TW490490B - Shaft furnace - Google Patents

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A7 ________Β7___ 五、發明說明（I ) 本發明之槪要： 本發明係關於高爐，尤其是直接還原高爐。其具有由 粒狀材料組合而成的進料，該粒狀材料尤其包括氧化鐵和/ 或海綿鐵，前述材料可由上方供給進入高爐。高爐下方三 分之一處的平面上，設有多個氣體進入孔，以供還原氣體 進入該區域。高爐外側由環狀空間環繞，環狀空間由氣體 供給管道向下連接於氣體進入孔。 習知技術的高爐有多種形態，尤其是上述直接還原高 爐。此種高爐，基本設計爲圓柱狀中空體，包含（例如） 由氧化鐵和/或海綿鐵等特殊材料組成的進料，其中含氧化 鐵的材料進給^於高爐的上部份。藉由設置於高爐下方三分 之一處周圍的多個氣體進入孔，從熔化氣化器發出的還原 氣體注入高爐，而進入固體的進料。飽含塵屑的熱還原氣 體流經固體進料的上方，同時將進料中的氧化鐵全部或部 份地還原成海綿鐵。 被全部或部份地還原的氧化鐵，藉由設置於高爐底部 區域和氣體進入孔間的排出裝置，輸送出高爐。高爐內的 進料因重力而向下沈積。 高爐必須設計爲可確保得儘可能完全的均勻反應過程 ，和其內的進料可產生均勻沈積。 在AT B 387,037中揭露，藉由氣體媒介對進料物質 熱處理的高爐，在此例中，爲了供給還原氣體，設置有氣 體進入孔，其由相對於引導進入高爐內的進料的環狀側緣 所遮蓋。高爐壁的環狀側緣和環狀加寬區之間，設有環狀 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（ 凹穴，以致被導入的還原氣體可輸送至進料，甚至分佈至 高爐全部周圍。 此種氣體供給系統的設計具有重大缺點。傳統上，高 爐內壁以耐火材料（例如耐火土）爲內襯，因爲環狀側原 只藉由其上端周圍表面連接於高爐壁，因此環狀側緣不能 由個別耐火磚製成。原上，此類型的氣體供給系統僅能 整體製造地生產，亦即一體成型製造。未達此目的，高爐 壁各I又連同懸吊於爐壁的環狀側緣部份，必須依各案例， 由單件耐火材料製成，因其尺寸和複雜幾何形狀，所以很 難如此實施。 甚且’以此方式製成的環狀側緣，於高爐第一次供給 進料時就將崩潰。從進料產生的側向力（例如由於附屬程 序增加體積）相當大，環狀側緣將立即向外脫離。 德國專利34 22 185揭露包含氣化器和直接還原高爐 的裝置。直接還原高爐於其底部上方，設有星狀排列的螺 桿輸送裝置，藉此輸送裝置將高爐內的粒狀材料輸送出爐 外。螺桿輸送裝置的內端，組合於高爐中的錐狀連接件， 錐狀連接件向下連接於熔化氣化器，以使還原氣體能流出 熔化氣化器，經錐狀連接件，進入高爐。甚且，還原氣體 藉由至少一個氣體進入孔，供給於高爐。氣體進入孔通向 由環狀側緣和高爐壁間形成的環狀空間。此與應用於AT Β 387,037的環狀側緣一樣，即其將因進料移動經過之摩擦 力而立刻側向脫離，和/或被磨耗掉。從進料觀點看，環狀 側緣和錐狀連接件位於相同高度，構成高爐自由剖面的還 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 請 先 閱 讀 背 意 事 項 再 頁 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明說明（) 原，因此，從錐狀連接件和環狀側緣區域的進料產生側向 有效力，也實質地高於高爐其他區域。甚且’在減少剖面 區域，進料會先形成烘硬區、結塊和結橋，此將阻止進料 均勻地下沈。 習知技術（例如美國專利3,816，101或4,〇46,557 ) 揭露的高爐，其還原氣體首先被引導進入凹穴，凹穴係環 繞高爐，且從該處，多個氣體供給管道通向高爐壁的錐狀 加寬區。環狀凹穴具有垂直向的矩形剖面。通向高爐的氣 體供給管道，引導向遠離底部，和/或遠離環狀空間的內壁 〇 · 當供給還原氣體時，此氣體供給系統不適於均勻分布 於高爐周圍，既然進料直接抵住每一氣體進入孔，氣體進 入高爐，甚至進入進料的點數，在每一狀況，只等於氣體 進入孔的數目。 