TW505772B - Apparatus for controlling introduced air in metal oxide reducing furnace - Google Patents

Description

五 發明說明（1) 月之背f 本發明係關於一種用於控制引入 之還原爐中之空氣的裝置市」引入至用於還原金屬氧化物 舉例來5兒’關於經由煉 鎳及其類似物還屑出炎Μ 將孟屬乳化物如氧化鐵、氧化 ^ ^ , -a a +4- 物還原爐（以下稱為「、衰 目其回收金屬之金屬氧化 「INMETCO程序」的此j =爐」），已知應用稱為 與還原物料（以下稱為「=原爐’其使經由將金屬氧化物 而形成顆粒之經加工、物^原劑」）像是煤、煤焦等等混合 輸送，及於爐室内於、、，顆粒）方、在爐室中移動之爐床上 加熱。舉例來說，纟u時將其在還原大氣中於高溫下 即係此種類型。 、P_A — 64一 5233中之移動型爐床爐 附帶一提，在所說明 料還原成為金屬。间日士 =原爐中，將經加熱的經加工物 反應，而形成氣r。二:原作用所產生之氧與還原劑 人A成乱脰除此之外，當包含供製粒用之有機結 钻/劑）時，其經分解而生成氣體。當利用氣體燃燒 态=熱經加工物料時，由於將空氣/燃料比設為低於工， 氣。为外剩餘於爐室中之所產生之在高溫下之氣體經由與 氣路徑（烟道）排出至外部，但在如前所述的還原爐中，名 排氣過程中利用熱交換器回收排氣之熱，而提高能量利月 以長:供還原大氣，因而在爐室中亦存在尚未燃燒的燃料 另外剩餘於爐室中之所產生之在高溫下之氣體經由排 u w丨上、W」併®玉7|、π ，1旦在如前·尸/T 排氣過程中利用熱交換器回收排氣之熱 效率。 中之前述的氣體為可燃 由於接著存在於還原大氣之爐中之前述的氣體為可燃 性，因而如將氣體就此送至排氣路徑中’利用熱交換器

\\312\2d-code\90-li\9〇i22207.ptd 第5頁 505772 五、發明說明（2) 後的冷卻塔（其係設置於其之下游）冷卻，及與侵入的空 氣混合’則其可能會爆炸。因此，在以上的還原爐中，排 氣路徑係設置及連接至裝設於在爐室中開始輸送經加工物 料之位置的加熱區。此外，將足以使可燃性氣體完全燃燒 之所需及足夠量的空氣引入至該加熱區中。因此，在將可 燃性氣體送至排氣路徑之前將其氧化（燃燒），同時並維持 在爐之内部的還原大氣。因此，加熱區具有氧化大氣，但 由於裝設於輸送終點侧之還原區維持還原大氣，因而金屬 氧化物的還原不會發生障礙。

然而，在先前技藝中，利用反饋控制而控制將可燃性氣 體氧化，同時維持還原區中之大氣的引入空氣量。反饋控 j使在於爐室内在排氣路徑附近測得之氧密度與設於 ? 2值之間的偏差將為零的方式完成。-般而

性將降低。因此/夫益以使可靠性提高’則穩定 密度穩定化，以避tii速原爐中達到儘可能快速地使氧 空氣之控制的高可土=、之危險及提高熱效率所需之引入 或測量值由於氣宓^。此外，萬一不可能測量氧密度， 即在氧密度之突二ς 21故障、調整或維修而變得異常， 題。因此，必需^止守’將無法控制引入空氣量的問 一提，由還原爐^ 的操作，以避免爆炸的危險。順帶 氧化物或氯化物，且& =排氣亦包含除標的之外之金屬的 氯化物阻塞，而兩 二度计之過濾、裔易被此等氧化物及 障。 而相當頻繁的調整或維修，且易發生故

第6頁 505772 五、發明說明（3) 曼A之概迆 鑑於前述的情勢，本發明提供（且其係本發明之一目的） 一種控制還原爐中之引入空氣的裝置，其之x控制移定性及 反應優異，且其即使係在氧密度計的異常狀況下亦可連續 操作。 、 前述目的可由一種用於控制金屬氧化物還原爐中之引入 空氣的裝置而達成。金屬氧化物還原爐將含有:屬氧化物 之、纟里加工物料自起始位置在爐室内於一方向中輸送，並同 時將經加工物料及還原物料在還原大氣中加熱，因而將金 屬氧化物還原，而自經加工物料製得金屬。金屬氧化物還 原爐將空氣引入至爐室之預定位置内，而使停留於爐室中 之可燃性氣體完全燃燒，然後金屬氧化物還原爐將經如此 完全燃燒之氣體自鄰接於起始位置之排氣位置排出。金屬 氧化物還原爐利用設置於排氣位置附近之氧密度計測量爐 室内之氧密度。金屬氧化物還原爐利用根據在氧密度之測 量值與參考氧密度之間之偏差計算得之調整值控制引入至 預定位置中之空氣的引入空氣流率。 此外，根據本發明之控制裝置包括·· 根據加入至爐中之經加工物料之量’而決疋使由經加工 物料所產生之氣體完全燃燒所需之經加工物料需求空氣流 率之裝置， 用於判定氧密度計之異常的異常判定裝置’ 當異常判定裝置判定氧密度計異常時，將調整值控制為 零之裝置，及

