烧结物处理系统的制作方法

专利名称：烧结物处理系统的制作方法
技术领域：
本专利公开总体涉及铁处理，并且更具体地涉及用于高效地且有效 地处理在生产处理过的铁(processed iron)中使用的烧结物(sinter)的 系统。
背景技术：
钢生产涉及许多处理步骤，其中含铁矿石和颗粒精炼成铁金属。在 该处理中非常重要的一个步骤是使用高炉(blastfurnace)消耗掉若干形 式的氧化铁并将这些输入材料还原成金属铁。能够将氧化铁以原矿石、 球团或烧结物的形式提供到高炉中。原矿石包括铁矿石(赤铁矿(Fe203 ) 或磁铁矿(Fe304 )),其被开采然后形成尺寸从大约0.5到大约1.5英 寸直径的块。这种矿石能够具有大约50%到70%之间的相对高的铁含 量。这种原矿石被认为是高质量的，因为其通常能够不用进一步处理而 直接供给到高炉中。
具有较低铁含量的铁矿石典型地被处理以消除废料而增加铁含量。 尤其地，通过将低铁含量矿石压碎并研磨成粉末，使得废料(有时称作 矿石杂质(gangue))能够被消除，而能够产生富铁球团。剩下的粉末 然后形成为小球团并在炉中烧制。最终的球团具有大约60%到65°/。的铁 含量。
如上所述，铁烧结物还可用于供给高炉。烧结物是不规则多孔材料， 通常呈小块的形式，其通过烧制粒状的原矿石、焦炭和石灰岩与含铁钢 处理废料的组合而产生。焦炭是处理过的煤的微粒形式，且石灰岩是用 作从混合物中除去杂质的熔剂的矿物。这些材料以希望的比例混合并引 入烧结生产线。在高炉的三种供给物类型中，烧结物典型地是最廉价的，并且因此 希望在可能的情况下在高炉供给物混合物中使用较大部分烧结物。另
外，通常需要一定量的烧结物来调节最终铁产品的冶金(metallurgy)。 然而，对于烧结物使用的一个重大限制是烧结处理的效率和有效性。尤 其地，已知的烧结物处理系统具有限制，其妨碍烧结物生产率并不利地 影响烧结物的质量。由于这些限制，烧结物不能用于像另外希望的那么 多来供给高炉。
前面的背景技术的讨论仅仅打算用于辅助读者。其不打算限制本发 明，并因此不应被理解为表示现有系统的任何特定元件都不适合用于本 发明，而且其不打算表示任何元件(包括解决激励问题的元件)在实施 本文所述创新中是必要的。本文所述创新的实施和应用由所附权利要求 书限定。

发明内容
考虑到上述问题，本发明的总体目的是提供一种用于处理在生产处 理过的铁中使用的烧结物的更高效且因此更经济的系统。
本发明的相关目的是提供一种烧结物处理系统，该系统使得在高炉 的供给材料中能够使用更多的烧结物，其导致处理过的铁更经济且具有 更高质量。
本发明的进一步目的是提供一种烧结物处理系统，该系统产生质量 提高的烧结物。
本发明的更具体的目的是提供一种烧结物处理系统，其中烧结物更 快且更均匀地冷却。
根据下列描迷将理解所公开的系统和方法的附加和可替换的特征 和方面。


图1是说明性碱性氧化铁的还原处理的示意性流程图； 图2是总体示出了能够用于使用根据本发明的烧结物处理线或系统 生产铁烧结物的原始材料的组合的示意性流程图3是更详细示出图2的说明性烧结物处理线的示意图4是图3的烧结物处理线的包括3走转传送4几(carousel conveyor)的烧结物冷却系统的顶视图5是示出蒸发冷却单元的图4的旋转传送机的部分顶视剖视图6是示出其中一个蒸发冷却单元的一些喷洒喷嘴的布置的图4的 旋转传送机的放大的部分顶一见剖—见图7是示出根据本发明的其中一个蒸发冷却单元的喷洒喷嘴的图4 的旋转传送机下方的气室的透视图8是示出其中一个蒸发冷却单元的喷洒喷嘴的图4的旋转传送机 下方的气室的横向截面视图9是图5-7的蒸发冷却单元的其中一个喷洒喷嘴和支撑喷管的侧 视图10是用于根据本发明的蒸发冷却单元的说明性空气雾化喷洒喷 嘴的纵向截面视图11是示出蒸发冷却单元的空气歧管和液体歧管的供给的图4的 旋转传送机的部分剖视透视图12是图5-7的冷却系统的蒸发冷却单元的控制室的剖视顶视图13是示出根据本发明的蒸发冷却单元的说明性控制面板的示意
图14是被分成多个冷却区域的根据本发明的说明性烧结物冷却系 统的示意图；以及
图15是用于控制图13的烧结物冷却系统的示例性处理的流程图。
具体实施例方式
现在更具体地参照附图，图1示出了用于由许多氧化铁源生成金属 铁12的已知的铁处理系统10。系统IO主要包括高炉13以及用于将富 氧化物的原始材料传送到炉13中以及将产生的金属铁12从炉13移出 的传送机、车等等。在说明性系统中，富氧化物的原始材料包括球团14、 烧结物15和原矿石16。在这些中，烧结物15是成本最低的，然而，在 任意特定混合物中使用的球团14、烧结物15和原矿石16的比例将#:大 程度上取决于所希望的出产物。
尽管不是理解本发明所必须的，但是应认识到高炉13通过将氧化铁 化学还原并且物理转化成熔融金属铁而操作。典型地，原材料装入炉13 的顶部并经过几个小时的过程通过炉下降到底部。到原材料到达炉13的底部的时候，它们将已经转化为炉渣(废液)和铁水，将该炉渣和铁 水周期性地排出并移走以便清理或进 一 步处理。
如上所述，烧结物15是最廉价的高炉供给材料并且是对于调节最终 铁产品的冶金所希望的成分。因此，可以生产可用烧结物15的速率和 效率对于总体铁生产处理10的生产率和效率将具有重要的影响。
