TW518308B - Arrangement for the dosed introduction of fine-particulate material into a reactor vessel and the production of iron melts - Google Patents

Description

518308 A7 ___B7_ 五、發明說明（f ) 本發明係關於一種定量添加微细粒子材料到反應容器 的装置，其包含一流體化床閛門，一材料供應機構從該流 體化床閘門上方進入其中，並且一氣體管道用於供給流體 化氣體到該流體化床閘門並連接在該流體化床閛門之較低 端的區域，並且該流體化床閘門包括用來輸送微细粒子材 料之溢流管，K及關於一包括此種類之裝置的工廠，和一 種操作此装置的方法。 前逑種類的裝置已知於美國專利4,277, 205號中。此 装置的特色是有一中央管，許多的溢流管從其導出到分佈 於該反懕容器之剖面上的進料點。該中央管，與溢流管一 起，以一種可彎曲的方式被安置在該反應容器的内面，K 確保在該反應容器中之微细粒子材料的均勻分佈。在該反 懕容器内面之裝置是需要該溢流管彎曲，但是因此造成該 彎曲機槭裝置以及封口的嚴重磨損，特別是如果該反應容 器是用來進行較高溫度的反應，以及如果發生激烈的氣流 0 已知的装置會有的缺點是：可進料至該反應容器的該 微ffl粒子材料只均勻的分佈在剖面上*但不特定在某些進 料點或進料區域。 本發明的目標是要避免這些缺點及困難，並且創造萠 述種類的一種装置，以及一種操作此裝置的方法，其容許 定量添加微细粒子材料1該反應容器中。特別是，在該反 應容器不同區域的特定點上使微细粒子材料取決於時間的 -3- 本纸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) * · •0--------^------------------------------- 518308 A7 _B7_ 五、發明說明（/) 進料成為可能，然而，其中該裝置可K是堅硬且固定的設 計，以避免磨損的問題，並且將投資及維修費用減至最低 0 本發明的另一個目標是要創造一種用於從由碾砂（特 別是鐵礦及助熔劑）及至少具有一部份微细物所組成之進 料物質來導入微细粒子遷原產物之裝置，其中該遷原產物 形成高度氣體可滲透區域，然而，其三次元地互相連接， 因此確保該還原氣體有良好的接觸。 根據本發明，此問題在前述種類的裝置所解決，其是 K數個提供於該反應容器外面的流體化床閘門來解決，其 溢流管係延伸入反應容器的内面。 一個較佳的具體實施例的特徵是：該裝置提供了形成 流體化床閘門之中央管，及自中央管出發之至少兩個溢流 管，其每個連接於較遠的流體化床閘門，其中每個較遠的 流體化床閘門是由貯藏處（receptacle)所形成，其中用於 供給流體化氣體之氣體管道連接在該較遠的流體化床閛門 之較低的區域，並且至少一溢流管從該較遠的流體化床閛 門出發而連接於反應容器，而且其中每個流體化氣體導管 配備有用來區域性定量添加微细粒子材料之閥。 藉著該閥門，個別或是幾個附含該中央管較躉的流體 化床閘門可K被活化的或失去活性。該微细粒子材料首先 聚集在該中央管中，並且當該中央管進料一流體化的氣體 時，也填入該較遠的流體化床閘門。取決於是否流體化的 -4- 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) --------訂·-------1 A7 518308 ___B7__ 五、發明說明（j ) 氣體被進料至該較遠的流體化床閘門之一，此流體化床閘 門變得通暢，並且該微细粒子材料可從此流體化床閛門經 由該溢流管，而進人該反懕容器中。K交替地連接該流體 化的氣體，該材料可流動K及因此在該反應容器中的進料 點或進料區也可變化。更進一步，該微细粒子材料可經由 氣體體積來定量，因此該閥門是方便地被設計成流量控制 闊〇 已經證明：定量添加是藉著至少兩個，甚至最多到八 個，而且K三或四個較佳的流體化床閘門而方便地完成。 為了避免該微细粒子材科經由一個溢流管、K由鋪開 (fanning) 的股流（strand)形式進入該反應容器中，溢 流管末端係有開口延伸入反應容器中並較優地提供氣體進 料機構以用來在該溢流管的較低端發展形成氣體套管，其 中該溢流管便利地包含雙層套管，其係界定出一環狀間隙 空腔，並且該氣體進料機構係有開口通入環狀間隙空腔中 〇 為了氣體套管的形成，該溢流管的較低端較佳地是提 供有環狀間隙開口或數個用於使氣體流經該環狀間隙空腔 離開之出口。 