专利名称：实施冶金程序的方法和设备的制作方法
技术领域：
无
背景技术：
本专利申请案涉及在发明者的早先美国临时申请案第60/578,956号(2004年6月12日申请)、60/604,364(2004年8月24日申请)、60/628,599(2004年11月17日申请)、60/633,614(2004年12月06日申请)中建立的观点，所述申请案全部以引用的方式并入本文中。其中，本申请案描述用于将富含铁的轧钢皮(mill scale)重新引回到碱性铁和/或钢处理流中藉此可获得有价值的经济和环境益处的方法、设备和技术。轧钢皮(基本上为氧化铁)是标准生产程序的通常极少开发但极其可利用的副产品。在本申请案中，提供关于一种用于将轧钢皮(或其它材料，包含其它废料)引入到常规鼓风炉(BlastFurnace，BF)或其它冶金方法中(例如制造或精炼金属或制造和复合合金)的系统和方法。所描述的系统和方法也适于利用含有废料的可燃物质作为冶金方法热量和有用的化学元素的来源。
铁和钢的处理产生大量由氧化铁小微粒和其它所谓“细屑”和残渣组成的废料——前者的代表物是较大与较小尺寸的富含氧化物的沙状细粒和脆片。已应用许多技术来解决经济地再循环这些材料的有难度的挑战。一般来说，这些回收和再循环方法需要将废料压碎为相对较小尺寸，将含铁材料与各种可能包含助熔剂和例如焦粉的含碳还原剂的化学物质混合，添加水并结合例如水泥的化合物，使混合物球粒化，老化并干燥所谓的生球粒(green pellet)，且在称为热压的特定方法中，将球粒暴露于高温以转变氧化物。这些程序的一个主要原因是，如果精细材料未转变为坚硬且机械耐受性球粒或类似形状，那么在下游再循环操作(例如在鼓风炉和其它用于熔炼和炼钢的设备中实施的那些操作)期间材料遭遇的高速气流会产生极其严重的粉尘问题。
轧钢皮的一个关键特性是，其主要包括富含氧化铁的小微粒“细屑”。如果简单地丢掷到熔炉中，那么这些“细屑”通常由穿透鼓风炉的高速空气鼓风带走并从系统快速喷射。那些未喷射的细屑的一部分可严重地阻塞并挡住向上穿过熔炉的鼓风气体的通路，因此减小其效率。这些问题已导致现用于再循环有限量轧钢皮的各种非常昂贵且消耗能量的方法。举例来说，压块(briquetting)将轧钢皮和结合剂压紧成大致为圆坯件尺寸(biscuit-sized)的团块，所述团块相对较好地适合鼓风炉环境。但与本文揭示的系统和方法相比，这种用于回收轧钢皮中的铁的处理除了效率低和昂贵之外，通常还仅用相对清洁的氧化皮(scale)来完成。几十年中在全世界范围内已大量积聚的含油和载有油脂的轧钢皮无法较好地适合这些方法，因为结合剂不能与这些材料一起较好地起作用。
由于这些技术和成本问题，单单在美国已积聚数亿吨轧钢皮。仅仅将轧钢皮放置在垃圾填筑地或“垃圾堆”中的成本当前可达到每吨十七到三十五美元。其它冶金废料细屑存在类似问题。所揭示的方法通过提供用于再循环细屑的经济的方法来排除处置成本，所述方法不使用结合剂或烧结方法，避免粉尘散布，避免受到含油细屑中蒸发的碳氢化合物的污染，且可使用含碳细屑与冶金细屑结合来为期望的化学反应(例如氧化物还原)提供处理能量(BTU)和组份。
发明内容
无
为了帮助理解希望保护的主旨的目的，附图中说明其实施例，当结合以下描述考虑时，通过检查所述实施例，应容易理解并认可希望保护的主旨、其构造和操作以及其许多优点。
图1展示本发明的一种形式，其使用可重复使用的容器和来自液体金属的液封以注射冶金方法中的液体表面以下的材料； 图2展示用于图1的本发明的形式的液体金属的一个来源； 图3展示本发明的一种形式，其使用自耗容器将材料添加到冶金方法； 图4展示用于本发明的一种形式中的鼓风炉； 图5展示本发明的另一形式，其使用具有可熔开口/封口的可重复使用的容器； 图5A展示图5的可熔开口/封口的替代形式； 图6展示图1的可重复使用的容器的替代形式； 图7展示本发明的可重复使用的容器和与可重复使用的容器结合使用的自耗容器的替代形式； 图8展示图1所示的方法的扩展形式； 图9展示与任选升降机型进料器结合使用的本发明的可重复使用的容器的替代形式； 图10A展示一种形式的柔性自耗容器； 图10B展示具有任选抗磨损涂层的图10A的柔性自耗容器； 图10C展示图10A的容器内的第二柔性自耗容器，其分开围绕第二容器中的被污染材料的清洁材料； 图10D展示图10C的自耗容器中的任选绝缘层； 图11展示一种将材料载入柔性容器内部的方法； 图12展示一种将自耗容器分布在鼓风炉炉料中的方法； 图13展示自耗容器在鼓风炉炉料中的一种分布； 图14展示一种形式的具有通风开口的自耗容器； 图14A展示图14中的容器的沿着线14A-14A截取的一部分的横截面； 图14B展示图14中的容器的替代横截面； 图14C展示图14中的容器的替代横截面； 图15展示围绕一种形式的自耗容器的任选保护装置； 图16展示另一形式的以香肠链(sausage-link)配置制造的自耗容器； 图17展示由波纹材料制成的自耗容器； 图18展示一种形式的呈通风封套形状的自耗容器； 图18A展示图18的容器的沿着线18A-18A的横截面； 图19展示使用磁铁填充可重复使用或自耗容器的方法； 图19A展示图19中所示的装置的替代形式。
具体实施例方式 本文揭示的观点也被认为理想地适于铁细屑的再循环但不单单限于铁细屑的再循环。与先前再循环方法相比，本文描述的技术可应用于清洁的或含油/载有油脂的细屑以及其组合。据信所揭示的批量封装成本会较低；据信制备方法较简单、快速且可缩放调节。据信所揭示的原理经济地适于广泛种类的包裹体或容器(例如包囊)、尺寸(例如，直径6英寸到若干英尺，适应每包囊100磅以下到若干吨的单一载荷)和不同形状，所述形状包含(但不限于)类似球体、“沙袋”、伸长圆柱体和香肠状。不同的形状甚至可类似于一串珍珠或一束香蕉而系在一起或串在一起。举例来说，鼓风炉操作人员因此在使用方法和构件来控制含有轧钢皮的包囊在鼓风炉装料和熔化物内的分布时具备所需的灵活性。
本文揭示包裹体的两种基本形式——自耗容器和可重复使用的容器。
自耗容器 自耗容器包裹铁细屑(和在冶金方法中(例如在鼓风炉中)期望添加的其它伴随荷重材料，例如焦粉)。自耗容器被添加到鼓风炉装料中的材料的其余部分中并缓慢下降(如同装料熔化物中的其它材料，或被消耗)。熔炉的温度随着深度而增加，且容器最后下降到某一区域，在所述区域处其分解或熔化，从而在很深的地方释放铁细屑或其它材料或使其实际上进入到液体金属中，在该处其将不会被鼓风炉中的鼓风吹走。可将自耗容器设计成在其已达到液面的水平面之前但在其已暴露于鼓风炉的高温下足够时间之后熔化、破裂或以另外的方式衰退，使得铁细屑和/或其它材料有时间软化并稍许结合在一起使得细屑不会被鼓风吹走。
可重复使用的容器 另一形式涉及使用包裹铁细屑(和/或其它材料)的可重复使用的容器，其中所述可重复使用的容器降低到热液体金属中且容器内部的材料注射到热液体金属的表面以下。将首先参看图1-9主要论述可重复使用的容器的用途，而随后将参看图10和之后的图主要论述自耗容器的用途。然而，论述内容稍许相混(某些图也相混)。
附图中展示本发明的显著物理特征和操作机制。在本文献的后续部分中，论述合适的材料、囊封组份的一些相关成本参数和某些物理及方法变量。
本文揭示的是用于经由容器化设计再循环轧钢皮和其它细屑(以及其它废料)的新颖方法和设备，所述容器化设计尤其拥有以下特征受控的热分解特性、热传递控制、通风特性、可熔封口、子表面注入方法，和液体金属密封的使用。本发明可使用以下步骤和元件中的一些或全部 必要时调节细屑的粒径谱(size spectrum)； 将其它化学物质、材料或废料(例如诸如煤、焦炭、聚合体或弹性体的含碳物质)与细屑混合； 形成容器体； 将细屑和伴随化学物质(和/或材料)放置在容器体中并安装封口； 制造容器使其包含将内含物围限在容器壁内的扣件(fastener)； 使用在低于容器壁的衰退温度的温度下热衰退的扣件材料； 使用例如在等于或大于容器壁材料的衰退温度的温度下热衰退的焊接件或卷缩件的扣件技术； 使用例如在约等于容器壁材料的衰退温度的温度下热衰退的焊接件或卷缩件的扣件技术； 制造容器使其包含至少一个区域(其也可为封口)，当所述区域到达预定温度状况时其打开或熔化(“熔合”)； 配置容器使其具有至少一个向外部环境开放的气体可渗透区域； 配置高温机织织物以防止粉尘穿过气体可渗透区域而逃逸； 配置高温非机织毡以防止粉尘穿过气体可渗透区域而逃逸； 准备将装载的容器运送到鼓风炉的顶部区域； 准备将容器引入到鼓风炉中； 准备改变进入熔炉的容器的横向分布； 准备控制在容器嵌入沉淀的鼓风炉炉料中时容器的垂直分布； 配置容器使其具有向外部环境开放的且可能为气体可渗透的热传导通道； 用热量和气体(如果必要)来预处理容器化细屑(例如，干燥)； 定位容器以使用废热利用来进行干燥和预处理； 定位容器以通过将其配置成当封口被热致动打开(“子表面注射”)时接近预先存在的热材料或者部分地或完全地浸没在预先存在的热材料中来避免粉尘散布和/或内含物再氧化； 配置底开式注射器钟，在打开时容器定位在其内； 配置内部具有所述容器的注射器钟的底部以使其延伸到热液体金属中，因此当容器穿过如图1所示的热致动开口而倾空其内含物时实现防止材料逃逸到外部环境的密封； 配置注射器钟的一部分使其浸没在待预加热的液体金属下方，以便防止与注射器钟接触的液体金属由于散热片的引入而冷却； 使用移动床熔炉以便在容器化之前通过暴露于一层高温粉尘过滤织物下方的热量并接着将材料载入到容器中，对细屑层(加上还原可能需要的化学物质)进行预处理； 使用边界层流动效应(例如，邻近于织物粉尘过滤器的装蛋箱状(egg-crate-like)流动遮罩和空气动力导流片)使上述熔炉处理步骤中的燃烧器鼓风的效应最小化；和/或 使容器具备多个喷嘴排放口(或其它开口)，其具有不同流动特性和/或热打开温度以便控制出口熔化。