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505772 五、發明說明（4) ---—---- 經由將經加工物料需求空氣流率與調整值相加，而決 引入空氣流率之裝置。 /、& 在本發明，待引入至金属 由將（i )根據在測量氧密度j 之調整值，與（i i )經加工物 換言之，在本發明，待引入 量係在經加工物料需求空氣 的考量因素下決定。因此， 物料需求空氣流率作為前授 爐中之經加工物料之量的情 變化之經加工物料需求空氣 引入空氣流率僅使用測量氧 決定的情況’可加快控制反 減小。此外，在氧密度計異 置將調整值控制為零，因而 率定為引入空氣流率。 即使將加料量固定，由經 之量亦會波動。換言之，經 終為熱效率的最適值。然而 之熱效率，且可準確避免爆 係在未利用反饋控制的情況 所需之空氣流率最小值，以 止，及提高生產力。 氧化物還原爐中之空氣量係經 辱其參考值之間之偏差計算得& 料需求空氣流率相加而決定。 至金屬氧化物還原爐中之空氣 流率根據調整值而增加或減小 引入空氣流率可經由將經加工 值而控制。即在改變待加入至 況中，引入空氣流率係由相應 ^率及調整值而決定。相較^ 密度之值，利用反饋控制之量 應’而不會有伴隨之穩定性的 常時’由於利用調整值控制裝 就此將經加工物料需求空氣流 加工物料所產生之可燃性氣體 加工物料需求空氣流率並不始 ’波動程度維持於可得到夠高 炸危險之範圍内。因此，即使 下’亦可獲致熱效率及安全性 致可連續操作爐，不使其停 在前述之本發明之控制裝置巾 其更包括下列裝置較

505772 五、發明說明（5) 佳： 根據供應至爐室中之用於加熱經加工物料之空氣及 氣流率’而決定關於燃料氣之完全燃燒所不足夠之短 氣流率的裝置， :、中引入空氣流率決定裝置經由將經加工物料需求 流率、短缺空氣流率及調整值相加，而決定引入空氣 率〇 士以此方式，當利用氣體燃燒器在爐室中加熱經加工 時，利用決定短缺空氣流率之裝置決定關於使燃料氣 燃燒所短缺/不足的短缺空氣流率。在決定引入空氣 決疋衣置％ ’於弓丨入空氣流率中決定將短缺空氣流率 經加工物料需求空氣流率及調整值之值。換言之，將 空氣參考流率（=經加工物料需求空氣流 使用：為前授值。#決定需求空氣參考流率，及 !! t =軋流率時，考慮關於待自氣體燃燒器供給至爐 ^燃燒燃料氣之空氣之理論空氣/燃料比的短缺空氣 :因此’經由提高待引入至爐室内之預定位置中之 流率，而補償由燃料氣之燃燒所消耗的空氣，以致可 步使I燃性氣體準確地進行完全燃燒及排氣。 ，在七述之本电明之控制裝置中，經加工物料需求空 率決定裝置決定一較對應於實際加入之經加工物料量 定之值大於預定值的值為經加工物料需求空氣流率較 利。 以此方式’將較對應於實際加入之經加工物料量 燃料 缺空 空氣 流 物料 完全 流率 力口至 需求 ί率） 決定 内用 流 空氣 進一 氣流 所決 有 之值 \\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第9頁 ⑽772 五、發明說明〜 -- 預定值的經加工物料需求空氣 二二率里。因此，將在爐室内之預 -於使由經加工物料所產生之氣 生氣體及其餘之燃料氣完全燃燒 控制調整值之裝置將調整值控制 使爐室内之可燃性氣體完全燃燒的 /此外，在前述之本發明之控制裝 形成為甜甜圈形狀，及將經加工物 爐床上’然後再繞其之軸旋轉，而 ，。藉此構造，可將還原爐構造於 斷。同時，由於將整個爐床設置於 爐内’因而相較於使用縱向爐室於 十月況’其未裝設無用之爐床的回轉 在相鄰的位置回收經由加入經加工 金屬。 此外，前述的異常判定裝置係藉 氣體流率、分析單元、電源及信號 疋氣您度計之異常較佳。 此外’前述目的可藉由根據本發 原爐中之引入空氣的裝置而達成。 加入含金屬氧化物之經加工物料及 輸送爐室内之經加工物料之設置於 熱經加工物料之設置於爐的加熱器 元件，設置於爐的燃料氣引入元件 流率使用 定位置中 體完全燃 所需之值 為零時， 空氣流率 置中，可 料舖設於 於爐室的 旋轉爐床 用於輸送 線性輸送 路徑。此 物料及將 於決定弓丨入空 之氧密度提高 燒’或者使此 。因此，當藉 亦可充分獲致 〇 有利地將爐室 甜甜圈形狀的 圓周方向中輪 ，而不^中 經加工物料之 經加工物料的 外，可方便地 其還原而得之 由氣體分析儀（即取樣 線之故障）之異常而判 明之控制金屬氧化物還 金屬氧化物還原爐包括 還原物料之爐室，用於 爐室内的爐床，用於加 ’設置於爐的空氣引入 ，及測量爐室内之氧密

