TW574373B - Rotary hearth furnace for producing reduced metal and method of producing reduced metal - Google Patents

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574373 A7 __B7 ____ 五、發明說明（/ ) ‘【技術領域】 本發明係有關一種旋轉爐床式熔爐，特別有關爐床的 結構，該旋轉爐床式熔爐透過加熱和速原含碳原料來生產 還原金屬，含碳原料至少由含金屬氧化物材料和含碳還原 材料組成。 【背景技術】 近年來，常會使用電弧爐來生產鋼產品，由於作爲鋼 產品主要原料鐵屑的供應問題或對用電弧爐生產高級鋼的 需要，還原鐵的需求量正逐步增加。 作爲生產還原鐵的方法之一，一種眾所周知的方法是 將粉狀鐵礦石和煤原料如粉煤或焦煤混合形成塊狀 (agglomerative)原料如小球(Pellet) ’將小球裝入旋轉爐床式 熔爐並加熱到高溫，使鐵礦石中的氧化鐵還原得到固態金 屬鐵。 此外，這種還原方法不僅可用於生產金屬鐵，還可用 於非鐵金屬如Νι和Cr的還原。 還原鐵是透過下文作爲實例的旋轉爐床式熔爐(參考圖 5)生產的。 (1) 將粉狀氧化鐵和粉狀含碳原料混合並製造出球狀來 形成生球(green pellet)。 (2) 將生球加熱到其中產生的可燃揮發性成分不會被點 燃的溫度範圍，以除去所含濕氣得到乾燥小球(下文將簡單 地稱作小球）。 (3) 使用適合的裝料設備13將小球7供給旋轉爐床式 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂--------- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 574373 A7 __B7________ 五、發明說明（2 ) 熔爐17，在旋轉爐床1上形成小球層。 (4) 藉由安裝在爐子內上部的燃燒器17c的燃燒來對 該小球層進行輻射加熱還原而形成還原鐵。 (5) 透過冷卻器18直接向還原鐵噴氣或使用冷卻水套 間接冷卻使這種還原鐵冷卻到允許機械處理的溫度才利用 出料設備12從爐中出料得到還原鐵產品。 圖6是舉例說明所說步驟(4)的旋轉爐床式熔爐的剖面， 圖。旋轉爐床1有許多附著在其底部的輪子19 ’透過驅動 裝置(未顯示)使其以恒定的速度在圓形導軌20上旋轉。同 時，覆蓋旋轉爐床上部的爐罩21由頂蓬22和側壁2組成 並固定在地面上。在允許旋轉爐床1沿爐罩21自由旋轉的 同時，須阻擋爐子內的氣體和大氣間之流通，因此一般在 旋轉爐床1和側壁2之間安裝水封裝置4。如圖6表示， 水封裝置4包括稱作封槽(seal trough)的金屬圓形槽，封槽 中充滿水，安裝在側壁2兩側的下端而成一體，並且將向、 下的金屬圓罩4a安裝在旋轉爐床1的水平邊緣la兩側下 方爐床1上而成一體，其中圓罩4a的末端浸入封槽4'的水 4b中，且不與封槽4接觸。 因爲小球7裝載在爐床1上部，爐床1被安裝在爐罩 22上的燃燒器17c由上部輻射加熱到高溫，所採用的結構 是爐床的下面側把有絕熱性的未成形耐火材料5予以積層 而成’而在爐床的上面側把有耐熱性的未成形耐火材料予 以積層而成。 此外’因爲在鄰近裝載小球7的爐床1的上面處，在 ---—____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)

