將粉狀添加物引入爐內的技術的製作方法
2023-06-14 08:29:11 1
專利名稱：將粉狀添加物引入爐內的技術的製作方法
技術領域：
本發明涉及工業爐，特別是其內部氣氛和供氣管道壓力不同於外部環境壓力，並且將粉狀材料引入其內的沖天爐或鼓風爐。
現有許多種利用一種燃料，如與原料混合的焦碳將原料熱處理成產品的工業方法。在這種情況下，利用供氣管道將助燃氣體、空氣和/或氧氣在壓力下引到爐的一端，而將煙氣從另一端排出。為了處理材料通常需要向爐內引入特定的組分，可以利用在壓力下引入的氣體輸送這些組分，或者以逆流的方式將這些組分引入煙氣中，但不管在什麼情況下，都應防止內部氣氛與外部氣氛相接觸。
因此，在利用以鼓風爐爐渣和沖天爐內熔化的玄武巖為基礎的原料生產礦渣棉時，需引入粉狀材料，以使它們添加到可玻璃化的混合物內。
這些用高熔點材料生產礦渣棉的技術通常稱作「自由離心法」。使用該技術時，將要拉成纖維的材料在熔化狀態下引導到互相靠近設置的三或四個離心輪的水平軸線周圍，然後這些材料被傾注到使材料加速的第一個輪子上，再將材料送到下一個輪上。每個輪子都將部分溶化材料轉變成纖維，然後再將剩餘的材料送到下一個輪子。
材料通常是在鑄造車間的沖天爐內被熔化的。沖天爐一般為圓筒形並具有垂直軸線，它們是從具有連續變化的燃料層(一般為焦炭)的頂部裝料，而材料將被拉成纖維。燃料區設置在靠近供氣管的沖天爐下部，助燃氣體(通常可選用富氧空氣)通過該供氣管吹入。由燃燒釋放出的熱度要被拉成纖維的材料熔化，熔化的材料通過一個其高度稍低於供氣管的鑄造孔漏出。最後，在沖天爐的底部聚積了由瘤狀物(包括爐渣內的渣瘤)中獲得的，以及由於殘留負荷中氧化鐵的減少而獲得的剩餘鑄鐵。儘管密度最高的鑄鐵與要拉成纖維的材料在熔化狀態下自然分離，但鑄造孔必須設在儘可能最高的位置，以便防止少量鑄鐵也從孔中漏出，這會導致離心輪加速磨損。
如果考慮到熔融產品的產量較高，這種熔化費用較低，則熔融的夾雜物會有很大利用價值的。在這種類型的夾雜物中，巖石的熔化相對較慢，所以必須使助燃氣體及燃燒產生的氣體能在熔化區域內很容易地循環流動，尤其是後者應能朝煙囪的方向排出。為此，裝料不能過於緊密，否則會在熔煉區形成過壓，並會導致鑄造區內紊流的程度的加大。這就是要將原料負載最好以擠制的圓柱塊或團塊的形狀送入爐內的原因。
這種製備團塊填料的方法是眾所周知的，如從美國專利US 2020403中可以得知該方法。此外，這些團塊具有可以由從菸灰、未熔化的產品以及可重新引入沖天爐內的纖維廢料中回收的產品構成的優點。這項技術也允許調整原料的組分。然而，特別當產品從煙氣中回收的情況下，要將它們聚積在一起、冷卻後將它們貯存起來和將它們運輸到生產團塊的地點都是比較複雜的工作。另外，生產利用粘合劑使粉狀材料聚在一起而構成的團塊是很昂貴的。最好能在現場直接回收，在從煙氣中回收粉末的情況下，靠避免對粉末再熱而可節省能源。
類似地，在鼓風爐中，已知這項技術是引入粉末狀焦炭並用助燃氣體來進行輸送。
引入粉狀焦炭的現有技術分成兩個主群，一個使用輔助的定向氣體，另一個利用了文丘裡效應。在這兩個主群中，都存在著控制引入到各供氣管的粉狀材料的量的問題。在這兩種技術中，這些問題與下述事實有關引入的粉狀材料的量主要取決於供氣管內以及在爐本身內供氣管下遊的定向氣體的流動狀態。
本發明的目的是提供一種能使特定量的粉狀材料被引入要在其內對固體材料和氣體進行處理的反應器內，特別是引入像沖天爐或鼓風爐之類爐的爐氣中的技術，上述反應器可以是用於處理熔融材料、鑄鐵或玻璃化材料的爐。