為了容許將微细粒子材科進料至該反應器的整個横切 面，該流體化床閘門是方便地提供在離該中央管有一段距 離之處，並且較佳的是以一種輻射狀對稱性的排列。 一種用於產生金屬熔化物、特別是生鐵之装置，其是 - 5 - 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) 訂---------線， A7 518308 ______ B7__ 五、發明說明（/〇 從由礦砂（特別是鐵礦及肋熔劑）及至少具有一部份微细物 所組成之進料物質而產生，其特激為：至少兩個串聯連續 設置的流體化床反應器，其中該碾砂從一流體化床反應器 、經由輸送導管沿著一方1¾導入至另一流體化床反應器中 ，並且該遷原氣體係K相反方向經由遷原氣體連接導管從 一流體化床反應器導向至另一流體化床反應器中，而且熔 爐氣化器係與供應導管連接，該供應導管可使來自位於該 礦砂流動方向最後之流體化床反應器的遷原產物經由用於 定量添加微细粒子材料之裝置（29)被導引入熔爐氣化器中 ，以及供應碳及氧氣之導管，從熔爐氣化器出發並連接在 位於礦砂流動方向最後的流體化床反懕器中的遷原氣體輸 送導管。 用於供給該流體化氣體的氣體導管是有利地從還原氣 體輸送導管出發。 為了從該反懕容器中的微细粒子材料形成一個高度氣 體滲透床，K較佳安置於該中央管旁邊的該流體化床閛門 來交替地活化。 根據一涸較佳具體S施例，該流體化床閘門的活化是 被認為是基於反應容器内所發生之製程的程序測量基礎上 ，藉由該輔肋，可在反應容器中決定微细粒子材料之進料 點或進料區域的位置，於是該微细粒子材料可藉由協同性 地打開及闢閉流體化床閘門來分佈。 K下，本發明K顯示於圖示中的具體實施例來較詳细 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ---------------------訂·-------I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) A7 518308 _____B7____ 五、發明說明（f ) S勺解釋。圖一κ圖示表示一個用於金屬熔化物生產之整體 裝置的實例，其中K使用根據本發明的裝置為優。圖二以 放大的比例來說明圖一的细節。圖三表示圖二的平面圖。 II四Μ放大的比例顯示根據一個改良具體實施例之溢流管 的末端细節。 根據圖一的装置包含三個串職的流體化床反懕器1至 3 ，其中含有氧化鐵（例如：细礦砂）之微细粒子材料，經 由礦砂運輸導管4被導入至第一流體化床反應器1中，在該 處细礦砂被預熱，並且可能在預熱階段5預先被遷原，並 且接著從第一流體化床反應器1經由運輸導管6，而到流體 化床反應器2、3中。在流體化床反應器2中，預熱是在預 先還原階段7進行，並且在流體化床反應器3中，該细碾砂 在最終的遷原階段8最後是或完成遷原地成為海線狀鐵。 被遷原的微ffl粒子遷原材料，即：海綿狀鐵，經由運 輸導管3、K一個稍後敘逑之特定方式被導入至熔爐氣化 器1 0中。在熔爐氣化器i 0中，有一含有一氧化碳及氫氣的 還原氣體，其是從碳的載體（例如：焦炭）所形成的，K及 在熔爐氣化器區域11中的一個含氧氣體都經由一個流體化 床而形成。此遷原氣體經由氣體出料導管12被導入流體化 床反應器3中，其中的氣體出料導管對於流體化床反懕器3 係當做遷原氣體輸送導管1 2，而其被安排在該细碾砂流動 方向的最後。 該遷原氣體從熔爐氣化器1G中經由幾個輻射狀之對稱 - Ί - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） il·--------·--------訂---------線♦ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 518308 A7 _B7_ 五、發明說明（& ) 裝置的氣體出口管節而出料。 該遷原氣體經由連接導管13、對該碾砂Μ流逆地從流 體化床反應器3被運送至流體化床反懕器2至1，從流體化 床反懕器1出料，Κ如頂部氣體般經由頂部氣體出料管U 排出，並接著被冷卻，且在濕式洗氣器（scrubber) 15中洗 氣0 熔爐氣化器i 0包含用於固體碳載體的供應導管1 6、用 於含氧氣體的供應導管17M及可能用於碳載體及燒焦肋熔 劑的供懕導管，其中碳載體在室溫下為液態或氣態，例如 :碳氫化合物。在熔爐氣化器10中，熔化的生鐵或熔化的 進料钃材K及熔化的熔渣累積在熔爐氣化器區域11之下 ，其經由强落孔18而被强落。 