\\3l2\2d-code\90-ll\90122207.ptd 505772 五、發明說明（7) 度的氧密度計。根據本發明之控制裝置包括： 根據加入至爐室中之經加工物料之量，而決定使由經加 工物料所產生之氣體完全燃燒所需之經加工物料需求空氣 流率之裝置； 經由將經加工物料需求空氣流率及根據在氧密度之測量 值與參考氧密度之間之偏差計算得之調整值相加，而決定 經由空氣引入元件所引入之空氣之引入空氣流率的裝置； 用於判定氧密度計之異常的異常判定裝置；及 當異常判定裝置判定氧密度計異常時，將調整值控制為 零之裝置。 在前述之根據本發明之控制裝置中，其更包括下列裝置 較佳： 用於根據引入至爐室中之空氣及燃料氣之流率，而決定 使燃料氣完全燃燒所不足夠之短缺空氣流率之裝置， 其中引入空氣流率決定裝置經由將經加工物料需求空氣 流率、短缺空氣流率及調整值相加，而決定引入空氣流 率。 此外，在前述之根據本發明之控制裝置中，經加工物料 需求空氣流率決定裝置決定一較對應於實際加入之經加工 物料量所決定之值大於預定值的值為經加工物料需求空氣 流率較有利。 較佳具體例之詳細說明 現將參照附圖詳細說明本發明之一具體例。 圖1顯示裝設本發明之引入空氣控制裝置之還原爐1 0的

\\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第11頁 505772 五、發明說明（8) 整體’圖2係還原爐1 〇之水平平面圖，及圖3係自圖2之 1 1 1 一 11 I觀看之橫剖面。在圖1，還原爐丨〇係大約均勻高度 (厚度）的甜甜圈形狀，及在同轴設置之外圍壁丨2與内圍壁 1 4之間之上端及下端的位置設置頂壁1 6及底壁1 8，以致在 其間界定一甜甜圈形狀的爐室（加熱空間）。如稍後所說 明’加入於爐中，以經由煉鋼而自粉末回收金屬之金屬氧 化物邊於甜甜圈形狀的爐室中輸送，邊被還原。順帶一 提’圍壁1 2、1 4、頂壁1 6及底壁1 8皆係熱絕緣壁。 還原爐1 0如圖1中之單點鏈線所示，其裝設有在例如， 圓周方向中分隔之加熱區2〇、中間區22、第一還原區24、 第二還原區26及取出區28的五個部分。除了取出區28之 外’各區在外圍壁1 2及内圍壁1 4中具有複數個燃燒器 3〇(在圖2中為2或4件）。各燃燒器30係與燃料氣供給管56 及空氣供給管58連接’及其將各區中之大氣的溫度加熱至 在預定的1100至1 3 0 0 (1)左右，將空氣及為c〇G (當將煤 於煉焦爐中碳化時所產生之氣體）或LPG(液化石油氣）之辦 料氣的混合氣體朝爐室喷射。燃料氣係在於中性或氧擔、 大氣中經充分加熱，及再提高至，例如，1丨〇 〇 (。 ^ 區20中，在理論空氣/燃料比以上之下燃燒。在中口^ I il在理論空氣/燃料比（例如，〇·98至h 00左右）;i — U，以在相同或稍高於1250(。〇下，在稍微還原 ： 中加熱爐溫。此外，在還原區24、26中，在較理論空^ 燃料比，低之混合比（例如，〇·85至0.95左右）下進 燒，而藉由爐中之還原大氣提供丨3 〇 〇 ()左右之大^

\\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第12頁 505772 五、發明說明（9) i/i◦以燃燒器30之取出區28中’大氣溫度或多或少低 !:應：外圍壁12中之加熱區20及中間區22 ，設 置=或硬數個位於燃燒器30之間的空氣入口3 二；生氣口；用r空氣送入至爐中， n次產生乳體完全氧化之氧。空氣入口32係連接至 ””線68 : 70 ’以致分別送入至加熱區2〇及$ 2 中之空氣流率係獨立地控制。 °°° =16係用於覆蓋爐室的上側，及在加熱區心 28之間的位置將頂壁16在圓周方向中部分切割，^ 二投：:乍：經加工物料之金屬氧化物之顆粒34的加料口、 中””二Π之上部設置用於投擲由製粒機(*示於圖 :)衣付之顆粒34之加料裝置的投擲部分38，由此以 J率：顆粒34投入至還原爐!。中。以將由煉 田 之粉末投入至製粒機中之方式，將顆粒34形成為：斤產： 巧!3(毫米)直徑之球或顆粒之期望形狀，及加入 有機黏合劑及水。在本具體例中’顆粒“為 將ί區2』中之加料口 36附近的位置自頂壁16豎立用於 30及Ϊ f之氣體或剩餘空氣排出之烟道40。燃燒器 裝設於爐的多個位置，而烟道4。係裝設 ^ α ”，、區2〇中對取出區28偏向的_個位置，因此，產生之 如圖2中之箭頭§1、g2所*，自力口熱區20及取出區28兩 者朝烟道40流冑。在取出區28與加料口36之間裝設在圍壁