本发明的其它特征和方面在图中和包含在说明书中的注释中将较明显。
可重复使用的容器系统 参看图1，展示用于再循环轧钢皮的简化设备和方法。将热致动开口/封口106施加到开放式桶或类似的熔化物容器104。在一种形式中，开口/封口106包括固态金属障碍物或门108，其通过可熔链接103而附接到容器104，所述可熔链接103经设计以在暴露于非常高的温度持续一时段之后熔化。
在一种使用形式中，熔化物容器104与可重复使用的注射钟(injection bell)102结合使用。熔化物容器104可通过使用耦合件105将熔化物容器104耦合到注射钟102而悬挂在注射钟102内。熔化物容器104与注射钟102的这种耦合在一起允许在注射钟102中随着温度升高而在接近液体金属(例如熔化物111)的水平面以下的注射平面处发生气体捕集。举例来说，如果气体可渗透开口107包含在熔化物容器104中在热致动开口/封口106上方，那么这可帮助进行注射。在此阶段可经由水冷却的管道添加额外气体。随着注射钟进入熔化物111，下降部件(未图示)也可向注射钟施加额外向下和稳定的力。
注射钟可具备定位成接近其下方周界的局部热源，例如加热器101。此热源10可被电驱动(例如碳化硅棒组合件)并通过难熔材料进行保护(如果必要)使得免于与熔化物111直接接触。也可使用气体驱动的热源。此局部加热的目的是使金属从熔化物111到注射器钟的下方区域上的冻结最小化，并补偿正注射的材料的局部冷却效应。
在使用中，将注射材料109(例如，金属细屑和/或其它材料(例如废产品、塑料或含碳材料))添加到熔化物容器104。可将由适宜材料(例如金属)制成的门108放置在熔化物容器104的底部上并用可熔链接103(例如熔融金属或焊接件)密封以密封熔化物容器的底部从而形成热致动开口/封口106，注射材料109将穿过热致动开口/封口106而被引入到液体金属(例如熔化物111)中。
熔化物容器104通过耦合件105耦合到注射钟102，并(例如)通过用附接到耦合到注射钟102的支撑件(例如环112)的链(未图示)降低而朝向熔化物111降低(例如在鱼雷式车(参看图2中202)或热熔化物车中)。随着注射钟102被降低，来自熔化物的热量可通过穿过气体可渗透开口107排出气体来促使注射材料109加热并稍许干燥。随着注射钟102降低到熔化物111中，这些气体在注射钟102内部累积并随着注射钟102降低到熔化物111中而增加气体压力。熔化物容器104也开始进入熔化物111并形成液体金属密封110，所述液体金属密封110防止当开口/封口106打开时注射材料流到空气中。随着容器104降低，热量继续累积直到其达到致动热致动开口/封口106并促使开口/封口106打开的临界温度为止。注射钟102内部累积的气体压力流经气体可渗透开口107，并通过对注射材料109产生压力并将其推动到熔化物111中来帮助将注射材料109排出熔化物容器104且较深地进入熔化物111中。
图2描绘可用于将细屑注射到运载从鼓风炉(参看图4)流出的液体铁(或熔化物111)的鱼雷式车202的熔融内含物中的分批系统200的一些特征。类似程序可与开放式桶(未图示)一起使用。本文论述的各种可重复使用的熔化物容器和注射钟可以此方式使用。如图2中所描绘，可穿过转变成热致动开口/封口106的开口204将注射材料109添加到熔化物容器104。如图所描绘，通常最容易的是将注射材料109添加到熔化物容器104的原始顶部中，并接着旋转熔化物容器使得熔化物容器的原始顶部变成作为首先进入熔化物111的部分的底部。熔化物容器和注射钟102可类似于参看图1而论述的那些熔化物容器和注射钟，且方法也非常类似于先前论述的一种方法。应注意，展示为包含在容器中的碳的燃烧在某些应用中可能对于补偿对已包含在鱼雷式车中的现有熔化物的冷却效应来说较重要。
自耗容器系统 图3展示对其中熔化物容器104在使用期间被大部分消耗(或熔化到熔化物中)的应用尤其适用的基本熔化物容器104的特征和操作元件。举例来说，这种自耗熔化物容器可由新的或使用过的55加仑钢鼓302或由铁或混凝土管304或由锡罐(例如汤罐)制成。如果将固态Fe(铁)细屑(密度为7.85)放置在55加仑鼓中，那么鼓将固持约1630千克或1.6长吨的细屑。在适当实例中，铁细屑可与空穴或与具有不同于铁细屑的密度的其它材料混合。举例来说，如果注射材料(包括铁细屑和另一材料或空穴)具有约5的密度，那么鼓将固持约1.0长吨。可添加其它材料以减少被填充的鼓的重量以使过早衰退最小化或包含其它材料，例如可能对钢的生产有益的含碳材料。可添加例如煤、煤细屑和焦炭粉或其它产生BTU的含碳材料的材料，或以产热(例如沥青和焦油)、氧化物还原、所包含的化学元素的回收为目标的或甚至用于处置这些材料的其它材料。举例来说，可能添加聚合体或弹性体以对注射材料加载碳，同时利用原本可能终结于垃圾填筑地中的废料。由于许多塑料是石油产品，所以添加某些塑料和/或橡胶将导致对熔化物111的净有效能量贡献。这些自耗容器可使用经设计以用干燥材料填充类似构造的容器的市售设备而由机器装载。
图4说明在何处可将熔化物容器104引入到典型鼓风炉400中。可能的注射点中的一些在图中标记为X、Y和Z。举例来说，可连同铁矿石和其它材料一起将熔化物容器104引入到典型鼓风炉400的标记为X的装载机构中。此方法或许最佳与其中注射钟可能不可回收或需要的自耗熔化物容器104一起使用。在另一形式中，可将熔化物容器104引入到从鼓风炉400排放废热的管道系统402(参看Y)中。在另一形式中，可将熔化物容器104引入到参看图2论述的鱼雷式车202(参看Z)中。此形式或许最佳用于可回收的容器或用于可回收的注射钟。
子系统和特征 图5和5展示可用于如所提及的例如增强热传递、气体排放、可重复使用的组份的腐蚀保护等情况中的各种子系统的一些任选特征和结构元件。此处论述的许多元件和功能可与熔化物容器104和/或注射钟102关联。显然，这些设计元件中的许多设计元件可单独使用或彼此组合使用，这取决于容器及其关联的附件将被认为是完全自耗的(例如，丢掷在鼓风炉中)还是部分可重复使用的(例如，在鱼雷式车或其它液体金属密封方法中)。通风顶部502可包含通风开口504，气体可穿过通风开口504被排放。视通风开口504的尺寸和应用而定，可使用粉尘过滤器封盖506(例如，加固玻璃纤维布或金属丝或玻璃纤维网筛)来防止注射材料109穿过通风开口504逃逸出熔化物容器104。
可使用可重复使用的保护体508(例如由例如具有高热传导性的陶瓷或合金的适宜材料制成的陶瓷或金属包裹体(或围笼))在到达液体金属密封方法中的目标注射深度之前保护熔化物容器104，同时仍然将热量传导到熔化物容器104。热绝缘材料510可包围熔化物容器104以充当绝缘体并控制随着时间过去而传输到熔化物容器104的热量。在熔化物容器104为自耗的情况下，可使用热绝缘材料510来控制熔化物容器104在熔化物111中或在鼓风炉中被消耗的深度。可使用可重复使用的和/或可更换的防腐蚀可浸入的套圈512来保护可重复使用的保护体508的底部部分(在所述底部部分处其与熔化物111的熔融金属接触)。