根据本发明，高炉的铁烧结物15能够由适于更高效且更有效地生产 高质量铁烧结物的烧结物处理系统18产生。说明性烧结物处理系统18 在图2以高度示意的方式示出。通常，烧结物处理系统18将许多材料 产品19-22作为输入并提供一些铁烧结物15作为它的输出。输入材料 19-22典型地包括例如原矿石19和铁废品20的氧化物源。另外，例如 石灰岩21的熔剂材料以及例如焦炭22的燃料材料。典型地，原矿石19、 石灰岩21和焦炭22被精细地磨碎或压碎以提高反应性并且加速熔融和 混合。为了再循环或清理，输出烧结物15被过滤或分离以除去小颗粒 (小于0.5"直径)。
图3中更详细地示出了示例性烧结物处理系统18。在所示实施例中， 原烧结物输入材料19-22首先被混合在一起并储存在储存箱24中。烧结 物混合物然后经由供给站25从储存箱24供给到处理系统的加热级26, 在该情况中处理系统包括点火炉28。供给站25将烧结物混合物置于传 送机30上，该传送机30将烧结物混合物运送经过点火炉28的燃烧室。 所示传送机30由若干台车31构成，每个台车能够接收所希望深度的烧 结物混合物层(bed)。以已知的方式，随着其行进经过点火炉28,输 入材料19-22的混合物被点燃并由燃烧焦炭的热量熔合成较大块。
材料可移动经过加热级26的速率将^艮大程度上取决于炉28点燃焦 炭以加热输入材料201-204的能力。对加热速率通常没有结构上或冶金 学上的限制，而只对最大加热温度有限制。换言之，希望快速加热输入 材料，但不超过一定温度上限，例如700。C。
所示点火炉28进一步装备有燃烧气体洗涤系统32,其将燃烧气体 运送离开炉28并清洁该气体，使得它们能够排放到大气中。点火炉28 还能够包括废气再循环系统，其取走一部分由炉产生的废弃的燃烧气体 并使其再循环回到炉中以便提高其效率。
直到烧结物在通过点火炉28之后冷却，该烧结物才能被进一步处理 或使用。因此，在通过排料槽33离开点火炉28的端部后，热的烧结物34被传送到冷却级或系统35,其在该情况中包括冷却器单元36。所示 冷却器单元(还在图4和5中示出)由旋转型环形传送机38构成，该 传送机包括多个冷却器槽，所述冷却器槽在绕传送机的轨道上延伸。旋 转传送机38被支撑在基座40上，该基座承载用于冷却器槽的轨道(见 图7和8)。如本领域据技术人员将认识到的，冷却级中的其他类型的 传送机/冷却系统。例如，可使用蜂窝型、水平台型或线性吸入(liner suction)型冷却器单元。
在所示实施例中，热的烧结物34由装料系统42供给到旋转传送机 38上(见图3),该装料系统从排料槽33接收热的烧结物并将其基本 均匀地分配在冷却器槽中。 一旦其已经充分冷却，烧结物被从旋转传送 机38排出到收集斗，或者排出到另外的传动机以传送到筛选区域并最 终传送到收集区域。
根据本发明，烧结物处理线的冷却系统比当前在烧结物处理设备中 使用的冷却系统快很多且均匀很多地冷却热的烧结物。如本领域据技术 人员将认识到的，尽可能快地冷却烧结后的材料以促进提高生产量是有 利的。迄今为止，关于可以冷却烧结物的速率的限制是增加烧结处理系 统的生产量及进而优化用于为高炉装料的烧结物的量的重大阻碍。尤其 地，利用现有系统，烧结物温度在上端被限制，因为热量会导致对传送 机系统的损坏。这可以产生生产瓶颈。本发明的冷却系统35通过使烧 结物处理系统18能够以明显更高的生产率操作而有助于消除此瓶颈， 并且因此由该处理产生的作为结果的烧结物更加经济。而且，冷却系统 35以一定的速率和均匀性冷却烧结物，这促进了有益冶金性能，例如增 加的抗震裂性及对应的增加的大烧结物块的产量。尽管本发明在烧结物 处理线的情况下进行描述，但是相信还能在球团处理的情况中有益地使 用本发明的冷却系统。
为此，烧结物冷却系统35采用对流和蒸发冷却两者。为了提供对流 冷却，多个风扇单元44 (在该情况中为5个)绕旋转传送机38的周边 以周向间隔关系布置，如图4所示。由旋转传送机38的基座40限定的 气室45在传送才几下方延伸。每个风扇单元44由大风扇构成，所述大风 扇引导空气经过排气室46进入气室45。在操作期间，风扇单元44迫使 空气进入气室45并从其向上经过旋转传送机38上的热的烧结物34以 促进对流冷却。与本发明相一致，为了提供烧结物的最佳冷却，根据本发明的冷却
系统35进一步包括一个或多个蒸发冷却单元48。在所示实施例中，冷 却系统35包括总数为3个的蒸发冷却单元48,其每个都包括多个空气 雾化喷洒喷嘴50以将液体(优选地为水)排出到旋转传送机38上承载 的热的烧结物中，如图5-8所示。更具体地，如图7和8所示，每个蒸 发冷却单元48的喷洒喷嘴50布置在旋转传送机38下方(在这种情况 中为在气室45中)，并设置成向上排出到传送机上承载的热的烧结物 中。希望每个蒸发冷却单元48的喷洒喷嘴50排出刚好足够的水，使得 当水接触热的烧结物时产生过热蒸汽。如果排出太多的水，烧结物可能 变得过湿，这对于烧结物的进一步处理可能是问题。另外，有太多的水， 冷却系统附近的区域可能变得过潮，这也可能产生困难。太多的水还可 能导致旋转传送机38下游的筛子中的堵塞，这可能使耗时的清洁操作 成为必需。