574373 A7 —-一 —____ B7__ 五、發明說明（3 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 短時間周期內（10〜20分鐘)被反覆加熱和冷卻，一般的耐 火材料會由於剝落(spalling)等而產生缺口。同時由於小球7 裝到爐床1上面時的如滾動、磨損或落下衝擊的各種因素 ’小球7產生的細粉與小球7 —起混入爐子π並還原爲鐡 粉’在爐床1上面形成附著物層。因此，爐床1鄰近上面 處大多把氧化鐵作爲爐床材料之主要成分，從而沒有剝落 的問題，且很容易去除附著物層。 -線· 此外，如圖6所示，爲了防止小球7落入封槽4，在 爐床水平端部la的末端附近不裝載小球7。因此，爐床水 平端部la的耐火材料上面lu直接接受來自爐內之輻射熱（ 高溫的燃燒器17c、爐罩21頂蓬22的內側和側壁2內側， 使其溫度升高而膨脹許多，而爐床水平端部la的耐火材料 側面Is則沒有直接接受輻射熱而膨脹較少。因此，在爐床 水平端部la耐火材料之邊緣部(以下稱爲爐床邊緣）le上產 、生由熱變形所引起的大應力，再加上鍛燒不充分所造成之 低強度’使得容易有剝落的問題。當爐床邊緣le剝落時， 碎片落入封槽4，裝載在爐床邊緣le附近的小球7往往也 落入封槽4。這不僅降低還原鐵產品的良率，並且因爲在 封槽4的底部堆積形成沈澱物，使得圓罩4a的末端埋在沈 澱物之中，可能使爐床1的旋轉停止。 【發明內容】 因此，本發明的目的是提供一種爐床結構，使爐床水 平端部的耐火材料不會產生缺口，且含碳原料(如含碳小球 )不會落入水封裝置（封槽）中。此外，本發明的另一個目 本纸張尺度適用中國國豕標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 574373 A7 ________B7 __ 五、發明說明（γ) 的是提供一種提高還原金屬良率的方法。 作爲解決上述課題的方法，本發明申請專利範圍第i 系一種用於生產還原金屬之旋轉爐式熔爐，其透過加熱 和還原含碳原料來生產還原金屬，該含碳原料由含金屬氧 化物的材料和含碳還原材料組成；其特徵在於：包括載置 該含碳原料之爐床、及從上方覆蓋整個爐床之爐罩；該爐 床兩水平邊緣之上部被該爐罩的側壁下端所覆蓋，並且在 該個1壁下端設有冷卻裝置。在這種情形下，雖然兩前述爐 床水平端部的上面被前述爐罩的側壁下端所覆蓋，但也可 由側壁下端之一部分來覆蓋。 爐罩側壁下端覆蓋爐床水平端部，使得水平端部的耐 火材料不直接接受爐內的輻射熱。因而在爐床邊緣沒有大 的熱變形，使爐床邊緣不會產生缺口。又，冷卻裝置被安 裝在側壁下端以緩和側壁下端之爐內側邊緣的熱變形，以 避免這些部分產生缺口。 本發明申請專利範圍第5項係如申請專利範圍第1項 之用於生產還原金屬的旋轉爐床式熔爐，係包含前述旋轉 爐床式熔爐旋轉軸的縱截面上所具有的Θ和L須滿足不等 式1和2 : L * tan0^3〇 :不等式 1 L^〇.1602—2.44Θ + 92 :不等式 2 其中當從側壁下端之靠前述爐床中央側的邊緣向下看 前述爐床水平端部時，θ(。)是可見爐床水平端部之俯視角 中的最小俯角，而L(mm)是從前述邊緣到位於最小俯角之 本紙張尺度翻+卿家鮮(CNS)A4祕（21G X 2976公釐) " (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) # 訂-------：！線」 A7 574373 _____B7__ 五、發明說明（jr ) 前述水平邊緣間的水平距離。 根據本發明，當爐內氣氛溫度在1200°C或1200°C以下 時，因爲爐床邊緣的溫'度可降低到爐床邊緣不會產生缺口 的程度，可確保申請專利範圍第1項的效果。 本發明申請專利範圍第6項係如申請專利範圍第5項 之用於生產還原金屬之力疋轉爐床式熔爐’其中則述不等式 2 由 Lg〇.1602 - 2.44Θ + 92 被取代爲 L-O.19e2—2.440+ 100 〇 根據本發明’即使爐內氣氛溫度高於1200°C，並在 140CTC或1400°C以下時爐床邊緣的溫度仍可降低到爐床邊 緣不會產生缺口的程度’因此可確保本發明根據申請專利 範圍第1項的效果。 本發明申請專利範圍第2項係如申請專利範圍第1項 之用於生產還原金屬之旋轉爐床式熔爐，其中前述爐床水 平端部具有一愈往與爐床中心點相反側之一端則會愈往上 的斜面。 根據本發明’含碳原料不會落入水封裝置(封槽）中而 不會妨礙爐床的旋轉。 