TWI475182B - 豎爐的環管裝置 - Google Patents

Description

豎爐的環管裝置

本發明大體上涉及一種豎爐的環管裝置，具體地用於將加壓熱氣供應給豎爐。

在豎爐中，特別是在鼓風爐中，將加壓熱氣(通常是加壓熱空氣)吹到爐子中，以有助於豎爐中礦石的還原。

按照慣例，周向環管佈置在圍繞豎爐的外殼、且與之距離一定距離處的風口帶中。氣體從環管經氣體於此被吹到豎爐中的風口彎頭排(tuyere stock row)而供給。風口彎頭通常設置有補償器，以補償環管與豎爐之間的相對移動。例如，這種傳統的環管裝置可從WO 86/05520中獲知。

有人已經提議不僅在上爐膛高度處，而且在熔融區上方的區域(也被稱為“下爐身(lower shaft)”)中，將氣體注入到豎爐中。下爐身注入需要另一個的環管裝置，以便將氣體供給至下爐身中的各個注入點。

已經考慮過如上所述的傳統環管裝置。雖然這種解決方案具有是一種公知且已測試的解決方案的顯著優點，但其也有很多缺點。實際上，該裝置的巨大重量使得難於安裝在下爐身的高度處。而且，傳統環管裝置的笨重設計還限制了注入點的數量。

用於在下爐身高度處注入的環管裝置的另一個競爭者是所謂的“Midrex”型氣體注入，其包括構建在爐壁中的周向分配通道，如US 6,146,442所闡明的。這允許增加注入點的數量。然而，該解決方案難於適用於現有的豎爐，並引發了某些關於耐火材料(特別是將分配通道與爐腔隔開的壁內的耐火材料)的磨損的額外風險。另一個不可忽視的關注點是爐子的靜態(statics)。實際上，由於“Midrex”型構造，爐子的結構被削弱了。

本發明的目的是提供一種豎爐的環管裝置，其中，避免了上述缺點。該目的通過根據本發明的裝置來實現。

本發明提出了一種豎爐的環管裝置，具體地是用於將加壓熱氣供給到豎爐中的環管裝置，其中，該環管裝置包括沿豎爐的外殼、且與之距離一定距離佈置的周向環管。該裝置還包括：在第一高度處將環管連接到豎爐的外殼的多個第一支撐臂；以及在第二高度處將環管連接到豎爐的外殼的多個第二支撐臂。將第一支撐臂和第二支撐臂構造成支撐周向環管，第一高度不同於第二高度。第一支撐臂中佈置有第一鼓風通道，以便將環管流體地(fluidly)連接至豎爐的內部。

由於佈置在兩個不同高度上的多個第一支撐臂和第二支撐臂，環管裝置是自撐式的；實際上，環管裝置被直接支撐在豎爐的壁上，故不需要框架結構來支撐該環管裝 置。而且，由於環管直接連接到豎爐壁，因此不需要補償器。這降低了環管與豎爐間出現洩漏的風險。與傳統的環管裝置相比，環管裝置的更緊湊設計還允許顯著增加注入點的數量。增加的注入點數量允許將氣體更均一地注入到豎爐中。本環管裝置的又一重要優點是其可以容易地結合到現有的豎爐上，只需對豎爐進行最小的改變。

根據本發明的有利的實施例，環管裝置還包括用於將氣體從環管吹到豎爐中的多個第二鼓風通道，其中，這些第二鼓風通道佈置在第二支撐臂中，並將環管流體地連接到豎爐的內部。

佈置在第二支撐臂中的第二鼓風通道允許在兩個不同的高度上將氣體、空氣或還原氣體注入到豎爐中。這導致更高數量的注入點和注入氣體的更均一再分配。

有利的是，環管包括在其內壁上的耐火襯裡，並且第一鼓風通道和/或第二鼓風通道穿過環管的耐火襯裡延伸，因而允許來自環管氣體通道的氣體經支撐臂流到豎爐中。

有利的是，環管在與第一鼓風管道和/或第二鼓風管道相對的壁部中包括入口，並且這些入口與相應的第一鼓風通道和/或第二鼓風通道線性對齊。這種入口允許對鼓風通道進行維修、清洗、堵塞和熱氣推進調節(hot gas impulse regulation)。鼓風通道的清洗在長時間工作後可能是必要的，並能通過入口實現。