應特別強調的是，本發明必須使材料的引入在低流量下進行，該低流量與爐的使用條件，例如出口處氣體壓力和供氣管內氣體的壓力或速度無關。
在提出將粉末引入鼓風爐的方法的文獻中，大多數文獻建議將粉末引入助燃氣體的供氣管中，例如美國專利US 5123632，其中，炭灰被貯存在貯槽中，以便藉助一個分配器在供氣管中進行分配，該分配器將粉末流在通向各供氣管的管道之間均等地分配。該文獻建議利用一種附加氣體使各管道內的壓力保持恆定，這樣各供氣管的孔處的流量也保持恆定，儘管爐內的壓力(和溫度)是變化的。
另一文獻美國專利US 5070797建議使用一種文丘裡裝置來將粉狀的各種組分(主要是煤)引入沖天爐供氣管內的助燃空氣中。該裝置包括一個先縮後擴的壓縮空氣迴路，並在靠近最窄處引入粉末。美國專利US 5070597還包括一個壓力補償系統，這樣可使流量不受沖天爐內出現的壓力波動的影響。各種原始的副產品和在沖天爐煙氣過濾期間回收的粉末都屬於要利用所描述的方式引入爐內的材料。
因此，已知的用於將粉末材料引入一個沖天爐或一個鼓風爐的方法需要一些能確保特定流量的輔助系統。由於這些系統需要檢測供氣管內的壓力變化，以使總的流量變化能得以補償，所以是較為複雜的。
本發明的目的是提供一種用於將材料引入一個反應器，例如鼓風爐或沖天爐內的方法，其中材料是粉狀的，而緻密的粉狀材料本身在供料區和外部之間形成密封。材料的引入最好在助燃氣體反應器的供氣管內，或者當氣體被輸送到出口時在從反應器得到的氣體內進行。
因此，該方法允許在通常被壓縮和/或易燃氣體區域內引入顆粒狀材料，這樣在該區域內可基本上避免在反應器的內部和外部之間有任何氣體交換。
按照本發明，該方法應用於將原料引入反應器，應用於在反應器內再循環內部或外來廢料(必要的話需將廢料壓碎或粉碎)，還應用於在反應器內再循環從反應器內產生的氣體中獲得的粉末，以及在生產纖維產品的情況下，應用於在反應器內再循環未被拉成纖維的顆粒。
當應用本發明的方法時，可允許直接使用粉狀原料，或者可直接地以較低費用循環大多數不同的材料。
本發明也建議了一種實施該方法的裝置，該裝置包括輸送要引入的粉狀材料的管道，粉狀材料在管道內會形成一個塞子，其厚度可防止氣體通過這些材料。另外，輸送粉狀材料的管道開口通入反應器的一個區域內，氣體在排出之前通過該區域。在這種情況下，管道開口通入燃燒廢氣從衝開爐或鼓風爐通道排出所經過的區域，排出的廢氣通過一個過濾裝置，以使其流到煙氣的出口。過濾裝置最好由原料本身組成，廢氣在排出之前必須通過該過濾裝置。或者輸送粉狀材料的管道開口通入一個反應器供氣管道，特別是通入沖天爐或鼓風爐的空氣或氧氣的供氣管道。
輸送粉狀材料的管道構成本發明裝置的基礎部分，該管道最好是阿基米德螺旋泵，或是填有粉狀材料並達到最低高度的一根主管，並且管的底部是封閉的。另外，可利用截止閥封閉管的底部，並控制該閥，以使粉狀材料的塞子的厚度大於最小值，或者管子的下部是彎頭狀的，並使管子下部的振動器在管內保持在一個特定高度上。
可以看出，實施本發明方法的裝置是非常簡單和成本低廉的。
在引入原料組分或外來廢物的情況下(其流量是根據生產參數選擇的)，或者在直接再循環內部廢料，同時在短時間內全都重新引入產生的廢料的情況下，本發明的技術都可以控制引入氣體內的粉狀材料的流量。但是，引入的流量總是不受反應器內部的壓力狀態影響的。
通過閱讀下述描述及附圖可以了解本發明的運行情況。
