TWI616634B - 以連續、增添及結合形式供應一預熱金屬材料至熔煉爐之連續進給系統 - Google Patents

以連續、增添及結合形式供應一預熱金屬材料至熔煉爐之連續進給系統 Download PDF

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Abstract

一種預熱一金屬進給原料(31)之方法，該進給原料係經由一第二水平加熱段(34)連續供應至一熔煉爐(30)，由該熔煉爐(30)收集之熱排煙通過該第二加熱段，該煙對該金屬進給原料(31)實施一加熱階段，其特徵為，在即將進入該第二水平加熱段(34)前，金屬進給原料(31)暴露於一預熱階段，該預熱階段之加熱裝置不同於自熔煉爐(30)收集之排煙。
在一種實施該方法之廠站中，該不同之加熱裝置係設於一第一預熱段(33)內部，該段在操作上經由一中間排煙段(35)與該第二水平加熱段(34)連接，來自該二段即第二水平加熱段(34)及第一預熱段(33)之煙被傳送至排煙之中間段。
該二段即第一預熱段(33)及第二水平加熱段(34)以具有一隧道構造為佳。

Description

以連續、增添及結合形式供應一預熱金屬材料至熔煉爐之連續進給系統
本發明係關於一種以連續、增添及結合形式供應一預熱金屬材料至熔煉爐之連續進給系統。
更具體而言，本發明係關於一種完善方法，用於加熱送至一熔煉爐之金屬給料，本發明亦係關於一種廠站(plant)，用以實施該方法。
本發明以應用於在先前技術中商標註冊為「Consteel」之廠站與方法為佳，但非必要。
「Consteel」方法及廠站例如見於歐洲專利EP0190313，EP0592723，及美國專利US4609400，US5406579，以及US6155333，在論及所屬技術領域時，若有任何釋義之必要，必須引述這些專利文件。
特別是，本發明在以下以一種具有水平及連續供應金屬給料(通常由碎料構成)進入電弧爐(EAF)之廠站，作為非限定之舉例，加以說明。
該廠站之特徵為存在兩個不同之碎料金屬原料加熱階段，分別位於兩個不同但先後銜接之廠段，且使用不同加熱裝置。
一第一加熱段位於吸焰點上游，設計成容許最大限度利用一加熱系統(例如燃燒器)所供應之熱，及一第二加熱段，位於吸焰點下游，連接至熔煉爐，且設計成最大限度利用爐體本身排煙之後續燃燒反應。
在操作上，此二段藉由一第三中間段在吸焰點互相連接，該處為兩股排氣流在被一廢煙處理系統吸收前之會合處。
此解決方案亦容許以最小吸煙耗能降低在煙囪中之熱波動， 無需在下游接續供熱，俾便創造降低污染排放之最佳條件，及盡可能回收煙中餘熱。
本發明屬於所謂之金屬給料預熱之解決方案，該金屬給料係藉由一水平輸送機，連續輸送至爐內。
在此類爐中，係採浸入一熔解金屬浴之方式進行熔煉：電弧一直在「平浴」(flat bath)條件下操作，藉由適當注入氧氣與煤，受爐渣泡沫保護。
在現代化鋼鐵工業中，以此方式操作之爐應用日廣，此係由於其能最佳使用功率及時間，使供電網路干擾及環境衝擊最小化，包括音波干涉。
在此類爐中，進給原料之預熱係利用有感熱(sensitive heat)及對爐排煙之後續燃燒，具有兩種可能之技術解決方案：一垂直預熱器，及一水平預熱器。
在垂直預熱器中，進給原料累積在一具有很大直徑之垂直管，通常稱為豎井(shaft)，其亦作用如一煙囪，例如在日本專利JP11051574中所說明及圖示者。
由爐發出之煙被強制通過充滿該垂直管之碎料，因而使熱交換非常有效率。
然而，此解決方案具有一系列操作上之缺點，例如需要甚高之對煙抽吸能力，為克服通過在管中之碎料所遭致之進給原料之顯著損失，及對煙之過度冷卻，此需在豎井下游用到燃燒器，以提高其溫度，僅為確保由進給原料釋出之污染物完全毀於熱。
還有其他問題，進給原料之尺寸必需落在極狹窄之極限範圍內，且供應預熱之碎料至爐，使廠站複雜性很高，需使用例如油壓推器等裝置。
水平預熱器不具此類問題，此係由於由爐發出之煙不再被強 制通過進給原料中之空隙。
此類方法及廠站例如說明及圖示於前述之歐洲專利EP0190313，EP0592723，此些專利係以習知之「Consteel」廠站為基礎。
「Consteel」方法之基礎係將進給原料供應通過一擺動之通道，該通道在一進給原料預熱段形成煙道底部，讓煙離開爐，一般稱為預熱隧道。
上述專利提出，後續燃燒在爐中熔解方法所產生之一氧化碳與氫氣，用於預熱進給原料，其中需要觸發一適當燃燒器，及將空氣或氧氣沿預熱隧道引入。
在此些連續進給且水平預熱之系統中，發現，方法對進給原料所產生之煙熱之大部分被輻射至隧道之耐火圓頂。
因而，在輸送帶供應之碎料之上方暴露表面與下方積壓層間產生熱梯度，限制得到高平均溫度之可能性。
正如J.Schlüter，U.Falkenreck，J.Kempken，J.Bader在「主要能量熔解(PEM)--一種使用一能量效率科技之混合方法」(AISTech 2008會議論文集，Pittsburgh(USA)，2008)中提出：相較於使用電能，使用化學能量加熱一金屬進給原料更有效率，因而更經濟，更方便。
本發明之一目的在於，在一連續進料且水平預熱系統中，使用較多化學能，用以進一步降低下游熔解方法之耗電。
此結果因增加在預熱進給原料時之熱能(在短時間內更多能量供應)，及改進加熱裝置(熱的燃燒氣體)與金屬進給原料間之熱交換而獲得。
此目的係藉由一種具有所附申請專利範圍獨立項及相關附屬 項說明之特徵之方法及廠站而達到。
在圖式中，數字(30)整體代表一熔煉爐(電弧熔煉爐EAF)，金屬進給原料(31)(金屬碎片之進給原料)構成之進給原料由一水平輸送帶(32)連續供應，水平輸送帶屬習知形式，例如在美國專利US 5,183,143中所說明者。
依本發明，該水平輸送帶(32)通過具有一隧道構造之一第一預熱段(33)，及具有一隧道構造之一第二水平加熱段(34)，分別進行金屬進給原料(31)之預熱與加熱。
具有一隧道構造之該第一預熱段(33)以高度低於具有一隧道構造之該第二水平加熱段(34)為佳，但非必要，由圖中可清楚看出。
由圖中可清楚看出，水平輸送帶(32)構成具有一隧道構造之該第一預熱段(33)及第二水平加熱段(34)之基礎，兩隧道互相對齊，且在操作上被一中間排煙段(35)連接，以下將有說明。
簡言之，上述裝置之結合--排除電弧熔煉爐--構成本發明之預熱與加熱廠站之基本結構，整體以數字1代表。
更具體而言，圖中所示之預熱及加熱廠站(1)包含第二水平加熱段(34)，將金屬進給原料(31)引入電弧熔煉爐，預熱及加熱廠站(1)中煙之中間排煙段(35)，及使用化學能之第一預熱段(33)，此段由一傳統碎料接收系統接受金屬進給原料(31)(碎片之進給原料)之進給原料。水平輸送帶(32)具有一傳統冷卻狀態之進給通道(8)，以擺動方式輸送金屬進給原料(31)，將之輸送至一連接車(9)，亦為冷卻狀態，連接車將碎料送入熔煉爐(30)。
適當之氧氣注入器(28)可插入熔煉爐(30)及/或第二水平加熱段(34)，以利對產生之一氧化碳及氫氣實施後續燃燒。
第一預熱段(33)除用於碎料流動之進給通道(8)外尚包含一耐 火結構(10)，其中有加熱裝置，例如燃燒爐(11)，組裝於一靠近下方金屬進給原料(31)之位置。
該燃燒爐(11)以組裝於耐火結構(10)之圓頂(12)為佳，稍微傾斜，將燃燒煙推向排放通道(5)。
該燃燒爐(11)設於一靠近金屬進給原料(31)(碎料)之位置，俾便增加熱裝置在碎片間隙之穿透性，因而增加進給原料底層之加熱效率。
為防止金屬進給原料分佈不均勻及/或速率不均勻，及亦防止在前進中暫停，損害進給通道(8)底部，在進給通道(8)底下設有溫度監測系統(27)，俾便適當調節熱裝置之供熱量。耐火結構(10)之圓頂(12)高度非常接近進給通道(8)，以便強化輻射，並將燃燒爐(11)產生之熱煙(18)局限於盡可能靠近金屬進給原料(31)(碎料)之區域。
密封裝置(14)插置於第一預熱段(33)之入口，用以限制外部空氣流入隧道。
在熔煉爐(30)內之碎料排放段(2)包含傳統之「連接車」(9)，及組裝於冷卻狀態之第二水平加熱段(34)內之進給通道(8)，以便較佳抵抗爐內所產生之氣體密集後續燃燒所導致之熱應力。
第二水平加熱段(34)之尺寸設計成降低氣體離爐之流率，以便提供充分駐留時間，完成後續燃燒反應，並容許仍然陷於向爐前進之進給原料中之粉末中之較重成分分離，使其自然回收。
可在碎料排放段(2)中設開口(16)，以調節外界空氣入口，協助行進中氣體所含之一氧化碳與氫氣之後續燃燒。冷卻系統(15)可為一外部熱回收系統(21)之一部分。
中間排煙段(35)包含一塔(19)，用以接收來自第一預熱段(33)之熱煙(18)，並排放來自第二水平加熱段(34)之排氣(17)。
一熱煙(22)收集管(20)離開塔(19)之頂部。外排氣體之成分與溫度分析儀之一，例如溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，可插入收集管(20)下游。
在冶金方法之第一階段，在進給段(7)之碎料由進給通道(8)經過密封裝置(14)，被引入第一預熱段(33)(隧道)之第一段。
金屬進給原料(31)(碎料)沿擺動進給通道(8)前進，先由位於第一預熱段(33)內之燃燒爐(11)接受熱，接著，在第二水平加熱段(34)，由離開熔煉爐(30)之煙接受熱，及由相關之後續燃燒接受熱，達到一充分均勻且較高溫度。
第一預熱段(33)之耐火結構(10)(室)充分低矮，以強化在圓頂(12)部之輻射效應。
此外，由於燃燒爐(11)靠近金屬進給原料，熱能可穿入在金屬進給原料(31)中之空隙，強化及加速即使在深處之預熱方法。
在此加熱方法，可能存在於熱煙(18)中之戴奧辛(dioxins)與呋喃(furans)之先驅物被加熱並維持在足夠高之溫度，使其不對環境構成任何危害。
熱煙(18)進入中間排放區，與離開熔煉爐(30)之排氣(17)混合，形成排氣，經由收集管(20)送入一相關處理廠站(23)，在圖中未具體繪出。
在塔(19)基礎區，此排氣被溫度之採樣儀(24)、成分之採樣儀(25)分析，測定其成分與溫度。
溫度之採樣儀(24)、成分之採樣儀(25)連接一適當之監測系統(26)，該監測系統於燃燒爐(11)、氧氣注入器(28)及進入爐中之煤，氧氣注入第二水平加熱段(34)，且，亦可，操作開口(16)(空氣進氣活動窗)，俾便獲得來自熔煉爐(30)之排氣(17)完全燃燒之條件。
更具體而言，上述之離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣 儀(36)與成分之採樣儀(37)係為控制而設，俾便控制注入後續燃燒之氧氣，及/或將外界空氣傳入爐內，及/或傳入第一預熱段(33)。
參考數字(38)代表離開該中間排煙段(35)之煙之溫度與成分採樣儀，俾便調節流入爐內用於熔煉方法之氧氣與煤。
輸送帶之進給通道(8)裝載金屬進給原料(31)，進入熔煉爐(30)之碎料排放段(2)。在此段中，碎料與離開爐之焰接觸，該焰由一氧化碳與氫氣燃燒產生，在排氣(17)成分之中，且進一步被排氣加熱。藉由使用氧氣注入器(28)，可在金屬進給原料(31)之第二水平加熱段(34)發展出較大之加熱功率。
此方法經證明在傳統之「Consteel」構造中較為不利，這是由於其不容許預熱機全長皆被充分利用。這在另一方面，在依本發明之廠站中卻有利，這是由於其容許燃燒爐(11)(加熱裝置)與來自爐之方法氣體之後續燃燒之能量結合，產生進給原料最大化之預熱。
除調節注入爐與進入第二水平加熱段(34)之氧氣外，亦可使用開口(16)傳送外界空氣(因而亦為氧氣)，依來自監測系統(26)之指示，確保排氣(17)完全燃燒。
第二水平加熱段(34)尺寸設計成降低排氣(17)之傳送率，有利於懸浮中之較重粉末之沈積。此類顆粒跌回向爐移動之進給原料之表面，造成自然回收。
由以上依據圖式所做之說明，可知本發明之方法與廠站以一種創新、原創、及有利方式，相對於先前技術，強化方法。事實上，本發明藉由對他種加熱裝置之有效且不同之利用，藉由在隧道第一段之預熱裝置，以及藉由對爐之熱煙中化學能之較佳利用，容許進一步降低爐耗電。
如前所述，所獲之結果係歸功於二連續隧道加熱段之結合： 一具有加熱裝置之第一預熱段，例如組裝於耐火圓頂之燃燒爐，具有降低之高度，爐焰無法通過，但使用燃燒爐所產生之煙可通過，及一進給原料第二加熱段，爐煙中殘餘一氧化碳與氫氣在其中完全燃燒。
兩股煙流在中間段混合，操作上連接兩隧道段，並在該處被煙處理廠站吸收。此中間段(所謂之「取用罩」，「off-take hood」)具有一段，大到足以降低氣體流率，提供時間使燃燒反應完全，同時容許較重粉末顆粒沈積於碎料，因而使其自然回收至爐內。
在任何預熱及連續(或半連續)進給系統中，不論其為水平式或垂直式，進給原料之最大預熱發生於在爐內之冶金方法產生大量熱氣體時。基於此原因，若爐內冶金方法無法容許高度使用氧氣，則很難獲得良好之進給原料預熱溫度，同時由於無法避免外界空氣滲透，產生釋稀影響，降低煙溫度。
本發明由於在第一段之預熱不取決於爐內方法，因而顯著改善此操作特徵。
使用本發明之方法，可使用大量化學能於熔煉方法，因而降低電能比例。
在本發明之方法中，爐釋出之氣流與來自第一預熱段之氣體混合，在爐內方法不同階段後混合，自然限制煙溫下降，防止最低值降至低於污染物完全熱毀滅之最低門檻，其中特別是戴奧辛與呋喃。
排煙趨勢被溫度與成分採樣儀連續監測，採樣儀位於中間混合及移除段下游，其位置適於在充分熱化學均質化及氣體之粉末含量低之條件下量測。在第一預熱段提供一定貢獻之際，可使用所有量測值調整煙吸收及爐注入系統。
此調整在控制煙中殘餘氧氣上，及在爐內與第二加熱段內正 確利用後續燃燒上，至關重要。
在第一預熱段中之加熱系統係獨立控制，不取決於爐，使用進給通道(8)之溫度監測系統(27)，避免通道本身過熱，且管理邏輯適於避免進給原料局部融解條件；可使用不同型式之加熱裝置(例如燃燒爐)，依廠站局部可利用性而定。
先前有關先存技術而引述之專利文字與圖式需考慮為，為達到說明目的之本說明書整體之一部分。
本說明書序言中所敘述之目的，因而達到。
本發明申請保護之範圍見於所附之申請專利範圍。
1‧‧‧預熱及加熱廠站
2‧‧‧碎料排放段
5‧‧‧排放通道
7‧‧‧進給段
8‧‧‧進給通道
9‧‧‧連接車
10‧‧‧耐火結構
11‧‧‧燃燒爐
12‧‧‧圓頂
14‧‧‧密封裝置
15‧‧‧冷卻系統
16‧‧‧開口
17‧‧‧排氣
18‧‧‧熱煙
19‧‧‧塔
20‧‧‧收集管
21‧‧‧外部熱回收系統
22‧‧‧熱煙
23‧‧‧處理廠站
24‧‧‧溫度之採樣儀
25‧‧‧成分之採樣儀
26‧‧‧監測系統
27‧‧‧溫度監測系統
28‧‧‧氧氣注入器
30‧‧‧熔煉爐
31‧‧‧金屬進給原料
32‧‧‧水平輸送帶
33‧‧‧第一預熱段
34‧‧‧第二水平加熱段
35‧‧‧中間排煙段
36‧‧‧溫度之採樣儀
37‧‧‧成分之採樣儀
38‧‧‧溫度與成分之採樣儀
以下將根據所附圖式，對本發明之方法之特徵，及一產生該方法之廠站之實施例，做宣示性且非局限性之說明及圖示，圖中所示為：圖1 為一該廠站之縱向截面圖；圖2 為圖1中廠站之一平面圖；圖3 為沿圖1中截面線III-III所視之一放大截面圖；及圖4 為沿圖1中戴面線IV-IV所視之一放大截面圖。

Claims (18)

  1. 一種預熱一金屬進給原料(31)之方法，該進給原料係經由一第二水平加熱段(34)連續供應至一熔煉爐(30)，由該熔煉爐(30)收集之熱排煙通過該第二加熱段，該煙對該金屬進給原料(31)實施一加熱階段，在即將進入該第二水平加熱段(34)前，金屬進給原料(31)暴露於一預熱階段，該預熱階段之加熱裝置不同於自熔煉爐(30)收集之排煙，其特徵為，該不同之加熱裝置係設置於一第一預熱段(33)，該段在操作上藉由一中間排煙段(35)與該第二水平加熱段(34)連接，來自該第二水平加熱段(34)及第一預熱段(33)之煙被傳送至中間排煙段(35)。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，該第一預熱段(33)及第二水平加熱段(34)具有一隧道構造。
  3. 根據申請專利範圍第2項所述之方法，其特徵為，具有一隧道構造之第一預熱段(33)之高度低於具有一隧道構造之第二水平加熱段(34)之高度。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含溫度之採樣儀(24)及成分之採樣儀(25)，用以控制該不同於由熔煉爐(30)收集之排煙之加熱裝置，該溫度之採樣儀(24)、成分之採樣儀(25)位於該中間排煙段(35)，其位置在一塔(19)底部，而塔頂有一收集管(20)延伸，用於收集及排放熱煙。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含對進給通道(8)中溫度之監測系統(26)，用以控制該不同於由熔煉爐(30)收集之排煙之加熱裝置。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含對離 開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制後續燃燒之氧氣注入或將外界空氣引入熔煉爐(30)內，或引入第一預熱段(33)。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制後續燃燒之氧氣注入熔煉爐內。
  8. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制將外界空氣引入第一預熱段(33)。
  9. 根據申請專利範圍第1項所述之方法，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度與成分之採樣儀(38)，用以調節在熔煉爐(30)內熔煉方法使用之氧氣與煤流。
  10. 一種用於加熱一金屬進給原料(31)之廠站，該進給原料係經由一第二水平加熱段(34)連續供應至一熔煉爐(30)，由該熔煉爐(30)收集之熱排煙通過該第二水平加熱段，該煙對該金屬進給原料(31)實施一加熱階段，在即將進入該第二水平加熱段(34)前，金屬進給原料(31)暴露於一預熱階段，該預熱階段之加熱裝置不同於自熔煉爐(30)收集之排煙，其特徵為，該不同之加熱裝置係位於一第一預熱段(33)內部，該第一預熱段在操作上經由一排煙之中間排煙段(35)與該第二水平加熱段(34)連接，來自該第二水平加熱段(34)及第一預熱段(33)之煙被傳送至中間排煙段(35)。
  11. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，該第一預熱段(33)及第二水平加熱段(34)具有一隧道構造。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之廠站，其特徵為，具有一隧道構造之第一預熱段(33)之高度低於具有一隧道構造之第二 水平加熱段(34)之高度。
  13. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對煙之溫度之採樣儀(24)與成分之採樣儀(25)，用以控制該不同於由熔煉爐(30)收集之排煙之加熱裝置，該溫度之採樣儀(24)、成分之採樣儀(25)位於該排煙之中間排煙段(35)，其位置在一塔(19)底部，而塔項有一收集管(20)延伸，用於收集及排放熱煙。
  14. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對進給通道(8)中溫度之監測系統(26)，用以控制該不同於由熔煉爐(30)收集之排煙之加熱裝置。
  15. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制後續燃燒之氧氣注入或將外界空氣引入熔煉爐(30)內，或引入第一預熱段(33)。
  16. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制後續燃燒之氧氣引入熔煉爐(30)內。
  17. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度之採樣儀(36)與成分之採樣儀(37)，用以控制將外界空氣引入第一預熱段(33)。
  18. 根據申請專利範圍第10項所述之廠站，其特徵為，其包含對離開該中間排煙段(35)之煙之溫度與成分之採樣儀(38)，用以調節在熔煉爐(30)內熔煉方法使用之氧氣與煤流。
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