這些入口還允許堵塞各個鼓風通道，因而使得通過本環管裝置的氣體注入是尤其靈活的。實際上，一個入口可結合有一個柱塞，以便至少部分地堵塞相應的鼓風通道。使用這種柱塞允許堵塞某些鼓風通道，因而增大了剩餘鼓風通道中的流速。例如，可能希望在一個高度上將氣體注入到豎爐中。於是，堵塞所有其他高度的鼓風通道。柱塞還可具有圓錐形頭部(conical nose)，從而允許對相應鼓風通道中的氣流進行調節。

入口還提供了到達注射噴嘴的途徑(access)，這些注射噴嘴可拆除地安裝在鼓風通道中，優選地安裝在鼓風通道的面向豎爐的端部中。這允許用不同內徑的注射噴嘴來替換磨損的注射噴嘴或調換特定內徑的注射噴嘴。作為可替換方案，可通過入口在注射噴嘴中插入噴嘴插入件。這種噴嘴插入件也會改變注射噴嘴的內徑。改變注射噴嘴的內徑的可能性允許鼓風通道中的熱氣流適於特定的工作條件，因而增大了豎爐的操作靈活性。

注射噴嘴和/或噴嘴插入件和/或柱塞優選地由陶瓷材料製成，該陶瓷材料優選地為氧化物陶瓷材料或滲矽碳化矽材料。選擇這種材料，以經受載滿灰塵的熱氣所引起的磨損。而且，本發明人已經發現利用這種材料，就無需冷卻注射噴嘴和/或噴嘴插入件和/或柱塞。

應注意的是，上述注射噴嘴、噴嘴插入件或柱塞的使用不應限於與上述環管裝置結合使用。

有利地，第二支撐臂這樣佈置：使其垂直投影處於兩個相鄰第一支撐臂之間的中間位置(half-way)，從而通過實現注入氣體的更均一再分配來優化氣體注入。

第一支撐臂和/或第二支撐臂可以由一個管道段形成，該管道段內部襯有耐火材料，並且第一鼓風通道和第二鼓風通道穿過其中。該管道段有利地是直的管道段。這種直的管道段在環管與豎爐的內部之間提供了直接連接，即沒有彎頭、接頭或連接件。因而可減小穿過該管道段的壓力損失。

根據本發明的一個實施例，第一支撐臂可以是基本水平的，而第二支撐臂可以是傾斜的，例如相對於水平方向成10°到60°之間的角度。

根據本發明的優選實施例，第二支撐臂以這樣的角度來佈置：選擇該角度，以使與第二鼓風通道相關的入口和與第一鼓風通道相關的入口基本處於同一高度上。例如，第二支撐臂可相對於水平方向以約45°的角度佈置，並且第二支撐臂與其相關的入口之間的假想線可以穿過環管的中心。將所有入口(即那些與第一鼓風通道以及第二鼓風通道相關的入口)都佈置在同一高度上允許更容易且更快捷地維修鼓風通道。實際上，可以使用單個平台來達到兩個高度的注入點以進行維修。而且，應注意的是，增大的角度為環管裝置提供了改良的支撐。

根據本發明的另一個有利的實施例，第一支撐臂和第二支撐臂都相對於水平方向以0到40°之間的角度傾斜，優選地以0到30°之間的角度傾斜。

環管可以具有基本為圓形或橢圓形的橫截面。應注意的是，不應排除其他形狀的橫截面。

在橫截面基本為橢圓形的情形中，優選地，環管的尺寸形成為具有足以允許對環管的內部進行人為檢查(例如由維護人員)的高度間隙。

可以設置至少一種多個輔助臂來將環管連接到豎爐的外殼，其中，輔助臂中佈置有輔助鼓風通道，以便將環管流體地連接至豎爐的內部。這種輔助臂可用來在至少一個輔助高度上提供注入點。

參照圖1說明本發明，圖1示出了圍繞豎爐的外殼佈置的環管裝置。

環管裝置10 包括圍繞豎爐沿周向佈置的環管12 ，圖1中示出了豎爐的外殼14 的一部分。環管12 佈置在距離外殼14 一定距離處，並由橫截面基本為圓形的管子16 形成，該管子內部襯有耐火材料18 ，並且該耐火材料中形成有氣體通道20 。