在附圖中，
圖1表示一個顆粒材料被加入到煙氣中的沖天爐;
圖2表示一個阿基米德螺旋泵引入裝置;
圖3表示一個用於將從煙氣中回收的粉末重新引入到助燃氣體供氣管內的裝置;
圖4和圖5是使用了一根立管的裝置。
在生產礦渣棉時使用了沖天爐和「自由離心」技術，引入的原料基本上是塊狀的，通常是成碎塊的天然玄武巖，或是從前處理工序得到的，例如作為生產鑄鐵的副產品的焦炭或爐渣，或者是為了重新引入廢料和調整組合物而特別組成的團塊的形式。由於多種原因，直接引入某些粉狀的組合物成分是較為有利的。這些原料主要是生產現場產生的，例如那些未拉成纖維的材料，即從離心機射出的不能形成纖維的顆粒材料，或者特別是那些從沖天爐中噴射出來的以及煙氣中攜帶的固體殘留物。最後還有複合粉末和焦炭的混合物。這種產品由於組分只與裝入爐內的材料稍有不同，因此可直接與它們一起使用。此外，這種產品的溫度較高，將其直接重新引入爐內可節省重新加熱所需的熱能。為了要精確地調整在沖天爐內處理的材料組分，還需引入粉狀原料。引入處於粉末狀的外部廢料也是十分有利的。
圖1表示出一個沖天爐的上部，其中為了利用離心力生產礦渣棉對玻璃狀材料進行處理。
51是具有雙層壁的實際沖天爐的主體，壁內有循環的冷卻水52。為了採用本發明的裝置，對這種沖天爐進行了改造。正常的情況下，標有標號53和54的部件並不存在，並且漏鬥55和將煙氣排到旋風除塵器和未畫出的煙囪中的管道56都是設在較低處的，即位於沖天爐上口上的漏鬥55在57處，而壁58上的管道56與裝置63上的管道54處於相同的高度。增設到傳統沖天爐上的部件是充填原料59的管道53和用於供給粉狀材料的裝置54。沖天爐的這種改進產生了一個緩衝區60，煙氣外管53和構成漏鬥55延長部分的內管61之間進行排放之前先通過這個緩衝區。在正常運行時，緩衝區的壓力較低，即大約為1000Pa。
根據本發明，粉狀材料被引入這個空間。本發明的裝置必須1)使粉末或顆粒以控制的數量引入爐內;
2)避免這些粉末和顆粒隨煙氣一起被抽走;
3)避免使煙氣通過粉末或顆粒的進口62排走。
第一和第三個功能由管道54上遊的裝置63來完成，第二個功能由捕集剛引入的顆粒64並使它們到達原料59的過濾器來完成。這種過濾器是很必要的，因為設有它顆粒64就會直接被抽到煙氣出口(並且大部分都會回收到設在氣體出口與煙囪之間的旋風除塵器內)。
在附圖中，過濾器由塊或團塊構成的原料59的總體組成，它位於緩衝區60的底部65和氣體出口66之間、兩根管道53和61之間。這段距離足夠長並且只要顆粒不過於細小，就可阻擋住顆粒64，這樣它們就可以與剩餘組分起開始下落。非常細小的顆粒，例如靠出口管56下遊的旋風除塵器從煙氣中收集的粉末會很容易地再一次沿相同的方向，即沿在材料塊之間已形成的路徑運動。通過實驗可確定引入的顆粒粒徑範圍內的最小粒徑。
本發明的裝置63包括一根管，管中緻密粉狀材料本身就在待供給區和外部之間形成了密封。
圖2表示一個包括阿基米德螺旋泵的這種類型裝置的實施例。
在圖中，一根直徑為140mm的管子包括一個直管部分30和一個彎頭31。在直管部分的軸線上有一蝸杆34，它由一變速齒輪(圖中未示出)帶動旋轉。設置在管30上部的上遊處的橫向漏鬥32向螺旋泵供給材料33，螺杆34將材料朝圖的左邊輸送。管30是否偏離水平方向一定角度不是一個決定性的因素。運動螺杆34的作用是形成一個材料塞35，該塞子充填管30的整個長度(塞子的「厚度」)，比如20cm的長度。該長度可隨要引入的材料的性質和密實度而變化。「塞」35必須足以在下遊部分(壓力可以是1000帕)和上遊部分(通常為大氣壓)之間形成密封。因此，如果引入的是碎礦渣棉廢料，則塞35的厚度要大於引入粉狀原料時的厚度。
