TWI488972B - A blast pipe for introducing hot air into a shaft furnace and a method for manufacturing the same - Google Patents

Description

將熱風引入豎爐的鼓風管及其製造方法

    本發明係有關於將熱風引入豎爐(shaft furnace)的一鼓風管，特別有關於一高爐(blast-furnace)的鼓風管之技術範疇。

    為減少豎爐產鐵所消耗的能源，熱空氣–在冶金產業中稱為熱風–以約介於攝氏1200度至1350度之間的溫度範圍，被吹入豎爐中。因應此目的，通常會利用熱風加熱器，把四周的空氣加熱成介於上述範圍內且近趨固定的希望溫度。以此方式將生成的熱風透過熱風管系統供應給豎爐。過程之中，來自熱風加熱器的熱風會開始流向熱風管系統的一熱風環型管，熱風管系統在該豎爐周圍的一較低區域中延伸。熱風從該熱風環型管開始，接著分散到於豎爐周邊呈間隔排列的數個鼓風管，上述鼓風管亦稱為熱風鼓風管。做為熱風管系統的關閉元件，鼓風管包括一噴嘴尖，每一噴嘴尖通常連接在煤壘和豎爐溝道的區域之間，部分會伸入其中。
    由於熱風高溫之故，必須讓上述的系統元件在面對熱風的內側面具有熱絕緣耐熱內襯，以降低能量的耗失並增加熱風管系統的使用壽命。特別是，此適用於由數個彼此連接之元件所組成的鼓風管。在組裝這些元件以構成一個鼓風管之前，必須讓各個元件一一具備耐火內襯。根據先前技術，最常見的方法是把耐火內襯緊貼設置在面對熱風之此類元件的金屬外結構內側。
    金屬外結構通常由鋼所構成，並因鼓風管元件的不同而有不同的配置。舉例而言，噴嘴尖的金屬外結構必須呈錐形。相反地，以鉸接式補償裝置為例，就是以管狀的金屬外結構所組成。此外，由噴嘴彎管所構成的鼓風管，其金屬外結構設置要比使用噴嘴尖和鉸接式補償裝置的鼓風管複雜得多。在本發明的範疇內，以“金屬外結構”這個更通用的說法來說明和代表這些具有不同形狀的鼓風管金屬零件。
    熱風環狀管系統和鼓風管的耐火內襯，作用在於把金屬外結構外側表面上的溫度降到攝氏300度至350度左右。藉此減少能量的耗失。另外，亦能改善高爐外工作區內的安全性。
    鉸接式補償裝置的作用在於補償熱風管系統因熱載量所引起的變型。鉸接式補償裝式通常配有萬向接頭(cardanic joints)，以及裝設在過渡區域、朝向鼓風管較遠元件的波狀風箱。為保護敏感的補償元件不因承受高熱而受損，必須緊貼元件的耐火熱襯必須儘可能地和元件緊密貼附。
    由於鼓風管如上列所述﹑會暴露在高溫之下，所以鼓風管必須隨時更新，此指鼓風管必須具有新的耐火內襯。在多數情況下，必須使用電鑽和類似工具來移除已耗損的耐火內襯，成本相對高昂。此外，此舉常會對鉸接式補償裝置的感應元件造成傷害，例如波狀風箱，還有經常面對熱風之金屬外結構的內側。

    本發明係有關於將熱風引入豎爐 (shaft furnace) 的一鼓風管，特別有關於一高爐 (blast-furnace)，上述鼓風管包括最少一鉸接式補償裝置 (compensator)﹑一噴嘴彎管以及一噴嘴尖，每個部件皆具有一金屬外結構，而須面對熱風的內側面則具有耐火內襯，其中鉸接式補償裝置一端連接噴嘴彎管，另一端可以連接熱風環型管 (ring main)。
　  此外，本發明係提出至少由一鉸接式補償裝置﹑一噴嘴彎管和一噴嘴尖而構成鼓風管的一製造方法，並得以藉此將熱風引入豎爐中，特別是引入高爐中，在一開始為鉸接式補償裝置﹑噴嘴彎管和噴嘴尖裝設金屬外結構後，接著將這些部件包入耐火材料中以形成耐火內襯。