借助於多個佈置在第一高度處的第一支撐臂22 和佈置在第二高度處的第二支撐臂24 ，將環管12 保持在沿著豎爐的外殼14 的適當位置。第一支撐臂22 和第二支撐臂24 都圍繞豎爐的周向佈置並支撐環管12 。支撐臂22 、24 優選地通過焊接連接到環管12 以及連接到爐壁14 。由於第一支撐臂22 和第二支撐臂24 佈置在兩個不同高度上的事實，環管12 可僅通過第一支撐臂22 和第二支撐臂24 支撐，即對於環管12 無需其他支撐物。

第一支撐臂22 中佈置有第一鼓風通道26 ，以便通過第一注入點28 將環管12 的氣體通道20 流體地連接到豎爐的內部。類似地，第二支撐臂24 中佈置有第二鼓風通道30 ，以便通過第二注入點32 將環管12 的氣體通道20 流體地連接到豎爐的內部。因此，根據本發明的環管裝置10 允許在兩個高度上將氣體注入到豎爐中。這增加了注入點的數量，並允許更均一地再分配注入的氣體。注入點的數量顯然取決於豎爐的直徑、注入點的直徑和相鄰注入點間的距離。例如，對於爐膛直徑為約7m的豎爐，注入點的數量可高達100。

第一支撐臂22 和第二支撐臂24 每個均都包括一管道段34 ，該管道段內部襯有耐火材料18 ，並且第一鼓風通道26 和第二鼓風通道30 形成在該耐火材料中。在圖1所示實施例中，第一支撐臂22 基本水平地佈置，而第二支撐臂24 相對於水平方向以10°到15°之間的角度α佈置。儘管圖中沒示出，約45°的角度α可以是優選的。

環管裝置10 還包括與每個第一鼓風通道26 相關的一個第一入口(access port)36 以及與每個第二鼓風通道30 相關的一個第二入口38 。第一入口36 與第一鼓風通道26 以及第二入口38 與第二鼓風通道30 線性對齊地佈置。這些入口允許對相應的鼓風通道26 、30 進行維修、清洗、堵塞和熱氣推進調節。堵塞各個鼓風通道26 、30 為通過本環管裝置10 進行的氣體注入操作提供了相當大程度的靈活性。面對豎爐的鼓風通道26 、30 的端部可設置有注射噴嘴(未示出)。這種注射噴嘴可以通過入口36 、38 容易地替換或調換。例如，這些注射噴嘴可以由具有不同出口直徑的注射噴嘴替換，因而進一步有助於本環管裝置10 的靈活性。

另外應注意的是，如圖2所示，第一支撐臂22 和第二支撐臂24 以這樣的方式佈置：將第二注入點32 定位於相鄰第一注入點28 之間的中間位置。注入點28 、32 這種交錯的佈置保證了注入到豎爐中的氣體的更均一再分配。

圖3示出了根據本發明的吹管裝置的又一實施例。類似於圖1中的實施例，環管裝置10 包括圍繞豎爐沿周向佈置的環管12 。然而，環管12 由橫截面基本為橢圓形的管子16’ 形成。環管12 的尺寸形成為具有足以允許對環管12 的內部進行人為檢查的高度間隙。第一支撐臂22 可以相對於水平方向以0到40°之間的角度β佈置。類似地，支撐臂24 可以相對於水平方向以0到40°之間的角度γ佈置。在圖 3中，支撐臂22 、24 都成約β=γ=10°到15°的角度地佈置。然而，應注意的是，β和γ不必非要相等。

圖3還示出了佈置在第一鼓風通道26 中的注射噴嘴40 。這種注射噴嘴40 可以通過與相應的鼓風通道26 、30 相關的入口36 、38 來拆除和替換。

圖3此外示出了與第一鼓風通道26 相關的柱塞42 。這種柱塞42 可用來堵塞第一鼓風通道26 或調節流經其中的熱氣流。

為了加強該連接，此外在管子16 與外殼14 之間可設置有加強翅片44 ，如圖3所示。這種加強翅片44 可以由焊接至管道段34 、管子16 和外殼14 的厚金屬板形成。加強翅片44 在垂直方向上且徑向地遠離管道段34 延伸。