蝸杆裝置的運行是非常靈活的。事實上，在螺杆34的端部36和管的彎頭31之間可利用的長度只要大於或等於為防止氣體從下遊返回到上遊所必需的「塞子」厚度就足夠了。因此，系統的運行與材料引入漏鬥32的速度和/或蝸杆的旋轉無關。
圖1和2中所示的裝置用於循環在生產礦渣棉期間產生的廢料，比如可利用上述的「自由離心」技術來循環廢料。
按照這項技術，不是所有的由沖天爐產生的熔融玻璃態材料都轉變成纖維。有相當一部分材料未被拉成纖維(「餘料」)，即與由空氣射流橫向輸送的纖維不同，固體顆粒是落在機器的下面，同時還攜帶了某些纖維。按照習慣，這些廢料被製成團塊，然後隨新原料一起重新引入沖天爐內。
按照本發明的該項技術，該廢料實際上能從與團塊相同的地方重新引入爐內，而不需要改變它們，甚至不需要將它們貯存起來。在試驗時，只使用單個裝置，相對於總原料來說，就可以獲得大約10%重量的循環餘料。
本發明不僅將粉狀材料引入一個區域，例如圖1中壓力較低的緩衝區60，而且也可引入壓力較高的多個區域，例如助燃氣體供氣管，其中壓力可達到7000或8000帕或更高。
圖3表示一個帶有由循環水冷卻的雙層壁2的沖天爐1的傳統實施例，該爐的裝料口3處於通常高度，兩個空氣供應管4、5用於輸送氧氣，排煙機6通到旋風除塵器7，該除塵器分離出的粉末落入漏鬥8，而煙則由管道9輸向煙囪。為了分離粉末，漏鬥8的出口處設有截止閥(圖中未畫出)。在這個圖中，40是一個漏鬥，它用於將粉狀原料引入沖天爐內，以便調節組分。這些原料可以是砂子、白雲石等。在漏鬥的出口處，由機構42控制的測量閥41可以按需要調節加料的流量。
按照本發明，當熱粉末(溫度高於150℃)和漏鬥40出口處的粉狀原料從旋風除塵器內排出時，它們由傳送器13輸送到一個測量裝置10。測量裝置10的作用是將材料以它們到達時的流量引入供給管5的管道11中。材料的引入是通過風箱12進行的。討論中的管道穿過沖天爐並向供氣管提供充氧熱空氣(溫度約500℃)。
圖4詳細地顯示出一個測量裝置。在圖中，所示的沖天爐1具有水夾套2和帶冷卻端13的供給管5。與圖3中不同的是，圖4中的供給管包括由管道45供氧的氧予44。導管45與供給管對中。沖天爐的底部包括一種可看出上界面的搗打料14。在沖天爐的底部，鑄鐵液15由流態玻璃化物質16所覆蓋，玻璃化物質16中還會有固體焦炭17。
風箱12用於向供氣管供氣，風箱中的空氣壓力為8000Pa。在管道11中，空氣速度為70m/s。裝置10有兩部分，即由直徑可為150mm的管子組成的上部20和直徑為70mm的垂直直管18的下部。該管18以密封的方式橫向固定到風箱12的上部，與供給管5的供給管道11的孔正好相對置。管道11的部分19與管18相對置並且直徑擴大到128mm。管18和19的兩個同心孔處在同一平面上。
裝置10的上部20有一個垂直的直線形上部21和一個也是垂直的下部22，該下部可橫向移動。在上下部之間，形成一個S形區域。最後，在上部的承口23能確保傳送機13很容易裝料。管20由耐高溫和耐煙氣中粉末磨蝕的材料，例如用鋼製成。用一個安裝環將管20的上部固定，並在下部設置一個振動器25。用一個彈性套28將管20連接在一個較小直徑的管18上，該彈性套28可由適當材料，如石棉或套有織物的聚烴矽氧塑料。