    有鑑於前述的技術背景，本發明的目標除了大幅減少產鐵的相關能源消耗以外，亦能藉由減少豎爐總運作成本的一方法來提出一鼓風管。
　  我們以具備開頭所述性質的鼓風管來解決這項任務，鼓風管包括至少裝設在鉸接式補償裝置、噴嘴彎管和/或噴嘴尖的金屬外結構和耐火內襯之間部份區域裡的一熱絕緣元件，上述熱絕緣元件包括內嵌入保護層的一耐高溫熱絕緣材料，整體而言，上述的保護層會在鼓風管的預期使用期間融解。
　  在鼓風管至少一元件的金屬外結構與耐火內襯之間安置額外熱絕緣元件的發明設計，可藉由鼓風管而有效減少能源耗損。相對地，和沒有額外熱絕緣元件的傳統鼓風管相比較，根據本發明而成的鼓風管，其外側和其元件金屬外結構表面可以降低約攝氏100度至150度的溫度。從每噸生鐵所需消耗的焦煤可看出，本發明能夠大幅節省能源。此外，由於鉸接式補償裝置的金屬外結構和元件承受的熱能較低，實際上亦能增加鼓風管的使用壽命。
　  根據本發明的鼓風爐，額外的熱絕緣元件會因為保護層大幅融解而削弱金屬外結構和耐火內襯之間的接著，尤其是在鼓風管的預期性使用期間會造成其自身產生焚化。因此，和依先前技術所製、需在更新時移除耐火內襯的鼓風管相比，本發明之鼓風管實際上可以減少支出費用。這項結果進一步地降低了成本。
　  整體而言，和傳統鼓風管相比，就運作成本和能源效益而言，使用本發明的鼓風管代表著一種實際上更具成本效益的替代方案。
　 在本發明範疇內，可能會遇到鼓風管使用數種、尤其是配置各異並裝設在鼓風管特別敏感部位處之熱絕緣元件的情況，例如鉸接式補償裝置。
　  根據本發明的較佳實施例，設置做為保護套的箔片本質上由塑膠材料所製成。再鼓風管的預期使用期間，箔片會焚化所以整體而言其本身會溶解。舉例而言，塑膠材料可以是聚乙烯或聚胺或是一相關混合物。亦可用上頭覆有金屬層的塑膠材料。
　  根據本發明的另一較佳實施例，熱絕緣材料包括至少一無機矽質物質。最好無機矽質物質為一高散佈性(致熱物)矽酸。這種性質的無機矽質物質具有極低的熱傳導性，藉此建立出具有優異熱絕緣特性的熱絕緣元件。
　  本發明另一個較佳實施例所提出的熱絕緣材料，包括至少一種在熱絕緣材料內減少熱輻射傳送的工具。這種性質與類型的工具亦被稱為吸熱劑，其作用在於減少熱絕緣材料在紅外線輻射方面的滲透性，其中吸熱劑可以消散和/或吸收紅外線輻射。這種設置讓本發明的鼓風爐具有意義，因為在不添加吸熱劑的情況下，熱絕緣材料的熱絕緣特性會隨著溫度的升高而減退。
　  熱絕緣材料最好呈粉末狀，並加壓為成形實體。藉由這種方法，可以提供具有不同幾何外型的成形實體，以便能因應相關使用場所之需而採用最理想的絕緣材料。成形實體最好呈一杆狀。亦可以提出內嵌在一常見保護層中的數種成形實體。尤其是能夠以短距離方式彼此平行設置在保護層中的數種杆狀成形實體。若選擇以塑膠原料製成的保護層，可用這種方法放置具有彈性的熱絕緣元件，其形狀能藉由變形而輕鬆合於相關使用處。
　  此外另建議，將熱絕緣材料排出並用收縮膜包入保護層中。藉由排出的做法，會在使用熱絕緣元件期間因熱絕緣材料內對流而產生熱傳導的部分減少，而進一步增強熱絕緣材料和經此處理之熱絕緣元件的熱絕緣特性。加壓熱絕緣材料被收縮膜收縮包入保護層，更能有效地讓熱絕緣元件在製作鼓風管的過程中，確實保有其形狀和物理特性。
　  此外另建議，利用黏著劑把熱絕緣元件和金屬外結構黏合起來。藉此，這種熱絕緣元件可以在敷塗耐火內襯前和相對應的金屬外結構輕鬆黏合。尤其，可藉此把彈性設置的熱絕緣元件輕鬆且永遠安置在其相關的適當使用處。在裝上耐火內襯後，即把金屬外結構壓裝入常見類型的耐火凝結物中，熱絕緣元件就會被耐火內襯固定住。用來黏著的膠黏劑會在鼓風管運作時因焚化而融解。
　  為解決上述的艱困作業，故建議在本文一開始即提出之性質與類型的方法，根據該方法，面朝熱風之絞接式補償裝置、噴嘴彎管和/或噴水尖的金屬外結構內側，在被壓入耐火材料之前，內側的至少一部分區域，發明裝設了至少一熱絕緣元件，上述元件事先藉由以壓縮膜、把加壓為成形實體之粉狀熱絕緣材料包入保護層的方式而成形，保護層會因鼓風管的預期使用而在這段期間大幅融解。
　  此發明方法亦有節省能源、減少豎爐運作成本等上列已說明過的鼓風管相關好處。此歸功於使用主要由塑膠原料構成的箔片做為保護層。最好用黏著劑黏合熱絕緣元件和金屬外結構。