W3l2\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第13頁 \mmr：

Μ级隹加m 20及U , :頂壁16向下延伸的分隔壁42，以 20及第一逛原區26中之士名、

測器(氧密度分析儀，二=壁4;所分隔。將-氧感 近，及測量在烟道40之入^周刀1^裝置）44設置於烟道40附 道4。之排氣中之氧密度，及度’即在流入至烟 、、RAM等等之控制器4 ;广5虎运至^設有CPU 氧感測器44輪出之密度信 2理各種測量纟’諸如自 處理結果而控制氣體流率或U空：流；溫度或壓力’及根據 在靠近取出區2 8中之知粗η Ο'p ' 將已完成還原處理之顆粒3二二匕的外圍側設置用於 2中所見，在卸出σ48之上4部卸出口48。如於圖 50，及利用#由傳動機構（二^之直徑延伸的螺桿 5。將到達取出區2 8之顆：4未:二繞軸旋轉之螺桿 顆粒34於還原大氣中；3 : = 外圍側。將卸出之 及由於為瞭解本具體例並不化，及將其回收’ 因而將其說明省略例亚不需要配合其用之設備及機構， 在還原爐1 0中，如圖9 % - ^ ^ . ,9甘I古#丨Μ + Ώ2所不，汉置一甜甜圈形狀的爐床 52，/、，、有稍小於在外圍壁12與内圍壁14之間之距離的寬 度尺寸如於顯不垂直橫剖面之圖3中所見，爐床5 2包括 用於使顆粒34以2至3層之厚度舖設之幾乎為平的顆粒舖設 部分，在寬度方向（爐中之直徑方向）具有小高度之自兩端 突出的側壁部分，及在底部之寬度方向兩端之複數對輪 54。輪54係於爐之圓周方向中以合理間隔裝設，以 52支承於預定高度。

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第14頁 五、發明說明（11) 因此，爐床52係繞相對於 旋轉地構造，以藉由傳動機之附圖紙垂直延伸之軸可 前頭P所示之順時鐘方向旋轉。未不於圖中）而以，例如， 還原爐1 0包括旋轉爐床，其換言之，在本具體例中， 圈形狀的爐中在圓周方向旋轉甜甜圈形狀的爐床52在甜甜 連續舖設於旋轉中之爐床52上自加料口 36加入之顆粒34 過加熱區20、中間區22、第一…及其邊被加熱，邊連續通 及在此過程中，顆粒主要/…逛原區24及第二還原區26， 屬，自設於取出區28中之卸、26中被還原成為金 圖4係用於說明還原爐！ 〇之 8办排出’及被收集。 分的圖。此圖係顯示控制用的連接㈣結構之元件部 明，將燃燒器30、空氣入口 32乃 、 匕，為方便况 ^·λ 孔 32及爐中之各別區20、22之配 燃料氣供給管線56及空氣供給管 刀 f之匯流點的上游側具有待由控魏控=之：^ '22之燃料氣及空氣的流率。在 閥60、62之上㈣的位置，$置差壓型流量計64、66，以 利用’例如，差壓，測量燃料氣及空氣之流率，及將顯示 因此所測得之實際流率的信號送至控制器46。因此，調奴 2的開角，以致由流量計64、66測得之實際流率的比與予； 定的空氣/燃料比一致，且達到預設的爐溫。 、 分別設於加熱區20及中間區22中之空氣入口32係分別連 接至，例如，與和燃燒杰3 0相通之空氣供給管線μ具有共 同供給源之空氣供給管線68、70。各別的空氣供給管線、 505772

90122207 五、發明說明（12) 68、70具有閥72、74，其之開角係由_ 月刹田| 壓測量各別空氣流率之差壓型产量^ Dn 6及利用差 t卜而猸☆沾 '目丨-»上 1 ’丨L里δ十76、78控制’以致如 =?也=調整空氣流率。控制器4 疋衣置（y，措此以，例如， PL(。頓/小時）。如^設定;置7方6式=定顆粒34之加料量 氣流率，石*批 、置7 6、7 8測量各別的實際空 將測量产、玄]一:區2〇及中間區22之各別的空氣供給量， ，及調整闕72、?4之開角， 決定的合根據稍後所說明之顆粒加料量PL所 於設定至管2:8 :二。在控制器46及閥72、74之間設置用 δ 〇，以致依眧#〜之引入空氣流率之比的比率設定裝置 之空氣速率。疋1"而5周整待供給至加熱區2 0及中間區2 2 圖5係用 …、 定顆粒所^控制器46之功能的功能方塊圖。用於決 顆粒34的Γ封I虱流率之裝置82追蹤進入至加料口 36中之 輸入或由諸:二PL (J3镇/小時），此（量）係由設定裝置79所 式（〗）決定 忍測杰所偵測及利用，例如，以下所說明之 量之產生，娜於熱加入顆粒34及將由還原所產生之所有 率Ρ Α (立方％妝氧化（凡全燃燒）所必需之顆粒所需的空氣流 々水/小時） 在此，α二…：X PL ·.·⑴。 1(噸）之蕷粒34所決定之係數，即相當於當還原 體積的值，〃 ^ 使所產生之氣體完全燃燒所需之空氣 一提，在Α例如，使用5 3 8 (立方米/噸）左右之值。附帶 發明中所提及之氣體體積皆係在標準條件下之 90122207.ptc 第】6頁 五、發明說明（13) 值。顆粒所需之空氣流率P A係反應顆粒3 4之種類及加料量 PL而改變，及為防止可燃性氣體停留於廢氣中及提高金屬 氧化物還原系統整體的安全性，將加料量PL設為稍大於實 際值，或者將係數α設為稍大於理論值，藉此而決定一較 對應於實際加料量之值大的值。舉例來說，當顆粒加料量 PL係例如，以人工方式決定時，使用較實際值大，例如， 1 〇 (% )左右之稍大之值，2 0 (嘲/小時）左右之值。 決定短缺空氣流率之裝置84利用，例如，以下所說明之 式（2 )，根據由差壓型流量計64、6 6所測得之燃料氣流率 EGi(立方米/小時）及空氣流率ΣΑί(立方米/小時），而 決定關於理論空氣/燃料比所短缺/不足的短缺空氣流率 ΒΑ(立方米/小時） ΒΑ = β X Σ G i - Σ A i …（2)。 在此，/3係對各種燃料氣所決定之係數，即相當於使丨（立 方米）之燃料氣完全燃燒所需之空氣體積的值，例如，在 C 0 G的j月況中’使用4 · 9 0左右之值。順帶一提，2 g丨及X A 1係供給至複數件燃燒器3 〇之燃料氣及空氣的總流率。各 燃燒器3 0附帶裝設有引火燃燒器（未示於圖中），及當引火 燃燒裔燃燒時，亦將燃料氣流率及空氣流率加至Σ G丨及Σ A1。此流率與進入燃燒器3 〇 (主燃燒器）之流率比較非常 小，且可以忽略。 用於決定需求空氣參考流率之裝置8 6利用，例如，以下 所說明之式（3)，由顆粒所需之空氣流率以及短缺空氣流 率BA ’而決定使全部量之所產生氣體及燃料氣完全燃燒之

