直接还原铁的容器，其特征在于：包括：至少一上部区域(11)，由一第一横向壁(13)界定，所述第一横向壁(13)具有一本质圆柱管形状；及一排放区域(12)，位于所述上部区域(11)下方，且由一第二横向壁(16)界定，所述第二横向壁(16)具有朝向一下部排放孔洞(15)汇聚的一本质截头锥体形状，所述第二横向壁(16)具有一内表面，所述内表面至少部分地由一内衬(22)衬覆，所述容器的特征在于：所述内衬(22)包括：一合成陶瓷材料的至少一第一层体(23)，所述合成陶瓷材料包括下述的一混合物：刚玉形式的氧化铝、氧化锆及二氧化硅，所述内衬(22)具有一表面，所述表面具有在莫氏量尺上大于或等于8.5的一表面硬度，以减少所述第二横向壁(16)的磨擦系数并增加所述直接还原铁滑向所述排放孔洞(15)的能力，所述陶瓷材料包括：至少一用量的刚玉，含量在40及60重量百分率之间、所述陶瓷材料包括：至少一用量的氧化锆，含量在25及40重量百分率之间、并且所述陶瓷材料包括：至少一用量的二氧化硅，含量在10及20重量百分率之间。
2.如权利要求1所述的容器，其特征在于：所述第一层体(23)具有大于或等于40毫米的一厚度。
3.如权利要求1所述的容器，其特征在于：所述第一层体(23)包括：数个模块化元件(26)，装设得邻近于彼此，并由一插入层(27)分开，所述插入层(27)由一可弹性变形材料制成，且耐受摄氏700度以上的温度。
4.如权利要求3所述的容器，其特征在于：所述可弹性变形材料是一高密度耐火材料或一绝缘体。
5.如权利要求1所述的容器，其特征在于：所述内衬(22)也包括绝缘材料的至少一第二层体(24)，插入在所述排放区域(12)的所述第一层体(23)及所述第二横向壁(16)之间，以连接所述第一层体(23)及所述第二横向壁(16)，以协助所述第二横向壁(16)的隔热。
6.如权利要求5所述的容器，其特征在于：所述第二层体(24)具有大于或等于45毫米的一厚度。
7.如权利要求5所述的容器，其特征在于：所述内衬(22)也包括：绝缘材料的一第三层体(25)，插入在所述排放区域(12)的所述第二层体(24)及所述第二横向壁(16)之间，以协助所述排放区域(12)对外部的隔热。
8.如权利要求1所述的容器，其特征在于：所述上部区域(11)包括一反应器的一还原区域，用于直接还原铁的生产。
9.如权利要求1至8中任一项所述的容器的用途，其特征在于：所述用途是应用于储存直接还原铁及应用于将所述直接还原铁给料至一熔融炉。
10.如权利要求1至8中任一项所述的容器的用途，其特征在于：所述用途是应用于储存直接还原铁及应用于将所述直接还原铁给料至一压块机。
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