可提供可重复使用的热致动底部开口/封口106。在一种形式中，可重复使用的热致动底部开口/封口106包括耦合到套圈512、保护体508和/或熔化物容器104中的一者或一者以上的可重复使用的底门108。可使用可熔封口系统514(例如，可熔链接底部夹持器或自耗插入物(或其它可熔封口))将可重复使用的底门108耦合到套圈512、保护体508和/或熔化物容器104。在一种形式中，可熔封口系统514与非可熔耦合件(未图示)结合使用。在使用中随着熔化物容器104降低到熔化物111中，可熔封口系统514开始加热并熔化，藉此致动底部开口/封口106使其打开。非可熔耦合件链接在可重复使用的底门108与另一可重复使用的组件(例如，可重复使用的套圈或可重复使用的保护体508)之间使得可更有效地收回可重复使用的组件。在另一形式中，使用自耗底部开口/封口106，其当加热到适当温度时熔化或燃烧。举例来说，自耗底部开口/封口106可包括铁或甚至由具有高熔化温度的适当织物塑造成，所述适当织物例如与1535℃的铁熔点相比可达到超过1370℃的温度的Nextel织物。此织物也可用作粉尘过滤器，如本申请案中其它地方所论述。在一种形式中，开式金属炉栅或网筛可覆盖Nextel织物的底部以提供额外强度并帮助防止织物由于注射材料的重量而过早退化。
可熔封口系统514可通过将可重复使用的底门108耦合到可重复使用的保护体508或可重复使用的套圈512来执行双重用途，使得熔化物容器104由结构的其余部分支撑直到可熔封口系统514熔化从而将熔化物容器104释放到熔化物111中为止。在另一形式中，使用磁耦合(例如电磁体耦合)来支撑熔化物容器104直到磁场被减弱(或去除)从而将熔化物容器104释放到熔化物111中为止。
总之，可熔封口系统514或磁支撑件可经设计以在特定注射温度范围内、在熔化物111表面上方特定高度范围内或在熔化物111表面下方特定深度范围内熔化打开开口/封口106。在一种形式中，底部开口/封口106可包含加热管520，其在熔化物容器114中内部地延伸以增加其中来自鼓风炉的辐射热可将热量传递到注射材料109的表面面积。
图6说明具有可被顶部填充的可重复使用的容器614(类似于用于固持注射材料或铁“细屑”的熔化物容器114)的可重复使用的注射器钟602的一种形式。可重复使用的容器614可集成为具有可重复使用的注射器钟602或以任何适当方式耦合到注射钟602的一个个体单元。可重复使用的注射器钟602包含可去除项部630，当在注射器钟602的项部处注射材料109被插入并进入可重复使用的容器614的打开顶部中时所述可去除顶部630被去除。可去除顶部630使用耦合器而耦合到注射钟602的主体634，所述耦合器例如为顺着螺纹通过主体634和顶部630中的至少一者的有眼螺栓(eyebolt)636。有眼螺栓636也可用于操纵和升高或降低注射钟602。注射器钟602可包含腐蚀和机械屏障，其可形成为注射钟602的一体式部件或以任何适当方式耦合到注射钟602。
在一种形式中，可重复使用的容器614用穿孔凸缘或网638耦合到注射钟602。网638可渗透以使气体穿过一系列热通道或开口640，并在主体602与顶部630部分中的气体之间提供流体连接。提供额外热通道(例如热传导圆柱体642)，其穿过可重复使用的容器614以允许将热量额外地传导到注射材料109。在一种形式中，圆柱体642由带状织网(webbing)644支撑且可为气体可渗透的。将粉尘过滤器646提供在适于防止注射材料109掉落出或吹出可重复使用的容器614的任何地方。在所描绘的形式中，粉尘过滤器646用夹持器648耦合到可重复使用的容器614的顶部。然而，如果热传导圆柱体642具有相对较大开口，那么可将粉尘过滤器放置成围绕热传导圆柱体642。可使用自耗或可重复使用的开口/封口。在所描绘的形式中，仅粉尘过滤器和可熔封口(或自耗开口/封口)通常将需要在每次使用之后进行更换。
图7显示可以多个组合使用以实现特定性能目标和能力的许多容器设计中的一些容器设计。举例来说，自耗熔化物容器704可由例如高温布764的柔性材料或基本上如同袋子而捆扎或形成为包768的网筛材料形成。可使用例如金属网筛或线栅的加固材料766来包围高温布，以便向将被支撑的重量提供额外强度并防止过早衰退。用注射材料109填充自耗包768，可(例如)通过除了铁细屑以外提供碎焦炭或其它材料使所述注射材料109预混合，以便为特定批量的钢提供定制化学性质。所述包可包含保护性热绝缘，其可用于修整与周围温度相对比的释放曲线或用于延迟内含物的释放直到包768已达到特定温度为止。此热绝缘材料也可允许使用较便宜材料(当暴露于热量时会降解)来用于获得包768的强度，且所述绝缘材料防止当所述较便宜材料过快地达到临界温度时发生过早衰退。在一种形式中，可使用自耗包768来填充自耗容器(如104)或注射钟702。与其它实例一样，注射钟702可包含使用可熔链接103或可熔夹持器的开口/封口系统706。这些可熔链接或可熔夹持器(用于此处或用于其它实例中)可包含保护性热绝缘，其可修整与周围温度相对比的释放曲线以延迟注射钟702内含物的释放。
在某一应用中，可能有利的是，使用经设计以具有与来自鼓风炉和最终来自熔化物111的热空气接触的较大表面面积的自耗容器704，以便增加热传导到自耗容器704内部的注射材料709的热量。在一些情况下，具有增加表面面积的自耗容器具有形状上稍许类似星状的横截面。这种自耗容器704可与其它实例中论述的各种选项一起使用，例如注射钟702、用于腐蚀保护和机械屏障的可重复使用的可浸入的套圈712，和气体可渗透织物粉尘封盖746。
图8描绘使用子表面注射和液体金属密封而注射到液体金属熔池中的注射器钟容器载荷的连续处理器的示意图。此方法可适于本申请案中描述的自耗容器和注射钟的各种实例。当注射钟102和熔化物容器104接触液体金属熔化物111时，注射钟102和熔化物容器104的位于熔化物111表面下方的部分充当密封机构，所述密封机构连续引流以收获从注射材料回收的金属。这种密封机构促使将注射材料引入到熔化物111表面下方并防止任何细屑被吹起。可以逐个批量为基础调节化学性质。当与标准快速化学分析仪器组合时，这可用于构建闭合回路生产系统。
图9展示使用一个注射器钟104结构的配置，所述一个注射器钟104结构为一系列熔化物容器102提供在钟“烟囱”或导管982中进行内在预加热的附加优点。与其它形式一样，其可使用完全或部分消耗的熔化物容器902组件。不同与其它形式的是，其使用具有伸长导管982或升降机的伸长注射钟904，多个熔化物容器902穿过所述伸长导管982或升降机而相继被降低(例如通过将环圈984连接到线(未图示)以降低容器902)。当一个熔化物容器902进入熔化物911时，至少另一个熔化物容器902当跟随导管982中前一个熔化物容器902时正在导管982中被预加热。这允许较快的注射序列并允许对注射材料909进行预加热，这可能是有益的，因为其允许对注射材料909进行干燥和预加热。应注意，容器中的含碳材料的燃烧将有助于氧化皮氧化物随着在预加热和实际注射期间温度升高而快速还原。在一些情况下，可能不必进行干燥和预加热，且所述配置可能仅用于提高速度。在此情况下，当熔化物容器902在导管中下降时，可使用水冷却的机构(未图示)来冷却熔化物容器902。可视需要在注射钟904的顶部处提供粉尘过滤器。在一种形式中，可使用具有用于热传递目的的增加的表面面积的熔化物容器902。在一种形式中，面包片容器几何形状可能是可行的，其利用了压碎的轧钢皮和类似材料的尖角形细粒所展示出的高内摩擦。换句话说，熔化物容器可具有相对较薄的一个尺寸(尤其当与另外两个尺寸相比时)，其稍许类似于面包片。在一种形式中，所述面包片的平坦表面可起波纹以增强热传递并用横向部件进行加固。这些平坦熔化物容器902可被构造得相当脆弱、自耗的且配合到陶瓷和/或高温合金的可重复使用的框架984中。
鼓风炉处理 可使用任何便利的方法和接取点将本文(上文和下文)描述的各种自耗容器引入到鼓风炉(或其它冶金方法)中。这种注射的路径的一种形式是经由与鼓风炉顶部处的“钟”关联的同一机械接取和装载机构(参看图4中的进入点X)，所述机构现用于装载所准备的铁矿石以便在炉身中进行处理。将包含填充有轧钢皮的包囊的熔化物容器连同矿石一起简单地丢掷到鼓风炉中。如图1中及其它地方所指示，也可能利用其它注射方法。
图4展示典型鼓风炉。关于鼓风炉如何工作的更详尽解释当前可查阅Ispat Inland，Inc.的John A.Ricketts的题为“How a Blast Furnace Works”的文章。所述文章可免费通过http://www.steel.org/learning/howmade/blast_furnace.htm的美国钢铁协会钢制品(AmericanIron and Steel Institute Steel Works)而获得。此文献的文本以引用的方式并入本文中，且发明者致谢Ricketts先生提供信息，发明者在以下描述中已合理利用了所述信息。典型鼓风炉具有大耐火砖排列的炉身，其形成一腔室，在所述腔室中当原料暴露于来自熔炉的热量时原料被进行处理。将用于制造钢的原料成分(例如铁矿石、焦炭和石灰石)放置到在轨道上向熔炉顶部处的受料斗(receiving hopper)行进的翻斗车中。保持原料成分直到通常包括金属组份(矿石、球粒或烧结物)的装料、焦炭和助熔剂(石灰石)已积聚为止。谨慎地管理装料的填充次序以控制鼓风炉内部的气流和化学反应。通常通过两级圆锥形钟将所述成分装填到鼓风炉的腔室中，所述圆锥形钟封入气体并将原料成分均匀地分布在熔炉腔室的圆周周围。代替于钟，一些熔炉具有将原料排放到旋转滑槽上的2或3个气锁型料斗，所述旋转滑槽可改变角度从而在熔炉内部精确材料放置过程中允许更大灵活性。