本發明申請專利範圍第5項係如申請專利範圍第丨項 之用於生產速原金屬之旋轉爐床式熔爐，其中前述爐床水 平端部是由鍛燒過的預製耐火材料或成形耐火材料形成的 〇 根據本發明，爐床水平端部的耐火材料可在爐外預先 鍛燒使其具有足夠程度的強度，透過它可防止由於水平端 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297^公爱) "" " - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂i •線」 574373 A7 _-_______B7 ___ 五、發明說明（έ ) 部耐火材料未充分鍛燒而引起的水平端部強度低的問題， 而可更加有效地防止爐床邊緣產生缺口。 本發明申請專利範圍第6項係一種生產還原金屬的方 法’係透過加熱和還原含碳原料來生產還原金屬，含碳原 料由含金屬氧化物的材料和含碳還原材料組成，其包含下 列步驟：將前述含碳被熱處理原料裝入申請專利範圍第丄 項之用於生產還原金屬之旋轉爐床式熔爐的前述爐床中， 並加熱和還原含碳原料。 根據本發明，爐床邊緣的不會產生缺口，因此小球不 會落入封槽中，而可提高還原金屬的良率。 【發明之實施形態】 圖.1表示本發明的一個實施形態。圖1，是在圖5表 示的鍛燒部(在旋轉方向由裝料設備13到冷卻裝置12的區 域）中旋轉爐床徑向縱截面側壁附近的結構(例如沿著圖5 所示A-A線的截面）。同樣，因爲在側壁附近外周邊側面和 內周邊側面一者具有相冋的結構，僅出示它們之中的一個 。爐床1除了水平端部la外，從底部到頂部有分層的構造 ’例如依序有絕熱耐火材料層5a、耐熱的耐火材料層 和爐床材料層6,而水平端部例如是在絕熱耐火材料層5a 上設一層鍛燒過的預製耐火材料所製成。此外，水平端部 la鄰近爐罩側壁2的下端2a，從而在某些部分被重疊覆蓋 。這防止水平端部la的上面1U直接接受爐內特別是爐子 上側的輻射熱，使得爐床邊緣le較不會有熱變形，因此焊 床邊緣le上由於非常高的溫度狀態而引起的損壞將減少， -----8—_____ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐1 --- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .· 1T---------f 參----------------------- A7 574373 五、發明說明（7 ) 該損壞例如有產生缺口之現象、排出熱DRI的侵蝕、腐蝕 等的破損可能性。即使水平端部la並不限於使用鍛燒過的 預製耐火材料5c，但當使用鍛燒過的預製耐火材料5c時， 因爲水平端部la是預先鍛燒過的而具有充分的強度，可進 一步降低爐床邊緣le破損的可能性。又，就製造鍛燒過 的預製耐火材料5c而言，準備一模型(帶有在圓周方向將 爐床1的外周邊側面和內周邊側面劃分爲適合數量的形狀) ’並將未成形耐火材料注入該模型而製成，然後在爐子外 面再做出成形並燒製鍛燒過的材料(邊飾磚，cUrb)，完成後 即使任何一塊邊飾磚5c上有剝落，均可在爐子冷卻後用預 備的邊飾磚5c替換該有剝落的邊飾磚5c，以便運轉可重新 開始而不受耽擱。即使成形的耐火材料可取代鍛燒過的預 製耐火材料而得到相同的效果，因爲成形的耐火材料需要 經切割耐火材料等加工作業以匹配爐床的形狀後才能利用 ，因此大多施工成本會提高，一般最好是利用鍛燒過的預 製耐火材料。相對地，當爐子中用未成形耐火材料來安裝 水平端部la之耐火材料時，在爐子冷卻後須多花時間在用 未成形耐火材料來修補剝落部分以及在透過爐子的燃燒器 17c鍛燒該修補部分。這使得旋轉爐式熔爐17之稼動率降 低，而且無法以高溫鍛燒水平端部la之整個耐火物，故會 在爐床的側面Is產生強度低之處。 側壁下端部2a例如由未成形耐火材製成，冷卻裝置3 例如金屬水冷管埋在其中。水冷管3上熔接錨式板允，以 便冷卻效果可向上達到耐火材料的表面。或者，例如可使 本紙張尺度適用巾@ ϋ家鮮（CNS)A4規格（21G x 29?°公爱 ---- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -· 訂---------線· A7 574373 五、發明說明（$ ) 用一種箱形水冷槽代替冷卻水管3，也可使用氣體代替水 來進行冷卻。