\\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第17頁 待引入至爐中的需求介* M = BA + PA ^參考流率 如前所述，由於顆粒所兩3 ) 〇 入顆粒量之值大的值，=之空氣流率ΡΑ係較對應於實際加 空氣中之氧經完全消耗7而需求空氣參考流率RA係較引入 之值稍大的值。換言之|且排氣中之氧密度為0(%)之情況 排氣中不會殘留任；的冗需求空氣參考流率RA係經定成在 2U)左右之小的量存在了;性氣體，且氧係以，例如， 明之引入空氣之控制中的f f空氣參考流率RA係在稍後說 調整值計算裝置88追3從=$ f成 道40之爐中的氧密度用孔感測益44偵測得之靠近烟

^(4) tt ^ ；/API 之預定參考值一致(即“ΐ二以老致氧密度與⑽)左右 為零） Μ里值與麥考氧密度之間的偏差 A - Kp e +Κ丨 ^ edt + KD de/dt …⑷。 在式（4)中，KP、K,及KD#、比例增益、積分增益 盈。異常判定裝置90判定氧感測器44之異常。此判刀^ 測到取樣氣體流率、分析單元.、電源之異 j = *偵 障時，判定氧感測器44為異常。此外，為定^〜，之故 進行調整或維修，根據諸如氣體流率之異當刺1 =定期地 44之異常。調整值控制裝置92追蹤此異常判定疋氣f，器 測器44正常時，實際輸出調整值a，及輪出如疋而备氧感 整值A。 t制為零之調 需求空氣參考流率RA及調整值A係如前所H、二丄 π述而決定，及

505772 _案號 90122207_ϋ 日 條正 fM. & -9 五、發明說明（15) 決定引入空氣流率之裝置94利用下式（5)決定待自空氣人 口 32引入至爐中之空氣流率SA SA = RA + A …（5) 〇 引入空氣流率S A係經由將由顆粒加料量及燃燒器3 0之空氣 /燃料比所得之需求空氣參考流率R A (前授輸出）加至包括 氧感測器4 4、調整值計算裝置8 8、異常判定裝置9 〇及調整 值控制裝置9 2之氧密度控制系統（氧密度計）之反饋輸出 (調整值A)而決定。將如此決定之顯示引入空氣流率SA的 信號傳輸至前述的比率設定裝置8 0 °可將氧密度控制系統 96裝設於控制器46内，但亦可將其分開裝設，而僅將輸出 信號送至控制器。 為在構造如前所述之還原爐1 0中經由煉鋼而將利用粉末 製粒之金屬氧化物還原’使爐床5 2在圖2所示之箭頭P的方 向以定速度旋轉，對燃燒器3 0供給前述之空氣/燃料比的 燃料氣及空氣，及使其燃燒而使爐中之各別區維持於預定 溫度下，自空氣入口 3 2引入空氣’及將利用製粒機形成之 顆粒34自還原爐1 〇之加料口 ％以固定速度加入。此加料速 度係幾乎一直維持固定，及在加料之前，經由加料量設定 裝置79將加料量PL輸入至控制器46中。引入空氣流率SA係 將調整值加至需求交氣爹考流率RA之值，而需求空氣參考 流率RA係顆粒所需之空氣流率+短缺空氣流率BA之總和。 在開始操作還原爐1 0之初’由於反饋控制流率（調整值A) 為零，因而將引入交氣流牛SA設為與需求空氣參考流率一 致之值。