预加热空气被吹入鼓风炉底部中并上升到顶部。可花费6到8小时使原料下降到熔炉底部，在熔炉底部处其变为液体炉渣和液态铁并以有规律的时间间隔被排泄(因此允许顶部的原料下降)。
以铁矿石、球粒或烧结物形式将氧化铁引入到鼓风炉中。铁矿石通常尺寸设计成0.5到1.5英寸的片状物。随着其在炉身中下降，铁矿石、球粒和烧结物变为液态铁且杂质变为液体炉渣的一部分。通常通过将煤碾碎并研磨成粉末并接着将其装入炉中来产生焦炭。通过筛选例如尺寸在一英寸到四英寸范围的不同尺寸的片状物来分离不同尺寸的焦炭。通过碾碎来制备石灰石，且接着通过筛选例如尺寸在0.5英寸到1.5英寸范围的不同尺寸的片状物根据尺寸来分离石灰石。将石灰石用作鼓风炉助熔剂，其变为去除杂质的炉渣。接着将不同尺寸的成分材料以针对冶金方法的(材料和材料尺寸的)适当百分比装入熔炉顶部中并防止阻挡来自炉身底部的热空气流。
当氧化铁中的氧通过一系列化学反应而被去除时，铁矿石、球粒和烧结物被还原。这些反应如下发生 1)3Fe2O3+CO＝CO2+2Fe3O4在850开始 2)Fe3O4+CO＝CO2+3FeO在1100开始 3)FeO+CO＝CO2+Fe或FeO+C＝CO+Fe在1300开始 随着氧化铁经历这些反应，其软化、熔化，且液态铁穿过焦炭滴流到炉身底部。焦炭也下降到熔炉底部且由来自熔炉底部的热鼓风燃烧以产生热量并被还原成一氧化碳，一氧化碳用于还原铁矿石。
C+O2＝CO2+热量 CO2+C＝2CO 在炉身中下降的石灰石在约1600经历以下反应。
CaCO3＝CaO+CO2 所形成的CaO用于从铁中去除硫。
FeS+CaO+C＝CaS+FeO+CO CaS变为炉渣的一部分，所述炉渣也含有任何剩余的杂质，如可能已与铁矿石、球粒、烧结物或焦炭一起引入的硅石(SiO2)、氧化铝(A12O3)、氧化镁(MgO)或氧化钙(CaO)。液体炉渣穿过焦炭床层滴流到熔炉底部并漂浮在液态铁顶部上。
在本文揭示的容器化方法的一种基本形式中，将氧化皮载入到低成本自耗包囊中并接着通过将其包含在装料中或与典型装料分离地将其添加到腔室中的炉料的其余部分来将其直接添加到鼓风炉或其它冶金方法中。使用简单可靠的力学方法、材料和热学设计，可将包囊设计成在鼓风炉炉身中受控深度处分解，所述受控深度充分低于炉身中固体材料的顶部以防止任何细屑被空气鼓风吹起。
参看图10A，已将清洁的氧化皮1110碾碎为微粒(如果必要)并与例如含碳化合物(或其它添加剂)的其它物质的微粒混合(如果需要)以组成注射材料。将清洁的氧化皮1110(纯净的或所得的混合物)包裹在优选地为气体可渗透的坚固高温织物1112中。织物1112可为编织的、缠结的或毡制的。包裹方法可如以下一样简单将适当量的氧化皮1110沉积在织物1112的尺寸足够大的预切割片上(如图11e所示)，拾取并将织物的角与适宜的边缘合在一起，且最后将多余的材料缠绕在一起以形成囊封颗粒状注射材料的紧密闭合的“包状”包囊1120或熔化物容器。可以任何适当方式闭合包的缠绕“颈部”，包含编结、使用高温绳索系住、夹持或以另外的方式固定或紧固以防止松散和/或打开。装载和包裹步骤可为自动化或半自动化的且经设计以使用最少量的动力协助的人力劳动。
在此实例中，包囊1120为无缝的，其具有一个非常坚固的封口，所述封口本身可包含环圈、环、附接点、把手或其它搬运协助物1122。如下文将论述，需要避免任何接缝，因为缝合某些高温织物可在包囊1120中引入弱点而且还不必要地增加成本。可使用许多其它可使用(例如)管状而不是平坦的机织织物的使用高温织物的包裹技术，因此包囊1120将具有协助工作的两个缠绕的末端(类似于香肠链)。
在一种形式中，包囊1120可由柔性网片形式的织物1112构成，所述柔性网片由例如类似于纱窗的便宜的铁或钢网筛的可承受高温的材料制成。也可使用更粗糙或更精细的网，但所述网应优选地足够精细以防止过多量的轧钢皮微粒1110掉落出。在一种形式中使用一个以上网层来产生较少渗透性的双层壁、三层壁或其它多层壁，以便防止精细的轧钢皮微粒泄漏出包囊1120。为了减少轧钢皮细屑的泄漏，包囊1120可由类似于纤维过滤器的垫材料(未图示)形成，所述材料可(例如)为夹在较粗糙网(例如金属网筛材料)层之间的非机织玻璃纤维束。这些材料可能比精细机织织物便宜。在一种形式中，所述网片和类似于纤维的垫材料可结合使用。这在类似于纤维过滤器的材料强度不够大且网片不够精细的情况下是有利的。在另一形式中，可使用条带、带状织网或其它材料来加固包囊1120。可使用可熔粘接接头来闭合织物，且可选择粘接剂以使其在熔融金属中的特定深度处熔化以释放包囊1120中的材料。
包囊1120壁也可包含沿着包囊1120在熔炉中的向下横越的向下途中熔化的例如玻璃微粒或其它物质的材料。这些材料可覆盖粘性“粘稠”半熔融层中包含的轧钢皮的外层，使得由于随着包囊下沉得更低而遭遇上升温度而使包囊持续失去完整性时，也可减缓轧钢皮的释放。
参看图10B，描绘由任选气体可渗透抗磨损和/或加固层1114覆盖的包囊的横截面。如果实际上需要——通过了解所涉及的特定鼓风炉设计的简单实验确定的问题——那么此层可采取稀松组织(open-weave)玻璃纤维网或网筛、一些玻璃纤维条带或绳索或类似于粗糙纱窗的柔软铁网筛或甚至例如硅树脂涂层的涂层的形式。需要添加此保护可能起因于用于鼓风炉中的相对较大包囊，鼓风炉中从钟到达炉身中的材料装料的顶部的自由下落的落下物可能非常大，因此产生较大瞬间爆裂力。
如果易由鼓风炉的钟的配置所适应，那么可能使用简单的机械滑动装置(参看图13中3100)来减少自由下落距离。在另一形式中，这种滑动装置可由许多间隔开的轨道组成，包囊可沿着轨道滑动以便使对气流的阻碍最小化。应注意，在注射时，织物(其与轧钢皮载荷的散热片处于良好热接触)的温度将接近周围温度。在周围温度下，织物纤维的特定强度约比钢强三倍。并且，如下文进一步论述，可使用非常简单且低成本的表面处理来减轻原本可能稍许减小有效织物强度的纤维间的磨损。
参看图10C，展示一种关于可如何处理含油碳氢化合物和载有油脂的轧钢皮1116的方法。将这种受污染的物质1116注射到鼓风炉中的基本问题(除了先前提及的散布问题外)是未受保护的碳氢化合物在鼓风炉的上部部分中快速挥发(在600-800F下)并迅速与鼓风气体一起穿过熔炉顶部而离开。这可严重污染工厂的下游气体处理和清洁系统。
在一种形式中，将大量含油或受污染的轧钢皮1116囊封在织物1112中，进一步包裹在含有清洁的氧化皮1110的环绕包(或包囊)1118中。此配置使用清洁的氧化皮1110同时作为铁源与用于含油氧化皮1116的热屏障及绝缘体，其进而允许组合的包囊在碳氢化合物变热并穿过嵌套的织物包裹体逃逸之前浸没到鼓风炉炉身中显著较深的水平面。在此较大释放深度处，温度可足够热且向上通行时间足够长以在逃逸的碳氢化合物可到达鼓风炉装料的顶部并引起下游问题之前分解并焚烧所述逃逸的碳氢化合物。用清洁的氧化皮1110包围受污染的轧钢皮1116的这种技术可与本文揭示的容器设计中的任一者和任何材料一起使用。
这些碳氢化合物的燃烧也可有助于改进总体鼓风炉方法的热平衡。在含油氧化皮在过分浅的深度处加热的情况中，可使用热控制包覆物，例如热绝缘包覆层1119(图10D中所示)。重要的是，此绝缘层1119(如果必要，可通过刺穿的切口或孔洞来增加其渗透性)在达到接近炉身基底的非常高温度之前很长时间就实现了其目的，因此绝缘物不需要抵抗长期或非常高的温度且因此成本不会非常昂贵。绝缘层1119可由任何适宜的材料形成。对于特殊情形来说，除了较不昂贵且普通的绝缘材料之外，还可在适当应用中使用HYTEX1000织品、气凝胶和高温织物(例如，3M的Nextel 440)。
囊封材料和成本考虑 尽管图18中展示(且下文进一步详细论述)据信是理想地适用于现有鼓风炉中的容器设计和材料组合的尤其简单的方法，但以下描述论证一般方法的多功能性并强调适当情况下也可使用非金属材料和其它结构。
一些材料的实例 可用大量种类的耐高温陶瓷纤维和玻璃纤维，用其来制造用于上文概述的目的的织物壁包囊和其它附属物品。陶瓷纤维实质上比玻璃纤维更昂贵，但在某些情形中可能有用。然而，大体上来说，可使用由玻璃纤维或金属网制成的织物、垫、毛毡、绳索、条带、绝缘物、垫等。在此类别中存在许多有吸引力的选项。各种等价形式的高级陶瓷材料可用于获得较高性能。