裝置10的工作原理如下可利用一個設在管18上的、圖中未畫出的閥將管20與風箱12分離開，管20快速充填來自旋風除塵器7的漏鬥8的出口的粉末。然後形成傾斜面26的形狀來防止粉末下降。當粉末達到預先確定的高度27時，填充停止。系統起動，然後可以運轉管18的閥門開啟，傳送機13將粉末輸送到23處，每當需要騰空管的底部或使高度27保持衡定時，振動器就投入運行。為了實現自動運行的目的，在高度27處設置一個高度檢測器28。可以用溫度探頭來檢測管內熱粉末的存在。只要粉末不再在檢測器28的高度，振動器就停止工作。由於粉末的供應是不間斷的，所以高度會馬上再一次升高，只要一達到固定高度，振動器就又開始工作。
一般來說，無論目的是僅僅重新整體地和連續地引入由裝置本身產生的一種廢料還是補充一定量的粉狀原料，本領域的技術人員都能通過試驗簡單確定要選擇的參數值-管20的直徑;
-形成傾斜面26的中間區域的傾斜度;
-補償風箱內的過壓所必需的粉末柱的高度(在26和27之間)。
在從生產礦渣棉的沖天爐的煙氣中回收粉末的情況下可以看出，設置振動器25的管20的中間區域的傾斜度為45°，其中粉末粒徑小於1mm，管20的直徑以150mm為宜，並且傾斜面26與最大高度之間的高差為1.10m。振動器是偏心式的，其振動頻率為7500/分。
上述參數可保證利用旋風除塵器將從沖天爐煙氣中回收的所有粉末引入單個供料管中，引入的量超過每小時100公斤。上述系統不包含任何設在粉末中的活動的機械部件，它特別適用於將粉末磨料引入沖天爐。
圖5顯示出與圖3中的裝置10不同的一個實施例，它也有一根立管。與振動系統有相當大差別之處在於管是直的，並在管的下部設置了一個閥。
在圖中，12是風箱，11是通到供應管的導管。
管70是立管，例如處在垂直位置。管70的下端終止於一個閥71;用一個截止閥進行了測試。閥門開啟到使粉狀材料剛好足以按所需要的流量通過的程度。粉狀材料貯存在72處，其高度足以防止風箱內的加壓氣體回流到外部。粉狀材料72的高度必須依據下列參數，即粉末的性質、提供的流量和氣體的壓力而保持穩定，這一高度是靠近兩個檢測器73和74來保持的，這些檢測器可以是熱敏式的，例如圖4中的28，或是帶傳感器的機械式的，或者甚至可以是光學式的。
根據要引入的材料性質來選擇使用第一裝置(圖2)還是其它兩種裝置(圖4和5)。如果材料是研磨粉，例如是從生產礦渣棉的沖天爐的煙氣中回收的粉末，則不能使用蝸杆，因為會使磨損過快，但另一方面，圖5中的「被動」系統則非常適合於引入這種粉末。
類似地，對於包含有大量纖維廢料的輕質分離材料不適合於採用圖4和圖5中的主管。因為為了形成密封，特別是相對於風箱的密封，材料在管內需要的高度過高。
上述兩項技術構成本發明原理的兩個實施例，按照這一原理，引入供給管的材料本身就在較高壓力的下遊部分與大氣壓力的上遊部分之間，或者在外部大氣與存在有毒氣體的內部之間構成一個塞。可以理解到，本文中未描述的其它裝置也能完成同樣的功能，這些裝置也為本文獻所包括。引入的材料形狀是很重要的，即很顯然本發明適用於粉末，但假如顆粒不是很大，或者假設利用碎纖維墊捕獲瘤狀物的情況下使顆粒被壓縮，則也可適用於顆粒。
上述發明的特徵在於它是極其簡單甚至於原始的由於立管利用重力作為作用力，所以這種消耗能源很少的簡單廉價的裝置使分離的組分直接引入沖天爐或鼓風爐的煙氣或燃氣體供氣管內，這遠比現有技術要簡單得多。
