專利名稱：豎直微波熔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種豎直微波熔爐，諸如用于從鐵礦石中獲得生鐵的熔爐，并且具體地涉及一種用于通過使用微波加熱和熔化含有鐵礦石和諸如木炭或焦炭的碳源的原材料， 從而利用碳來還原鐵礦石來獲得熔融生鐵的豎直微波熔爐。
背景技術(shù)：
在鐵和鋼的領(lǐng)域中，通常通過使用高爐熔煉方法來獲得熔融生鐵。具體地，將用作氧化鐵的鐵礦石與由石灰石和焦炭等形成的顆粒形式的材料一起從高爐(熔爐)的頂部引入，該焦炭用作作為還原劑的碳源。熱氣(空氣)從高爐的下部中的風(fēng)口吸入，在高爐中產(chǎn)生向上的熱空氣流，同時(shí)還利用該熱空氣來加熱下落的顆粒。鐵礦石通過鐵礦石與焦炭之間的反應(yīng)還原。還原的鐵熔化而形成熔融生鐵并收集在高爐的底部中。在已收集了確定量的生鐵之后，將爐的底部中的鐵從爐的底部中的出鐵口去除并使其流動(dòng)通過澆道以收集在桶中(例如，專利文獻(xiàn)1)。然而，利用常規(guī)的高爐熔煉方法，為了還原和熔化鐵礦石，需要處在大約1500°C或更高的溫度下六小時(shí)以上，并且生產(chǎn)效率低下。另外的問題在于對(duì)于每噸的生鐵要排出兩噸的CO2氣體。另一方面，專利文獻(xiàn)2描述了一種用于通過使用微波加熱和還原氧化鐵來產(chǎn)生鐵粉末的方法。此鐵粉末產(chǎn)生方法包括混合鐵礦石、軋屑或其他粉碎的氧化鐵；用碳作為主要成分的碳源的微波高介電常數(shù)材料，諸如焦炭、木炭、活性碳或微粉末碳；以及碳酸鹽，諸如碳酸鈣、碳酸鎂或碳酸鈉。通過利用微波輻射此混合物，碳源內(nèi)部加熱到超過900°C的溫度并與通過混合物中的碳酸鹽的熱分解生成的(X)2氣體反應(yīng)，將該(X)2氣體轉(zhuǎn)換成CO氣體。 此CO氣體使氧化鐵還原而生成鐵粉末。[現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)]。專利文獻(xiàn)1 日本公開專利申請(qǐng)No. ll-229007o專利文獻(xiàn)2 日本公開專利申請(qǐng)No. 06-116616。

發(fā)明內(nèi)容
[本發(fā)明預(yù)期解決的問題]
然而，專利文獻(xiàn)2中描述的用于產(chǎn)生鐵粉末的微波輔助方法包括使用微波來加熱諸如鐵礦石的氧化鐵、諸如焦炭的碳源以及碳酸鹽的混合物，從而將碳源內(nèi)部加熱到超過900°C 的溫度。由混合物中的碳酸鹽分解得到的(X)2氣體與碳源反應(yīng)而產(chǎn)生CO氣體，然后此CO氣體使氧化鐵還原。因?yàn)殍F礦石和焦炭等不熔化，所以僅能夠產(chǎn)生鐵粉末，并且該方法不允許有效地產(chǎn)生大量的熔融生鐵。本發(fā)明鑒于上述問題而開發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種豎直微波熔爐，該豎直微波熔爐不使用高爐熔煉方法，由此能夠高能效地產(chǎn)生熔融生鐵并且由此能夠從所謂的都市礦中回收貴金屬等。
[用于解決問題的方法]
根據(jù)本發(fā)明的豎直微波熔爐包括豎直爐主體，其在上部中具有原材料供給端口 ；爐底構(gòu)件，其設(shè)置在該豎直爐主體的爐底上；微波輻射室，其在豎直爐主體的下側(cè)部中與該豎直爐主體連通，該微波輻射室設(shè)置為從下側(cè)部側(cè)向加寬，并且該微波輻射室的內(nèi)壁的至少一部分由反射微波的材料制成；熔煉產(chǎn)物取出開口，其設(shè)置在微波輻射室的下部中；微波引入窗口，其由接納微波的材料形成以便將微波引入微波輻射室中；以及微波輻射裝置，用于利用微波經(jīng)由該微波引入窗口來輻射微波輻射室的內(nèi)部。根據(jù)上述的豎直微波熔爐，該原材料例如包括鐵礦石和碳源，而熔煉產(chǎn)物是熔融生鐵。此外，根據(jù)該豎直微波熔爐，當(dāng)原材料是鐵礦石和焦炭的混合粉末時(shí)，微波輻射裝置優(yōu)選以0. 