玻璃织物是所谓的“E”玻璃或“S-2”玻璃的最普通的机织织物。两种材料在周围温度下均展示出约大于钢的抗张强度的三倍的每单位质量抗张强度。其它更加高的性能和通常更昂贵的玻璃纤维合成物也可在特殊情形中用于囊封用途。这些不需要在主要针对鼓风炉钟注射的包囊的本情境中进行进一步论述。
由所谓的“E玻璃”制成的织物等可耐受700-800持续一些天而不会造成严重强度损失，而S-2玻璃可在1200-1400下操作。通常这些玻璃当织成织物时涂覆有非常薄的润滑剂膜以减小由于束间摩擦而造成的个别束破裂。涂层经过较长暴露时间而逐渐脱离织物，且不同涂层或多或少为易消逝的。例如，据说丙烯酸涂层在800F下至多达10天保持良好状态。也可使用特氟隆。
一种非常便利的实践方法是仅仅用硅树脂喷射裸露的“下机的(off-the-loom)”织物，且可帮助提供抗磨损表面。这导致在暴露于超过650F的温度达10天之后保持良好性能(优于50％的强度保持率)。较好地耐受实质上更高的温度达24小时或更长时间。应注意，当充当鼓风炉炉身中的包囊时，织物或垫将与大散热片(包囊中较大质量的轧钢皮)紧密接触，且这可帮助缓和任何温度降级，因为散热片将减缓任何温度上升。
在任何情况下，在主题应用中，所述材料只需要足够坚固以承受注射的机械冲击和当包囊浸没到炉身中时经历的力。在一段时间(或许若干小时或更短时间)期间，包囊下降到炉身中的温度足够高以促使其分解并将其内含物释放到炉身中的水平面。释放深度优选地足够深以使得基本上没有(或量最少)包囊内含物(载有铁的微粒或未分解的碳氢化合物(如果存在))可逃逸出鼓风炉炉身的顶部。
当穿过炉身下降时，包囊将经受来自邻近物体(或包囊)、矿石片和其它固体的外部力。在炉身中，包囊内含物在某种程度上支撑织物，因此对包囊织物的净未支撑载荷预期相当小。实际上，工业使用所谓的耐破度测试(Mullen Burst Test)，其中将小钢球按压抵靠未受支撑的织物。在此处关注的温度下和暴露时间内，所关注的织物的穿透或爆裂阻力超过数百PSI。鼓风炉环境的可能需要考虑的第二方面是以下可能性织物由于磨损或甚至借助空气鼓风而被向上输送穿过炉身的微粒进行的“喷砂清理”而被侵蚀。包装使得这些微粒的平均自由行程应非常短，因此其冲击速度应较低。此外，流场中的水力屏障效应也可能有益。如果这些问题在特定情形中较显著，那么可预期稍许较厚的织物或垫(或包括包囊壁的其它材料)以解决大多数(否则将是全部)这些问题。
说明性设计 将使用由Greensborough，NC的BGF公司制造的库存玻璃纤维织物#7628的规格和特性，但存在许多其它织物和材料选项。
织物 重量每平方码6盎斯 辊宽度50英寸 辊长度3000码 下机(未涂覆)每码$1.50 每50″x50″方形片的材料成本$2.08 包囊 单壁包囊(依据图10a)假定尺寸 球形(大约)半径R＝30cm(12英寸) 体积4/3x3.14x30Λ3＝113000cm3 表面面积4x3.14x30Λ2＝11300cm2＝1752in2 50″x50″织物片(2500in2)足以完全包裹24″直径的球体 (忽略“缠绕”封口所需的较少额外量的织物) 每包囊的氧化皮重量(假定密度为大约2.0)226Kg＝500lbs 每吨四个包囊＝$8.32 关于囊封材料成本的结论 图10A设计—仅材料—可能每吨氧化皮约$10 图10C设计—仅材料—可能每吨约$16 图10b和10d中展示的特征将增加这些成本(可能25％) 成本作为球体半径的倒函数而变化(表面/体积比率变为1/R)。
图10A设计(30英寸直径)的材料成本将为大约$6.60/吨 图10C设计(18英寸直径)的材料成本将为大约$11.00/吨 填充机构 图11希望示意说明用于填充包囊1120和囊封轧钢皮1110的许多可能制备替换方案中的仅一种替换方案。在一种形式中，可使用标准机器设计实践方法来产生经填充的包囊1120。源自高速食品罐装和其它材料处理领域中的广泛经验和高度成熟的技艺的技术和机构尤其相关联。图11(其仅仅表示为低技术建议性图示)中，发明者将受控量的轧钢皮1110堆放在预先定位成适当配置的凹陷区1130中的衬垫的预切割织物1112(或垫、网筛或其它适宜的柔性材料)片的顶部上。织物1112可为简单的平坦片或预先制造有附接点或把手。也可能利用与填充集成的切割操作使用较大连续卷织物的其它技术。氧化皮可在倾倒入凹陷区1130中之前以磁性方式分离(如果(例如)其为磁铁矿)或以机械方式进行筛选(如果(例如)磁性方法不适用)并碾碎。
假定希望每24天处理1000吨氧化皮且每一包囊容纳500磅氧化皮，那么在图10A所示类型的包囊20中将消耗4000片织物。这些必须通过任何适当构件来有效且经济地填充。
简易生产系统 排列有适当凹陷区1130的较大平坦表面1132(在某种程度上如同烤饼锅)形成填充包囊1120的一种简单方法的基础。如图11所示，通过将织物片1112铺在凹陷区1130中并钩住其角或以另外的方式将织物固持在适当位置来预先给凹陷区1130加衬。接着可简单地将碾碎的且经筛分的氧化皮1110倾倒在表面1132上，并通过机械化犁或压缩空气“刃”(未图示)将氧化皮1110向下冲扫/推入凹陷区1130中。可手动或通过机器自动地完成分离仍暴露的织物边缘、缠绕项部和对其进行扎系。举例来说，如果使用一百二十个凹陷区1130且两个人每人每分钟可扎紧一个包囊1120，那么生产率将为每小时一百二十个或每八小时一班制约九百六十个包囊。此系统的资本成本将非常小且所述方法明显可任意缩放调节。
鼓风炉装载和包囊荷重分布控制 关于包囊注射方法和设备的额外事宜可查看各图和其中的附加文本。
标准矿石装载路线(使用经特殊改装的翻斗车或安装在其上的附件以及用于将包囊1120从地平面向上移动到钟区域的其它处理方法)可通过典型鼓风炉顶部处的众所周知的钟机构(如图4中箭头x所示)来递送轧钢皮包囊。然而，如图4所指示，也可利用其它路线，例如通过顶部圆锥或通过上升管道壁或在热金属车中。通常X所指示的路径将用于单用途包囊，Y箭头所指示的路线可能有益于使用废热来进行预处理(例如干燥和还原轧钢皮)，且可回收并重复使用包囊。Z所指示的路径对于可重复使用的包囊来说尤其有用。
虽然这的确是利用本发明教示的一种一般方法，但矿石路径的机械设计对可使用的包囊的尺寸来说可能是一约束。为了避免此限制，此处揭示图4中的注射路径(1)经过四个大的(至多达6英尺直径)“上升管道”中的一者或一者以上的壁从熔炉顶部排出热气体(由标记为“Y”的箭头所指示)，或(2)穿过穿透熔炉的“顶部圆锥”的壁的开口进行注射(由图4中标记为“X”的箭头所指示)。适宜的有盖开口通常已存在于许多鼓风炉中以用于在维修期间进入。为了分配所注射包囊的降落点，可使用构成滑动装置的开式轨道或栅格结构，所述滑动装置不会阻挡熔炉内部的气体流动。这些可在高度和方位上机械移动以更均匀地分布包囊。另一替代方案是使用与包囊处于期望的降落地点上方时机械地触发释放所述包囊相组合的移动线缆或类似机构将包囊附接到“晾衣绳(clothes line)”配置。
尽管上述技术中的全部技术均可用，但也可使用气力注射。参看图12，将包囊1120装载到管1210(其远端对熔炉内部1230开放)中且接着通过包囊后方压力的突然增加来进行注射。可使用此“气体炮(gas cannon)”管的多个阵列1220。其经设计而在熔炉周界内部不具有移动零件且不会显著阻挡熔炉气流。其在不同方位角和高度处进行瞄准。或者，可使用可旋转(基本上可向左、向右、向上和/或向下移动)系统。可通过逐次射出改变所递送的气体推动力来改变瞄准点。整个注射系统可由计算机控制且可编程以利用特定瞄准点和序列来递送包囊，从而近似包囊1120的预定三维分布(参看图13)。密封各个包囊1120的材料可经选择以在炉料中特定深度处熔化或衰退，且可谨慎地控制具有不同衰退深度的多种包囊1120的特定混合物以控制衰退包囊深度的分布，使得并不是内部所有材料均在相同深度处释放到炉料中。
所述系统可为“闭合回路”，其使用成像装置来提供关于最近已降落的包囊的位置坐标的连续数据以便调节后续包囊所使用的点燃参数。这允许鼓风炉操作者不管由于传入的矿石落下物和鼓风炉炉料的项部处类似的不均匀坍塌和随机化效应引起的变化如何，仍可维持包囊的最佳装载型式。重要的是，此气力注射方法可非常可靠且安装和维护较便宜。其不需要热鼓风炉内部的复杂机械结构，且每次注射均自动清洁，因为每次穿过管的新包囊射出将趋向于清除任何多余细屑。