右使用跑含塵屑的3s原热體’塵屑將停駐在氣體供給 管道進入高爐之口，減少該處進料之氣體浸透性，若塵屑 更沈積，將極度阻塞氣體流通管道。塵屑亦可能沈積在環 狀空間的底部，在極度狀況，甚至進料的粒狀材料亦可能 通過環狀空間，沒有解除任務或掏空高爐，是不可能移除 沈積在氣體供給系統的固體。當氣體流經進料時，由卩且^ 的氣體供給管道所造成的缺點瑕疵，導致進料不均句0勺胃 原，和產品品質的降低。 本發明之目的在於提供一種高爐.，尤其是直接還原 爐，其氣體供給系統之設計，可避免習知技術的缺點。ΰ 5 (請先閱讀背面之注意事項 本頁) 丨裝----- 綠 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 B7 五、發明說明（LV ) ---------------- (請先閱讀背面之注意事項再頁) 尤其，此氣體供給系統可以簡單的方式由習知耐火材 料製成，且相對於進料所產生的側向作用力，具有足夠的 機械穩定度。.飽含塵屑的還原氣體’可均勻分布於高爐周 圍。更進一步的結果，在進料中，亦可避免氣體供給管道 的阻塞。 依據本發明，因爲稾爐外型輪廓於氣體進入孔區域具 有徑向加寬區域，且在徑向加寬區域設置的氣體進入孔和 進料之間，高爐壁設計爲形成環狀凹穴，因此達成上述目 的。 藉由本發明設計的氣體供給系統，可第一次均勻地供 給氣體分布於高爐周圍，不須構造不穩定的環狀側緣，而 環狀側緣極不可能由習知耐火磚製成。 依據另一優點，分割環狀凹穴成相互分離區段的多個 裝置，係設置於此徑向加寬區域，且被固定於高爐壁。 -綠- 此等分割環狀凹穴的數個裝置中，例如2到16個，但 較佳爲4到8個，設置爲於徑向加寬區域，大致相互等距 離，以使環狀凹穴再分割爲多個區段。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 較佳地，此等分割凹穴的裝置，由垂直設置的金屬板 和/或片所成形，無論如何，其尺寸在每一狀況，此裝置至 少可完全通過凹穴的垂直剖面。 依據另一有利的實施例，除分割凹穴的裝置外，還有 分割環狀空間成相互分離部份的裝置設於環狀空間。在每 〜獨立案例，氣體可從高爐外側供給至相互分離的每一部 份。 6 不紙度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 _ ____B7_______ 五、發明說明（< ) 環狀凹穴分割成相互分離的區段，連同環狀空間分割 成相互分離的區段，證實有益處，因爲可避免或減少氣體 流經進料時，產生暫時瑕疵的危險。該瑕疵爲還原氣體將 流經最少阻力的路徑，結果，還原氣體將流經進料的部份 區域太多，而其他區域則還原氣體供給不夠。 在此實施例中，分|彳環狀空間和分割環狀凹穴的裝置 ’其較佳的設置方式爲，環狀空間的一個部份分配環狀凹 穴的數個區段，結果，藉由個別的部份到相對的一區段或 數區段，而供給氣體。 本實施例特殊優點在於分割環狀空間之裝置的數目， 等於分割環狀凹穴之裝置的數目，且一個部份分配一個區 段。 以適當裝置（例如耐火材料、金屬片）再分割環狀空 間和環狀凹穴，產生可個別控制氣體量的區域，例如，儘 管局部改變進料浸透性，仍可能引導相同的氣體量進入進 料的每個區域。但若程序步驟上需要，仍可能精細地引導 不同的氣體暈到進料的每一區域。 依據本發明高爐的更佳實施例，環狀空間每一部份的 垂直剖面，從供給氣體的位置到各部份的末端，設計爲沿 圓周方向成斜度。 上述斜度的結果在於’從氣體供給的位置到各部份的 末端，飽含塵屑之氣體速度，不會減少，或不像環狀空間 剖面在圓周方向保持-致而不具斜度的情況，速度減少那 麼大，因此在環狀空間的每1置，氣體速度保持足夠高 本纸張尺度適^中國國家標準（CNS)A4規格------ A7 、^^_____——一-- 五、發明說明（k) ’以避免塵屑沈積在環狀空間。 依據更佳實施例,，數個氣體供給管道，配置一個可從 高爐外側操作的淸理裝置，藉此裝置，可淸除氣體供給管 道，或在氣體流動方向上較前方的環狀空間之沈積塊。' 程序上的缺失亦可能導致環狀空間或氣體供給管道的 沈積，此沈積可藉由淸埋裝置淸除。尤其有利的是由徑向 加寬區域成形的凹穴，提供足夠大的容積，可容納釋放的 材料，否則將導致阻塞氣體供給管道，因此可避免複雜的 高爐掏空或從外側抽出材料。 