915到140 GHz的范圍中的一個(gè)或多個(gè)頻率發(fā)射微波。此外，在該微波輻射裝置中，優(yōu)選通過控制微波的波陣面和相位來電力改變束方向。此外，爐底構(gòu)件從爐底下面插入爐中，并且頂面構(gòu)成具有向上突出的中心的凸面， 同時(shí)該爐底構(gòu)件被支撐為使得它能夠豎直移動(dòng)。在優(yōu)選構(gòu)造中，通過調(diào)節(jié)爐底構(gòu)件的豎直位置，對(duì)豎直爐主體的底側(cè)壁與爐底構(gòu)件之間的孔表面積進(jìn)行調(diào)節(jié)，并對(duì)原材料向微波輻射室中的供給速度進(jìn)行調(diào)節(jié)。在此情形中，例如爐底構(gòu)件由碳作為主要成分的材料構(gòu)成，該材料通過與熔融生鐵反應(yīng)而消耗。此外，例如微波輻射室能夠具有這樣的構(gòu)造它內(nèi)部?jī)?nèi)襯有反射微波的銅或銅合金、不銹鋼、鍍金不銹鋼或石墨。根據(jù)本發(fā)明的另一方面的豎直微波熔爐包括豎直爐主體，其在上部中具有一個(gè)或多個(gè)原材料供給端口 ；爐頭部，其由耐火材料制成，該爐頭部設(shè)置在爐主體中并將爐主體的內(nèi)部隔成上部和下部；爐底部，其由耐火材料制成，該爐底部設(shè)置在豎直爐主體的爐底中，作為反應(yīng)空間的敷料器形成在爐底部與所述爐頭部之間；內(nèi)襯，用于反射微波，該內(nèi)襯設(shè)置在所述爐底部和爐頭部的面對(duì)所述敷料器的表面上，該內(nèi)襯接地，并且該內(nèi)襯由傳導(dǎo)物質(zhì)制成；熔煉產(chǎn)物取出開口，其設(shè)置在所述爐底部上；微波引入窗口，其由接納微波的材料形成以便將微波引入所述微波輻射室中；以及微波輻射裝置，用于利用微波經(jīng)由所述微波引入窗口輻射所述微波輻射室的內(nèi)部。該內(nèi)襯例如是石墨片、板或塊。此外，豎直爐主體例如是鋼殼體，其由鋼材形成并且內(nèi)部?jī)?nèi)襯有石墨、氧化鋁或硅石。此外，采用本發(fā)明的豎直微波熔爐，電子裝置的廢棄物可用作原材料，在該情形中，熔煉產(chǎn)物是貴金屬或稀有金屬。[本發(fā)明的效果]
根據(jù)本發(fā)明，例如將含有鐵礦石和碳源的原材料從豎直爐主體的頂部引入豎直爐主體中，并且該原材料被傳導(dǎo)到豎直爐主體的底部中的微波輻射室中。利用來自接納微波的窗口的微波輻射該微波輻射室，利用所述微波對(duì)微波輻射室內(nèi)的原材料進(jìn)行加熱，并且鐵礦石被還原。為此，通過利用微波能夠高效地對(duì)諸如鐵礦石、焦炭或另一碳源的原材料進(jìn)行加熱，從而允許高能效地產(chǎn)生熔融生鐵。當(dāng)原材料是粉末形式的材料時(shí)，通過使用微波輻射裝置，該原材料能夠利用微波以更高的效率加熱，該微波輻射裝置允許利用范圍在0. 915到140 GHz中的一個(gè)或多個(gè)頻率的微波進(jìn)行輻射。此外，通過控制微波輻射裝置的微波波陣面和相位，能夠電力改變束方向，從而通過利用微波均勻地輻射微波輻射室中的原材料能夠?qū)嵤┯行У募訜?。通過使用頂面中心突出的凸面爐底構(gòu)件，已落到豎直爐主體內(nèi)部的原材料通過該爐底部朝著外圍分布，并被朝向微波輻射室引導(dǎo)，該微波輻射室設(shè)置在豎直爐主體的下側(cè)部中以便從底側(cè)部側(cè)向加寬。通過調(diào)整爐底構(gòu)件的豎直位置以及調(diào)節(jié)爐底構(gòu)件與豎直爐主體的下側(cè)壁之間的孔表面積，能夠?qū)υ牧舷蛭⒉ㄝ椛涫抑泄┙o的速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而控制生鐵的出鐵速度。此外，代替耐火材料，當(dāng)將碳作為其主要成分的材料用作爐底構(gòu)件時(shí)，碳材料與熔融生鐵反應(yīng)并被消耗，因此必須隨時(shí)間提升爐底構(gòu)件。