TW202227645A - 帶有熱處理氣體爐身給送的高爐及其噴吹器 - Google Patents
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Abstract
一種豎爐，特別是高爐，包括外金屬殼、佈置為將熱風噴吹到豎爐中的多個風口和用於在豎爐爐身區中噴吹處理氣體的設備。噴吹器包括噴嘴本體，其具有沿縱向軸線從前部分到相對的後部分延伸的周邊壁，前部分帶有至少一個噴吹孔，後部分連接到基部構件，其中噴嘴本體包括用於將處理氣體從基部構件中的入口端口引導到噴吹孔的內氣體通道。噴嘴本體通過在金屬殼中的孔口安裝，使得帶有噴吹孔的前區域位於金屬殼的內側上，而後部分在金屬殼的外側。基部構件包括周邊安裝部分，配置用於以氣密方式將噴吹器連接到包圍金屬殼中的孔口的安裝單元。
Description
本發明總體上涉及冶金領域，並且更具體地涉及豎爐(shaft furnace)，亦即高爐(blast furnace)的運行，其中將熱還原氣體給送到爐身(shaft)中，特別是在堆料區(stack area)中。
技術問題隨著《巴黎協定》和在需要就排放採取行動上近乎全球性的共識，重要的是每個工業部門都投入開發提高能源效率並且減少CO
2排放的方案。
在此背景下，煉鐵領域的參與者已經開發了新的方法以便減少高爐煉鐵方法的環境足跡。實際上，儘管存在替代方法，例如在電弧爐內熔化廢鋼或直接還原，但高爐（BF，blast furnace）今天仍然代表了最廣泛使用的鋼鐵生產製程。
在為減少高爐CO
2排放而開發的方法中，已經提出將熱還原氣體直接引入高爐的爐身中，該熱還原氣體典型地是合成氣(syngas)（主要由CO和H
2組成）。這也稱為“爐身給送（shaft feeding）”並且意味著通過爐外壁引入/供應熱還原氣體（合成氣），這樣的引入/供應是在熱風（風口(tuyere)）水平/高度之上，即在爐腹(bosh)之上，並且優選在軟熔區之上的氧化亞鐵氣體固體還原區內。
本發明的目的在於改進熱還原氣體進入到高爐爐身中的給送。
本發明的噴吹(injection)源於以下觀察：儘管在許多出版物或專利中記載了爐身給送的概念（即在高爐爐身中引入熱處理/還原氣體），但尚未在商用高爐上實施工業應用。在一些出版物中，描述了在高爐爐身中噴吹氣體的理論或實驗研究。總體上，CFD模擬或小規模模型的實驗測試用於研究不同參數對焦炭和燒結物/球塊的多孔層狀結構中氣體滲透和分佈的影響，因為該層狀結構存在於高爐的上部中。總體上，這些研究的結論是滲透深度相當有限並且氣體留在靠近高爐壁處。
本發明提出了如請求項1中所述的豎爐。
根據本發明，豎爐，特別是高爐，包括：
限定爐外壁的金屬殼，優選地提供有冷卻元件和/或耐火材料；
多個風口，該風口繞外壁佈置在風口水平處以便將熱風噴吹到豎爐中；
用於將處理氣體，特別是熱還原氣體，在風口水平上方的噴吹水平處噴吹到豎爐中的設備；
其中，用於噴吹處理氣體的設備包括至少一個噴吹器，該噴吹器包括：
噴嘴本體，該噴嘴本體具有沿縱向軸線從前部分到相對的後部分延伸的周邊壁，該前部分帶有至少一個噴吹孔，該後部分連接到基部構件，其中噴嘴本體包括用於將氣體從基部構件中的入口端口引導到噴吹孔的內氣體通道；
噴嘴本體通過金屬殼中的孔口安裝，以這樣的方式使得帶有噴吹孔的前區域位於所述金屬殼的內側上，而後部分在金屬殼的外側；並且
基部構件包括周邊安裝部分，該周邊安裝部分配置用於以氣密方式將所述噴吹器連接到包圍金屬殼中的孔口的安裝單元（該安裝單元基本上定位在殼外側上）。
本發明允許通過提供在爐內側突出的噴吹器而增加和調節所噴吹的處理氣體的滲透深度。處理氣體典型地是熱還原氣體，例如主要包含CO和H
2的合成氣。噴吹器優選地佈置為在高爐的爐身區中噴吹熱還原氣體。在實踐中，噴吹器因此在高爐外側經由適當的管路連接到熱還原氣體（例如合成氣（CO；H