由於熔接錨式板3a之方式來冷卻可達到耐火 材料的表面，可提高耐火材料本身的強度，因此可防止耐 火材料表面的磨損。此外，側壁下端爐子內表面和下表面 之間的溫度差減小，使得側壁邊緣2e的熱變形可緩和，以 防止側壁邊緣2e產生缺角。 如果冷卻裝置3沒有安裝在側壁下端2a中，則側壁邊 緣2e由於爐子內表面和下表面之間的溫度差造成之熱變形 而損壞’覆盍爐床水平彡而部1 a之效果會被抵消，使側壁下 端部le容易損壞。此外，在側壁下端部2a埋設水冷管或 箱形水冷槽等冷卻手段3，這除了要有上述效果外最好是 還須能達到支撐側壁耐火物5重量之效果。 例如最好根據下列次序進行爐床耐火材料的安裝：首 先，在整個爐床寬度上安裝絕熱的成形或未成形耐火材料 層5a，接者老化(aging)並固化。在耐火材料層5a上，爐床 水平端部之整個內和外周邊上排列鍛燒過的預製耐火材料 邊飾磚5c，形成邊堤la(以下將爐床水平端部la略稱爲邊 堤）。耐熱的未成形耐火材料5b安裝在內和外周邊的邊堤 la之間，比邊堤la稍微沈陷一些。然後由燃燒器17c加熱 爐子，以乾燥和鍛燒未成形耐火材料5b。鍛燒後邊堤= 和未成形耐火材料5b製成的凹陷處裝滿爐床材料6，爐床' 材料6的主要成分是氧化鐵，形狀是小塊狀或粉末狀，便 用燃燒器He將其加娜颇載揭7 _雜面。這提 供了不會由於剝落而損壞的爐床，並能夠維持平面，因舄 本紙張尺度翻巾關家鮮（CNS)A4遞（210 X 2971¾^ )--------___ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂— •線丨— A7 574373 五、發明說明（？） 形成在爐床上面的附著物層很容易除去。或者可在未成形 耐火材料5b被施用、乾燥和固化後才安裝邊飾磚5c。 然後，發明者發現爐床邊緣le的缺口產生是由於爐床 邊緣le的熱變形，它密切地與爐床邊緣le的溫度相關， 並進行了如下硏究： 參考圖1，爐床邊緣le附近的溫度是隨著爐床水平端 部la附近的幾何構造而變化的，然而直接測量該溫度是困 難的。因此，考慮爐子內經過爐床1和側壁2之間的縫隙 的輻射熱傳遞和從爐床1上面傳遞的傳導熱傳遞，爐床邊 緣等處的溫度可透過熱傳遞計算來估計。 參考圖2，當爐內氣氛溫度設定爲1400°C，接近用旋 轉爐床式熔爐17生產還原鐵的上限溫度時，繪出爐床邊緣 溫度之曲線圖，該爐床邊緣溫度是使用參數透過熱傳遞計 算得到的，參數如圖1所示由側壁邊緣2e俯視爐床邊緣le 的俯角Θ、和側壁邊緣2e到爐床邊緣le的水平長度L(側壁 下端和爐床上面重疊的長度，下文將簡單地稱作重疊長度) 。此外，提供了爐床結構(相應於將在下文說明的實驗2、4 和5) ’其中透過在現有的旋轉爐床式熔爐(爐床直徑8.5m 及爐床寬度1.25m)的爐床水平端部使用氧化鋁基可鑄耐火 材料的鍛燒過的預製耐火材料，使俯角e和重疊長度L有 三種變化。所說爐內氣氛溫度設定爲大約14〇〇t：，用確定 的時間周期(22〜30天)進行生產還原鐵的實驗，觀察到的 爐床邊緣le的產生缺口及其結果由圖2表示。圖2中，〇 標記表示爐床邊緣le沒有產生缺口，X標記表示爐床邊緣 尺度適用中國國家標準（CNS)A4規^^0 x 297%爱）--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

tr---------線 J A7 574373 ______B7___ 五、發明說明（） le有產生缺口。由這些結果可瞭解，當爐床邊緣的溫度保 持在550°C或550°C以下時，爐床邊緣le的產生缺口可能 性非常低。最好是設定的重疊長度L盡可能地大，及設定 的俯角Θ盡可能地小，以便將爐床邊緣的溫度保持在55(TC 或550°C以下，然而必須考慮下列約束條件。 如果爐床水平端部la和側壁下端2a之間的縫隙被設 定得太小，小球7可能在縫隙中阻塞而妨礙爐床1的旋轉 。因此考慮到使用的小球直徑一般爲5〜20mm，該縫隙以 至少爲30mm爲佳。 如上所述，爲了防止爐床邊緣le產生缺□，需要滿足 下列不等式1和2 : L * tan0^3〇 :不等式 1 L-〇.1602—2.44Θ + 92 :不等式 2 其中，L的單位爲mm，及Θ的單位爲度(。）