五、發明說明（16) 力口入顆粒3 4根據愤戍r 9夕·^缸 , 24 盧床52之紅轉而自加熱區20朝還原區 九？ 過程中於還原大氣中加·，及被還原。 二：粒34還原的同時，出現源自於 ， 可燃性氣體諸如112( . Ό剤之 於經由引入空氣：提it ; 可燃性氣體立即 中氧化（士入妙彳，、之虱化大氣之加熱區20及中間區22 、，Λ王九，、埏），及成為不可燃燒的氣體（HJ、CO?), 並如前頭g所示（男[g| 9、a、仓χ 2 汀丁、見圖2)刖進至烟道40。另一方面，在％ 持=原大氣的還原區24、26中，由於如前所述產生二 :二及將空氣/燃料比設為低於】之值，因變 =完全燃燒’且亦存在由其所產生之可燃性氣體此 1 可燃性氣體幾乎不會在還原區24、26 : ”示通向烟道40。當經由取出區28而進入加熱區頭 =其與存在於該處之氧反應（燃燒），及成為不可 氣體。自烟道4 0排屮夕与μ !〆 *、 1 广 徘出之虱體僅係不可燃燒之氣體及剩餘空 氣0 然後自空氣人口32引人至爐巾之S氣流率SA係根據顆粒 34之加料量PL設定之值。此值係使於爐中所產生之氣體L 未燃燒^燃料氣皆被燃燒，且殘留非常少量，例如2(%)之 未f f ί ί值換S之’經由在開始時將引入空氣流率S A 設為在品求空氣參考流率了，關於烟道4〇的氧密度與參考 值致，或係與其非常接近之值，以致可相較於僅有反饋 控制之情況而提高控制穩定性。 , 方面田還原爐10連續運作時，實際產生之氣體量 係反應顆粒3 4之貝際加料量或還原劑及包含於顆粒3 4中之

第20頁 ^712 五、發明說明（π) 2j，劑之$而改變。因此，在本具體例中，將該理論 空氣流率^ ’及依序將該需求空氣參考流率RA定為在稍大 的$下’以致即使所產生之氣體量變多時，氧（空氣）量亦 不會紐t ^不足。但當所產生之氣體量相反地變少時，如 將I丨入二氣流率維持於RA(= BA + PA)下，則剩餘氧量將 過多二然而，由於將引入空氣流率SA定於RA + Λ，因而根 據由氧感測器44所測得之氧密度而決定之調整值Α係使SA 負值因此，可利用反饋控制而控制過多的剩餘氧 置 。 敕1 4 2 5、’畜氧感測器44正常時，由於藉由調整值A調 :入：乳流梢’而使經定為較高之需求空氣參考流率 ：而使排氣維持於參考氧密度下。然而，當由於故 P早、凋正或維修而偵測到氧感測器44之異常時，如 將調整值A控制為零。因此，依據式 ^斤述 S繼㈣參考流率RA — /，=，)排率 持於較南值下，而可獲致安全性。 /、 羊A又、准 乂，，二之，在此具體例中’引入空氣流率係 杈稷合控制所控制，其中經由使用顆粒34之加料旦； 論上所需之需求空氣參考流率RA係 "=理 ;f:!j系統所產生之調整則為二 而求工氣芩考流率RA與根據在測量氧密产盥夂、 將 偏差計算得之調整值A(即待增加或減：：^ 之間之 :=決定引入空氣流率SA。因 丄“相 率，其中需求空氣參考流率R 制^入二氣流 係為則杈值。因此，如改變 Μ 第21頁 \\312\2d-code\90-ll\90322207.ptd 505772 五、發明說明（18) 顆粒34之加料量’則由於引入空氣流率SA係由調整值a及 反應其而改變之需求空氣參考流率RA所決定，因而與引入 空氣流率S A僅使用氧密度分析儀之測量值由反饋控制所決 定之情況比較，可加快控制反應，而不會使穩定性減低。 此外’在氧感測态4 4異常時，由於將調整值a和告|為突 因而將需求空氣參考流轉的本身定為弓^空^^A。 因此，即使係在未利用反饋控制的情況下，亦可庐致埶嗖 率及安全性所需之空氣流率最小i ’以致可連續操作濟’， 不使其中斷，及提高生產力。 、 m 在此具體例中，顆粒34係經由燃燒器3〇加埶，及 授值之需求空氣參考流率RA係由顆粒所需之空氣流p 燃燒器30之短缺空氣流率BA之總和而得’因此，备 求空氣參考流㈣，及依序決定引入空氣流率SAar，、= 使燃料氣完全燃燒所短缺/不足的短 之，將需求空氣參考流幅（=顆粒所需之义 缺空氣流率ba)使用作為前授值。經由提高於加Λ2。及 空氣，因此可使爐室中之可烬性教雕 “、、k所4耗之 及將其排出。 更文全地完全燃燒， 在此具體例中’由於使用較對應於實際加 10(%)左右之顆粒所需之空氣流率PA於決引里六之^值大 SA，因而將加熱區20及中間區22中之穷^入古工^流率 由顆粒34所產生之其餘氣體及燃料：：：；：：使 因此’當由調整值控制襄置92將調整值八控^

曰 案號 90122207 1、發明說明（19) 可獲致足以使爐室中之可燃性氣體完全燃燒 =此具體例中’關於還原爐】。，其爐室為甜甜：：：， =粒34舖設於繞爐轴旋轉之甜甜圈形 】i， 有中斷，同:由於爐床52在輸送方向中沒 列曰in π 77而反應爐床52之位置控制顆粒34之加料時 作控制變得容易。將整個爐床52設置 的情況比較，豆未〆:：：向爐至於線性輸送顆粒34 地 八未衣叹！用之爐床的回轉路徑，且可方便 屬。何、位置回收經由加入顆粒34及將其還原而得之金 利用^ ^ ^具體例中’已說明引入空氣流率之整體控制之 了兩!处^ \6的數位控制，但在引入空氣流率控制中之除 密产钟〇^氣苓考流率RA之決定之外的其他部分可依賴利用 示二同装及流率調整器1 〇 〇、1 〇 2之類比控制，如圖6所 度與預t ^ ’密度計9 8反應在由氧感測器44所偵測得之密 致。此1岔度之間之偏差而輸出控制電流，以致兩密度一 於如今‘出電流係相當於前述的調整值A，及將其與對應 出電S所述由控制器46所決定之需求空氣參考流率RA之輸 右=二相加’並送至比率設定裝置80。此外，密度計98具 故障判」&標準而判定異常’例如’氧感測器44之故障的 夕:1定電路。密度計9 8可將在感測器4 4正常時設得較高 SA 曰之氣芩考流率RA減低，而得到適當的引入空氣流率 心 在感測器44異常時’將輸出電流值，即調整值，控 刺為$_， 以提高排出空氣中之氧密度。