2））源。
噴吹器提供有用於熱氣體出口的一個或若干噴吹孔（或噴嘴），其佈置在噴嘴本體的前部分中，例如側向地和/或在噴吹器的末端。在單個噴吹器上提供噴吹孔為氣體噴吹的定向提供了重要的靈活性。由於噴吹器裝置不限於單個噴吹點，因此可提高氣體分佈。
此外，噴吹器本身可定向為或者朝向爐的中心或者在切線方向上（朝向內部殼圓周）。切線方向上的定向有助於在高爐內產生渦流，這可提高氣體分佈以及與從風口水平上升的氣體混合。
噴吹器的數量、角度以及在每個噴吹器中噴吹孔的數量、尺寸、位置和角度的不同組合提供了巨大的靈活性，以使噴吹器的設計適合於給定製程條件或給定高爐（小/大型高爐）。
本發明的另一優點是通過噴吹器能夠容易地改裝到現有高爐上獲得的。通過在兩個相鄰冷卻元件的外冷卻通道之間取芯鑽孔(by core drilling in)，可以噴吹器可放置在兩個冷卻元件（板式冷卻器/冷卻壁冷卻器(stave cooler)—鑄鐵或銅或其他）之間的方式有利地選擇噴吹器的尺寸。替代地，噴吹器可放置在帶有適當冷卻通道的一個冷卻壁內。利用當今可用的快速冷卻壁更換技術，這種干預也可在高爐短時間停工時實現。
在實施例中，金屬殼中的孔口由密封安裝單元包圍，該安裝單元適於與基部構件的安裝部分配合。
在實施例中，基部構件構造成支撐噴吹器本體，即噴嘴本體在其後部分處固定到基部構件。安裝部分包圍噴嘴本體並以密封方式聯接到安裝單元。這允許將噴吹器氣密地安裝到金屬殼。適當的氣密安裝和噴吹器設計是特別期望的，因為預期應用中的處理氣體包含CO和H
2，當其洩漏到外界時其會自發燃燒，或者當其與空氣混合時可形成爆炸性環境。
安裝單元可包括套筒，該套筒包圍孔口並且以密封方式固定到金屬殼。套筒提供有第一環形法蘭，該第一環形法蘭與在基部構件的周邊安裝部分上的第二環形法蘭配合。
在實施例中，基部構件包括具有由側壁包圍的底壁的杯形外元件，外元件包括所述第二環形法蘭；和接收在外元件內側的內元件。內元件具有與所述外構件的第二環形密封表面配合的第一環形密封表面。
在實施例中，內元件是環形的並且限定沿所述縱向軸線延伸的中心通路，該中心通路形成用於處理氣體的入口端口。
在實施例中，內元件具有包括第一密封表面的外周邊表面；並且側壁具有包括第二密封表面的內周邊表面。第二密封表面可是朝向外元件的底壁漸縮的截頭圓錐表面；並且第一密封表面是配合的截頭圓錐表面。優選地，第一和第二環形表面具有匹配/相同的錐角。
內錐體和外錐體的使用提供了安全特徵，其允許內構件和外構件的氣密連接，其可輕鬆拆卸，即使探測裝置由於機械或熱變形或由於積聚或結瘤/卡掛(scaffolds)而卡在爐內側。不與爐內環境接觸的外構件可移除，並且與噴嘴本體一體的內部件可單獨移除到外側，或者如果噴吹器完全變形或具有粘附於其上的沉積物而不允許將其移到外側，則可以爐內側的力推動噴吹器。然後用備用部件更換帶有噴吹器噴嘴的內構件。因此，該設計提供了拆卸、維護和更換噴吹器的安全且可靠的方式。為此目的，噴嘴本體和內構件的外尺寸設計為小於金屬殼中的孔口的橫截面，使得可將其迫使到爐中。
容易拆卸的裝置對於在高爐維修停機期間對爐內側噴吹區的例行檢查來說也是有利的。噴吹器的移除為檢查和可能的清潔/移除噴吹器端口周圍的結瘤提供了方便的接近途徑。
在高爐中，噴吹器典型地佈置成其前部分接合在金屬殼中的孔口中，但也接合在冷卻元件和/或覆蓋金屬殼的內表面（或者有時外表面）的耐火材料中的孔口中。本發明的噴嘴與各種冷卻技術兼容，例如冷卻板/冷卻壁或冷卻箱和噴灑。總體上，噴吹器定位為使得噴嘴本體前部分的一定長度在爐內側突出，即相對於金屬殼和/或冷卻元件前側突出和/或相對於形成在冷卻板前側上或金屬殼上的陶瓷層突出。突出長度可根據噴吹孔的應用和構造調整。在一些應用中，例如在具有軸向突出孔的情況下，噴吹器的末端可佈置為僅略微突出或與冷卻元件前側/陶瓷層齊平。在滲透深度不是主要選擇標準但是更關注噴吹器的壽命和減少維護的應用中，這可是期望的。