在最簡單的例子，淸理裝置權宜地設計爲火鉗裝置， 火鉗裝置穿經環狀空間的外壁，進入氣體供給管道。 依據較佳實施例，徑向加寬區域形成截頭錐狀表面， 該表面的母線與水平線所包圍的角，比高爐內材料的靜4 角較小。 經濟部智慧財產局員Η消費合作社印製 --------------裝—— (請先閱讀背面之注意事項再jii本頁) •線- 此導致由截頭錐狀表面、由高爐部份垂直內壁、和 進料所畫界的環狀凹穴之形成。且供給經過氣體進D孔％ 氣體可於其內均勻分布。此之靜止角係指，進料截頭纟隹并犬 表面的母線與水平線間所形成之自然靜止角。 截頭錐狀表面的母線與水平線間包圍的角，較丨圭胃0 度至25度，徑向加寬區域從頂端向下加寬。海綿鐵顆f立、 小礦石、或小顆粒礦石的靜止角約35度至4〇度，此兩胃 度間的差足夠大，以致可產生環狀空間，還原氣體可 內做最佳的分布。 截頭錐狀表面的母線與水平線間包圍的角，更丨圭胃〇 8 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（q) 度。此設計的進料和截頭錐狀表面或設置於截頭錐狀表面 的氣體進入孔之間距離，使能進入氣體供給管道的進料塵 屑或顆粒材料，減到最少。 氣體供給系統具有顯著的機械穩定度，因此穿經高爐 壁的氣體供給管道的尺寸保持很小，以致氣體進口孔，或 由氣體進口管道和由耐火材料圍繞氣體供給管道所成型的 氣體供給系統’通承受由進料產生的有效側向力。 氣體供給系統亦可由習知耐火材料（例如耐火磚）以 間單方是製造，因爲氣體供給系統的每一部份，皆由位於 其下方的元件所支撐。不需如環狀側緣之裝置，環狀側緣 只藉由其上緣連接於高爐。 更佳實施例的結果爲，氣體供給管道具有基本的矩形 剖面’且設計爲自底部向上傾斜，氣體供給管道的內部邊 緣爲圓弧。儘管高爐內成型有免於材料堆積的環狀凹穴， 氣體供給管道內仍會發生材料堆積，但氣體供給管道的內 部邊緣爲圓弧’可確保氣體供給管道可自動地被淸理，亦 即藉由高嘷中材料向下移動而自動淸理。 依據更佳實施例，圍繞在高爐外側的環狀空間和氣體 供給管道之間的過渡段，設計爲向下斜降，因此，來自還 原氣體的似塵屑材料，不可能堆積在環狀空間，而且，來 料*的材料’和引導程序缺失而經過環狀空間的材料， /亦+可能堆積在該處。反而因爲重力，該等.材料經過向下 加覓的氣體進口孔，又回到高爐。 依據本發明的高爐，藉由圖1至圖5更詳細說明如下 ---------------裝.-- (請先閱讀背面之注意事項再本頁) \訂_ ί線- ^紙張尺度 (CNS)i^ (21G x 297 — A7 B7 五、發明說明（又） ---------------裝·-- (請先閱讀背面之注意事項本頁) 圖1顯示高爐全視圖； 圖2威不具有氣體供給管道和環狀空間的高爐，其徑 向加寬區域； 圖3顯示圖1的A-么剖面； 圖4顯示圖2的B-B剖面； 圖5顯示圖2的C-C剖面； 線 圖1顯示依據本發明的高爐1，其具有由高爐1上方 進給（進給裝置未圖示）粒狀材料組成的進料2。數個氣 體進口孔3設置在高爐下方三分之一區域的一平面。還原 氣體經由這些氣體進口孔3，噴射進入進料2。螺桿輸送裝 置4設置於高爐1底部上，藉由螺桿輪送裝置4將粒狀材 料從高爐排出。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖2顯示氣體進口孔3之一，其具有圍繞在高爐1外 側的環狀空間5,和連接氣體進口孔到環狀空間5的氣體 供給管道6之一。高爐外形輪廓的徑向加寬區域7，設計 爲高爐壁的水平梯形後退，以使環狀凹穴8成型於氣體進 口孔3和進料2之間。供給經過氣體供給管道6和氣體進 口孔3的還原氣體，可於環狀凹穴8內做最佳分布。圖2 亦以虛線顯示分割環狀凹穴的裝置11 ’和分割環狀空間5 的裝置12，前述裝置設計爲垂直安置的金屬片。淸理孔13 穿經環狀空間5的外壁，淸理孔13的中心軸和氣體供給管 10 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 x 297公釐） A7 B7 ___ 五、發明說明（$ ) 道6的中心軸共線。