如本领域据技术人员将认识到的，本发明的蒸发冷却单元能与除所 示环形旋转传送机冷却器以外类型的冷却器单元一起使用。在其他类型 的冷却器单元(例如，蜂窝型、水平台型、线性吸入型)的情况下，还 优选的是喷洒喷嘴安装在热烧结物上游(相对于气流方向)的空气通道 或管道中。
为了确保对热的烧结物的适当的喷洒覆盖，每个蒸发冷却单元4 8 的喷洒喷嘴50被分成多个阵列52,其包括一对阵列，在这种情况中该 对阵列沿气室45的内壁53和外壁54 4皮此相对地分布，如图5-8中所示。 喷洒喷嘴50被布置、对准且具有排出模式，所述排出模式确保在喷洒 喷嘴的相对阵列52之间，跨旋转传送机38的整个宽度引导液体。在所 示实施例中，每个蒸发冷却单元48包括在旋转传送机38下方的气室45 中成周向间隔关系的两对相对的喷洒喷嘴阵列52 (见图5)。喷洒喷嘴 50的每个阵列在这种情况中包括10个喷洒喷嘴，其连接到沿气室45的 相应壁53、 54延伸并净皮支撑在所述相应壁上的共用液体歧管56 (见图 5和7)。每个阵列52的喷洒喷嘴50也连接到共用空气歧管57,该共 用空气歧管也支撑在气室45的相应壁53、 54上。在这种情况中，如图 6所示，相对阵列52的喷洒喷嘴50周向交错以便有助于实现旋转传送 机38的充分覆盖。使用的阵列和喷洒喷嘴的具体数量以及它们的布置 将取决于要被覆盖的区域和所希望的液体流率。
12如图9所示，每个喷洒喷嘴50布置在连接到液体歧管56的支撑喷 管58的端部。在这种情况中，喷管58由可调节球形配件59连接到液 体歧管56,所述可调节球形配件59有助于喷管以及由此喷洒喷嘴的组 装和定位。喷管58包括垂直地远离液体歧管56延伸的伸长的基本直的 本体部分60,和在本体部分60下游的有角度的部分61。空气连接口 62 在这种情况中从喷管58的本体部分60向上延伸，并且延伸到空气歧管 57的空气管线63能够连接到该空气连接口以将空气供应到喷洒喷嘴 50。所示空气管线63是与连接到空气歧管57的弯头配件64连通的柔 性导管。以已知的方式，喷管58包括用于将液体和空气带到喷洒喷嘴 50的内部通^各。
喷洒喷嘴50自身布置在喷管58的有角度的部分61的下游端。根据 一个实施例，该有角度的部分61能够被手动地或以其他方式调节，从 而在蒸发冷却单元48的设置和调节期间有助于提供最大的灵活性。喷 管58的有角度的部分61的所希望角度基于若干因素确定，所述因素包 括由喷洒喷嘴50产生的排出模式的角度、旋转传送机38的宽度、喷洒 喷嘴相对于旋转传送机38边缘的位置(例如见图8),以及可存在于喷 嘴和旋转传送机之间的气室中的任何设备或其他阻碍。如前所述，应选 择喷洒喷嘴50的位置、倾斜角度和排出模式角度使得喷洒喷嘴的相对 阵列52实现对旋转传送机38的整个宽度的完全覆盖。如将认识到的， 喷洒喷嘴50不必以任意特定位置或;溪式布置在旋转传送机38下方，只 要它们实现了对传送的热的烧结物的适当覆盖即可。例如，与布置在气 室45的内壁53和外壁54上相对比，喷洒喷嘴50可更向着气室中心布 置。
为了有助于最大化蒸发冷却单元48的效率，喷洒喷嘴50能够构造 成使用最小量的压缩空气有效地雾化并分解液体。最小化压缩空气要求 有助于通过减小系统的能耗而减小 蒸发冷却单元的总体部件成本以及 单元的操作成本。在这种情况中，如图10所示，喷洒喷嘴50主要包括 喷嘴本体66、下游喷洒尖端67以及插在喷嘴本体和空气引导件之间的 空气引导件68。喷嘴本体66在这种情况中具有内部轴向延伸的液体供 应管70以及与液体供应管70周围的气室72连通的多个周向间隔、轴 向延伸的空气通路71。环形密封环73设在连接到喷管58的喷嘴本体 66的下游端，以有助于喷嘴本体和喷管之间的紧密密封。喷洒尖端67由联结螺母74固定到喷嘴本体66,空气引导件68保 持在喷洒尖端67的上游端和喷嘴本体66的下游端中的沉孔之间。液体 供应管70的下游端和空气引导件68的中心孔形成有相应的锥形表面， 所述锥形表面限定了向内收敛的环形空气通路76。此环形空气通路76 将加压的空气从环形气室72引导至喷洒尖端67内的膨胀室77,同时液 体被引导经过并离开液体供应管70中的下游排出孔口 78。排出液体冲 击由喷洒尖端67中的直立撞击销81限定的横向撞击表面80,其当液体 相对于撞击表面80横向分散时增强机械和空气雾化的液体颗粒分解。 在从喷洒尖端67经过多个置于撞击销81周围的周向间隔的排出孔口 82 排出之前，横向液体分散由环形气流的流进一步分解并雾化。所示喷洒 喷嘴50基本上类似于由本申请的受让人拥有的美国专利7,108,203中 公开的喷嘴，因此该专利通过引用并入本文。当然，尽管所示喷嘴具有 关于减小的空气消耗的益处，蒸发冷却单元可使用其他类型的空气雾化 喷洒喷嘴。为了有助于最小化加压空气要求同时仍实现排出液体到烧结 物中的适当渗入，由空气引导件和液体供应管的下游端限定的环形空气 通路比迄今为止在这种喷洒喷嘴上所使用的相对更小。