在遷原氣體運輸導管12中，其從熔爐氣化器10出發， 並且連接在流體化床反應器3中，提供一粉塵收集機構19 ，例如：熱氣體旋風器，其中在此旋風器中分離的粉塵顆 粒經由回流導管20、K氮氣做為輸送工具，並且經由燃燒 爐21、在氧氣的注入下被進料至熔爐氣化器10中。 該遷原氣體的溫度可由有提供為較佳之氣體回流導管 25來調整，其從遷原氣體輸送導管12出發，並且該遷原氣 體的部分經由在熱氣體旋風器19上游之裝置的洗氣器2 6K 及壓縮機2 7，而回流到該還原氣體輸送導管1 2中。 為了調整细礦砂的預熱溫度，一含氧氣體，例如：空 氯或氧氣，可經由導管28被進料至預熱階段5，即：流體 -8 - 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)

518308 A7 ——____B7__ 五、發明說明（7 ) 化床反應器1中，其造成進料至進料預熱階段5之該轉化還 原氣體的部份燃燒。 棍據本發明，該微细粒子海綿狀鐵經由座落於圓頂30 的進料機構29而進料，圓頂3 0是將熔爐氣化器10向頂部封 閉，並且在圖二中以放大的比例顯示。 進料機構2 3是由代表該流體化床閘門之中央管31所形 成，輸送導管9連接於該閛門上方。中央管3 1的較低區域 有一用來形成流體化床閛門之氣體可滲透的底部32,流體 化的氣體經由進料流體化氣體之氣體導管33而進料至其中 。氣體導管33是氣體回流導管25的支線導管。 從中央管31、溢流管34 -根據所顯示的具體S施例 是三個-K一個距雛從該氣體滲透底部出發，其輻射狀對 稱地向下、以一個角度從座落於熔爐氣化器10上方中間的 中央管31導出。這些溢流管34連接在較遠的流體化床閘門 35，其由貯藏處3 6所形成，並且其是類似於該中央管，在 其較低區域具有氣體滲透底部32、具有與進料流體化氣體 之氣體導管3 3連接，K及具有在其較上方的區域出發的溢 流管37。該溢流導管被輻射狀地向外排列，並且經由熔爐 氯化器10的圓頂30進入至熔爐氣化器10的内部。 所有連接至流體化床閛門31、35之氣體導管33是與閥 門33 —起提供，K藉活化每一個流體化床閘門3 1、35及 使之失去活性，來容許對該·微细粒子遷原材料的壤/透/性及 其運輸或停止其運輸，而不須要零件的機械發動來與該微 + 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) A7 518308 _B7_ 五、發明說明（f ) 细粒子熱還原材料接觸。K交替活化不同的較遠流體化床 閘門35，Μ及因此經由不同溢流管37蓮輸，可Μ達到比連 缰經由所有的溢流管運輸材料更湄縮的一個材料流。因此 ，該微细粒子材料從熔爐氣化器10的出料，伴隨著離開熔 爐氣化器1 0的還原氣體1 2，可被減至最低，因為經由溢流 管37伸入熔爐氣化器的股流39是較密集且更緊實。 溢流管37之交替活化或使之失去活性，也可用來抵消 在熔爐氣化器10内的周圍溫度、或者是經過氣體出口之氣 體流動速率任何分佈的不均勻。在此情況下，製程的測量 被用於經由一製程電腦來活化溢流管3 ?中的一特定溢流管 、或使之失去活性，Κ達到較高程度的平均分佈。 暫時活化溢流管37及使之失去活性，也可用來在熔爐 氣化器10中形成粒子直接還原材料的透鏡（lenses)，其被 去氣體的（degassed)焦炭粒子（木炭粒子）、Μ及因此在所 有側面之最理想氣體滲透區域所包覆。該還原氣體可良好 地從所有側面擴散至由微细粒子直接遷原材料所形成的鏡 Η中。 此外，流體化床閘門31、35的使用容許在熔爐氣化器 10内抗較高的壓力而進料，同時在流體化床反應器31、35 以及熔爐氣化器10之間的壓力差可在流體化床閛門31、35 中移除。更進一步，被進料至熔爐氣化器的材料可容易地 以控制流體化氣體的流動速率而被定量。 .棍據顯示於圖四中的一個具體實施例，溢流管3 7的末 >10- 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) • --------訂---------線 518308 A7 ___B7__ 五、發明說明（y ) 端區域40，其伸入熔爐氣化器10的内部，是被設計成雙層 套管41。雙層套管41的外套管42M及内套管4 3界定出環狀 間隙空腔44，其末端45是座落於熔爐氣化器10的外面’被 連接至用來冷卻氣體的封閉迴路供懕導管4 6。被冷卻的遷 原氣體，較佳的是K一個不顯示细節之較遠的壓縮機將之 從氣體回流導管2 5經由分支導管4 7岔出，而用做冷卻氣體 。