>772 >772 曰 案號 90122207 五、 發明說明（20) 比率設定裝置8 0設有預先引入至加熱區2 0及中間區2 2中 之·空氣流率分佈，及反應其之分佈而將輸入控制電流供給 至流率調整器1 〇 〇、1 〇 2。流率調整器1 〇 〇、1 〇 2反應在由差 壓型流量計7 6、7 8所偵測得之空氣供給管線6 8、7 0之各別 空氣流率與由比率設定裝置8 0所決定之空氣流率之間的偏 差輸出控制電流，以致兩空氣流率一致。當利用控制電流 開關閥7 2、7 4時，烟道周圍的氧密度係維持於適當值下。 附τ 一提’圖β僅顯示引入空氣控制之類比控制，但燃燒 3 〇之空氣/燃料比亦可經類比控制。 …已參照附圖說明本發明之一具體例，及於另一具體例中 貫施本發明。

舉例 甜甜圈 係於其 中將爐 應用至 自入π 此外 顆粒所 率之理 決定作 率ΒΑ雉 將顆粒 流率SA 此具體 室的旋 且本發 成多個 較縱向 設於爐 體例中 流率P A 燃料比 之需求 於顆粒 氣流率 來說，在 形狀之爐 中旋轉； 床52分割 其中具有 移動至裝 ’在此具 需之空氣 論空氣/ 為前授值 持於相對 所需之空 <前授值 例中，已 轉爐床， 明亦類似 部分，而 爐室之長 兩端出口 ，由自顆 +相對於 之短缺空 空氣參考 所需之空 的本身使 說明將本 其中甜甜 地應用至 整體形成 度尺寸甚 之類型之 粒3 4之加 供給自燃 氣流率BA 流率RA。 氣流率PA 用作為用 旋轉床之爐，其 甜甜圈形狀；或 +之尺寸之爐床 矛夕動床的爐。 料量以所決定之 燒器3〇之空氣流 < 總和（PA + BA) %將短缺空氣流 夠小之值下，則 &決定引入空氣 72 ^ψΊ 五、發明說明（21) 在此具體例中，將顆粒34之加料量以 =的值下’或者將反應顆粒34之種類所=== ，較理論值大之值下，由此將顆粒所需之空氣流 ：： 較貫際加料量之值大的值。當自顆粒34所產可，為 體量之分散夠小時，將加料量PL設為實際加 :性氣 就此將由諸如質量感測器所谓測得之加才;量使二於二：可 在此具體例中，根據取樣氣體流率、分、^制。 異常及信號線之故障，判定氧感測器44之显 1 ^ =之 同速率之測量值的測量值而判定。 '、 八可由不 此外，還原爐10中之爐室之分割區的數目、各 22之溫度及大氣（例如，燃燒器3〇之空氣/妒 雁

:處理…3…生質或爐室之結構而適當地改』係 來说，爐至可分別僅包括加熱區及還原區。 牛1J 在此具體例中，烟道40係裝設於加熱區2〇之一 但可將其裝設於多個位置’或分別裝設於加熱區2〇及；’ 區2 2。當將烟迢4 0裝設於多個位置時， ，曰 爐室中測量氧密度，及進行反饋控制。在罪近烟這的 在此具體例中，將靠近烟道4〇之氧密度控制⑼ 右，且此值不會造成任何自烟道4〇排出之^工 输，…其適當地設於足以藉由在爐室二：： 軋肢之燃燒而得到提高加熱效率之效果之範圍内。… 本發明可在不脫離本發明之主題内容的範 改，在此不將其逐一列舉。 巧邗谷種心 雖然已說明本發明之較佳具體例，但熟悉技藝人士當明

5^5772 五、發明說明（22) 白可不脫離本發明而於其中進行各種變化及修改，因此， 其之目標係於隨附之申請專利範圍中涵蓋在本發明之真實 精神及範圍内之所有此等變化及修改。 元件編號之說明 10 還 原 爐 12 外 圍 壁 14 内 圍 壁 16 頂 壁 18 底 壁 20 加 熱 區 22 中 間 24 第 一 運 原 區 26 第 二 遥 原 區 28 取 出 區 30 μ 燒 器 34 金 屬 氧 化 物 之顆 粒 36 加 料 Π 38 加 料 裝 置 的 投擲 部分 40 烟 道 42 分 隔 壁 44 氧 感 測 器 46 控 制 器 48 顆 粒 卸 出 V 50 螺 桿

\\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第26頁 505772 _案號 90122207 日 修正 91^8, - 9 五、發明說明（23) 5 2 爐床 54 輪 56 燃料氣供給管 58 空氣供給管 60 閥 62 閥 64 流量計 6 6 流量計 68 空氣供給管線 7 0 空氣供給管線 72 閥 7 4 閥 76 流量計 7 8 流3E計 7 9 加料量設定裝置 80 比率設定裝置 98 密度計 100 流率調整器 102 流率調整器