为了有助于增强蒸发冷却效果，每个蒸发冷却单元48能够与 一个或 多个相应的风扇单元44相关耳关。例如，在所示实施例中，每个蒸发冷 却单元48布置在相应的风扇单元44的排气室46附近。已经发现来自 风扇单元44的空气通过帮助将液体向上驱动到旋转传送机38上承载的 烧结物中，而以有益的方式与蒸发喷洒单元48产生的雾化液体喷洒相 互作用。这有助于液体渗入烧结物中并由此增强蒸发冷却效果。然而， 还考虑一个或多个蒸发冷却单元48将可替换地远离任何风扇单元44安 装。在这种情况中，与所示冷却系统35相关联的3个蒸发冷却单元38 的每一个都布置在中间3个风扇单元44的相应一个的附近，如图5所 示，并且第一和最后或第五风扇单元不具有相关联的蒸发冷却单元。为 了促进液体和空气歧管56、 57到旋转传送机38下方的气室45的路线 选定(routing),这些歧管能够与风扇单元44的排气室46馈通，如图 11所示。
进一步与本发明相一致的，参照图13,每个蒸发冷却单元48还能 够包括相关联的控制面板88。在所示实施例中，与每个蒸发冷却单元 48相关联的控制面板88布置在控制室93中，该控制室能够布置在旋转传送机38的外周的附近(见图12)。为了将加压的空气供应到喷洒喷嘴50,控制面板88能够具有或控制相关联的空气压缩机89,该空气压缩机与各个空气歧管57连通，如图13所示。空气压缩机89以已知的方式运行以获得输入的大气并输出加压的空气流。控制面板88能够进一步包括适合的阀并引导其操作，该阀用于打开和切断加压的空气到单独的空气歧管57的供应。像如上所述和图IO所示那些的最小空气消耗喷嘴的使用可以使若干蒸发冷却单元48能够分享共用空气压缩机(例如图12所示)，在此情况下压缩机的操作能够由蒸发冷却单元48中的一个或多个的控制面板88实现，其中单独的控制面板引导阀的操作，该阀控制加压的空气从空气压缩机到与该蒸发冷却单元相关联的单独的空气歧管的供应。
每个蒸发冷却单元的控制面板88能够具有或控制相关联的水泵90以将加压的水经由液体歧管56供应到喷洒喷嘴50,如图13所示。水泵90能够从任意适合源获得输入流体，但是在本发明的优选实施例中，经由箱体(tank) 91将水供应给该泵。在这种情况中，每个蒸发冷却单元具有相应的箱体91，所述箱体邻近控制室布置，如图12所示。以此方式，泵90输入处的水压仅是重力的并不受本地城市给水或其他给水的压力变化的影响。控制面板88能够进一步包括适合的阀并引导其操作，该阀用于打开和切断流体到与该蒸发冷却单元4 8相关联的单独的液体歧管56的供应(见图13)。如同压缩空气供应的控制一样，多个蒸发冷却系统48可由单个箱体和泵91、 90供应，其中单独的控制面板88控制到与该蒸发冷却单元48相关联的流体歧管的流。蒸发冷却单元48的控制面板88当然能够具有不同构造和能力。而且，单个控制面板88可被提供以控制到多个蒸发冷却单元48的空气和流体供应。根据本发明的一个实施例，该控制面板或多个控制面板能够包括AutoJet Model2250喷洒控制器，其可从Wheaton, IL的Spraying Systems Inc.获得。
代替如在所示实施例中那样为控制面板、泵、箱体和空气压缩机提供中心或共用控制室，该设备还可布置在多个位置。例如，与相应蒸发冷却单元相关联的设备可布置在该蒸发冷却单元附近的更小的控制室中或机群(cluster)中。其他布置也是可行的。
为了提供自动调节蒸发冷却单元48的操作的能力，能够提供这样的温度传感器92,该温度传感器92适于在烧结物被处理到希望的点或位置之后感测旋转传送机38上的烧结物的温度。如图13所示，温度传感器92能够与处理器或控制器94通信，该处理器或控制器引导包括例如蒸发冷却单元的冷却系统的操作的各方面操作。控制器94可嵌入在其中一个蒸发冷却单元48的控制面板88中或与其相关联，或者其可与多个控制面板88相关联。基于来自温度传感器92的信息，如果烧结物冷却太快或太慢，控制器94能够执行必要步骤(例如，调节经过流体歧管56的液体流动(the flow ofliquid ))来调节来自喷洒喷嘴50的液滴尺寸或流率。可使用任意适合的传感器，但是在本发明的实施例中，传感器92包括朝向布置在通过的旋转传送机38中的烧结物的IR (红外)传感器。
在本发明的进一步实施例中，传感器92能够包括单独传感器的阵列，所述传感器例如相对于传送机38的宽度并排(side-to-side )布置和/或相对于传送机38的深度从上到下布置。以此方式，传感器92能够产生平均温度的指示或者可替换地可产生空间温度分布指示以评估冷却的均勻性。例如，烧结物可在一侧或另一侧更快地冷却，或者其可在顶部或底部更快地冷却。检测这些误差将允许这些误差被及时地修正或调节。
尽管利用当前烧结物处理线可能不能容易地实现或不可行，但是可想象得到还能够附加地或可替换地使用来自传感器92的温度反馈来加速或减慢烧结物经过冷却系统的进程。在此实施例中，控制器94还将控制承载烧结物的旋转传送机38的操作方面，并且如果例如烧结物均匀地冷却但尽管如此测量时还是太热，控制器94可调节旋转传送机38的速度使得每行进单元进行更多的冷却。
为了提供烧结物的渐进的和进一步受控的冷却，冷却系统35可分成多个冷却区域。在所示实施例中，冷却系统35可分成总数为5个的冷却区域，每个冷却区域具有相应的风扇单元且中间3个冷却区域(即，冷却区域2、 3和4)还具有相关联的蒸发冷却单元48。在这种情况中，刚好布置在热的烧结物被供给到旋转传送机38上的位置下游的第 一冷却区域和刚好布置在烧结物从旋转传送机排出之前的最后冷却区域不具有相关联的蒸发冷却单元。尽管说明性实施例包括3个具有蒸发冷却单元的冷却区域和总数为5个的冷却区域，但是将认识到的是冷却系统