在一些實施例中，突出蓋佈置在噴吹器的上方並且配置為針對下降爐料保護在爐內側突出的噴嘴本體前部分。這樣針對下降爐料（燒結物/球塊和焦炭）帶來的磨損的、對噴吹器噴嘴本體的保護例如可憑藉（光滑的或波紋狀的）鋼殼實現，該鋼殼可選地是水冷的；憑藉陶瓷或耐火襯層(refractory lining)實現；或憑藉耐磨材料製成的堆焊實現。替代地，噴嘴本體的上表面可成型為促進下降材料的停滯。例如，噴吹器可具有帶有用於保持下降材料的向上周邊肋的平坦上表面。
保護噴吹器的突出部分的又另外的可能性是在噴吹器上方注入填充材料以形成保護塊。這可通過給送通道完成，該給送通道佈置為從基部構件的區域延伸並且在周邊壁的前、上區域中開口，在噴吹器安裝在爐殼中之後可通過該給送通道注入填充材料。因此，一旦噴吹器安裝在爐壁中則引入填充材料，並且填充材料作為保護塊積聚在噴吹器上方。
總體上，噴吹器可以允許熱、機械和/或過程監視的儀器為特點。例如，噴吹器可包括一個或多個熱電偶以監視氣體流的溫度。噴吹器還可包括磨損檢測傳感器。
方便地，噴吹器部件具有總體上軸向對稱的形狀，以便於製造和安裝。噴嘴本體和基部構件典型地可具有圓形橫截面。在實施例中，可設想橢圓形或矩形橫截面，特別是對於噴嘴本體前部分，但期望的是在噴嘴本體和基部構件之間的交界區域保持軸向對稱。
上述和其他實施例記載在所附從屬請求項2至25中。
本發明還涉及用於如在此公開的並且記載在請求項1至25中的任一項中的豎爐的處理氣體噴吹器。
噴吹器包括噴嘴本體，該噴嘴本體具有沿縱向軸線從前部分到相對的後部分延伸的周邊壁，該前部分帶有至少一個噴吹孔，該後部分連接到基部構件，其中噴嘴本體包括用於將處理氣體從基部構件中的入口端口引導到所述噴吹孔的內氣體通道。噴嘴本體配置為通過在豎爐金屬殼中的孔口安裝，以這樣的方式使得帶有噴吹孔的前區域位於金屬殼的內側上，而後部分留在金屬殼的外側。基部構件包括周邊安裝部分，該周邊安裝部分配置為用於以氣密方式將所述噴吹器連接到包圍金屬殼中的孔口（66）的安裝單元。
本發明是對爐身給送技術的重要補充，並且找到了例如在當前開發的基於含烴氣體（焦爐氣、天然氣）重整的合成氣生產的方法中的應用，或者允許濃縮在加熱後將重新在高爐中應用的氣流中的CO和H
2的氣體分離過程中的應用。本發明將允許噴吹大量熱還原氣體，從而顯著減少焦炭消耗和CO
2排放。就此而言，爐身給送是在高爐製程中進一步提高生產率、降低運營成本、減少焦炭消耗和CO
2排放的重要技術。
圖1示意性地示出了高爐10，其常規包括爐缸12和在爐缸12上方豎直延伸的形成爐身的鋼殼14。爐缸壁的上區12.1包含用於風口16的開口，風口16用於將熱風引入到爐中。在該風口帶12.1中，風口16繞爐周向分佈並且給送以來自周邊/環形圍管18的熱風。殼14常規分為三個區：爐腹14.1、爐腰14.2和爐身14.3。高爐的爐喉20由帶有導出管24和爐頂環26的爐頂封罩22閉合。雖然未示出，但頂部裝料設備佈置在爐頂封罩22上方並且起到將高爐原材料分佈到爐中的功能。頂部裝料設備優選地是無料鐘爐頂（BELL LESS TOP®）類型的，其佈料溜槽(distribution chute)28圖示在圖1中。
如圖3中更好看到的，鋼殼14構成爐外壁。其內表面（即朝向爐內部）總體上覆蓋有冷卻板30（或冷卻壁）。這樣的冷卻板典型地具有帶有內部冷卻劑通道的、由鋼或銅（合金）製成的板狀本體，冷卻劑（水）循環通過該內部冷卻劑通道。冷卻板30的前側（即面向爐內部）總體上還覆蓋有鋼片插入物或耐火材料的保護層（未示出）。
圖1中的附圖標記32指示爐身噴吹系統，其配置為將熱還原氣體引入到高爐的爐身中，即在風口水平12.1之上。熱還原氣體典型地是含有CO和H