然而，通過以這種方式使用碳材料作為爐底構(gòu)件，爐底構(gòu)件也被用作用于與鐵礦石反應(yīng)的碳源。此外，當(dāng)將碳材料用作爐底構(gòu)件時(shí)，該碳材料反射微波，這具有允許更有效地利用微波來加熱原材料的優(yōu)點(diǎn)。此外，例如該豎直爐主體在由鋼材形成的鋼殼體的內(nèi)側(cè)具有石墨、氧化鋁或硅石的內(nèi)襯。在此情形中，鋼材反射微波，因此微波將不逃逸到外部。此外，微波輻射室的內(nèi)表面內(nèi)襯有反射微波的銅或銅合金、不銹鋼、鍍金不銹鋼或石墨，從而允許微波有效地在微波輻射室內(nèi)部反射并有效地用于加熱原材料。此外，當(dāng)原材料是電子裝置的廢棄物時(shí)，使用本發(fā)明的微波熔爐能夠回收包含在電子裝置的廢棄物中的貴金屬或稀有金屬。


圖1是示出了關(guān)于本發(fā)明的第一實(shí)施例的微波加熱連續(xù)熔爐的簡(jiǎn)圖。圖2是示出了關(guān)于本發(fā)明的第二實(shí)施例的微波加熱連續(xù)熔爐的簡(jiǎn)圖。
具體實(shí)施例方式接下來，將參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述。圖1是示出關(guān)于本發(fā)明的第一實(shí)施例的豎直微波熔爐的豎直剖面圖。豎直爐主體1是諸如高爐的細(xì)長(zhǎng)爐，其具有這樣的結(jié)構(gòu)由鋼、諸如不銹鋼形成的鋼殼體內(nèi)表面內(nèi)襯有耐火材料等。對(duì)該鋼殼體實(shí)施覆蓋，使得微波被反射而不逃逸到外部。用于鋼殼體的耐火內(nèi)襯材料等優(yōu)選是反射微波的石墨或者微波穿過的氧化鋁或硅石。受熱的爐主體的一部分是爐底部3。當(dāng)爐底部3的溫度達(dá)到600°C或更高時(shí)，生成狗0。在此情形中，氧化鋁與FeO反應(yīng)并滲透的溫度是1330°C或更高，而硅石與FeO反應(yīng)并滲透的溫度是1180°C或更高。因此，為了防止此滲透，優(yōu)選在爐底部3中使用石墨或氧化鎂用于鋼殼體的內(nèi)襯。此外，為了防止這些類型的熱反應(yīng)，優(yōu)選冷卻鋼殼體的外表面。豎直爐主體1的上部形成用于原材料10的供給端口 2。原材料10是包含鐵礦石和碳源的材料；例如，鐵礦石粉末和焦炭粉末的混合粉末。碳源的實(shí)例包括焦炭粉末、石墨粉末和煤粉末。豎直爐主體1的下方處的爐底部3具有從爐頭部稍微加寬的內(nèi)表面區(qū)域，但是豎直爐主體1也可具有基本上僅起作用成引起原材料10下落的形狀。因此， 豎直爐主體1的內(nèi)部不接納反應(yīng)產(chǎn)生氣體。因此，粉末能夠用作原材料。然而，如果[爐構(gòu)造成]使得反應(yīng)產(chǎn)生氣體上升通過豎直爐主體1的內(nèi)部，那么豎直爐主體1的內(nèi)部將達(dá)到大約500°C，允許豎直爐主體1的上部中的原材料能被預(yù)熱到反應(yīng)產(chǎn)生氣體的溫度。高爐中的軸部的下部加寬，并且當(dāng)此加寬部之下的溫度另外增加時(shí)，原材料將形成燒結(jié)并收縮，呈現(xiàn)下部稍微收緊的形式(爐腰)。此外原材料也能在微波熔爐的爐底部3中收縮，但無需收緊此部分，并且該其能夠形成豎直壁。豎直爐主體1的上部可稍微收緊并且可設(shè)有基本上朝著底部加寬的形狀。豎直爐主體1的爐底部3與微波輻射室4連通，該微波輻射室4設(shè)置為使得它從豎直爐主體1的底側(cè)部側(cè)向加寬。微波輻射室4是環(huán)形的并圍繞豎直爐主體1的爐底部3 的外圍，并且相鄰的微波引入窗口 6設(shè)置在微波輻射室4的外部。微波引入窗口 6能夠作為多個(gè)(例如，6個(gè))單元設(shè)置在沿爐底部3的周向平均分布的位置。微波輻射室4和微波引入室6通過垂直壁分開，但是兩個(gè)室經(jīng)由設(shè)置在該壁中的孔fe連通。微波輻射室4的上表面具有彎曲而形成向上突出部的凸面。