16冷却区域能够装备有蒸发冷却单元。
图14提供了示出3个装备有蒸发冷却单元的冷却区域(即第二冷却区域96、第三冷却区域97和笫四冷却区域98 )的操作的示意性流程图。如上所述，热的烧结物34从点火炉经由未装备有蒸发冷却单元的第一冷却区域进入冷却系统35。热的烧结物然后从第一冷却区域传到第二冷却区域。随着热的烧结物34横穿第二冷却区域96,其经由例如上面关于图5-8所述的第一蒸发冷却单元48a而冷却。将认识到的是每个区域可包括多于一个蒸发冷却单元并且该一个或多个区域还可釆用风扇单元以进行对流冷却。烧结物34在第二冷却区域96内^L冷却到第一目标温度TV与第一蒸发冷却单元48a相关联的控制器94 (见图13)检测第二区域96的输出的温度从而调节冷却单元48a的操作(例如，通过调节到喷洒喷嘴的液体流)，使得离开第二区域96的烧结物处于基本匹配L的温度。
以类似方式，第三冷却区域97经由第二蒸发冷却单元48b进一步冷却烧结物34，使得烧结物的温度基本处于目标温度T2，如图14所示。这时候，烧结物34被传到第四冷却区域98,其中烧结物的温度经由第三蒸发冷却单元48c减小到T3。 丁3应足够低，使得烧结物将以可接受的烧结物输出温度离开随后的没有蒸发冷却单元的第五冷却区域。根据特定操作参数， 一个或多个冷却区域有时不工作是可能的。通过使用烧结
物在进入冷却系统时的温度以及在烧结物从冷却系统排出之后烧结物的渗透性(permeability)的测量来估计必须从烧结物中带走的热量，能够确定第 一冷却区域及随后的区域的初始设置点。
如前所述，控制器94除了控制蒸发冷却单元的操作之外还可控制烧结物线的各方面。例如，控制器94可控制和/或接收来自风扇单元44的信息，并可控制烧结物经过整个烧结物冷却系统35的移动，例如通过使装料系统42的操作或旋转传送机38上烧结物的通过加速或减慢而进行控制。控制器94优选地根据存储在计算机可读存储器(例如，永久或瞬时地与处理器或控制器相关联的易失性或非易失性存储器)上的计算机可读指令操作(例如，机器，对象，或其他代码或程序设计)。控
制器94还可合并或利用网络链路以将信息传输给另 一计算机或计算机系统，或例如蜂窝电话等的通信设备。该链路可为广域链路(WAN)、局域链路(LAN)、蜂窝链路等，并且可为有线或无线的。在本发明的实施例中，该网络链路包括到因特网或万维网的直接或间接链路。
烧结物冷却系统35的控制优选地经由控制器94通过执行计算机可读媒介(例如，包含计算机可执行指令的易失性或非易失性存储器)上的所述计算机可执行指令(例如经过编译的编程指令)而自动执行。所述指令可编码与本文所述广泛原则相一致的任意适合的控制策略。然而，在本发明的实施例中，所述指令编码图15的流程图所示的处理100。尽管处理100假定烧结物已经进入冷却系统，但是将认识到的是控制器也可控制在所示那些步骤之前或之后的步骤。
在处理100的阶段101,控制器引导蒸发冷却系统在冷却级96中的一个或多个冷却区域的每个区域中的烧结物下侧喷洒雾化水。除了在每个区域中也被引导至(directed at)烧结物的受迫空气以外，典型地应用此雾化喷洒(尽管不是必须的)。控制器94在阶段102在每个区域的输出处确定烧结物的温度。典型地，温度的感测将采用非接触装置，例如上述的IR或其他EMF (电磁场)辐射传感器，并将在每个这种输出处的烧结物中的多个点处产生温度测量。例如，两个或更多个温度读数可在跨烧结物的宽度的不同点上获得。可替换地，可在一个或多个区域输出处测量单个点。
在阶段103，控制器94改变与一个或多个冷却区域的蒸发冷却单元相关联的一个或多个喷嘴或喷嘴阵列的喷洒操作以调节烧结物的温度。例如，在本发明的实施例中，该一个或多个冷却区域的每一个的蒸发冷却单元48,或其一部分(例如喷洒喷嘴50的一个阵列)能够基于该区域的输出处的温度而被调节。可替换地，代替或除了调节下游区域的蒸发冷却单元的喷嘴或喷嘴阵列的操作以外，可使用 一个区域的输出处的温度。 一种可实现此的方式是通过使用控制算法，该算法确定为了希望的温度应加到每个冷却区域的水量。被加的水量然后例如通过调节(按所需)相应的水泵90而被设置。然后周期性地将测量的温度与所希望的温度相比较，并且如果有偏差，使用控制算法重新计算新的水流率且相应地调节相应的水泵。
另外，通过举例的方式，在第一区域的输出处的温度读数可指示烧结物一侧的温度高于所希望的输出温度，而相同输出处的烧结物另一侧的温度处于所希望的温度。在这种情况下，控制器94可调节第一蒸发冷却单元，使得指向第一侧的喷洒喷嘴阵列具有更大的流体流量和/或雾化以减小那里的烧结物的温度。可替换地或另外地，控制器94可调节在随后的级中的蒸发喷洒单元的操作以修正温度不平衡。将认识到的是最后的区域没有随后的区域，并且因此关于在最后的区域的输出处的烧结物温度的任意所希望调节必须在最后级中执行或在最后级之前执行。