2的合成氣。參考圖3，在此爐身噴吹系統32包括多個噴吹器50（下面詳細描述），這些噴吹器50連接到輸送合成氣/處理氣體的第一周邊導管36（類似於圍管18）。在實踐中，周邊導管因此連接到處理氣體源（未示出）。每個噴吹器50經由單獨的連接器管路38連接到導管36。噴吹器50優選地是水冷的。附圖標記40指示為噴吹器輸送新鮮冷卻水的第二周邊導管，而從噴吹器流出的冷卻水經由第三周邊導管42收集。
現在將參考圖2詳細描述燃料噴吹器的實施例。噴吹器50包括噴嘴本體51，該噴嘴本體51具有沿縱向軸線L從前部分54到相對的後部分58延伸的周邊壁52，該前部分54帶有例如兩個噴吹孔56，該後部分58連接到基部構件60。噴嘴本體51包括內氣體通道62，其用於將氣體從基部構件60中的入口端口64引導到噴吹孔56。
噴嘴本體51通過爐殼14中的孔口66安裝，以這樣的方式使得帶有噴吹孔的前區域54位於爐內側，而基部部分56在外壁14外側。基部構件60以密封方式連接到外壁14。
由於殼14內部覆蓋有冷卻板30，第二孔口66’以第一孔口66的軸向延續形成在冷卻板（或相鄰冷卻板）中。因此噴吹器可適當地佈置為前部分在爐內側。噴嘴本體延伸通過殼14和冷卻板30中的孔口並且從爐內側的冷卻板突出。
第二孔口66’可實施在單個冷卻板中或在兩個冷卻板之間的接合處、在沒有內部冷卻劑通道的本體部分中。
為了便於安裝和密封的目的，引導套筒67（由鋼、陶瓷材料或合適的金屬合金製成）可佈置成在兩個孔口66、66’中延伸。引導套筒67具有與兩個孔口66、66’的直徑對應的外直徑和與從冷卻板前側到殼14外側的距離對應的長度。引導套筒67的內直徑與噴嘴本體51的外直徑匹配。
密封安裝單元68包圍外壁14中的孔口66，該安裝單元68適於與基部構件60的安裝部分70配合。安裝單元68包括包圍孔口66並密封地焊接到殼14的外表面的套筒68.1（管道段）。套筒68.1總體上沿軸線L遠離殼14延伸並且具有包圍其入口的第一環形法蘭68.2，該第一環形法蘭68.2旨在與基部構件安裝部分70的第二環形法蘭70.1配合。在本文中，術語“密封的”或“密封地”表示氣密接合/組裝。
基部構件60包括具有由側壁72.2包圍的底壁72.1的杯形外元件72；和接收在外元件72內側的內元件74。外元件72定向為使得其容納內元件74的凹部面向噴吹器本體51。安裝部分70佈置為朝向安裝單元68的側壁72.2的軸向延續。安裝部分70包括套筒部分70.2，該套筒部分70.2在一端處焊接到外元件並且在另一端處提供有第二環形法蘭70.1。
內元件74是環形的並且限定沿縱向軸線L延伸的中心通路74.1，所述中心通路形成用於處理氣體的所述入口端口64。環形內元件74具有總體上圓錐形橫截面，其具有與內表面74.1相對的外周邊表面74.2，以及徑向延伸的前表面74.3和後表面74.4，該前表面74.3和後表面74.4分別朝向噴吹器本體51和外元件底壁72.1轉向。
內元件的周邊表面74.2包括第一環形密封表面74.5，其與面對的側壁72.2的內側上的第二環形密封表面72.3配合。在該實施例中，第一和第二密封表面74.5、72.3設計為配合的截頭圓錐表面，從而提供金屬對金屬的氣密密封。額外的密封可通過O形環密封類型或其他金屬密封完成。第二密封表面72.3朝底壁72.1漸縮，由此將內構件74推到外構件72內側增加了密封表面處的接觸壓力。優選地，第一環形表面74.5的錐角優選地與第二環形表面72.3的錐角相同。
內構件74憑藉螺絲76固定在外構件72中，螺絲76通過外構件72的底壁72.1接合。
噴嘴本體51還包括內管80，其以中心通路74.1的軸向延續從基部構件60朝向前區域軸向延伸。內管80配置成將處理氣體從入口端口64引導到噴吹孔。
如圖2中示出的，入口端口64包括連接導管65，該連接導管65固定在內部構件的後表面74.4上並且包圍通路74.1。連接導管65在通過底壁72.1的開口72.4中延伸並且包括聯接件，例如環形法蘭65.1，其用於聯接到給送支路38的對應法蘭38.1，該給送支路38與供應熱還原氣體的周邊管道36連通。儘管未示出，但連接導管65和給送支路38可提供有耐火襯層。