。此外，當 爐床邊緣的溫度爲55(TC時，由圖2讀出重疊長度L和俯 角Θ的組合並將此組合以一近似曲線予以表示後，可求得不 等式2。 圖3係前述不等式1和2所代表的範圍。換言之，曲 線a之上方相當於不等式1，而曲線b之上方相當於不等 式2。因此只要是從曲線a和曲線b二者之上方中所選擇 之任意點(包括曲線上的點)的L和Θ的組合，均可防止爐床 邊緣le產生缺口。 而且’如果重®長度L設定在400mm或400mm以下 ，不僅可達到側壁2本來的目的，即確保爐子絕熱上所需 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---------線丨▲ A7 574373 五、發明說明（// ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 的厚度，另外也可將不用於生產還原鐵的爐床面積減到最 小，這在經濟面如降低爐子製造成本上較佳。因此，藉著 從圖3直線c、曲線a和b所圍起之斜線區域內(其中如虛 線所示之直線c以下區域相當於L$400mm的條件)選擇L 和Θ的組合，可防止爐床邊緣ie產生缺口並降低爐子的製 造成本。 此外，前述最佳的條件是當透過旋轉爐床17生產還原 鐵之爐內氣氛溫度接近上限之1400°C時所得之結果，但由 於所使用原料品質等各種約束使得爐子有時會在爐內氣氛 溫度爲120(TC下運作。在這種情形下，要調整不等式2的 條件，因爲與1400°C的爐子氣氛溫度相比，爐床邊緣溫度 是較低的。當爐內氣氛溫度爲120(TC時，進行與上述相同 之熱傳遞計算而得到如圖2般之曲線圖（未圖示），依據該. 圖’若以爐床邊緣le較不會有缺口，而且邊緣前端所具有 的溫度在550°C或55(TC以下爲條件，則得到不等式2’ ·· L^O.1602—2.44Θ + 92 :不等式 2’ 不等式1是一種僅僅由幾何學上所決定，不隨爐內氣 氛溫度而改變，其中當爐子氣氛溫度爲1200°C時，較佳的 重疊長度L和俯角Θ的組合範圍須同時滿足不等式1和不等 式2’ 。把不等式2’畫入圖3，曲線b’上方的區域相當 於不等式2’ ：而兩不等式之範圍係曲線a上方的區域和 曲線b’上方的區域(包括在曲線b’上的區域），從這可了 解到L和Θ組合之可選擇範圍比爐內氣氛溫度爲1400°C時 的情形爲寬。 -—____y----- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 574373 A7 ______B7___ 五、發明說明（A ) 因爲爐內氣氛溫度隨所使用的原料品質而不同，在這 種情形下，根據本發明的技術思想來做出適合的爐子結構 0 又，雖然爐床邊緣溫度會由於锻燒過的預製耐火材料 5c的熱傳導率之不同而有若干變化，而且在爐床邊緣ie不 產生缺口的爐床邊緣溫度由於耐火材料之材質多少會有不 同，但若是一般所用之熱傳導率或材質的鍛燒過的預製耐 火材料，可防止爐床邊緣le產生缺口的範圍可用圖3來表 示。 爐床水平端部la之上面一般是形成平面，以便用螺桿 或刮刀容易將還原金屬予以排出，但爲了防止小球向下掉 入封槽.，如圖4A和4B所示，可形成斜面lk，表面lk在 爐子水平端部la上具有朝向爐床邊緣(側部前端)le向上的 梯度。雖然斜面lk的角度沒有特別的限制，在爐床水平端 部中之一側（在完成還原之小球被出料設備排出之一側（通 常爲外周側)的另一側(通常爲外周側)），最好將角度設定在 小球7之靜止角以上，例如至少25°，以使到達斜面的小 球7能容易地返回爐內側。又，爲使爐床邊緣le難以產生 缺口，最好是預先把爐床邊緣le附近斜切成如圖4C之形 狀或做成有既定半徑R(未表示)之圓角，以分散應力。此外 ，當採用前述爐床水平端部la的構造時，圖4A〜4C中也 表示了重疊長度L和俯角Θ的定義。換言之，從側壁邊緣 2e俯視爐床水平端部la時，俯角㊀是爐床水平端部la中可 見部分的最小俯角。此外，重疊長度L是從側壁邊緣2e到 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---------ft-------------------- A7 574373 ___ 五、發明說明（。） 