再次，尽管利用当前烧结物处理线可能不能容易地实现，但是可想象得到另外地或可替换地在阶段104可以使烧结物再循环。例如，如果最后区域的输出处的烧结物超过预定阀值温度，控制器94可使烧结物再循环通过冷却系统35。在烧结物绕冷却系统中的圆形旋转传送机行进的本发明的所示实施例中，控制器可使得烧结物在旋转传送机上继续而不是将其转移到收集斗或传送机中。最后在阶段105,从冷却系统35中移走烧结物。
将认识到的是一旦烧结物冷却系统35运转，所示控制步骤将典型地连续且同时执行。因此，控制器94将典型地同时测量每个区域的输出并将同时进行所有需要的调节和转移。然而，为了容易理解这些步骤在处理100中按顺序示出。
前述操作可以用关于特定安装和实施的任意适合的参数值执行。然而在本发明的实施例中，某些参数值通常使用较多(prevail)和/或被认为是所希望的。例如，在1,250吨/小时的设施中，来自一个完整的蒸发冷却单元48的喷洒喷嘴50的排出物所沖击的面积在本发明的一个实施例中能够为近似400 m2,烧结物密度为大约1.6t/m3。热的烧结物的温度典型地取决于特定安装，但是可为大约700。C，冷却的烧结物的所希望输出温度为大约13(TC到140。C之间。风扇单元44的流率将根据设计者偏好而变化，但是在35 mbar压力下和环境大气温度下典型地在大约7000 mVmin到8000 m3/min之间。
蒸发冷却单元48和所包括的喷洒喷嘴50能够具有任意适合的构造和操作，但是在本发明的实施例中，每个蒸发喷洒单元将在近似2.5 bar的压力下流率近似为每喷嘴17L/min (总流率〉每蒸发喷洒单元340L/min)的水输送到喷洒喷嘴。在本发明的该实施例中，由每个蒸发喷洒单元48输送至其相应的喷洒喷嘴50的气流在近似2 bar到近似4 bar之间的压力下为近似73 kg/h。利用上面图IO所示的喷嘴，这提供了大约120-160微米的最大液滴尺寸，其被发现适合于在冷却系统35的一个或多个区域处进行冷却。在与现有系统相同的生产率下，发现与使用仅具有风扇单元的冷却
区域的系统相比，单个蒸发冷却单元48提供在出口处的最大烧结物温度的近似60-80。C的下降，以及10-20。C的出口处的平均温度下降。这允许整个烧结物生产线移动加快25%,并且与这种现有系统相比产量对应地增加近似25%,而不增加^^出温度。
还发现输出烧结物呈现小(<5mm)颗粒含量的稍微减小(~0.35%)和(如使用已知的震裂指数(SI)测量的)震裂强度的增加(~0.6%)。为了可用作高炉供给，处理过的烧结物的直径必须在大约0.5到2.0英寸之间。烧结处理产生的较小块不能使用并被再循环以被再次烧结。因此减小输出烧结物的小颗粒含量并增加其震裂强度增加了烧结处理的输出和效率。这还增加了其中使用输出烧结物的高炉的输出和效率。
本文所述的冷却处理似乎减少了烧结物中的裂紋形成，但是更重要地似乎也减少了裂紋扩展。当存在的赤铁矿还原为磁铁矿时，在烧结物颗粒中出现裂紋。为此原因，增加烧结物孔隙率能够导致更高的RDI(还原粉化率)和增加的抗震裂性。本文所述的冷却处理似乎积极地影响这个参数以及其他参数，从而增加了可用尺寸的烧结物块的产量。在这方面，相信由风扇单元产生的空气以及蒸发冷却单元产生的液体的均匀分布组合起来产生软冷却，其有助于减小烧结物中的应力。
输出烧结物的冶金性能还可通过使用所描迷的改进冷却系统而增强。如上所述，烧结处理涉及使矿石、熔剂和添加物在高温下适当地反应或者如果它们保持未反应的话将这些材料合并到烧结物结构中。涉及的反应是复杂的，并且它们很大程度上可能取决于所涉及材料的化学组成、矿物学、尺寸和孔隙率。当已经被加热到其最大温度的热的烧结物开始冷却时，液体成分开始凝固，使许多种矿物沉淀。根据一些模型，在冷却阶l殳期间沉淀的矿物为；兹4失矿、赤铁矿、4失酸钓和硅酸4丐。
烧结反应的复杂程度随混合物中使用的矿石的增加而增加。铁矿石在高温下呈现相当不同的性质。烧结反应的复杂性还受冶金处理期间产生的再循环通过烧结的工业废料的增长量的高度影响。
将认识到的是前面的描述提供了公开的系统和技术的例子。然而，预料到本公开的其他实施方式可与前述例子在细节上不同。所有对本发明或其例子的引用旨在提及特定例子在该点被讨论并且并不打算暗示更一般的对本发明范围的任何限制。关于某些特征的差别和贬低
20(disparagement)的所有语言旨在指示缺乏对这些特征的偏好，但不是将这些完全排除在本发明的范围之外，除非另有指示。
本文数值范围的阐述仅旨在用作单独提及落入该范围的每个不同值的简易方法，除非本文另有指示，并且每个不同值犹如其在本文被单独陈述一般被结合到说明书中。本文所述的所有方法能够以任意适合的顺序执行，除非本文另有指示或另外与上下文明显抵触。
因此，本发明包括适用法律所允许的所附权利要求中记载的主题的所有修改和等价物。此外，在其所有可能变化中上述元素的任意结合被本发明涵盖，除非在本文中另有指示或另外与上下文明显抵触。
权利要求
1.一种用于处理铁烧结物的装置，包括用于加热所述铁烧结物的炉；以及布置在所述炉的下游用于冷却所述铁烧结物的冷却系统，所述冷却系统包括用于迫使空气进入所述铁烧结物的对流冷却系统和用于引导流体进入所述热的烧结物的蒸发冷却系统。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括至少一 个液体喷洒喷嘴。