噴嘴本體51和基部構件60的部件通常可由鋼或鋼合金或金屬合金製成。在實施例中，外壁52和內管80可由銅或銅合金製成。
可以見得，周邊壁52和內管80二者均配置為在前部處閉合（除了噴吹孔）並在後部處開放的管狀構件，其在後部處由內構件74支撐。術語“支撐”在此意味著管52和80的後端固定到內構件74，例如通過焊接。由於內管80的入口包圍中心通路74.1，並且周邊壁52包圍內管80，在兩個管之間形成閉合的環形間隙82。
如圖2中示出的，通過該雙壁構造，噴吹孔56由從內管80到周邊壁延伸的小管道段57形成。
在該變型中，噴吹孔56向前傾斜，因此朝向爐身的中心。總體上，噴吹孔可構造為軸向地（在噴吹器本體的末端中開口）或側向地、向前（如示出地）或向下（垂直於軸線L）或甚至切向地（即沿內殼圓周）噴吹處理氣體以產生漩渦效果。
附圖標記77指示固定到內環的前側74.3的居中環。其尺寸（直徑/厚度）基本上對應於引導套筒67的尺寸。因此，居中環77的厚度對應於在外壁和套筒70.2之間的環形空間。
燃料噴吹器50暴露道爐內側的相當高的熱。因此，熱保護層84形成在周邊壁52的外表面上，該熱保護層84例如由陶瓷材料或鋼合金或表面硬化製成。隔熱層86保護內管80的內表面，該隔熱層86優選地基於陶瓷或耐火材料。金屬或隔熱材料的中間層可佈置在管80和隔熱層86之間。優選地，基於銅的部件（管52和80）和鋼層（中間層和外層84）經由擴散層冶金地結合在一起。
優選地，水可在形成在噴嘴本體51中的環形間隙82中循環。可預見間隙82具有引導元件以避免停滯區並確保足夠高的水速，從而允許一方面針對高爐的熱並且另一方面針對熱合成氣有效地保護噴吹器。因此，在基部構件60中形成冷卻劑入口通道，其包括在外元件72的側壁72.2中的入口引導通路88（大於冷卻劑管道96）和帶有螺紋入口段的彎折通路90，從而從第一密封表面74.5引至與環形間隙82連通的內元件74的前表面74.3中的開口。
冷卻劑出口通道包括與入口段88間隔開/相對的、在外元件72的側壁72.2中的出口引導通道92以及帶有螺紋入口段的彎折通路94，從而從第一密封表面74.5引至與環形間隙82連通的內元件74的前表面74.3中的開口。
額外的密封元件可憑藉外壁72.2佈置在入口和出口通道的外表面處。
第一水管道96裝配到入口引導通路88中並進一步延伸到彎折通路90中，該處其密封地螺紋連接在入口段中。在相對端處，第一水管道96包括用於直接或間接連接到周邊導管40的聯接件（未示出）。第二水管道98裝配到入口段92中並且進一步延伸到彎折通路94中，在該處其密封地螺紋連接在入口段中。在相對端處，第二水管道98包括用於直接或間接連接到周邊導管42的聯接件（未示出）。引導通路88和92具有的橫截面略大於冷卻劑管道96、98的外直徑。
附圖標記68.3指示填充嘴，通過該填充嘴可將澆灌漿料、隔熱材料或類似材料注入到在噴嘴本體51和套筒68.1（在爐外側上）之間的空隙79中，從而降低洩漏和/或填充有灰塵等的風險。
在實施例中，突出蓋可佈置在噴吹器上方並且構造為針對下降爐料(descending burden material)保護在爐內側突出的噴嘴本體前部分(保護在爐內側突出的噴嘴本體前部分免受下降爐料的影響)。這樣針對下降爐料（燒結物/球塊和焦炭）帶來的磨損的、對噴吹器噴嘴本體的保護例如可憑藉光滑的或波紋狀的鋼殼實現。該突出蓋100的原理在圖4中示出，並且形成在噴吹器的縱向方向L上延伸的帽的形式。其覆蓋噴吹器的突出長度（以虛線示出）。如可看到的，蓋100是彎曲的型鋼，更特別是具有倒圓角V形。V的頂點100.1在噴吹器50上方並且兩個分支100.2在噴吹器50的兩個側向側上延伸，可選地甚至延伸到噴吹器下方。可直接或間接地對蓋100進行液體冷卻。冷卻劑通道例如可佈置在殼的下側上。