具有最小俯角Θ的爐床水平端部la上的位置lz間的水平距 離。若把位置lz當作重疊長度L和俯角Θ的基準點，則因 爲輻射熱不直接到達爐子超出位置lz的區域，而且輻射熱 直接到達爐子從位置lz向內的其他區域，故位置lz成爲 產生最大熱變形的地方。 此外，雖然在前述實施形態中小球作爲含碳原料來描 述，但含碳原料並不限於小球，可包括煤磚形、板形、礦 塊形、粉末混合物等。 實施例 使用爐床直徑爲8.5m且爐床寬度爲1.25m之旋轉爐床 式熔爐，並就幾種的重疊長度L、俯角Θ、是否存在帶有朝 向爐床邊緣向上梯度的斜面、在側壁下端是否埋入水冷管 、水平邊緣耐火材料的類型和施工法之不同、在爐內氣氛 溫度設定爲1400°C或1200°C、及在各條件下預定的時間周 期(大約30天）內生產运原鐵後，g周查爐床邊緣損壞的程度 和封槽中淤渣的增加量。其結果在下列表丨中表示。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本蒽)

訂---------線L 3氏張尺度適用中國國家標準（CNS)A4 ϋΤΓίΟ X 29715公爱) --" - 574373 A7 B7 五、發明說明（ 表1 樣 品 號 爐床結構 運轉 條件 運轉結果 重疊長 度 L(mm) 俯 角 (〇) 往爐床邊 緣向上之 斜面 水平邊緣 耐火材料 種類 側壁下 端的冷 卻裝置 爐子中 氣氛溫 度(°C) 爐床 邊緣 的缺 □ 封槽中 淤渣的 增加量 側壁 邊緣 的缺 □ 1 比 較 例 0 - - 氧化鋁系 可鑄耐火 材料之鑄 件 - 1400 沿圓 周大 量 很多 - 2 100 21 並 ifrrjl Μ 沿圓 周大 量 很多 沿圓 周大 量一 3 會 200 17 埋入水 冷管 僅有 裂紋 大幅減 少 無 4 200 17 氧化鋁系 鍛燒過的 預鑄耐火 材料 並 大幅減 少 無 5 Μ 施 例 250 14 Μ 大幅減 少 無 6 150 25 1200 Μ 大幅減 少 Art 7 250 14 有 1400 無 幾乎沒 有 無 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 參考表1中實驗1，選擇的爐床結構是其中常規爐床 水平端部上部不用側壁下端覆蓋，而爐子中爐床水平端部 是由氧化鋁系可鑄耐火材料(含有50質量％的Al2〇3和45 質量％的Si02)之鑄件所組成。在這種情形下，在爐內氣氛 溫度爲1400°C運轉22天後，觀察到爐床邊緣沿著圓周產 生大量缺口及封槽中的淤渣量也大量增加。 參考實驗2，選擇的結構(L爲l〇〇mm及Θ爲21。)是： 爐子中爐床水平端部是由氧化鋁系可鑄耐火材料之鑄件所 組成的，及如實驗1中側壁下端直接覆蓋在水平邊緣上， 在側壁下端沒有安裝冷卻裝置。即使在這種情形下，在爐 子氣氛溫度爲1400 C運轉22天後，發現爐床邊緣沿著圓 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐) A7 574373 B7__ 五、發明說明（6 ) 周仍產生大量缺口，封槽中的淤渣量也大量增加，且側壁 邊緣沿著圓周也產生大量缺口。這是因爲沒有安裝冷卻裝 置損壞側壁邊緣，使得減低遮蔽爐子內輻射熱的效果進而 損壞了爐床邊緣。 參考實驗3，如實驗1和2透過在爐子中鑄造氧化鋁-基可鑄耐火材料形成爐床水平端部，其中側壁下端直接覆 蓋水平邊緣的長度(重疊長度）比實驗2中稍長，及俯角也 比實驗2中稍小(L爲200mm及Θ爲17。），此外，在側壁下 端埋入焊接錨式板的水冷管。在這種情形下，即使在爐子 氣氛溫度爲1400°C運轉30天後，爐床邊緣僅有輕微的裂 縫而沒有達到產生缺口的程度，也沒有發現側壁邊緣的損 壞。而且，封槽中淤渣的增加量大幅減少。因爲安裝了冷 卻裝置，防止了側壁邊緣產生缺口，爐子內輻射熱的遮罩 發揮作用，使得能夠防止爐床邊緣產生缺口，結果可防止 小球等落入封槽。 