3. 根据权利要求2所述的装置，其中所述液体喷洒喷嘴为空气雾化 喷洒喷嘴。
4. 根据权利要求1所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个液 体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴在所述铁烧结物经过所述冷却系统的行 进方向上以纵向隔开间隔设置。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个集 管(header),每个集管支撑至少一个液体喷洒喷嘴并且其中至少其中 两个集管的喷洒喷嘴布置成邻近所述铁烧结物经过所述冷却系统的行 进3各径的相对边缘。
6. 根据权利要求1所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括至少一 个液体喷洒喷嘴，其布置在对流冷却系统的受迫空气的排出路径中。
7. 根据权利要求1所述的装置，其中所述蒸发冷却系统连接到包括 箱体的液体供应源。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中所述冷却系统包括多个冷却区 域，每个冷却区域包括蒸发冷却系统。
9. 根据权利要求8所述的装置，其中至少其中一个冷却区域包括对 流冷却系统。
10. 根据权利要求1所述的装置，其中所述对流冷却系统包括风扇 单元，其在所述铁烧结物经过所述冷却系统时排出到与所述铁烧结物连 通的气室中。
11. 根据权利要求IO所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括至少 一个喷洒喷嘴，其布置在相对于气流方向位于所述铁烧结物的上游的气 室中。
12. 根据权利要求11所述的装置，其中所述冷却系统包括传送机，其用于运送所述铁烧结物经过所述冷却系统，并且所述气室布置在所述 传送一几下方。
13. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括用于感测所述铁烧结 物的温度的温度传感器和控制器，所述控制器响应于由所述温度传感器 感测的温度、基于所述控制器的预定温度设置控制来自所述对流冷却系 统的流体的流动。
14. 一种用于处理铁烧结物的装置，包括 用于加热所述铁烧结物的炉；以及布置在所述炉的下游用于冷却所述铁烧结物的冷却系统，所述冷却 系统包括对流冷却系统和蒸发冷却系统，所述对流冷却系统具有用于产 生气流的设备，所述气流被引导经过至少一个空气通道进入所述烧结 物，所述蒸发冷却系统包括至少一个液体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴 布置在气流产生设备下游的该至少 一个空气通道中。
15. 根据权利要求14所述的装置，其中所述液体喷洒喷嘴为空气雾 化喷洒喷嘴。
16. 根据权利要求14所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 液体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴在所述铁烧结物经过所述冷却系统的 行进方向上以纵向隔开间隔设置。
17. 根据权利要求14所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 集管，每个集管支撑至少一个液体喷洒喷嘴并且其中至少其中两个集管 的喷洒喷嘴布置成邻近所述铁烧结物经过所述冷却系统的行进路径的 相对边缘。
18. 根据权利要求14所述的装置，其中所述蒸发冷却系统连接到包 括箱体的液体供应源。
19. 根据权利要求14所述的装置，其中所述冷却系统包括多个冷却 区域，每个冷却区域包括蒸发冷却系统。
20. 根据权利要求19所述的装置，其中至少其中一个冷却区域包括 对流冷却系统。
21. 根据权利要求14所述的装置，其中所述冷却系统包括传送机， 其用于运送所述铁烧结物经过所述冷却系统，并且所述气室布置在所述 传送一几下方。
22. 根据权利要求14所述的装置，进一步包括用于感测所述铁烧结物的温度的温度传感器和控制器，所述控制器响应于由所述温度传感器 感测的温度、基于所述控制器的预定温度设置控制流体到所述至少 一 个 喷洒喷嘴的流动。
23. —种用于处理铁烧结物的装置，包括 用于加热所述铁烧结物的炉；以及布置在所述炉的下游用于冷却所述铁烧结物的冷却系统，所述冷却 系统使所述铁烧结物经过多个冷却区域，每个冷却区域包括蒸发冷却系 统，所述蒸发冷却系统具有至少一个液体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴 用于在所述铁烧结物经过相应的冷却区域时将流体引导到所述铁烧结 物的至少 一部分上，每个冷却区域包括用于感测在相应的冷却区域中的 所述铁烧结物的温度的相应温度传感器；以及控制器，其响应于由每个冷却区域的所述温度传感器感测的温度、 基于所述控制器的预定温度设置独立地控制一个或多个冷却区域的该 至少一个喷洒喷嘴的操作。