10‧‧‧環管裝置

12‧‧‧環管

14‧‧‧豎爐的外殼

16、16’‧‧‧管子

18‧‧‧耐火材料

20‧‧‧氣體通道

22‧‧‧第一支撐臂

24‧‧‧第二支撐臂

26‧‧‧第一鼓風通道

28‧‧‧第一注入點

30‧‧‧第二鼓風通道

32‧‧‧第二注入點

34‧‧‧管道段

36‧‧‧第一入口

38‧‧‧第二入口

40‧‧‧注射噴嘴

42‧‧‧柱塞

44‧‧‧加強翅片

現在將參照附圖以實例的方式描述本發明的最佳實施例，附圖中：圖1是穿過根據本發明的環管裝置的示意性橫截面圖；圖2是根據本發明的環管裝置的注入點的示意圖；以及圖3是穿過根據本發明的又一實施例的環管裝置的示意性橫截面圖。

10‧‧‧環管裝置

12‧‧‧環管

14‧‧‧豎爐的外殼

16‧‧‧管子

18‧‧‧耐火材料

20‧‧‧氣體通道

22‧‧‧第一支撐臂

24‧‧‧第二支撐臂

26‧‧‧第一鼓風通道

28‧‧‧第一注入點

30‧‧‧第二鼓風通道

32‧‧‧第二注入點

34‧‧‧管道段

36‧‧‧第一入口

38‧‧‧第二入口

Claims (13)

1. 豎爐的環管裝置，具體地用於將加壓熱氣供給到所述豎爐中，更具體地用於將加壓熱氣供給到鼓風爐中，其中，所述環管裝置包括：周向環管，沿著所述豎爐的外殼、且與之距離一定距離地佈置；在第一高度上將所述環管連接至所述豎爐的所述外殼的多個第一支撐臂；在第二高度上將所述環管連接至所述豎爐的所述外殼的多個第二支撐臂；其中，所述第一支撐臂和第二支撐臂被構造成支撐所述周向環管，所述第一高度不同於所述第二高度，所述周向環管是自立地設置；並且其中，所述第一支撐臂中佈置有第一鼓風通道，以便將所述環管流體地連接至所述豎爐的內部；所述第二鼓風通道佈置在所述第二支撐臂中以將所述環管流體地連接至所述豎爐的內部；所述環管在與所述第一鼓風通道和/或第二鼓風通道相對的壁部中包括入口，所述入口與相應的第一鼓風通道和/或第二鼓風通道線性對齊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述環管在其內壁上包括耐火襯裡，並且其中，所述第一 鼓風通道和/或第二鼓風通道穿過所述環管的所述耐火襯裡延伸。
3. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，一柱塞與一入口相關，以便至少部分地堵塞相應的鼓風通道。
4. 如申請專利範圍第3項所述之環管裝置，其中，所述柱塞具有圓錐形頭部，從而允許對流經相應鼓風通道的氣流進行調節。
5. 如申請專利範圍第3項所述之環管裝置，其中，所述柱塞包含氧化物陶瓷材料或滲矽碳化矽材料。
6. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，在第一鼓風通道或第二鼓風通道中可拆除地佈置有注射噴嘴和/或注射噴嘴插入件。
7. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所之的環管裝置，其中，所述第二支撐臂被佈置成使其垂直投影位於兩個相鄰的第一支撐臂之間的中間位置。
8. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，所述第一支撐臂和/或第二支撐臂由管道段形成，優選地由直的管道段形成，所述管道段內部襯有耐火材料，並且所述第一鼓風通道和第二鼓風通道穿過其中。
9. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，所述第一支撐臂基本是水平的，並且其中，所述第二支撐臂是傾斜的，優選地相對於水平方向以10°到60°之間的角度傾斜。
10. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，所述第二支撐臂以某一角度佈置，選擇所述角度以使與所述第二鼓風通道相關的入口和與所述第一鼓風通道相關的入口基本處於同一高度上。
11. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，所述第一支撐臂和第二支撐臂都相對于水平方向以0到40°之間的角度傾斜。
12. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，設置至少一種多個輔助臂來將所述環管連接至所述豎爐的所述外殼，其中，所述輔助臂中佈置有輔助鼓風通道，以便將所述環管流體地連接至所述豎爐的內部。
13. 如申請專利範圍第1至5項中任一項所述之環管裝置，其中，所述環管具有基本為圓形或橢圓形的橫截面。