淸埋孔13設計爲可自外側密封。當需 要時，可以藉由（例如）桿14 (直的或彎的）淸除氣體供 給管道6和環狀空間5部分的沈積。 圖3顯示圖1的A-A剖面，視圖方向爲任選一個氣體 供給管道6，自下方垂直向上。氣體供給管道6的內部邊 緣9爲圓弧’且_體供給管道6設§十爲向上傾斜。此確保 來自還原氣體的似塵屑材料不會沈積在氣體供給管道6, 或若有沈積，在粒狀材料向下移動的過程中，氣體供給管 道6將自動淸除。 圖4顯示圖2的B-B剖面，從高爐內側向外視圖。氣 體供給管道6自頂纟而向下加寬，而從環狀空間5至氣體供 給管道6間的過渡段10，設計爲向下斜降。此設計之目的 在於，確保來自還原氣體的似塵屑材料，不會沈積在環狀 空間5，而連同還原氣體被引導進入高爐i。 圖5顯示圖2的C-C剖面，環狀空間5顯示具有從氣 體供給I5的位置至裝置12的部份末端，在圓周方向減少 的剖面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 •-------------裝·-- (請先閱讀背面之注意事項寫本頁) -線· 本發明並不受限於圖1至圖5的模範實施例，而係包 括熟悉習知技藝人士所知且可用於實施本發明的所有裝置 〇 例如金屬片或板，不限於圖2所示的形狀和尺寸，而 係視材料和程序需要而定，例如矩形或類似扇形或較小的 尺寸，以使就如圖2所示，其不致突出於進料中。 如模範實施例中所示，在構造上，環狀空間可連接於

____ II ^張尺度適用中^"^標準（CNS)A4_i格（210 X 297公爱) "~~' -~~~~ A7 B7 五、發明說明（β) 高爐，但環狀空間亦可由環形管線成型，而同心地環繞高 爐，且與高爐保持一段距離。藉由向下傾斜的加寬導管連 接環形管線和氣體供給管道，此使還原高爐的設計更具優 點（尤其耐火設計），且改善環狀空間的使用性，以達淸 理的目的。 環狀空間的各部份，其剖面亦可進行還原。非僅如圖 5所示在水平線徑向進行還原，而係可變換或額外增加環 狀空間的垂直徑向還原，或在環形管線的情況，設計爲錐 狀壓縮物。 i 一—-------i!l — (請先閱讀背面之注意事項Λ寫本頁) -線_ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1· 一種高爐（1)，尤其是直接還原高爐，其具有由 粒狀材料（2)組合而成的進料，該粒狀材料尤其包括氧化 鐵和/或海綿鐵，前述材料可由上方供給進入高爐（1)， 高爐（1)下方三分之一處的平面上，設有多個氣體進入孔 (3)，以供還原氣體進入該區域，高爐（1)外側由環狀 空間（5)環繞，環狀空間由氣體供給管道（6)向下連接 於氣體進入孔（3)，其特徵在於高爐外型輪廓於氣體進入 孔（3)的區域具有徑向加寬區域（7)，且在徑向加寬區域 (7)設置的氣體進入孔（3)和進料（2)之間，高爐（1 )壁設計爲形成環狀凹穴（8)。 2 ·如申請專利範圍第1項所述之高爐（1 )，其中分 割環狀凹穴（8)成相互分離區段的多個裝置，係設置於此 徑向加寬區域（7)，且被固定於高爐壁上或內；且/或此 等分割環狀凹穴（8) 2到16個，但較佳爲4到8個裝置 (11)，設置於徑向加寬區域（7)，大致栢互等距離；且 /或此等分割凹穴（8)的裝置（11)，由垂直設置的金屬 板和/或片所成形；且/或除分割凹穴（8)的裝置（11)外 ，還有分割環狀空間（5)成相互分離部份的裝置（12)設 於環狀空間（5)，在每一相互獨立案例中，氣體可從高爐 (1)外側供給（15)至相互分離的每一部份；且/或分割環狀空 間（5)的裝置（12)和分割環狀凹穴（8)的裝置（11)，其設置方 式爲，環狀空間（5)的一個部份分配環狀凹穴(8)的數個區段. ，結果.，藉由個別的部份到相對的一區段或數區段，而供 給氣體；且/或分割環狀空間（5)之裝置（12)的數目， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇χ 297公釐） γ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) _--------訂-------- 線丨 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 等於分割環狀凹穴（8)之裝置（11)的數目，且一個部份 分配一個區段；且/或環狀空間（5)每一部份的垂直剖面，從 供給氣體（15)的位置到各部份的末端（12)，設計爲沿圓周方 向成斜度。 