仍然要注意的是，連接管路38可包括肘管38.1，在肘管38.1的後部內提供有維護和檢查端口38.2，其縱向中心軸線對應於噴吹器的縱向軸線L。蓋、觀察鏡和/或相機可移除地附接到檢查端口38.2。可同時使用相機和觀察鏡，例如通過使用適當放置的分束器(beam splitter)。與風口水平相反，因為在爐身水平處高爐內側是暗的，相機優選地是熱和/或紅外相機和/或可提供額外的光源。
L:縱向軸線
10:高爐
12:爐缸
12.1:上區
14:殼
16:風口
18:圍管
20:爐喉
22:爐頂封罩
24:導出管
26:爐頂環
28:溜槽
30:冷卻板
32:爐身噴吹系統
36:周邊導管
38:給送支路
38.1:法蘭
38.2:檢查端口
40:周邊導管
42:周邊導管
50:噴吹器
51:噴嘴本體
52:周邊壁
54:前部分
56:噴吹孔
58:後部分
60:基部構件
62:氣體通道
64:入口端口
65:連接導管
65.1:環形法蘭
66,66’:孔口
67:引導套筒
68:安裝單元
68.1:套筒
68.2:法蘭
68.3:填充嘴
70:安裝部分
70.1:法蘭
70.2:套筒部分
72:外元件
72.1:底壁
72.2:側壁
72.3:密封表面
74:內元件
74.1:中心通路
74.2:周邊表面
74.3,74.4:前表面和後表面
74.5:密封表面
76:螺絲
77:居中環
79:空隙
80:內管
82:間隙
86:隔熱層
88:入口通路
90:彎折通路
92:引導通道
94:彎折通路
96,98:水/冷卻劑管道
100:突出蓋
100.1:頂點
100.2:分支
現在將參考附圖以示例的方式描述本發明，其中：
圖1：是配備為用於熱還原氣體爐身噴吹的高爐的原理性圖；
圖2：是通過安裝在高爐中的本發明的噴吹器的原理性剖視圖；
圖3：是圖示用於噴吹熱還原氣體的系統的示意圖；以及
圖4：是以a）側視圖和b）前視圖的用於噴吹器的保護蓋的原理性圖。
L:縱向軸線
30:冷卻板
38:給送支路
38.1:法蘭
40:周邊導管
42:周邊導管
50:噴吹器
51:噴嘴本體
52:周邊壁
54:前部分
56:噴吹孔
58:後部分
60:基部構件
62:氣體通道
64:入口端口
65:連接導管
65.1:環形法蘭
66,66’:孔口
67:引導套筒
68:安裝單元
68.1:套筒
68.2:法蘭
68.3:填充嘴
70:安裝部分
70.1:法蘭
70.2:套筒部分
72:外元件
72.1:底壁
72.2:側壁
72.3:密封表面
74:內元件
74.1:中心通路
74.2:周邊表面
74.3,74.4:前表面和後表面
74.5:密封表面
76:螺絲
77:居中環
79:空隙
80:內管
82:間隙
86:隔熱層
88:入口通路
90:彎折通路
92:引導通道
94:彎折通路
96,98:水/冷卻劑管道
Claims (27)
- 一種豎爐，特別是高爐，包括： 限定爐外壁的金屬殼（14），優選地設有冷卻元件和/或耐火材料； 多個風口（16），所述風口（16）繞所述金屬殼（14）佈置在風口水平處以便將熱風噴吹到所述豎爐中； 用於將處理氣體在所述風口水平上方的噴吹水平（14.3）處噴吹到所述豎爐中的設備，所述處理氣體特別是熱還原氣體； 其特徵在於，用於噴吹熱處理氣體的所述設備包括至少一個噴吹器（50），所述噴吹器包括： 噴嘴本體（51），所述噴嘴本體（51）具有沿縱向軸線從前部分（54）到相對的後部分（58）延伸的周邊壁（52），所述前部分（54）帶有至少一個噴吹孔（56），所述後部分（58）連接到基部構件（60），其中所述噴嘴本體包括用於將處理氣體從所述基部構件中的入口端口（64）引導到所述噴吹孔（56）的內氣體通道（62）； 所述噴嘴本體（56）通過在所述金屬殼（14）中的孔口（66）安裝，以這樣的方式使得帶有噴吹孔的所述前區域（54）位於所述金屬殼的內側上，而所述後部分（58）在所述金屬殼的外側； 並且在於，所述基部構件（60）包括周邊安裝部分（70），所述周邊安裝部分（70）配置成用於以氣密方式將所述噴吹器連接到包圍所述金屬殼中的所述孔口（66）的安裝單元（68）。