24. 根据权利要求23所述的装置，其中至少其中一个冷却区域包括 对流冷却系统。
25. 根据权利要求24所述的装置，其中所述对流冷却系统包括用于 产生被引导进入所述烧结物的气流的设备。
26. 根据权利要求25所述的装置，其中具有所述对流冷却系统的冷 却区域的喷洒喷嘴布置在用于产生气流的设备的下游并且相对于气流 方向布置在所述铁烧结物的上游。
27. 根据权利要求23所述的装置，其中所述冷却系统包括传送机， 其用于运送所述铁烧结物经过所述多个冷却区域。 '
28. 根据权利要求23所述的装置，其中所述液体喷洒喷嘴为空气雾 化喷洒喷嘴。
29. 根据权利要求23所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 液体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴在所述铁烧结物经过所述冷却区域的 -f亍进方向上以纵向隔开间隔i殳置。
30. 根据权利要求23所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 集管，每个集管支撑至少一个液体喷洒喷嘴并且其中至少其中两个集管的喷洒喷嘴布置成邻近所述铁烧结物经过所述冷却区域的行进路径的 相对边缘。
31. 根据权利要求23所述的装置，其中所述蒸发冷却系统连接到包 括箱体的液体供应源。
32. 根据权利要求23所述的装置，其中响应于由每个冷却区域的所 述温度传感器感测的温度，所述控制器控制其中布置有该相应温度传感 器的冷却区域的喷洒喷嘴的操作。
33. 根据权利要求23所述的装置，其中响应于由每个冷却区域的所 述温度传感器感测的温度，所述控制器控制其中布置有该相应温度传感 器的冷却区域的下游的冷却区域的喷洒喷嘴的操作。
34. 根据权利要求24所述的装置，其中响应于至少其中一个冷却区 域的温度传感器，所述控制器控制所述对流冷却系统的操作。
35. 根据权利要求24所述的装置，其中所述控制器基于所述控制器 的预定温度设置控制来自一个或多个冷却区域的该至少一个喷洒喷嘴 的流体流动。
36. —种用于处理铁烧结物的方法，包括以下步骤 加热所述烧结物；在经过多个冷却区域的路径中？I导加热后的烧结物，在每个冷却区域中冷却流体被引导至加热后的烧结物；感测每个冷却区域中的加热后的烧结物的温度；以及基于在相应冷却区域中感测的温度独立地控制一个或多个冷却区 域中的冷却流体的方向。
37. 根据权利要求36所述的方法，包括在至少其中一个冷却区域中 迫使空气进入加热后的烧结物。
38. 根据权利要求37所述的方法，其中在其中迫使空气进入加热后 的烧结物的冷却区域中，冷却流体从受迫空气源的下游位置被引导至加 热后的烧结物。
39. 根据权利要求37所述的方法，包括基于在至少其中一个冷却区 域中感测的温度引导该至少一个冷却区域中的受迫空气。
40. 根据权利要求36所述的方法，其中控制每个冷却区域中冷却流 体的方向是基于在该相应冷却区域中感测的温度。
41. 根据权利要求36所述的方法，其中控制至少其中一个冷却区域 中冷却流体的方向是基于相对于加热后的烧结物经过该路径的行进方 向位于该冷却区域上游的冷却区域中感测的温度。
42. 根据权利要求36所述的方法，包括在至少其中一个冷却区域中 感测跨热的烧结物路径的横向宽度的不同点处的温度。
43. 根据权利要求42所述的方法，包括在其中跨热的烧结物路径的 横向宽度感测温度的该至少 一个冷却区域中跨热的烧结物路径的横向 宽度控制流体的方向。
44. 根据权利要求35所述的方法，包括基于在相应冷却区域中感测 的温度独立控制 一个或多个冷却区域中的冷却流体的流动。
45. 根据权利要求35所述的方法，其中在每个冷却区域中由一个或 多个喷洒喷嘴将所述冷却流体引导至加热后的烧结物。
46. —种用于处理铁烧结物的装置，包括 用于加热所述铁烧结物的炉；以及布置在所述炉的下游用于冷却所述铁烧结物的冷却系统，所述冷却 系统包括传送机和蒸发冷却系统，所述传送机用于运送所述铁烧结物经 过所述冷却系统，所述蒸发冷却系统包括至少一个喷洒喷嘴，其布置在 所述传送机下方并定向成引导流体向上进入所述传送机上承载的铁烧 结物。
47. 根据权利要求46所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 液体喷洒喷嘴，所述液体喷洒喷嘴在所述传送机的行进方向上以纵向隔 开间隔设置。
48. 根据权利要求46所述的装置，其中所述蒸发冷却系统包括多个 集管，每个集管支撑至少一个液体喷洒喷嘴并且其中至少其中两个集管 的喷洒喷嘴布置成邻近所述传送机的相对横向边缘。
全文摘要
提供了处理铁烧结物的装置和方法。冷却系统布置在炉的下游用于冷却铁烧结物。冷却系统包括用于迫使空气进入铁烧结物的对流冷却系统和用于引导流体进入热的烧结物的蒸发冷却系统。
文档编号B22F3/00GK101687254SQ200880022772
公开日2010年3月31日 申请日期2008年4月30日 优先权日2007年4月30日
发明者E·罗查, M·托雷斯 申请人:喷洒系统公司