在某些应用中，优选地，与鼓风炉中的成分床层的其余部分的总体积相比，限制包囊的百分比(以总体积计)以便使阻挡热空气流的情况最小化。在一种形式中，需要将包囊的总计体积限制为小于鼓风炉中床层体积的50％，或甚至更少，例如小于40％、小于35％、小于30％、小于25％、小于23％、小于20％、小于18％、小于15％、小于13％、小于11％、小于10％、小于9％、小于8％、小于7％、小于6％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％，或甚至小于1％。视包囊(和其中所含材料)的尺寸和对鼓风空气的渗透性而定，所述百分比可根据包囊的成分而变化。
在一种形式中，高温织物包囊可制造成具有释放接缝，所述释放接缝在不同温度下分解且通过热可降解扣件、粘合剂、缝合线或类似物而形成。这些可经设计以促使包囊沿着其向下进入愈加高的温度中的路径而释放部分载荷。金属和/或高温塑料片可与织物和/或绝缘材料组合以产生包囊，从而提供分布的与温度相对比的释放曲线。可对金属和塑料组件进行穿孔以允许气体通过而进入或离开包囊内含物。
关于包囊内含物的注释 通过使用上述构造方法或以下那些方法产生的包囊或子包囊(例如图10c和10d中所示)的内含物可包括与其它材料混合的轧钢皮(或含有例如含碳化学物质或助熔剂的完全不同物质)，其需要与其它包囊内含物在处理中的不同点释放。
由于轧钢皮不必烧结(因为其被囊封)，因此可通过本文揭示的方法以不同且能量有效方式来处理使用载有湿气的氧化皮的问题。在周围大气热量和重力流泄过程可在足够长时间内发挥作用(且没有增加的昂贵的能量输入)的情况下，可将具有高湿气含量的氧化皮散布成几英寸厚的相当薄的层以减少湿气。接着将氧化皮囊封并装载到鼓风炉中。如果存在油/油脂，那么这些可能减缓湿气蒸发。另一方面，这些物质可有利地向鼓风炉能量输入增加热BTU(能量或热量)，因为包囊在熔炉炉身中在所述物质可逃逸出上升管道之前将被消耗的较深处释放其易燃内含物。
虽然本揭示案的主要关注点是制铁，但本文揭示的方法也可应用于许多有害废料或其它废料，所述废料的分解产物无法(如此)经受鼓风炉或类似处理器中较深处的温度。这意味着可能需要昂贵的处理(通过等离子焰炬或特殊焚烧炉等，其具有高操作成本和燃料成本)的囊封废料可在鼓风炉或为类似目的建造的设备中被致使成为无害的。
举例来说，可将轮胎、塑料或其它废料斩碎或切碎并通过以所揭示的方式将其囊封并添加到鼓风炉中来进行处置。以此方式处置各种材料可在污染最小的情况下有利地向鼓风炉能量增加热BTU。在一种形式中，这些材料可放置在包囊的核心中(图10b或10d中在该处可见含油氧化皮1116)且接着用包囊内部的清洁的轧钢皮包围，且可包含图10d中可见的绝缘层以延迟高温对切碎材料的影响直到包囊处于鼓风炉内较深处为止。然而，也预期，可在不向包囊添加清洁的轧钢皮的情况下处置废料。在另一形式中，废料(或含碳材料，例如塑料)和轧钢皮可在同一包囊内混合在一起，所述包囊可进一步由一层轧钢皮和外容器进行囊封。与图10d中所示的绝缘层类似，可使用额外的绝缘层。
铁壁包囊 除了先前揭示的用于构造自耗轧钢皮包囊的网状物和穿孔耐高温材料的用途之外，据信具有期望的经济和其它特性的额外替代设计如下。应了解，先前揭示的概念和替代方案中的许多概念和替代方案也可(视需要)与以下设计一起使用。
参看图14、14A、14B和14C，类似于汤罐、大的食品罐或油漆罐的钢或铁板(例如)“罐”可用作自耗包囊2100以便用于轧钢皮回收或用于其它废料处理目的。在一种形式中，罐状包囊2100可具备可使其更加可用于轧钢皮回收或用于其它废料处理目的的多种特征。举例来说，包囊2100可由穿孔片2105或由网筛或机织金属材料(参看穿孔物2101)构成。可熔接合2102(类似于先前揭示的那些可熔接合)可促使包囊在熔炉中适宜深度处发生热触发的分解。
可提供额外材料作为包囊壁的一部分或邻近于壁的内部或外部以充当过滤器2103从而防止铁细屑2109(和/或其它材料)穿过穿孔片下落。在一种形式中，过滤器可为机织织物。在另一形式中，过滤器可为垫型或非机织材料。在这些形式的任一者中，过滤器可由任何适宜材料制成，例如玻璃、陶瓷、钢丝绒、高温物质或任何其它适宜材料。可提供支撑件2104以充当内部网筛支撑件来支撑过滤器。另外(或作为替代)，壁材料可被电镀或可具有施加到基底壁材料的其它适宜涂层，其至少可临时保护壁材料免受外来物质的扩散的影响，在暴露于熔炉条件期间外来物质的扩散可能产生碳化或其它弱化效应。可类似地处理图17和18所示的金属丝绒。
参看图15，可将包囊2100包裹在容易自耗的填密材料2107中以当包囊冲击表面(例如鼓风炉中熔融铁的床层)时减轻包囊2100的冲击力。在一种形式中，填密材料2107可由波纹纸包覆物或甚至简单的塑料片包覆物制成，以在装载到熔炉中之前或期间提供冲击保护和粉尘保持。在另一形式中，填密材料2107可类似于气球且基本上为包裹大量空气的结构。
参看图16，展示由片材料2202制成的包囊2200。在一种形式中，片材料2202类似于众所周知的“TetraPak”流体容器。片材料可由相对较薄的金属箔制成并加固(如果必要)。在一种形式中，包囊每一端的两个相对刚性的夹持棒2204的正交帮助确保抵抗来自熔炉“炉料”的外部压力而保持内部体积。这些包囊可制造成“火车串”或链(如同耦合在一起的火车车厢或耦合在一起的香肠链)，使得可在一次操作中注射对准的一系列包囊2200。也可为包囊2200提供可熔接合2206(类似于图1中所示的那些可熔接合)，其可在熔炉中适宜深度处分离所述火车串并且还促使包囊的热触发分解。
参看图17，说明由波纹管2302制成的包囊2300设计。在一种形式中，包囊2300包含例如不锈钢丝绒(或其它丝绒状材料)的金属，其充当末端通风口2306处的过滤器2304。波纹管末端可使用例如末端封口夹持器(其可定位成与波纹管2302正交)的封口310闭合。波纹给予包囊2300强度。如图所示，也可在波纹凹槽中提供穿孔物2308，且这些穿孔物2308可连同气体可渗透过滤器材料2304一起使用。值得注意的是，由于加热和荷重中的反应而产生的气体压力将本能地趋向于增大包囊壁中的预成形(但最初闭合)的切口穿孔物。所述结构可包含经设计以界定熔炉中各个期望深度处的分解温度的可熔接合。
参看图18和18A，展示据信为包囊2400的尤其便宜且易于建造的设计。壁材料是高温箔2402，例如形成包封或利乐包装(tetrapak)的薄片钢或铁。在一种形式中，将适宜尺寸的片材简单地折叠为两半，将三个开放边缘中的两个钉住、用铆钉固定、卷曲、进行点焊等或以另外的方式配备封口2407。开放边缘用于装载内含物2109，例如混合的氧化皮、助熔剂、含碳材料等(视需要)。接着完成封口处理。在一种形式中，包含过滤端口2404，且过滤器材料2406可由如先前描述的那些材料的任何适宜材料制成。应注意，封口点之间的间隙2408也可充当气体通风口和进口。
磁性装载机 虽然许多众所周知的装载机构可用于装载包囊，例如包装食品工业中使用的那些装载机构，但包囊的含铁内含物开放了具有例如没有对移动零件的磨损等潜在优点的额外选项。参看图19，揭示针对用于将材料2520(例如轧钢皮)装载到包囊2508中的计量和装载系统2500的浇注系统(例如磁性控制的浇注系统)。如图所示，沿着重力驱动的填充管2504定位磁铁(例如电磁铁2502a、2502b和2502c或可移动的强永久磁铁)。或者，磁性操作的阀可用于浇注系统或其它机械致动系统。然而，磁性浇注系统当与含铁材料一起使用时较有利，因为其防止铁细屑对浇注系统的磨损并防止铁细屑堵住移动零件。浇注系统可使用控制机构，所述控制机构包括可移动磁铁系统以将磁场移动成更接近或更远离计量和装载系统2500的其余部分。在使用电磁铁的情况下，所述控制机构可包含通过使用电路而控制施加到电磁铁的电力。
以所展示的序列(从左向右)使电磁铁2502a、2502b和2502c通电以填充包囊2508(应注意，图19中x表示闭合闸且o表示打开闸)。举例来说，材料2520包含在储集器2522中且从左向右展示填充包囊2508的序列。首先，使磁铁2502a断电以允许材料2520落入第一隔间2532内，使磁铁2402b通电以防止材料2520落入第二隔间2534中，且也使磁铁2402c通电以防止材料2520落入装载滑槽2536中。其次，使磁铁2502a通电以防止材料2520从储集器2522落入第一隔间2532中，使磁铁2505b断电以允许材料2520落入第二隔间2534中，且使磁铁2505c通电以防止材料2520落入装载滑槽2536中。第三，使磁铁2502a通电以防止更多材料2520从储集器2522落入第一隔间2532中，使磁铁2505b通电以防止材料2520落入第二隔间2534中，且使磁铁2505c断电以允许材料2520落入装载滑槽2536中并进入装载滑槽下方的包囊2508中。第四，所述过程重复。在替代形式中，可使用永久磁铁且其以机械方式移开以实现磁铁“脱离”状态。由于仅需要小流动障碍物来阻止例如轧钢皮的材料的向下移动(由于这些颗粒物质的较高内摩擦等)，因此此技术在没有移动零件遭受磨损或堵塞的情况下提供对研磨材料的有效且简单的计量和处理。图19A展示一种替代形式，其包含端口2600，可穿过所述端口2600将例如碳和/或助熔剂或其它化学物质的其它材料添加到包囊中。