在雙層套管41的較低嬙48，其伸入至熔爐氣化器10的内 部，提供了環狀間隙開口 4 3或數個鄰近的孔洞，其中心線 座落於大約與雙層套管41之縱向中心線50平行，經由這些 ，該冷卻氣體流進熔爐氣化器10的内部。 海綿狀鐵，其在雙層套管41的的較低端4 8形成一個自 由落下的一個股流39，其流經雙層套管41的中央内部51。 雙層套管41的的較低端4 8座落於從圓頂3 0 —個垂直距雛的 一點，於其處遷原氣體尚未達到其最大的流動速度。此股 流33被冷卻的氣體所包含，也在雙層套管41的較低端48 出料*並且在此點形成氣體套管52，而且避免膨脹。此氣 體套管52因此對海綿狀鐵自由落下之高度的至少一部分形 成一個保護蓋-類似於雙層套管4 i，使得該海綿狀鐵的微 细顆粒不被該還原氣體上升的相對高速所帶走。 在曆階53,當該氣體套管的支撐效懕減弱時，該處股 流33膨脹，該遷原氣體的速度被認為是較低的，使得該 微细顆粒不能避免落下或下降至熔爐氣化器區域11的流體 化床0 -11- 本纸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) 訂---------線 518308 A7 ____Β7_ 五、發明說明 該冷卻氣體從雙層套管41出去之出口點的速度，即： 其較低端48，是至少高於該還原氣體最大速度的10倍，並 且是Κ 50至10 0倍為較佳。 因此，氣體套管可Κ是相當薄壁的，使得回到熔爐氣 化器10之該遷原氣體的體積相當的小。 當雙層套管41的孔洞4 4Κ冷卻氣體流過時，其接著在 雙層套管41之較低開口 4 3流出，可根據在雙層套管41上的 機槭負荷而達到一個冷卻效果。 該冷卻氣體的最大冷卻效果是Κ其淨重、在雙層套管 41的最大負荷點達到的，即：在雙層套管41經過熔爐氣化 器1G之圓頂30的區域。當該冷卻氣體流過經雙層套管41的 孔洞44時，該冷卻氣體加熱，其造成冷卻氣體速度的增加 。因此，相當短的雙層套管41就足夠了，其機槭及熱負荷 是因此較低於非常長之豎管達到在近距離上方之流體化床 的情況。结果是，根據本發明之設計的特色是有非常高的 穩定性。 由於該冷郤效果，不需要特別陶瓷為基礎之非常昂貴 的特別材料或是鐵為基礎的超合金。相反地，其足夠製造 升高溫度鋼材的雙層套管41。 〔圖式主要元件符號說明〕 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) AW--------訂*-------- 1,2,3 反應器 4,6,9 輸送導管 10 熔爐氣化器 -12 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） A7 518308 _ B7 五、發明說明（M ) 11 熔爐氣化器區域 12 氣體蓮送導管 13 連接導管 14 氣體出料管 15 濕式洗氣器 16，17 供應導器 18 彈落孔 19 粉塵收集機構 20 回流導管 2 1 懲馐爐 VvQ nOOL 25 回流導管 26 洗氣器 27 壓縮機 28 導管 29 進料機構 30 圓頂 31 中央管 32 底部 33 氣體導管 34 溢流管 35 閘門 36 貯藏處 37 溢流管 -13- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) IAW--------訂·--------線 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 518308 A7 -_B7 五、發明說明 38 閥 39 股流 40 末端區域 41 雙層套管 42 外套管 43 内套管 44 孔 45 末端 46 供懕導管 47 分支導管 48 末端 49 開口 50 縱向中心線 51 中央内部 52 套管 圖式簡單說明 圖一K圖示表示一個用於金屬熔化物生產之整體裝置 的實例，其中κ使用棍據本發明的装置為優。 圖二κ放大的比例來說明圖一的细節。 圖三表示圖二的平面圖。 圖四K放大的比例顯示根據一個改良具體實施例之溢 流管的末端细節。 -14- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ί «ϋ n n i flu n I n ϋ - li · —Bi n I— n .ϋ n 11 I f— ·ϋ II ϋ ·ϋ I— i_l I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

Claims (1)