- 如請求項1所述之豎爐，其中， 所述基部構件（60）配置為支撐所述噴吹器本體（51）；並且 所述周邊安裝部分（70）在其後部分（58）的部分上包圍所述噴嘴本體（51）。
- 如請求項2所述之豎爐，其中，所述安裝單元（68）包括套筒（68.1），所述套筒（68.1）包圍所述孔口（66）並且以密封方式固定到所述金屬殼；所述套筒（68.1）提供有第一環形法蘭（68.2），所述第一環形法蘭（68.2）與在所述基部構件（60）的所述周邊安裝部分（70）上的第二環形法蘭（70.1）配合。
- 如請求項3所述之豎爐，其中，所述基部構件（60）包括： 具有由側壁（72.2）包圍的底壁（72.1）的杯形外元件（72），所述外元件（72）包括所述第二環形法蘭（70.1）；以及 接收在所述外元件（72）內側的內元件（74）； 所述內元件（74）具有與所述外構件（72）的第二環形密封表面（72.3）配合的第一環形密封表面（74.5）。
- 如請求項4所述之豎爐，其中，所述內元件（74）是環形的並且限定沿所述縱向軸線延伸的中心通路（74.1），所述中心通路形成用於所述處理氣體的所述入口端口（64）。
- 如請求項4所述之豎爐，其中，所述內元件（74）具有包括所述第一密封表面（74.5）的外周邊表面（72.1）；並且所述側壁（72.2）具有包括所述第二密封表面（72.3）的內周邊表面。
- 如請求項6所述之豎爐，其中，第二密封表面（72.3）是朝向所述外元件的所述底壁（72.1）漸縮的截頭圓錐表面；並且所述第一密封表面（74.5）是配合的截頭圓錐表面。
- 如請求項1至7中任一項所述之豎爐，其中，所述噴嘴本體（51）包括內管（80），所述內管（80）以所述中心通路（74.1）的軸向延續從所述基部構件朝向末端軸向延伸，所述內管配置為將處理氣體從所述入口端口（64）引導到所述噴吹孔（56）。
- 如請求項8所述之豎爐，其中， 在所述內管（80）與周邊壁（52）之間形成閉合的環形間隙（82）；並且 優選地，所述基部構件（60）包括冷卻劑入口通道和冷卻劑出口通道，所述冷卻劑入口通道和所述冷卻劑出口通道分別佈置為將冷卻劑流體供應到所述環形間隙、從所述環形間隙排出冷卻劑流體。
- 如請求項9所述之豎爐，其中， 所述冷卻劑入口通道包括在所述外元件的所述側壁中的入口引導通道（88）和從所述第一密封表面到所述內元件的前側中的開口的、並且與所述環形間隙（82）連通的彎折通路（90）；並且 所述冷卻劑出口通道包括在所述外元件的所述側壁中的出口引導通道（92）和從所述第一密封表面到所述內元件的所述前側中的開口的、並且與所述環形間隙（82）連通的彎折通路（94）。
- 如請求項10所述之豎爐，其中，第一冷卻管道（96）密封安裝在所述冷卻劑入口通道中，並且第二冷卻管道（98）密封安裝在所述冷卻劑出口通道中，所述第一冷卻管道和第二冷卻管道中的每個具有用於連接到相應的冷卻劑供應和收集導管的聯接件。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴嘴本體（51）還通過冷卻元件或相鄰冷卻元件或陶瓷/耐火襯層中的孔口（66’）插入，由此所述前部分分別從所述冷卻元件的熱側、從覆蓋所述冷卻元件前側的陶瓷層、從所述陶瓷/耐火襯層突出預定長度。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，突出蓋（100）佈置在所述噴吹器上方並且配置為保護在所述爐內突出的所述噴嘴本體前部分免受下降爐料的影響。