将包囊添加到熔炉炉料中的替代方法 一些用于将包囊引入到鼓风炉中的替代方法包含许多炉项(top-of-stack)注射机构，所述炉顶注射机构可包含气锁配置以阻挡热的向上游行进的鼓风炉气体逃逸。所揭示的许多包囊可使用磁性装载机技术来搬运，因为许多容器可由铁磁材料制成或可包含铁磁材料。另外，由织物形成的包囊将很有可能含有足量的铁磁材料以允许以此方式对其进行搬运。自耗包囊可制造成如已经明了的相对较小或较大尺寸。举例来说，将具有五到二十磅有效载荷的尺寸可能由类似于用于食品罐头工业中的薄片铁或钢制成。其它包囊将需要较厚材料且可具有数百磅的有效载荷。在任一情况下，均将可能产生用于搬运包囊的足够的磁力。
也可使用对气流提供最小障碍的可移动装甲的类似物(即，丢掷的包囊可沿着进行滑动的开放轨道)来代替气动注射器以将包囊分布在炉料项部上。可使用类似具有自由栅的(open gridded)引导表面将包囊轻柔地滑动到新鲜鼓风炉炉料上，且另一方法将使用悬桶/移动缆线(小型缆车)将包囊运载到熔炉中。
以上描述和附图中陈述的主题仅以说明的方式提供而不是作为限制。虽然已展示并描述特定实施例，但所属领域的技术人员将了解，可在不脱离申请人文献的较广义方面的情况下作出变化和修改。希望在基于现有技术从权利要求书的适当角度进行审阅时，在所附权利要求书中界定所寻求的实际保护范围。
权利要求
1.一种在鼓风炉中实施的冶金方法，所述方法包括
在鼓风炉中的液态铁上方提供炉料，所述炉料包括铁、焦炭和助熔剂；
提供成分包裹体；
将第一材料放置在所述成分包裹体中，其中所述第一材料包括用于在所述鼓风炉中实施冶金方法的第一成分；
将所述成分包裹体和所述第一材料添加到所述炉料；
在已将所述成分包裹体和所述第一材料添加到腔室之后加热所述炉料；
通过加热一段时间来打开所述成分包裹体；和
将所述第一材料暴露于所述液态铁。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一包裹体包括用于在鼓风炉中实施冶金方法的第二成分。
3.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二成分包括金属。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述第二成分包括铁。
5.根据权利要求2所述的方法，其中所述第二成分包括燃料。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述燃料是织物。
7.根据权利要求5所述的方法，其中所述燃料是聚合体。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述包裹体包含通风口。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述第一材料包括颗粒物质，且所述包裹体进一步包括适于防止所述颗粒物质轻易地穿过所述通风口逃逸的过滤障碍物。
10.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供所述包裹体的第一部分，所述第一部分适于在所述包裹体的第二部分衰退之前在暴露于升高温度之后衰退。
11.根据权利要求10所述的方法，其进一步包括通过将所述包裹体的所述第一部分暴露于升高温度持续第一段时间来打开所述包裹体。
12.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括在将所述第一材料暴露于所述液态铁之前将所述第一材料暴露于所述炉料。
13.根据权利要求12所述的方法，其中打开所述包裹体包括预选择所述包裹体使得当所述第一材料衰退时所述包裹体到达所述炉料中预定深度。
14.根据权利要求1所述的方法，其进一步包括提供气力注射系统，且其中将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上包括从所述气力注射系统将所述第一组成分包裹体的至少一部分射出到所述炉料上。
15.根据权利要求14所述的方法，其中将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上包括从一次射出到另一次射出改变穿过所述气力注射系统的气体鼓风的特性。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述气力注射系统包含可移动管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括通过调节所述可移动管的高度和方位角来瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述气力注射系统包含可旋转管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
18.一种在鼓风炉中实施的冶金方法，所述方法包括
在鼓风炉中的液态铁上方提供炉料，所述炉料包括铁、焦炭和助熔剂；
提供复数个成分包裹体，所述成分包裹体含有至少一种用于在所述鼓风炉中实施冶金方法的成分；
预确定第一组成分包裹体的期望的分布；
在考虑所述预确定的期望分布的同时将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上；
加热所述炉料；
通过加热一段时间来打开至少一个成分包裹体；和
将所述包裹体的内含物暴露于所述液态铁。
19.根据权利要求18所述的冶金方法，其进一步包括
在考虑所述预确定的期望分布的同时将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上之后，将额外的铁、焦炭和助熔剂添加到所述炉料；和
在考虑所述预确定的期望分布的同时将第二组成分添加到所述额外的铁、焦炭和助熔剂的顶部上。
20.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括提供所述包裹体的第一部分，所述第一部分适于在所述包裹体的第二部分衰退之前在暴露于升高温度之后衰退。
21.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括通过将所述包裹体的所述第一部分暴露于升高温度持续第一段时间来打开所述包裹体。
22.根据权利要求21所述的方法，其进一步包括在将所述第一材料暴露于所述液态铁之前将所述第一材料暴露于炉料。
23.根据权利要求22所述的方法，其中打开所述包裹体包括预选择所述包裹体使得当所述第一材料衰退时所述包裹体到达所述炉料中预定深度。
24.根据权利要求18所述的方法，其进一步包括提供气力注射系统，且其中将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上包括从所述气力注射系统将所述第一组成分包裹体的至少一部分射出到所述炉料上。
25.根据权利要求24所述的方法，其中将所述第一组成分包裹体分布在所述炉料顶部上包括从一次射出到另一次射出改变穿过所述气力注射系统的气体鼓风的特性。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述气力注射系统包含可移动管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括通过调节所述可移动管的高度和方位角来瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
27.根据权利要求24所述的方法，其中所述气力注射系统包含可旋转管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
28.一种冶金方法，其包括
提供成分包裹体；
将第一材料的复数个微粒放置在所述成分包裹体中，其中所述第一材料含有冶金方法中的第一成分；
将所述第一材料的所述复数个颗粒包裹在所述成分包裹体中；
提供冶金处理腔室，在所述腔室中添加用于所述冶金方法的成分；
将所述成分包裹体和所述第一材料添加到所述腔室；
在已将所述成分包裹体和所述第一材料添加到所述腔室之后加热所述腔室；