90】22207.ptc 第27頁 772 圖式簡單說明 圖1顯示裝設本發明之引入空氣控制裝置之還原爐的整 體； 圖2顯示圖1之還原爐之水平平面圖； 圖3顯示對應於自圖2之I I I -1 I I觀看之橫剖面的視圖； 圖4顯示用於說明圖1之金屬氧化物還原爐之引入空氣控 制結構之元件部分的視圖； 圖5顯示用於說明圖4之控制器之功能的功能方塊圖；及 .圖6顯示用於說明應用至圖1之還原爐之另一控制結構之 元件部分的視圖。

\\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第28頁

Claims (1)

1. 505772 六、申請專利範圍 1. 一種金屬氧化物還原櫨中引入空氣之控制裝置， 其中該金屬氧化物還原爐將含有金屬氧化物之經加工物 料自起始位置在爐室内於一方向中輸送，同時將該經加工 物料及還原物料在還原大氣中加熱，因而將金屬氧化物還 原，而自該經加工物料製得金屬， 其中該金屬氧化物還原爐將空氣引入至爐室之預定位置 内，而使停留於爐室中之可燃性氣體完全燃燒，然後該金 屬氧化物還原爐將經如此完全燃燒之氣體自鄰接於起始位 置之排氣位置排出， 其中該金屬氧化物還原爐利用設置於排氣位置附近之氧 密度計測量爐室内之氧密度，及 其中該金屬氧化物還原爐，係利用根據在氧密度之測量 值與參考氧密度之間之偏差計算得之調整值，控制引入至 預定位置中之空氣的引入空氣流率， 該控制裝置包括： 根據加入至爐中之經加工物料之量，而決定使由經加工 物料所產生之氣體完全燃燒所需之經加工物料需求空氣流 率之裝置， 用於判定氧密度計之異常的異常判定裝置， 當異常判定裝置判定氧密度計異常時，將調整值控制為 零之裝置，及 經由將經加工物料需求空氣流率與調整值相加，而決定 引入空氣流率之裝置。 2. 如申請專利範圍第1項之引入空氣之控制裝置，其更

   \\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第29頁 六、申請專利範圍 包括= 根據供應至 之流率，而決 氣流率的裝置 其中該決定 空氣流率、短 流率。 3·如申請專 中’該經加工 實際加入之經 加工物料需求 4 ·如申請專 中，該經加工 實際加入之經 加工物料需求 5 ·如申請專 中，該爐室係 於甜甜圈形狀 的周圍方向中 6. —種金屬 中，該金屬氧 物料及還原物 之設置於該爐 該爐的加熱器 爐室中 定關於 弓丨^ 缺空氣 利範圍 物料需 力口工物 空氣流 利範園 物料需 力口工物 空氣流 利範園 經形成 的爐床 輸送。 氧化物 化物還 料之爐 室内之 ，設置 用於加熱經加工物料之空氣及燃料氣 $然料氣之完全燃燒所不足夠之短缺空 氣流率之裝置經由將經加工物料需求 流率及調整值相加，而決定引入空氣 第1項之引入空氣之控制裝置，其 求空氣流率決定裝置決定一較對應於 料里所決定之值大於預足值的值為I取 ^ 〇 一 第2項之引入空氣之控制裝置，其 ^空氣流率決定裝置決定一較對應於 S Ϊ所決定之值大於預定值的值^經 第1項之引入空氣之控制裝置，其 ，甜甜圈形狀，及將經加工物料舖机 上，然後再繞其之軸旋轉，而於爐g 還原爐中引入空氣之控制裝置，其 原爐包括加入含金屬氧化物之經加工 室，用於在該爐室内輸送經加:物料 於該爐的空氣引入元件，設

   505772 六、申請專利範圍 的燃料氣引入元件，及測量爐室内之氧密度的氧密度計， 該控制裝置包括： 根據加入至爐室中之經加工物料之量，而決定使由經加 工物料所產生之氣體完全燃燒所需之經加工物料需求空氣 流率之裝置； 經由將經加工物料需求空氣流率及根據在氧密度之測量 值與參考氧密度之間之偏差計算得之調整值相加，而決定 經由空氣引入元件所引入之空氣之引入空氣流率的裝置； 用於判定氧密度計之異常的異常判定裝置；及 當異常判定裝置判定氧密度計異常時，將調整值控制為 零之裝置。 7. 如申請專利範圍第6項之引入空氣之控制裝置，其更 包括： 根據引入至爐室中之空氣及燃料氣之流率，而決定使燃 料氣完全燃燒所不足夠之短缺空氣流率之裝置， 其中該引入空氣流率決定裝置經由將經加工物料需求空 氣流率、短缺空氣流率及調整值相加，而決定引入空氣流 率〇 8. 如申請專利範圍第6項之引入空氣之控制裝置，其 中，該經加工物料需求空氣流率決定裝置決定一較對應於 實際加入之經加工物料量所決定之值大於預定值的值為經 加工物料需求空氣流率。 9. 如申請專利範圍第7項之引入空氣之控制裝置，其 中，該經加工物料需求空氣流率決定裝置決定一較對應於

   \\312\2d-code\90-ll\90122207.ptd 第31頁 505772

   \\312\2d-code\90-11\90122207.ptd 第32頁