    本發明的其他優勢和特點特色，將在下列按以附加說明圖為基礎的實施例進行更詳盡的說明：
    第1a圖以透視方式出示一未繪出之發明鼓風管的噴嘴尖1實施例。按照噴嘴尖1的預期用途，熱風流過噴嘴尖1並從出口開口2離開。在另一端，噴嘴尖1可以和鼓風管的噴嘴彎管3連接，如第2a和第2b圖的實施例所示。設置在噴嘴尖1外側周圍的是進給器4，物質透過進給器4來優化豎爐裡的燃燒工序，並得以補充熱風流。
    第1b圖出示穿過第1a圖中提出之噴嘴尖1的一縱剖面圖。我們可以在面對熱風的內側處，看見具有耐火內襯6的承重金屬外結構5。發明在金屬外結構5和耐火內襯6之間設置了一熱絕緣元件7。此熱絕緣元件7包括一高度耐熱、圖中未出示且內嵌於一保護層的熱絕緣材料，整體而言其中保護層本身會在鼓風管進行預期使用的過程中融解，特別是焚化。每一進給器4皆包括一進給器溝道8，延伸穿過耐火內襯6並終結在噴嘴尖1的通路管9(passage duct)裡。
    第1c圖以沿著第1b圖中B-B線而成之縱剖面的方式，出示第1a和第1b圖中的噴嘴尖1。尤其是，我們可以看出進給器溝道9終結在通路管9裡。此外，在此處可看出噴嘴尖1的發明裝配，在其下游的金屬外結構5和耐火內襯6之間，設有一金屬絕緣元件7。
    第2a圖以透視方式出示一發明鼓風管之噴嘴彎管3的實施例。如第3圖所示範例，噴嘴彎管3可經由凸緣10連接至鉸接式補償裝置15。經由另一端的凸緣11，彎管3可連接至噴嘴尖1。噴嘴彎管3包括被一蓋口13緊閉住的一支線12，可沿著一鉸鏈14轉動蓋口13。
    第2b圖以縱剖面的方式出示第2a圖中的噴嘴彎管3。此處亦可以看出噴嘴彎管的發明設置，在其下游的金屬外結構5和耐火內襯6之間，設有一金屬絕緣元件7。
    第3圖出示鼓風管鉸接式補償裝置15的一實施例分解圖。其經由凸緣16連接至噴嘴彎管3。藉由凸緣17，鉸接式補償裝置15與圖中未出示的熱風管系統的一熱風環形管連接。在區域18中，鉸接式補償裝置15包括此處未詳細出示的一複數波狀彎管。此外，同樣包括具有一耐火材料內襯之一金屬外結構5的中心件19，藉由形成一萬向接頭，而經過元件20連接至連接件21。元件20同樣包括一金屬外結構5和與之緊貼的一耐火內襯6。
    此外，鉸接式補償裝置15包括數個不同組態的熱絕緣元件7。根據本發明，這些熱絕緣元件乃由被內嵌入一保護層的耐火熱絕緣材料所構成。保護層由包括數個杆狀組態成形實體的一塑膠薄片所構成。杆狀組態成形實體以平行方式彼此對齊，並和鉸接式補償裝置15的縱向延伸對齊。這些實體包括被壓成成形實體之高散佈性矽酸的一粉狀混合物以及一隔熱劑。藉由此種組態方式，熱絕緣元件7具有彈性，且不需對鉸接式補償裝置15位於相關指定位置的其他元件相關外形施加重大力道，即可適合使用。相對地，在鼓風管和鉸接式補償裝置15的預期使用期間，塑膠薄片會因高溫而焚化，整體而言其本身會因此融解。