通过加热一段时间来打开所述包裹体；和
将所述第一材料暴露于所述腔室。
29.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括将助熔剂添加到所述腔室。
30.根据权利要求28所述的方法，其中所述第一材料包含金属组份。
31.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一材料包含轧钢皮(mill scale)。
32.根据权利要求30所述的方法，其中所述第一材料包含铁细屑。
33.根据权利要求30所述的方法，其中所述金属组份包含受污染的金属微粒。
34.根据权利要求33所述的方法，其中所述受污染的金属微粒大体上由相对未受污染的金属微粒包围。
35.根据权利要求34所述的方法，其中所述冶金方法腔室包括鼓风炉的内部的一部分，
所述方法进一步包括
将第一铁源添加到所述腔室；
将第一碳源添加到所述腔室；
将助熔剂添加到所述腔室；和
其中所述包裹体包括冶金方法中的第二成分。
36.根据权利要求35所述的方法，其中所述成分包裹体中的所述第一材料选自由所述第一铁源、第二铁源、所述第一碳源、第二碳源和所述助熔剂组成的群组。
37.根据权利要求36所述的方法，其中所述第二铁源包括轧钢皮，随着所述碳源被所述熔炉消耗，所述第一碳源向所述熔炉提供能量净增加。
38.根据权利要求36所述的方法，其中所述第二碳源选自由焦炭细屑、木炭细屑、煤细屑、弹性体和聚合体组成的群组。
39.根据权利要求38所述的方法，其中所述弹性体和/或聚合体选自由废弃轮胎、废塑料和废弃塑料组成的群组。
40.根据权利要求35所述的方法，其中所述第二成分是所述冶金方法中的有用成分。
41.根据权利要求40所述的方法，其中所述第二成分包括金属。
42.根据权利要求40所述的方法，其中所述第一成分和所述第二成分两者均包括铁。
43.根据权利要求40所述的方法，其中所述第二成分包括燃料源。
44.根据权利要求43所述的方法，其中所述第二成分包括聚合体。
45.根据权利要求35所述的方法，其中所述第二成分是变为废料炉渣的组份的废料成分。
46.根据权利要求28所述的方法，其中所述包裹体包含通风口。
47.根据权利要求8所述的方法，其中所述包裹体进一步包括适于防止所述微粒轻易地穿过所述通风口逃逸的过滤障碍物。
48.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括提供所述包裹体的第一部分，所述第一部分适于在所述包裹体的第二部分衰退之前在暴露于升高温度之后衰退。
49.根据权利要求48所述的方法，其进一步包括通过将所述包裹体的所述第一部分暴露于升高温度持续第一段时间来打开所述包裹体。
50.根据权利要求49所述的方法，其进一步包括将所述第一材料暴露于所述处理腔室中所述成分的其余部分。
51.根据权利要求50所述的方法，其中打开所述包裹体包括预选择所述包裹体使得当所述第一材料衰退时所述包裹体到达所述处理腔室中所述成分的所述其余部分中预定深度。
52.根据权利要求28所述的方法，其进一步包括提供气力注射系统，且通过从所述气力注射系统将第一组成分包裹体的至少一部分射出到所述炉料上而将所述第一组成分包裹体分布到所述处理腔室中。
53.根据权利要求52所述的方法，其中分布所述第一组成分包裹体包括从一次射出到另一次射出改变穿过所述气力注射系统的气体鼓风的特性。
54.根据权利要求52所述的方法，其中所述气力注射系统包含可移动管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括通过调节所述可移动管的高度和方位角来瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
55.根据权利要求52所述的方法，其中所述气力注射系统包含可旋转管，且分布所述第一组成分包裹体进一步包括瞄准所述可移动管、确定适当的气体脉冲鼓风、和穿过所述瞄准的可移动管射出至少一个成分包裹体。
56.一种用于冶金方法中的原料成分，所述原料成分包括包裹体和所述包裹体中的复数个材料微粒，其中所述微粒包括冶金方法中的第一成分。
57.根据权利要求56所述的原料成分，其中所述第一包裹体包括所述冶金方法中的第二成分。
58.根据权利要求57所述的原料成分，其中所述第二成分包括金属。
59.根据权利要求58所述的原料成分，其中所述第二成分包括铁。
60.根据权利要求57所述的原料成分，其中所述第二成分包括燃料。
61.根据权利要求60所述的原料成分，其中所述燃料是织物。
62.根据权利要求61所述的原料成分，其中所述燃料是聚合体。
63.根据权利要求56所述的原料成分，其中所述包裹体包含通风口。
64.根据权利要求63所述的原料成分，其中所述包裹体进一步包括适于防止颗粒物质轻易地穿过所述通风口逃逸的过滤障碍物。
65.根据权利要求56所述的原料成分，其进一步包括提供所述包裹体的第一部分，所述第一部分适于在所述包裹体的第二部分衰退之前在暴露于升高温度之后衰退。
66.根据权利要求65所述的原料成分，其中所述包裹体的所述第一部分适于在暴露于升高温度持续第一段时间之后衰退。
67.根据权利要求59所述的原料成分，其中所述第一成分和所述第二成分两者均包括铁。
68.根据权利要求56所述的原料成分，其中所述材料微粒包含金属组份。
69.根据权利要求68所述的原料成分，其中所述材料微粒包含轧钢皮。
70.根据权利要求68所述的原料成分，其中所述材料微粒包含铁细屑。
71.根据权利要求68所述的原料成分，其中所述金属组份包含受污染的金属微粒。
72.根据权利要求71所述的原料成分，其中所述受污染的金属微粒大体上由相对未受污染的金属微粒包围。
73.根据权利要求72所述的原料成分，其进一步包括子包裹体，所述子包裹体大体上包围所述受污染的金属微粒且大体上分开所述受污染的金属微粒与所述未受污染的金属微粒。
74.根据权利要求56所述的原料成分，其中所述包裹体是气体可渗透的。
75.根据权利要求73所述的原料成分，其中所述包裹体和所述子包裹体两者均是气体可渗透的。
76.根据权利要求72所述的原料成分，其进一步包括包围所述受污染的金属微粒的绝缘材料。
77.根据权利要求76所述的原料成分，其中所述绝缘材料位于所述受污染的金属微粒与所述未受污染的金属微粒之间。
78.根据权利要求56所述的原料成分，其进一步包括子包裹体，所述子包裹体含有大体上由所述材料微粒包围的废产品。
79.根据权利要求56所述的原料成分，其进一步包括冶金方法中的第三成分，所述第三成分不同于所述第一成分且位于所述包裹体中。
80.根据权利要求79所述的原料成分，其中所述第一和第三成分选自由第一铁源、第二铁源、第一碳源、第二碳源和助熔剂组成的群组。
81.根据权利要求80所述的原料成分，其中所述第二铁源包括轧钢皮，所述第一碳源则随着所述碳源被熔炉消耗，向所述熔炉提供能量净增加。
82.根据权利要求80所述的原料成分，其中所述第二碳源选自由焦炭细屑、木炭细屑、煤细屑、弹性体和聚合体组成的群组。
83.根据权利要求83所述的原料成分，其中所述弹性体和/或聚合体选自由废弃轮胎、废塑料和废弃塑料组成的群组。
84.根据权利要求79所述的原料成分，其中所述第一包裹体包括所述冶金方法中的第二成分。
85.一种用铁源填充容器的设备，所述设备包括
填充储集器，其适于容纳铁源；
重力给料装载滑槽，其位于所述储集器的顶部下方，所述装载滑槽适于装配在所述容器中的开口内；
浇注系统，其使用至少一个能够在接近所述填充储集器或所述装载滑槽的区域中产生磁场的磁铁，其中所述磁场足够强以吸引所述铁源的至少一部分以便停止所述重力给料；和
控制机构，其用于控制所述磁场的产生。
86.根据权利要求86所述的设备，其中所述控制机构包括可移动磁铁，所述可移动磁铁可朝向和远离所述装载滑槽的所述填充储集器移动。
87.根据权利要求86所述的设备，其中所述控制机构包括用于电磁铁的电路。
全文摘要
一种冶金方法涉及提供成分包裹体和将第一材料的复数个颗粒放置在所述成分包裹体中。所述第一材料含有冶金方法中的第一成分。提供具有其中添加有用于所述冶金方法的成分的腔室的冶金方法熔炉，且将所述成分包裹体和所述第一材料添加到所述腔室。在将所述成分包裹体和所述第一材料添加到所述腔室之后加热所述腔室，但也可在此添加之前加热所述腔室。在一种形式中，所述颗粒包括轧钢皮(mill scale)且所述冶金方法熔炉是鼓风炉。
文档编号C21B5/02GK101146916SQ200580027358
公开日2008年3月19日 申请日期2005年6月12日 优先权日2004年6月12日
发明者伦纳德·赖费尔 申请人:艾恩蒙特公司