3 ·如申請專利範圍第1項所述之商爐（1)’其中數 個氣體供給管道（6)，配置一個可從高爐（1)外側操作 的淸理裝置（13、14) ’藉此裝置’可淸除氣體供給管道 (6)，或在氣體流動方向上較前方的環狀空間（5)之沈 積塊。 4 ·如申請專利範圍第3項所述之高爐（1 )，其中淸 理裝置（13、14)設計爲火紺裝置，火鉗裝置穿經環狀空 間（5)的外壁，進入氣體供給管道（6)之延伸部。 5 ·如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之高爐（ 1)，其中徑向加寬區域(7)形成截頭錐狀表面，該表面的 母線與水平線所包圍的角，比高爐內材料的靜止角較小。 6 ·如申請專利範圍第1至4項中任~項所述之高爐（ 1) ’其中徑向加寬區域（7)自頂端向下加寬，而截頭錐狀 表面的母線與水平線間包圍的角爲0度至25胃。 7 ·如申請專利範圍第5項所述之高爐（丨），其中徑 向加寬區域(7)自頂端向下加寬，而截頭錐狀表面的母線與 水平線間包圍的角爲0度至25度。 8 ·如申請專利範圍第6項所述之高爐（1)，其中截 頭錐狀表面的母線與水平線間，形成〇度角。 9 ·如申請專利範圍第7項所述之高爐（1)，其中截 2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨訂---------線U 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A8 驾 D8 、申請專利範圍 頭錐狀表面的母線與水平線間，形成〇度角。 10 .如申請專利範圍第1至4項中任一項所述之高爐 (1)，氣體供給管道（6)具有基本的矩形剖面，其中氣 體供給管道（6)設計爲自底部向上傾斜，且氣體供給菅道 (6)的內部邊緣爲圓弧。 11 .如申請專利範圍第5項所述之高爐（1)，氣體 供給管道（6)具有基本的矩形剖面，其中氣體供給管道（ 6)設計爲自底部向上傾斜，且氣體供給管道（6)的內部 邊緣爲圓弧。 12. 如申請專利範圍第6項所述之高爐（1)，氣體 供給管道（6)具有基本的矩形剖面，其中氣體供給管道（ 6)設計爲自底部向上傾斜，且氣體供給管道（6)的內部 邊緣爲圓弧。 13. 如申請專利範圍第7項所述之高爐（1)，氣體 供給管道（6)具有基本的矩形剖面，其中氣體供給管道（ 6)設計爲自底部向上傾斜，且氣體供給管道（6)的內部 邊緣爲圓弧。 14 .如申請專利範圍第10項所述之高爐（1)，其中 從圍繞在高爐（1)外側的環狀空間（5)，至氣體供給管 道（6)的過渡段（10)，設計爲向下斜降。 15 .如申請專利範圍第11項所述之高爐（1)，其中 從圍繞在高爐（1)外側的環狀空間（5)，至氣體供給管 道（6).的過渡段（10)，設計爲向下斜降。 16 ·如申請專利範圍第12項所述之高爐（1 )，其中 3 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

   本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 從圍繞在高爐（1 )外側的環狀空間（5)，至氣體供給管 道（6)的過渡段（10)，設計爲向下斜降。 17 ·如申請專利範圍第13項所述之高爐（1 )，其中 從圍繞在高爐（1 )外側的環狀空間（5)，至氣體供給管 道（6)的過渡段（10)，設計爲向下斜降。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 4 ^eJ n H ϋ i-i n I If ϋ n I n n n n l ί l I ϋ ϋ ϋ ϋ n I I 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