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴吹孔（56）配置為允許大體上沿所述縱向軸線和/或橫向於所述縱向軸線的處理氣體噴吹。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，至少一些噴吹孔（56）在所述前部分（54）中側向地佈置以在爐內下游或切向地噴吹氣體。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴吹器（50）佈置為通過所述金屬殼（14），使得所述噴吹器（50）的縱向軸線大體上指向所述爐的中心或切向地定向。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴吹器包括處理氣體給送支路（65），所述給送支路（65）在一端處連接到所述內構件（74）的後面從而包圍所述中心通路（74.1），所述給送支路延伸通過所述外構件底壁（72.1）中的開口（72.4），並且在所述給送支路（65）的另一端處包括聯接件。
- 如請求項17所述之豎爐，其中，用於噴吹處理氣體的所述設備包括包圍所述金屬殼（1）的周邊管道（36），每個噴吹器由單獨的給送管道（38）連接到所述周邊導管，所述給送管道（38）連接到所述噴吹器給送支路的所述聯接件。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述周邊壁（52）包覆有外熱保護層（84）和/或所述內管（80）提供有內熱保護層（86）。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述周邊壁（52）覆蓋有抗磨保護，諸如焊接、耐磨材料。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴吹器（50）包括一個或多個熱電偶和/或磨損檢測器。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴嘴本體（51）的上表面成型為促進下降材料的停滯，特別是以帶有向上周邊肋的平坦上表面的形式。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴吹器（50）包括開口在所述周邊壁的前上區域中的、用於填充材料的給送通道。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述噴嘴本體（51）和所述內構件（72）的外尺寸設計為小於所述金屬殼（14）中的所述孔口（66）的橫截面，由此能夠迫使所述噴嘴本體（51）和所述內構件（72）到所述爐中。
- 如請求項1所述之豎爐，其中，所述安裝單元（68）或安裝部分（70）包括用於在包圍所述周邊壁（52）的環形空間中注入澆灌漿料、隔熱材料或類似材料的填充嘴（68.3）。
- 一種用於如在請求項1至25中的任一項中記載的豎爐的處理氣體噴吹器。
- 一種用於豎爐的處理氣體噴吹器，包括噴嘴本體，所述噴嘴本體具有沿縱向軸線從前部分到相對的後部分延伸的周邊壁，所述前部分帶有至少一個噴吹孔，所述後部分連接到基部構件，其中所述噴嘴本體包括用於將處理氣體從所述基部構件中的入口端口引導到所述噴吹孔的內氣體通道； 其中，所述噴嘴本體配置成通過在豎爐金屬殼中的孔口安裝，以這樣的方式使得帶有噴吹孔的所述前區域位於所述金屬殼的內側上，而所述後部分留在所述金屬殼的外側；並且 其中，所述基部構件包括周邊安裝部分，所述周邊安裝部分配置用於以氣密方式將所述噴吹器連接到包圍所述金屬殼中的所述孔口的安裝單元。
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