在實驗4中，僅將爐床水平端部耐火材料的鑄造方法 改變爲鑄造鍛燒過的預製耐火材料邊飾碍（含有5〇質量 %Α12〇3和45質量％8丨〇2)的方法，其中其他條件與實驗3 中相同。結果，爐床邊緣完全沒有發現如裂縫的損壞。這 是採用邊飾磚的效果，它是在爐子外預先充分鍛燒過的， 與爐子中鑄造未成形耐火材料的方法比較，邊緣上得到了 足夠的強度。 在貫驗5中，與實驗4的爐床結構比較，重疊長度更 長及俯角更小(L爲250mm及θ爲14。），其中其他條件與實 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · ^1 ϋ ϋ n· n I— n β — β^§ ί 線丨參 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 X 29^1爱) " — A7 574373 _B7 ___ 五、發明說明（4) 驗4中相同。也得到了與實驗4基本上相同的效果。由實 驗3〜5的結果，在爐內氣氛溫度爲1400°C，當重疊長度L 和俯角Θ之組合同時滿足所說的不等式1和2(在圖3曲線a 和曲線b上方的區域中）時，可以確認的確得到了本發明的 效果。 在實驗6中，將重疊長度L和俯角Θ改變到存在於圖3 中曲線a和曲線b’二者上方的區域中(L爲150mm及Θ爲 25°)，即使不在圖3的曲線a和曲線b的上方，爐內氣氛 溫度降低到1200°C，其中其他條件與實驗4及5中相同。 這也得到與實驗4及5基本上相同的效果。可確認當爐子 氣氛溫度降低到1200°C時，與1400°C的氣氛溫度比較，L 和Θ的組合範圍變寬了。 在實驗7中，重疊長度L和俯角Θ具有與實驗5中相 同的値，也在爐床水平端部的最邊緣側形成帶有朝向邊緣 向上的梯度的斜面(水平長度爲100mm及梯度爲30°)，其 中其他條件與實驗4及5中相同。在這種情形下，任何爐 床邊緣和側壁邊緣都完全沒有損壞，並幾乎沒有發現封槽 中淤渣的增加。這是因在爐床水平端部形成的斜面帶有稍 微大於小球靜止角度的向上梯度(20〜25。），而防止小球落 入封槽。 根據申請專利範圍第1項之發明，爐罩側壁下端覆蓋 爐床上面的水平邊緣上，使得水平邊緣的耐火材料不直接 接受爐內輻射熱。於是爐床邊緣不會熱變形而避免產生缺 口。又，因爲冷卻裝置安裝在側壁下端，側壁邊緣的熱變 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) ;0

ϋ n ϋ ·1 ί n n^eJI ϋ I 1 ·ϋ n l I I ϋ n ϋ n I n n ϋ ϋ I I n n n n ϋ ϋ ϋ «ϋ I ϋ I 574373 A7 _____ B7__ 五、發明說明（f7) 形可被緩和，從而防止了這些部分產生缺口。 根據申請專利範圍第2項和申請專利範圍第3項之發 明，因爲爐床邊緣的溫度可被降低到爐床不產生缺口的程 度，可確保申請專利範圍第1項發明的效果。 根據申請專利範圍第4項之發明，水平邊緣具有的斜 面帶有朝向側緣的向上梯度，含碳原料不會落入封槽，並 在不妨礙爐床旋轉下可達到本發明根據申請專利範圍第i 〜3項的效果。 根據申請專利範圍第5項之發明，水平邊緣的耐火材 料可以在爐子外部鍛燒而具有充分的強度，防止水平邊緣 由於不充分燃燒產生的低強度問題發生，所以可更有效地 防止爐床邊緣產生缺口。 【圖式之簡單說明】 圖1係本發明生產還原金屬之旋轉爐床式熔爐之爐床 結構剖面圖。 圖2係重疊的長度L、俯角Θ和爐床邊緣溫度之間的關 圖3係申請專利範圍第1項及申請專利範圍第2項兩 發明之重疊長度L和俯角Θ的組合範圍。 圖4係申請專利範圍第4項發明的爐床結構剖面圖， 該爐床結構具有朝著爐床邊緣梯度向上的斜面° 圖5係用於生產還原鐵之旋轉爐床式熔爐之槪略俯視 圖。 圖6係習知用於生產還原鐵之旋轉爐床式熔爐之爐床 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) :#i丨——訂---------線丨·------------------- 574373 A7 五、發明說明（4 ) 結構剖面圖。 