1．．．噴嘴尖

2．．．出口開口

3．．．噴嘴彎管

4．．．進給器

5．．．金屬外結構

6．．．耐火內襯

7．．．熱絕緣元件

8．．．進給器溝道

9．．．通路管

10．．．凸緣

11．．．凸緣

12．．．支線

13．．．轉動蓋口

14．．．鉸鏈

15．．．鉸接式補償裝置

16．．．凸緣

17．．．凸緣

18．．．區域

19．．．中心件

20．．．元件

21．．．連接件

第1a圖:為依本發明而成之鼓風管的噴嘴尖實施例立體圖。
第1b圖:為第1a圖所示之噴嘴尖的縱剖面圖。
第1c圖:為第1a和1b圖所示之噴嘴尖、沿著第1b圖中的B-B線而成的縱剖面圖。
第2a圖:為依本發明而成之鼓風管的噴嘴彎管實施例立體圖。
第2b圖:為第2a圖所示之噴嘴彎管的總剖面圖。
第3圖:為本發明鼓風管之鉸接式補償裝置實施例的立體分解圖。

1‧‧‧噴嘴尖

3‧‧‧噴嘴彎管

4‧‧‧進給器

Claims (13)

1. 一種將熱風引入豎爐的鼓風管，特別是引入高爐中，上述鼓風管包括：至少一鉸接式補償裝置(15)、一噴嘴彎管(3)以及一噴嘴尖(1)，每一部件皆包括一金屬外結構(5)，而其面朝熱風的內側設有一耐火內襯(6)，其中該鉸接式補償裝置(15)的一端連接該噴嘴彎管(3)，另一端則連接一熱風環形管；又該金屬外結構(5)與該鉸接式補償裝置(15)、該噴嘴彎管(3)和/或該噴嘴尖(1)的該耐火內襯(6)之間的至少一部分區域中，至少設置有一熱絕緣元件(7)，該熱絕緣元件包括被內嵌入一保護層的一高度耐熱的熱絕緣材料，整體而言，其中該保護層本身會在鼓風管預期使用期間融解。
2. 如申請專利範圍第1項所述的鼓風管，其中在於以主要由塑膠材料所製成的薄片來設置該保護層。
3. 如申請專利範圍第1項所述的鼓風管，其中在於該熱絕緣材料包括至少一無機矽質物質。
4. 如申請專利範圍第3項所述的鼓風管，其中在於該無機矽質物質為一高散佈性矽酸。
5. 如申請專利範圍第1項項所述的鼓風管，其中在於該熱絕緣材料包括至少一手段可降低該熱絕緣材料內的熱輻射傳播。
6. 如申請專利範圍第1項所述的鼓風管，其中在於以粉末狀且加壓為成形實體的形式裝配該熱絕緣材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述的鼓風管，其中在於該成形實體呈一杆狀結構。
8. 如申請專利範圍第1項所述的鼓風管，其中在於將該熱絕緣材料排出並以收縮膜包入該保護層中。
9. 如申請專利範圍第1項所述的鼓風管，其中在於該熱絕緣元件(7)和該金屬外結構(5)黏著在一起。
10. 一種製造鼓風管的製造方法，包括至少一鉸接式補償裝置(15)、一噴嘴彎管(3)和一噴嘴尖(1)，藉鼓風管之助，可把熱風引入豎爐中，特別是引入高爐中，其中該鉸接式補償裝置(15)、該噴嘴彎管(3)和該噴嘴尖(1)從一開始即具有的金屬外結構(5)並被包入一耐火材料中；其中在於面朝熱風的該鉸接式補償裝置(15)、該噴嘴彎管(3)和該噴嘴尖(1)的該金屬外結構(5)之該金屬外結構(5)內側，在該金屬外結構(5)被包入該耐火材料前，於該內側的至少一部分區域發明裝設有至少一熱絕緣元件(7)，該元件為事先經收縮膜包裝為成形實體、並壓入一保護套的粉狀熱絕緣材料，整體而言該保護套本身會在該鼓風管的預期使用期間融解。
11. 如申請專利範圍第10項所述的製造方法，其中在於使用主要由塑膠材料所構成的薄片構成該保護套。
12. 如申請專利範圍第10或11項所述的製造方法，其中該熱絕緣材料(7)和該金屬外結構(5)相黏著。
13. 如申請專利範圍第1至9項其中任一項所述的鼓風管，其中在於其係根據申請專利範圍第10至12項其中任一項所述的方法進行製造。