TWI837248B - 用於保護豎爐內壁的方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種用於保護豎爐之內壁（12）的方法，該方法包含以下步驟：設置穿過該豎爐之該內壁（12）的至少一注射裝置（28），該注射裝置（28）經建構以將保護性材料注射至該豎爐中；及經由該注射裝置（28）以按照需求而將該保護性材料注射至該豎爐中，以此方式，使得該保護性材料積聚，從而在該豎爐之內部與該內壁（12）之間形成保護壁。
Description
本發明係關於一種用於操作豎爐（如例如高爐）的方法。本發明尤其係關於一種用於保護豎爐之內壁的方法。
豎爐之內壁典型地由冷卻板之襯裡覆蓋，以耗散在爐操作期間藉由所施加的極端溫度產生的熱量並防止爐壁發生由極端熱量所致之損壞。
冷卻板通常為由銅或鋼或合金製成之導熱板，其配備有冷卻線路且具有待附接至爐壁之連接構件。冷卻線路可為在冷卻板內部運行且具有任何所需設計之中空路徑。將隨後自冷卻板提取之循環冷卻流體（如例如水）饋入該線路，該冷卻板自爐壁帶走熱量。
在豎爐操作期間，爐壁的某些區域比其他區域更容易受到侵蝕、損壞及/或高熱負荷的影響。在現代的高負荷豎爐中，已發現，兩次連續維修之間的時間段在很大程度上係由爐襯裡之磨損特性判定，而爐襯裡之磨損特性又取決於許多因素，諸如耐高溫、耐化學侵蝕和耐機械磨損，以及使爐冷卻的方式。
過度的熱量可能會弱化冷卻板，使其變形且最終導致不可逆損壞。為了減輕此等效應，可修改高爐製程及爐料裝料輪廓。對冷卻板之過度侵蝕（其可由爐料流動之研磨動作導致）可移除在最終暴露的冷卻線路周圍的金屬，從而使冷卻劑流體滲漏至爐中。停止滲漏的常見補救措施為停止冷卻通道中之流體供應，直至下一程式化維護操作為止。
在上述情況下，有必要暫時修改爐操作並減弱其效能以防止進一步損壞。另外，上述解決方案不提供用以防止爐操作對冷卻板產生消極影響的任何手段。
為了減緩對冷卻板的磨損，冷卻板通常受包含耐火磚之另一襯裡保護。耐火磚經設計以提供理想的導熱性及耐磨損性。該等耐火磚不包含冷卻線路且在暴露冷卻板之前緩慢地侵蝕。
此項技術中存在已知解決方案，以改良高爐中的耐火磚襯裡之耐侵蝕性。舉例而言，美國專利第US 3953007 A號揭示一種豎爐，其具有設置有液體冷卻之冷卻板的耐火襯裡壁。冷卻板由具有第一導熱係數之第一層耐火磚自爐內部保護。第一層進一步由具有第二導熱係數之第二層耐火磚部分覆蓋。
具有不同導熱係數之磚層的組合改良熱量在更容易受到高溫影響的區域中之分佈。經受更強研磨效應之其他區域由具有較高耐磨損性之磚覆蓋。
已知解決方案僅提供臨時保護而不提供維護銅壁的可能性。用以保護爐內部的壁襯裡之解決方案受所用材料之耐熱性或耐侵蝕性限制，且涉及維護操作期間的生產損失。
本發明之目的
因此，期望提供一種用於保護豎爐壁且特定而言用於在無上文所描述之缺點的情況下保護豎爐內部之壁襯裡的改良方法。
本發明之一般描述
本發明提出一種用於保護豎爐內壁的方法，其中爐壁包含冷卻板之襯裡，該冷卻板具有面向爐內部的熱面，該熱面包含具有肋及凹槽之輪廓，該方法包含以下步驟：
設置穿過豎爐之內壁且穿過冷卻板的至少一注射裝置，該裝置經建構以抵靠冷卻板將保護性材料注射至豎爐中；以及
以使得保護性材料積聚以在豎爐內部與加襯爐壁之冷卻板之間形成保護壁的方式經由至少一注射裝置按需求將保護性材料注射至豎爐中。
根據本發明之方法提供一種按需求在爐內壁與在豎爐中流動之爐料之間產生或修改保護性材料的淤積層之方式。因此，爐料的侵蝕效應僅影響形成保護壁之可再生淤積層。當保護壁損壞時，可藉由注射新的保護性材料層來完全或部分重建新的壁。重要的是，此維護操作可在正常爐操作期間執行，亦即無需停止、改變或干擾豎爐內部之生產製程。所注射材料由此保護爐壁之冷卻元件免受因熱量負荷所致的侵蝕及變形，從而延長其服務時間。
應注意，雖然注射裝置可設置於冷卻元件之間或旁側，但保護性材料之更佳整合將藉由將其直接注射於冷卻元件內而獲得。
較佳地，冷卻板之熱面包含具有肋及凹槽的輪廓，且其中設置穿過冷卻板之注射裝置的步驟包含使注射裝置穿過壁之熱面之輪廓的肋或凹槽之步驟。
在根據本發明之方法之實施方式中，冷卻板可包含至少一保護凸緣，其中設置穿過冷卻板之注射裝置的步驟包含設置在保護凸緣正上方的注射裝置的步驟。該處所注射之保護性材料可由保護凸緣保留。在實施方式中，該方法包含設置在保護凸緣正下方的注射裝置的步驟。在凸緣下方，注射裝置由爐料的流動防護，從而降低堵塞裝置的風險。
有利地，注射保護性材料的步驟包含藉由重力用保護性材料覆蓋爐壁的步驟。保護壁隨後可提供為在與爐料相同的方向上之流動。
在較佳實施方式中，注射保護性材料的步驟包含在爐操作期間注射保護性材料的步驟。保護性材料層可經調節以基本上維持某一最小厚度。提供注射以即時補償淤積層的侵蝕。亦可根據豎爐的當前製程參數修改注射。
較佳地，注射保護性材料的步驟包含相對於豎爐之內壁以預定角度注射保護性材料的步驟。注射角度可視注射器裝置的位置處的豎爐之內壁之實際傾角而定來改良保護性材料沿內壁之分佈。
保護性材料可包含固體材料、流體材料或固體材料與流體材料之組合。隨著爐料反應且轉化為向下流動至爐的膛爐，可藉由使淤積層的組成物且因此淤積層之特性與其所接觸的材料相適應來提高淤積層的效率。可使用任何合適類型之保護性材料來修改淤積層之特性。
在實施方式中，保護性材料包含粒狀顆粒、壓印狀顆粒（stamped particle）或大顆粒。注射裝置可進一步適應於其將注射至爐中之材料類型。
保護性材料可包含例如圓形的粒狀材料從而在爐料與爐壁之間提供緩衝輥軋層。當設置經建構以與爐料一起沿爐壁或冷卻板向下流動之淤積層時，淤積層減輕了來自爐料之研磨效應，但其抵靠爐壁之流動可造成壁的侵蝕。圓形粒狀材料可限制由保護性材料自身導致的爐壁的研磨。
在本發明之較佳實施方式中，保護性材料包含爐渣、煤炭、礦石、燒結物、耐火材料、軋屑或集結粒。此等材料亦通常包含於裝填至豎爐中之爐料中。自淤積層移除之保護性材料可由此在對豎爐內部之反應無過多影響的情況下與爐料混合。
在實施方式中，保護性材料為注射於流體中之保護性粉末材料。為了使用可包含於爐料中之元素，保護性粉末可包含N2
或自較低層級回收之高爐清潔氣體作為流體。
特定而言，若保護性材料呈固體形式，則其可藉助於機械注射裝置注射至豎爐中。此類機械注射裝置可例如包含用於將保護性材料推送至豎爐中之活塞。
方法之較佳實施方式將描述應用於豎爐（通常為高爐）之上下文中。此豎爐部分地展示於圖1中，其包含具有收集鐵及爐渣之膛爐部分10之下部部分以及具有內壁12之殼體，該內壁12形成自膛爐部分10向上延伸的通常為圓柱形的管筒之。為了更好地理解，參考標記14表示爐內部體積的部分，其中，在操作中裝填爐料（圖中未示）。
如圖1中所示，內壁12包含具有不同直徑的部分。自膛爐部分10至頂部，豎爐包含風口環境（tuyere surrounding）16、爐腹部分18、爐腰部分（belly portion）20及爐身部分（stack portion）22。在爐身部分22上方，豎爐進一步包含導入口及用於將材料裝填至豎爐中之裝料設備（圖中未示）。
內壁12由防熱元件（諸如例如冷卻板24）的襯裡覆蓋。冷卻板24進一步由內壁12的風口環境16及爐腹部分18中之耐火材料26之襯裡覆蓋。在其他實施方式中，內壁可由不同襯裡或由具有熱折射材料及/或冷卻元件之多於一個的襯裡覆蓋。
冷卻板24通常配置成數列相鄰板，該等相鄰板自風口環境16至爐身部分22頂部安裝於彼此頂部上。冷卻板24可具有不同形狀及材料且包含用於使冷卻流體於其中循環的冷卻線路（圖中未示）。
根據本發明之一個較佳實施方式之用於保護豎爐之內壁12的方法包含設置穿過豎爐之內壁12之複數個注射裝置28的一個步驟。注射裝置28經建構以將保護性材料30注射至豎爐中。注射裝置28有利地設置於豎爐外周上方且成列分佈以覆蓋內壁12的所有部分。注射裝置28的數量及位置可視內壁12的形狀及尺寸而變化，且視所用注射裝置28的類型而變化。
注射裝置28可包含任何適當裝置且可根據將注射至豎爐中之保護性材料的類型來設計。注射裝置28示意性地展現於圖1中，其包含直注射噴槍（straight injection lance）32及供應設備34。注射噴槍32包含爐內部14中的開口端36且在供應設備34與豎爐內部14之間形成管道。供應設備34經建構以將來自儲存構件（圖中未示）的保護性材料引導穿過注射噴槍32進入豎爐內部14中。
注射裝置28自豎爐外部設置且經由內壁12饋入。可藉由任何合適的手段（例如藉由焊接）獲得注射裝置28的連接。
如圖1中所示，注射噴槍32的開口端36可視其在內壁12中之位置而定以不同位向配置。關於內壁12的局部傾角調整該位向。爐之爐腹部分18中之內壁12朝向豎爐外部傾斜且相應地，穿過爐腹內壁的注射噴槍32較佳地為基本上水平的。在爐腰部分20中，內壁12為基本上豎直的，且注射噴槍32的開口端36相對於水平以一定角度配置，從而向下指向爐內部14。在爐身部分22中，內壁12朝向豎爐內部傾斜，從而使豎爐寬度變窄直至導入口為止。在內壁12的後一部分中，注射噴槍32大致豎直。
圖2至圖5顯示不同實施方式，其中注射噴槍32的開口端36相對於一個冷卻板24設置於不同位置中。
在圖2至圖5中，冷卻板24具有面向爐內部的熱面40及面向豎爐之內壁12的冷面38。冷卻板24的熱面40包含具有肋42及凹槽44之輪廓。冷卻板24的冷面38藉由任何合適之構件（圖中未示）連接至內壁12。此處，間隙46設置於冷面38與內壁12之間。間隙46可用耐火材料填充。間隙46包含冷卻板24與內壁12之間的間隔物48，其經建構以使冷卻板24與內壁12維持預定距離。用於注射噴槍32之通道較佳地配置於間隔物48中以便保護注射噴槍32免受耐火材料影響。在此等實施方式中，設備進一步包含用於導引內壁12之外側上的注射噴槍32之導引管50。
在圖2至圖5的四個實施方式中，注射裝置28設置有基本上垂直於冷卻板24之注射噴槍32。熟習此項技術者將理解，注射噴槍32的位向在不改變注射噴槍32之開口端36之位置的情況下可為不同的。
在如圖2中所示之實施方式中，注射噴槍32穿過冷卻板24且通向壁輪廓的凹槽44。
在圖3之實施方式中，注射噴槍32穿過冷卻板24且通向壁輪廓的肋42。
在圖4及圖5之實施方式中，冷卻板24進一步包含自其熱面40凸起的凸緣52。通常設置凸緣52以便干擾爐料沿冷卻板24的流動。凸緣52亦經建構以保留其頂部上的爐料且允許形成保護冷卻板24免於研磨之局部化材料層。
在圖4之實施方式中，注射噴槍32穿過冷卻板24且通向冷卻板24在凸緣52上方的位置處之熱面40。
另一方面，在圖5之實施方式中，注射噴槍32穿過冷卻板24且通向冷卻板24在凸緣52下方的位置處之熱面40。
在操作中，注射裝置28用於將保護性材料注射至豎爐中。可以使得保護性材料積聚以在爐內部與爐壁之間形成保護壁的方式按需求進行此類注射。
保護性材料30在此處包含由流體載劑攜載之固體材料。固體材料可例如包含爐渣、煤炭、礦石、燒結物、耐火材料、軋屑或集結粒，以對豎爐內部的反應產生有限影響。出於相同原因，流體載劑可例如包含高爐清潔氣體或N2
。
在注射後，保護性材料30僅藉由重力沿冷卻板24之熱面40向下流動且覆蓋內壁12的表面，從而在冷卻板24的熱面40上形成淤積層54。如圖1中所示，在風口環境16及爐腹部分18中，淤積層54形成於耐火材料26之襯裡上以保護或進一步保護冷卻板24。
當爐料裝填至豎爐中時，其與淤積層54接觸，從而抑制對冷卻板24產生之研磨效應。為了最小化由在冷卻板24上方流動之保護性材料30導致的潛在研磨效應，保護性材料30可包含例如圓形的粒狀材料。
在冷卻板暴露於爐料之前，進一步按需求注射保護性材料30。在爐操作期間，爐料不斷向下流動至豎爐的膛爐。爐料的流動攜帶保護層的顆粒，從而減小淤積層54的厚度。保護性材料30可因此以某一流動速率注射以在爐料與壁24之間維持保護層的預定最小厚度。若在豎爐的特定區域中偵測淤積層54的更快速薄化，則保護性材料30之注射可經由所選擇之注射裝置經調節以增加保護性材料的量，以便補償此局部化薄化。
視注射噴槍32的開口端36處之爐料的壓力而定，保護性材料30可在預定義壓力下經注射穿過N2
氣體。此在保護性材料30呈粒狀形式的情況下尤其有利。然而，若保護性材料30呈較大固體形式，諸如例如爐渣、煤炭、礦石、燒結物、耐火材料、軋屑或集結粒，則機械地注射保護性材料30可更加有利。為了達到此效應，注射裝置可例如包含用於將保護性材料推動至豎爐中之活塞。
在實施方式中，保護性材料30可包含連續注射至爐中之材料的固體塊，或可連續注射不同保護性材料。舉例而言，方法可包含注射流體材料層的第一步驟；隨後將固體材料注射至流體材料層中。
10:膛爐部分
12:內壁
14:爐內部
16:風口環境
18:爐腹部分
20:爐腰部分
22:爐身部分
24:冷卻板
26:耐火材料
28:注射裝置
30:保護性材料
32:注射噴槍
34:供應設備
36:開口端
38:冷面
40:熱面
42:肋
44:凹槽
46:間隙
48:間隔物
50:導引管
52:凸緣
54:淤積層
根據以下參考隨附圖式進行的對非限制性實施方式之詳細描述，本發明之其他細節及優點將顯而易見，其中：
[圖1]為根據本發明之一個較佳實施方式提供之包含注射裝置之高爐的一部分的示意性橫截面視圖；
[圖2]至[圖5]為根據本發明之實施方式提供之注射裝置之不同態樣的橫截面視圖。
10:膛爐部分
12:內壁
14:爐內部
16:風口環境
18:爐腹部分
20:爐腰部分
22:爐身部分
24:冷卻板
26:耐火材料
28:注射裝置
30:保護性材料
32:注射噴槍
34:供應設備
36:開口端
54:淤積層
Claims (12)
- 一種用於保護豎爐之內壁的方法，其中該內壁包含冷卻板之襯裡，該方法包含以下步驟：設置穿過該豎爐之該內壁且穿過冷卻板的至少一注射裝置，該注射裝置經建構以將保護性材料注射至該豎爐中以抵靠該等冷卻板；以及經由該至少一注射裝置以按照需求而將該保護性材料注射至該豎爐中，以此方式，使得該保護性材料積聚，從而在該豎爐之內部與用於加襯該內壁之該等冷卻板之間形成保護壁；其中該等冷卻板之熱面包含具有肋及凹槽的輪廓，其中設置穿過該等冷卻板之該至少一注射裝置的步驟包含使該至少一注射裝置穿過該等冷卻板之該熱面之該輪廓的肋或凹槽之步驟。
- 如請求項1之方法，其中該等冷卻板包含至少一保護凸緣，其中設置穿過該等冷卻板之該至少一注射裝置的步驟包含在該至少一保護凸緣上方、穿過該至少一保護凸緣或在該至少一保護凸緣下方設置該至少一注射裝置的步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中注射該保護性材料的步驟包含藉由重力而將該保護性材料覆蓋該內壁的步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中注射該保護性材料的步驟包含在爐操作期間注射該保護性材料的步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中注射該保護性材料的步驟包含相對於該豎爐之該內壁以預定角度注射該保護性材料的步驟。
- 如請求項1或2之方法，其中該保護性材料包含固體材料、流體材料或固體與流體材料之組合。
- 如請求項1或2之方法，其中該保護性材料包含粒狀顆粒、壓印狀顆粒(stamped particle)或大顆粒。
- 如請求項1或2之方法，其中該保護性材料包含圓形粒狀材料。
- 如請求項1或2之方法，其中該保護性材料包含爐渣、煤炭、礦石、燒結物、耐火材料、軋屑或集結粒。
- 如請求項9之方法，其中將該保護性材料為機械地注射至該豎爐中。
- 如請求項1或2之方法，其中該保護性材料為注射於流體中之保護性粉末材料。
- 如請求項11之方法，其中該保護性粉末材料包含N2或自較低層級回收之高爐清潔氣體而作為流體。
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