在重新引入廢料，例如「餘料」或從煙氣中捕獲的粉末的情況下，本發明的優越性將更加顯著，因為首先不再需要花費成本生產團塊，另外在從煙氣中捕獲粉末的情況下，重新引入粉末是在冷卻之前進行的(節省了再熱能源)。
因此，本發明提供了一個簡單的將生產熱絕緣裝置工業中獲得的纖維絕緣產品(例如玻璃棉或礦渣棉)等外來廢料重新引入生產礦渣棉的沖天爐的技術，並且環境保護法規要求回收這些隔熱材料，並重複利用其組分。
權利要求
1.將材料引入反應器，如鼓風爐或沖天爐的氣體中的方法，其特徵在於材料是粉狀的，並且緻密的粉狀材料本身在供料區和外部之間形成密封。
2.按照權利要求1的方法，其特徵在於材料的引入是在氣體反應器供氣管內進行的。
3.按照權利要求1的方法，其特徵在於材料的引入是在材料輸送到出口時，在從反應器獲得的氣體中進行的。
4.按照權利要求1至3的任何一個權利要求的方法應用於將廢料引入反應器。
5.按照權利要求1至3的任何一個權利要求的方法應用於在反應器內循環內部或外來廢料，必要時應先進行壓碎或粉碎工序。
6.按照權利要求2和5的方法應用於在反應器內循環從反應器的氣體中收集的粉末。
7.按照權利要求5的方法應用於生產纖維製品，其中未被拉成纖維的顆粒在反應器內重新循環。
8.用於將粉狀材料引入反應器的氣體內的裝置，其特徵在於該裝置包括一根輸送要引入的粉狀材料的管，材料在管內形成阻擋物，其厚度使該材料能防止氣體通過。
9.按照權利要求8的裝置，其特徵在於輸送粉狀材料的管的開口通入反應器內氣體在排出之前所通過的一個區域。
10.按照權利要求9的裝置，其特徵在於輸送粉狀材料的管的開口通入沖天爐或鼓風爐中的燃燒廢氣所通過的一個區域，為了達到煙氣出口，燃燒廢氣在通過該區域之前，先經過一個過濾裝置。
11.按照權利要求10的裝置，其特徵在於過濾裝置由原料本身構成，燃燒廢氣在排出之前必須先通過該過濾裝置。
12.按照權利要求8的裝置，其特徵在於輸送粉狀材料的管的開口通入一根反應器供氣導管內，特別是通入沖天爐或鼓風爐的空氣或氧氣供氣管內。
13.按照權利要求8至12中的任何一項權利要求的裝置，其特徵在於它包括一個供給粉狀材料的阿基米德螺旋泵。
14.按照權利要求8至12中的任何一項權利要求的裝置，其特徵在於它包括一根粉狀材料被填充到最低高度的立管、立管的底部被封閉住。
15.按照權利要求14的裝置，其特徵在於管的底部被一個截止閥封閉，控制該閥使粉狀材料阻擋物的厚度大於一個最低值。
16.按照權利要求14的裝置，其特徵在於它包括一根含有粉狀材料的立管，管的下部是彎頭狀的，管的下部裝有一個由高度控制系統操縱的振動器。
17.按照權利要求8至16中的任何一項權利要求的裝置應用於在沖天爐內生產礦物纖維期間將未被拉成纖維的顆粒引入爐內。
18.按照權利要求14至16中的任何一項權利要求的裝置應用於將從煙氣中獲得的粉末引入沖天爐或鼓風爐。
全文摘要
一種將粉狀材料引入沖天爐或鼓風爐的方法。材料被引入煙氣或可燃氣體供氣管中。顆粒材料本身在加壓區和外部之間形成密封。本發明的一種變型沒有任何與顆粒料接觸的活動部件，另一種類型使用了阿基米德螺旋泵。該方法特別適用於將從煙氣中回收的粉末重新引入供應管，以及將粉狀材料引入煙氣。
文檔編號C21B5/02GK1093160SQ94102790
公開日1994年10月5日 申請日期1994年2月9日 優先權日1993年2月12日
發明者D·堡格, G·科爾彭尼 申請人:伊索福聖戈班公司