【符號說明】 1 爐床(旋轉爐床） la 爐床水平端部 1 e 爐床邊緣 lk 斜面 Is 側面 lu 上面 lz 位置 2 側壁 2a 側壁下端 2e.側壁邊緣 2s 側壁外面最下部 3 冷卻機構(水冷管） 3a 固定構件 4 水封裝置 4 a, 圓罩 4b 水 5 耐火材料 5a 絕熱的耐火材料層 5b 耐熱的耐火材料層 I 5c 預製耐火材料 6 爐床材料層 7 小球 -2Q- 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---------'5^」 574373 五、發明說明（θ ) A7 10 還原金屬 12 出料設備 13 裝料設備 17 旋轉爐床式熔爐 17c 燃燒器 18 冷卻器 19 輪子 20 導軌 21 爐罩 22 頂蓬 L 重疊長度 Θ 俯角 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 麝

n ϋ ϋ I n n n^eJI n ϋ ϋ I 線丨· -2X- 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. B8 C8 D8 '申請專利範圍 1.一種用於生產邃原金屬之旋轉爐床式熔爐，係其透 熱和;s原含碳原料來生產還原金屬，該含碳原料由含 金屬氧化物的^料和含碳還原材料組成；其特徵在於： 包括載置該含碳原料之爐床、及從上方覆蓋整個爐床 f罩’該爐床兩水平邊緣之上部被該爐罩的側壁下端所 覆妻，並且在該側壁下端設有冷卻裝置。 ▲ 2·如申請專利範圍第1項之用於生產還原金屬之旋轉 _床式;溶爐’其中前述爐床水平端部具有一愈往與爐床中 心點相反側之一端則會愈往上的斜面。 3.$ 口串請專利範圍第1項之用於生產還原金屬之旋轉 Μ床式溶爐’其中前述爐床水平端部是由鍛燒過的預製耐 火材料或成形耐火材料形成的。 4_~種生產還原金屬的方法，係透過加熱和還原含碳. 胃料來生產還原金屬，含碳原料由含金屬氧化物的材料和 含碳還原材料組成，其包含下列步驟： 將前述含碳被熱處理原料裝入申請專利範圍第1項之 用於生產還原金屬之旋轉爐床式熔爐的前述爐床中，並加 熱和還原含碳原料。 5·如申請專利範圍第1項之用於生產還原金屬之旋轉 爐床式熔爐’係包含前述旋轉爐床式熔爐旋轉軸的縱截面 上所具有的Θ和L須滿足不等式1和2 : L · tane-30 :不等式 1 L^O.1602- 2.440+ 92 :不等式 2 其中當從側壁下端之靠前述爐床中央側的邊緣向下看 ------------------------------0^---------------1T……----------- (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公釐) 574373 A8 B8 C8 _____——- ^、申請專利範園 ------r------------------------ (請先閲讀背面之注意事項再塡寫本頁) 前述爐床水平端部時，θ(°)是可見爐床水平端部之俯視角 中的最小俯角，而L(mm)是從前述邊緣到位於最小俯角之 前述水平邊緣間的水平距離。 6. 如申請專利範圍第5項之用於生產還原金屬之旋轉 繾床式熔爐，其中前述不等式2由L-o.i6e2 —2·44θ + 92 取代爲 L$0.19e2 - 2.44Θ+100。 7. 如申請專利範圍第5項之用於生產還原金屬之旋轉 _床式熔爐，其中前述爐床水平端部具有一愈往與爐床中 心點相反側之一端則會愈往上的斜面。 8. 如申請專利範圍第5項之用於生產還原金屬之旋轉 _床式熔爐，其中前述爐床水平端部是由鍛燒過的預製耐 火材料或成形耐火材料形成的。 9. 一種生產還原金屬的方法，係透過加熱和還原含碳. 原料來生產還原金屬，含碳原料由含金屬氧化物的材料和 含碳還原材料組成，其包倉下列歩驟： 將前述含碳被熱處理原料裝入申請專利範圍第5項之 用於生產還原金屬之旋轉爐床式熔爐的爐床中，並加熱和 還原含碳原料。 L.________2 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格(210 X 297公爱)