1. 518308 哉 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 一種定量添加微细粒子材料到反應容器（10)的裝置 ，其包含第一流體化床閘門（3 1 )，其中材料供應機構（3 ) 從該第一流體化閛門（31)上方進入其中，及用來供給流體 化氣體之氣體導管（33)連接在第一流體化床閘門（31)之較 低端的區域，該第一流體化床閛門（3 1)包括用來輸送微粒 粒子材料之溢流管（34)，其特激為：數個獨立可連接之流 體化床閘門（3 5 )被提供於該反應容器（1 Q )的外面，該數個 閘門（35)被用來在反應容器之多個、不同特定區域上加料 ，藉此容許容器之加料點如所想要的改變，該流體化床閹 門（35)具有伸入該反應容器（10)内部之溢流管（37)。 2. 根據串諝專利範圍第1項的裝置，其特徵為：該装 置（23)包括形成流體化床閘門（31)之中央管（31)，及自中 央管（3U出發之至少兩個溢流管（34)每個連接於較遠的流 體化床閛門（3 5 )，其中每個較遠的流體化床閘門（3 5 )是由 貯藏處（receptacle) (36)所形成，其中用於供給流體化氣 體之氣體管道（33)連接在該較遠的流體化床閘門（35)之較 低的區域，並且至少一溢流管（37)從該較遠的流體化床閛 門（35)出發而連接於反懕容器，而且其中每個流體化氣體 導管（37)配備有用來區域性定量添加微细粒子材料之閥 (38)。 3. 根據申諝專利範圍第2項的裝置，其特徼為：提供 至少兩個，甚至最多有八個流體化床閘門（3 5 )，較佳為三 或四涸流體化床閘門（3 5 )。 -1- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

   518308 L88825 ABCD ΑΓ 申請專利範圍 4.棍據申請專利範圍第1至3項中任一項的装置，其特 徵為：該等溢流管末端係有開口延伸入反應容器(10)中， 並且每涸溢流管末端提供有用於在溢流管較低末)發 展形成氣體套管（52)之氣體供給機構（46，47 5·根據申讅專利範圍第4項的装置，其特徵漆董:人p溢 流管（37)包含界定出一環狀間隙空腔（44)，該氣體供給機 構（4 6，4 7 )係有開口通入該環狀間隙空腔（4 4 )中。 6·根據申請專利範圍第5項的装置，其特徵為：該溢 流管的較低端（48)係具有環狀間隙開口（49)或數個用於使 氣體流經該環狀間隙空腔雛開的開口。 7. 根據申請專利範圍第1項的裝置，其特徼為：該流 體化床閘門（35)係提供在離該中央管（31)有一段距離處， 並且較佳為輻射狀對稱性的排列。 8. —種用於產生金屬熔化物、特別是生鐵之装置，其 是從由礦砂（特別是鐵碾及肋熔劑）及至少具有一部份微细 物所組成之進料物質而產生，其特徵為：至少兩個串聯連 續設置的流體化床反應器（1、2、3)， 其中該礦砂從流體 化床反應器（1)、經由輸送導管（6)沿著一方向導入至另一 流體化床反應器（2、3)中，並且該遷原氣體係K相反方向 經由遷原氣體連接導管（13)從流體化床反應器（3)導向至 另一流體化床反應器（2、1)中，而且熔爐氣化器（10)係與 供應導管（3)連接，該供應導管（9)可使來自位於該碾砂流 動方向最後之流體化床反應器（3)的遷原產物經由根據Φ 一 I- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁)

   518308 儲 C8 D8 六、申請專利範圍 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 諝專利範圍第1至7項中任一項之定量添加微细粒子材料之 装置（29)被導引入熔爐氣化器（10)中，K及供懕碳及氧 氣之導管（16 、 17)，從熔爐氣化器（10)出發並連接在位 於礦砂流動方向最後的流體化床反懕器（3)中的遷原氣體 輸送導管（12)。 9. 根據申請專利範圍第8項的裝置，其特徵為：用來 供給來自還原氣體輸送導管（12)之流體化氣體之氣體導管 (33)。 10. —種操作根據申諝專利範圍第1至7項中任一項之 装置的方法，其特徵為：被排列在該中央管（31)旁邊的該 流體化床閘門（3 5 )是交替地被活化。 11. 根據Φ請專利範園第10項的方法，其特激為：該 流體化床閛門（35)的活化是被認為是基於反懕容器（10)内 所發生之製程的程序測量基礎上，藉由該輔肋，可在反應 容器（10)中決定微细粒子材料之進料點或進科區域的位置 ，於是該微细粒子材料可藉由協同性地打開及關閉流體化 床閘門（3 5 )來分佈。 -3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐)