TWI509075B - 豎爐的環管裝置 - Google Patents

Description

豎爐的環管裝置

本發明總體上涉及一種環管(bustle pipe)裝置，具體用於將加壓熱氣輸送至豎爐。

在豎爐中，尤其是在鼓風爐中，加壓熱氣(通常為加壓熱空氣)被吹入爐中以輔助豎爐內礦石的還原反應。

按照慣例，周向環管佈置在圍繞豎爐外殼、且距離豎爐外殼一定距離的風口帶中。氣體從環管經由風口彎頭排(tuyere stock row)供給，並在那裡被吹入豎爐。風口彎頭通常設置有補償器，以便補償環管與豎爐之間的相對移動。例如，可從WO 86/05520中獲知這種傳統的環管裝置。

有人已經建議不僅在上爐膛高度處，而且還在熔融區上方的區域(也被稱為“下爐身(lower shaft)”)中，將氣體注入豎爐時。下爐身注入需要另一個環管裝置，以便將氣體供給至下爐身內的各個注入點。

已經考慮過如上所述的傳統的環管裝置。雖然這種解決方案作為已知的且經過測試的方案，其具有顯而易見的優點，但同時也有許多缺點。實際上，這種裝置的巨大重量使其難以被佈置在下爐身高度處。同時，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，其包括內置於爐壁內的周向分配通 道，如US 6,146,442中所闡明的。這允許增加注入點的數量。然而，這種解決方案難以適應於現有的豎爐，並引發了一些關於耐火材料磨損的額外風險，尤其是對於將分配通道與爐腔分隔開的壁中的耐火材料。另一個不能忽視的關注點是爐子的靜態(statics)。實際上，爐子的結構由於“Midrex”型構造而被削弱。

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。根據申請專利範圍第1項所述之裝置實現了這一目的。

本發明提出了一種豎爐的環管裝置，具體地用於將加壓熱氣供給入豎爐內，其中，該環管裝置包括沿著豎爐的外殼佈置的一個周向環管，該環管佈置於距離外殼一定距離處。該裝置還包括：在第一高度上將環管連接至豎爐的外殼的多個第一臂；以及在第二高度上將環管連接至豎爐的外殼的多個第二臂，上述第一高度不同於第二高度。第一鼓風通道和第二鼓風通道分別穿過第一臂和第二臂而佈置，以將環管流體地(fluidly)連接至豎爐內部。

穿過第一臂和第二臂佈置的第一鼓風通道和第二鼓風通道允許在兩個不同的高度上將氣體(熱氣或還原氣體)注入到豎爐中。相比於傳統的環管裝置，本環管裝置的更為緊湊的設計還允許注入點數量的顯著增加。注入點數量的增加允許將氣體更均勻地注入到豎爐內。本環管裝置的另一重要優點是其可以容易地結合於現有的豎爐，只需對豎爐進行最小程度地改造。

根據本發明的第一實施例，第一臂和第二臂被構造成支撐周 向環管。由於構造為支撐臂的多個第一臂和第二臂，環管裝置是自支撐的；實際上，環管裝置直接支撐在豎爐壁上，而不需要框架結構來支撐該環管裝置。而且，由於環管是直接連接於豎爐壁，也就不再需要補償器。這降低了環管與豎爐之間發生洩漏的風險。

根據本發明的第二實施例，周向環管懸掛於一個框架。可以採用以任何方式可能已經存在的框架來懸掛環管。應當指出的是，環管的懸掛也可與上述支撐臂結合起來使用。

有利地，環管在其內壁上包括耐火襯裡，並且第一鼓風通道和/或第二鼓風通道延伸穿過環管的耐火襯裡，因此允許來自環管氣體通道的氣體流過支撐臂而進入豎爐中。

優選地，環管包括入口(access port)，這些入口位於與第一鼓風通道和/或第二鼓風通道相對的管壁部分上，並與相應的第一鼓風通道和/或第二鼓風通道線性對齊。這種入口容許對鼓風通道進行維修、清潔、堵塞和熱氣推進調節。在長期運行後，可能需要對鼓風通道進行清潔並且可通過入口使得這種清潔得以進行。

入口還允許對各個鼓風通道進行堵塞，因此使得通過本環管裝置注入氣體非常靈活。實際上，一個柱塞可以與一個入口相關聯，以至少部分地堵住相應的鼓風通道。使用這種柱塞允許堵塞某些鼓風通道，因此增加了剩餘鼓風通道中的流速。舉例來說，可能希望在一個高度上將氣體注入豎爐中。於是，堵塞所有其他高度的鼓風通道。柱塞也可以具有錐形頭部(conical nose)，以允許調節通過相應鼓風通道的氣流。

入口還提供到達注射噴嘴的途徑，這些注射噴嘴可能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。這就允許替換磨損的注射噴嘴或以不同內徑的注射噴嘴調換特定內徑的注射噴嘴。作為噴嘴的替代物，也可以將插入件通過入口插入注射噴嘴。這種噴嘴插入件也會改變注射噴嘴的內徑。改變注射噴嘴內徑的可能性使得通過鼓風通道的熱氣流適於特定的操作條件，因此增加了豎爐的操作靈活性。

注射噴嘴和/或噴嘴插入件和/或柱塞都優選地由陶瓷材料製造，該陶瓷材料優選地為氧化物陶瓷(oxide ceramic)材料或滲矽碳化矽(silicon infiltrated silicon carbide)材料。選擇這種材料可以經受由充滿了灰塵的熱氣而導致的磨損。而且，發明人還發現使用這種材料，注射噴嘴和/或噴嘴插入件和/或柱塞不再需要冷卻。

應當指出的是，上述注射噴嘴、噴嘴插入件或柱塞的使用不應局限於與上述的環管裝置結合使用。

有利地，第二臂這樣佈置，即使其垂直投影位於兩個相鄰的第一臂之間的中間位置(half-way)，從而通過實現注入氣體的更加均勻地重新分配來優化氣體注入。

第一臂和/或第二臂可以由一管道段形成，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貫穿其中。有利地，該管道段是直的管道段。這種直的管道段在環管與豎爐內部之間提供了直接連接，也就是，沒有彎曲、接頭或連接件。因此能夠減少經過此管道段的壓力損失。

根據本發明的一個實施例，第一臂可以是基本水準的，而第二臂可以是傾斜的，例如相對於水準方向成10°至60°之間的角度。

根據本發明的優選實施例，第二臂以這樣的角度佈置：選擇該角度以使得與第二鼓風通道關聯的入口和與第一鼓風通道關聯的入口基本處於同一高度上。例如，第二臂可以相對於水準方向以約45°的角度來佈置，並且第二臂與其關聯的入口之間的假想線可以穿過環管的中心。將所有的入口(即那些與第一鼓風通道和第二鼓風通道相關聯的入口)都佈置在同一高度上，以允許更方便快捷地維修鼓風通道。實際上，可以使用單個平台以通向兩個高度的注入點，以進行維修。此外，還應當指出的是，增大的角度為環管裝置提供了改進的支撐。

根據本發明的另一優選實施例，第一支撐臂和第二支撐臂都相對於水準方向傾斜了0°至40°之間的角度，優選地在0°至30°之間。

環管可以具有基本為圓形或橢圓形的橫截面。應當指出的是，也不應排除其他形狀的橫截面。

在橫截面基本為橢圓形的情況下，優選地，將環管的尺寸確定成使其具有足夠的高度間隙(height clearance)，以允許對環管的內部進行人為檢查，例如由維修人員進行。

可以提供至少一種多個輔助臂，以將環管連接至豎爐的外殼，其中，穿過這些輔助臂佈置有輔助鼓風通道，以將環管流體地連接至豎爐內部。這種輔助臂可用於在至少一個輔助高度上提 供注入點。

參照圖1說明本發明，其中示出了圍繞豎爐的外殼佈置的一個環管裝置。

該環管裝置10包括圍繞豎爐沿周向佈置的一個環管12，在圖1中示出了豎爐的外殼14的一部分。環管12在離外殼14一定距離的位置處佈置並且由基本上為圓形橫截面的管子16形成，該管子內部襯有耐火材料18，在該耐火材料中形成有氣體通道20。

利用多個第一臂22和第二臂24，將環管12沿著豎爐的外殼14保持在適當位置上，根據本發明的第一實施例，這些第一臂和第二臂由被構造成支撐該環管12的支撐臂形成。因此，這些第一臂22和第二臂24在兩個不同的高度上都圍繞豎爐的周向佈置並且支撐環管12。優選地，這些臂22、24通過焊接連接至環管12和爐壁14。

應當指出的是，雖然未在圖中示出，作為利用第一臂22和第二臂24將環管12支撐在豎爐的外殼14上的替代方式，環管12也可以懸掛於一個框架(未示出)。該第二實施例可以允許臂22和臂24強度小一些並且可以利用已經以任何方式存在的框架。兩種實施例的結合自然也是可能的。

第一鼓風通道26佈置為穿過第一臂22，以通過第一注入點28將環管12的氣體通道20流體地連接至豎爐的內部。同樣地，第二鼓風通道30佈置為穿過第二臂24，以通過第二注入點32將 環管12的氣體通道20流體地連接至豎爐的內部。因此，根據本發明的環管裝置10允許將氣體從兩個高度處注入豎爐。這增加了注入點的數量並允許注入氣體的更均勻地重新分配。注入點的數量顯然取決於豎爐的直徑、注入點的直徑以及相鄰注入點之間的距離。例如，對於具有約為7米的爐膛直徑的豎爐，注入點的數量可以高達100個。

第一臂22和第二臂24的每一個均包括一管道段34，該管道段內部襯有耐火材料18，第一鼓風通道26和第二鼓風通道30貫穿其中而形成。在圖1所示的實施例中，第一臂22基本水準地佈置而第二臂24佈置為相對水準方向成10°至15°之間的角α。雖然圖中並未示出，但α優選地約為45°。

環管裝置10還包括與每個第一鼓風通道26關聯的第一入口36，以及與每個第二鼓風通道30關聯的第二入口38。第一入口36和第二入口38佈置為與第一鼓風通道26和第二鼓風通道30線性對齊。這些入口允許對相應的鼓風通道26、30進行維修、清潔、堵塞和熱氣推進調節。堵塞個別鼓風通道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。鼓風通道26、30的面向豎爐的端部可以設置有注射噴嘴(未示出)。通過入口36、38，這種注射噴嘴可以容易地被替換或調換。舉例來說，這種注射噴嘴可以由具有不同出口直徑的注射噴嘴替代，因此進一步有助於本環管裝置10的靈活性。

應當進一步指出的是，如圖2中示出的，第一臂22和第二臂24以這種方式佈置，即第二注入點32定位於相鄰的第一注入點 28之間的中間位置處。注入點28、32的這種交錯佈置保證了注入至豎爐的氣體的更均勻地重新分配。

圖3示出了根據本發明的環管裝置的又一實施例。類似於圖1的實施例，環管裝置10包括圍繞豎爐沿周向佈置的一個環管12。不過該環管12由基本上為橢圓形橫截面的管子16’形成。將環管12的尺寸確定成使其具有足夠的高度間隙，以便允許對環管12內部進行人為檢查。第一支撐臂22可以佈置為相對於水準方向成0°至40°之間的角β。同樣地，支撐臂24也可佈置為相對於水準方向成0°至40°之間的角γ。在圖3中，支撐臂22與24兩者都佈置為具有約β=γ=10°至15°之間的角度。不過應當說明的是，β與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。通過與相應的鼓風通道26、30相關聯的入口36、38，能夠拆卸或替換這些注射噴嘴40。

圖3進一步示出了與第一鼓風通道26相關聯的一個柱塞42。這種柱塞42可以用來堵塞第一鼓風通道26或是調節流經其中的熱氣流。

為了加強連接，可以進一步在管子16與外殼14之間設置加強翅片44，如圖3所示。這種加強翅片44由焊接至管道段34、管子16和外殼14的厚金屬板而形成。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‧‧‧第一臂

24‧‧‧第二臂

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

現將參照附圖以實例的方式描述本發明的優選實施例，在附圖中： 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另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‧‧‧第一臂

24‧‧‧第二臂

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. 一種豎爐的環管裝置，具體地用於將加壓熱氣供給至所述豎爐內，其中，所述環管裝置包括：沿著所述豎爐的外殼佈置的周向環管，所述環管佈置在距離所述外殼一定距離處；多個第一臂，在第一高度上將所述環管連接至所述豎爐的外殼；第一鼓風通道，佈置為穿過所述第一臂以將所述環管流體地連接至所述豎爐內部；以及多個第二臂，在第二高度上將所述環管連接至所述豎爐的外殼；第二鼓風通道，佈置為穿過所述第二臂以將所述環管流體地連接至所述豎爐內部，所述第一高度不同於所述第二高度，其中，所述環管包括入口，所述入口位於與所述第一鼓風通道和/或第二鼓風通道相對的管壁部分中、並且與相應的第一鼓風通道和/或第二鼓風通道線性對齊，又，一柱塞與一入口相關聯，以用於至少部分地堵塞相應的鼓風通道。
2. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述第一臂和第二臂被構造成支撐所述周向環管。
3. 如申請專利範圍第1或2項所述之環管裝置，其中，所述周向環管懸掛於一個框架。
4. 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/或第二鼓風通道延伸穿過所述環管的所述耐火襯裡。
5. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述柱塞具有錐形頭部，以允許對流經相應的鼓風通道的氣流進行調節，所述柱塞優選地包括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項所述之環管裝置，其中，注射噴嘴和/或注射噴嘴插入件被可拆卸地佈置在第一鼓風通道或第二鼓風通道中。
7. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述第二臂被佈置成使其垂直投影位於兩個相鄰的第一臂之間的中間位置處。
8. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述第一臂和/或第二臂由管道段形成，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項所述之環管裝置，其中，所述第一臂是水平的，並且其中，所述第二臂是傾斜的，優選地相對於水平方向呈10°至60°之間的角度傾斜。
10. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述第二臂以一定角度佈置，將該角度選擇成使得與所述第二鼓風通道關聯的入口和與所述第一鼓風通道關聯的入口基本處於同一高度上。
11. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，所述第一臂和第二臂都相對於水平方向傾斜0°至40°之間的角度。
12. 如申請專利範圍第1項所述之環管裝置，其中，提供至少一種多個輔助臂，以將所述環管連接至所述豎爐的所述外殼，其中，輔助鼓風通道佈置成穿過所述輔助臂，以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項所述之環管裝置，其中，所述環管具有基本圓形或橢圓形的橫截面。