此外，微波引入室6中的每一個(gè)的側(cè)面具有向外延伸的部分，向外加寬了內(nèi)部空間。用于將微波引入該室中的微波引入窗口 5設(shè)置在延伸部的外表面上。因此，微波引入窗口 5在沿爐主體的周向圍繞爐主體的中心平均分布的位置設(shè)置在微波導(dǎo)入室6上。微波輻射室4的內(nèi)表面內(nèi)襯有反射微波的材料。能夠在高溫下使用的反射此類微波的材料的實(shí)例包括銅或銅合金、不銹鋼、鍍金不銹鋼和其他反射電磁波(微波或紅外光)的材料以及反射微波但是吸收并再輻射紅外光的材料，諸如石墨。在此情形中，構(gòu)成微波輻射室4的內(nèi)表面的材料(內(nèi)襯材料)優(yōu)選是反射紅外光以及微波的材料。 通過使熱通過紅外光的反射來輻射，微波輻射室4內(nèi)的熱能夠有效地用于加熱原材料。用于微波輻射室4的內(nèi)襯材料是反射微波的銅或銅合金，并且優(yōu)選用水來冷卻該材料。此外， 對(duì)于銅或銅合金，由于在爐中產(chǎn)生的硫磺等而具有腐蝕的可能性。為此，優(yōu)選銅或銅合金內(nèi)襯材料的內(nèi)表面鍍有允許微波通過的硅石。反射鏡6a、6b設(shè)置在微波引入室6內(nèi)部，并且微波MW在通過微波引入窗口 5之后進(jìn)入微波引入室6中。微波然后在凸反射鏡6b處朝著凹反射鏡6a反射，然后被朝向孔fe 引導(dǎo)。微波然后通過孔如，進(jìn)入微波輻射室4中。微波引入窗口 5由允許微波(未被吸收的微波)通過的材料諸如硅石形成。此外，反射鏡6a、6b能夠由反射微波的銅或銅合金形成。 然而，銅或銅合金反射鏡6a、6b優(yōu)選用水來冷卻。微波引入室6的向外延伸部的底面設(shè)有引入構(gòu)件11，由此氮?dú)?N2)引入微波引入室6中。排出氮?dú)夂头磻?yīng)氣體的廢氣排出構(gòu)件12設(shè)置在微波輻射室4的頂面上。微波輻射室4和微波引入室6的結(jié)構(gòu)不限于上述結(jié)構(gòu)，而是可采用各種類型的結(jié)構(gòu)。在此實(shí)施例中，微波輻射室4具有圍繞爐底部3設(shè)置的環(huán)形結(jié)構(gòu)，而微波引入室6具有多室結(jié)構(gòu)，每個(gè)室各自與微波輻射室4連通。然而，微波引入室6也可具有與微波輻射室4類似的環(huán)形形狀。此外，除了環(huán)形形狀之外，微波輻射室4可具有設(shè)有多個(gè)單獨(dú)室的結(jié)構(gòu)，所述多個(gè)單獨(dú)室設(shè)置在爐底部3沿周向平均分布的位置上。此外，當(dāng)這些室中的每一個(gè)單獨(dú)設(shè)置時(shí)，它們不需要設(shè)置在平均分布的位置處。在爐底部3的爐底中，爐底構(gòu)件7設(shè)置為在豎直爐主體1中從下到上朝著爐的內(nèi)部插入。此爐底構(gòu)件7具有上端部，該上端部形成為向上突出的曲面。具體地，爐底構(gòu)件7 具有上表面，該上表面構(gòu)成具有向上突出的中心的凸面。爐底構(gòu)件7由耐火材料或碳材料， 諸如石墨形成。爐底構(gòu)件7支撐為使得它能夠通過合適的支撐驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)豎直移動(dòng)。爐底構(gòu)件優(yōu)選設(shè)置為使得在熔爐的操作期間，它鍍有有熔融生鐵。在爐底部3的爐底中，環(huán)形支撐構(gòu)件8圍繞爐底構(gòu)件7的外圍設(shè)置，并且支撐構(gòu)件 8與爐底構(gòu)件7—起構(gòu)成豎直爐主體1的爐底。在支撐構(gòu)件8的外部，在沿支撐構(gòu)件8的周向分離的多個(gè)位置處，多個(gè)用于去除已被加熱和還原的熔融生鐵的取出開口 9設(shè)置在多個(gè)位置上，所述位置在支撐構(gòu)件的周向設(shè)置成以爐主體的中心作為中心的在沿爐主體的周向平均分布的位置處分離。支撐構(gòu)件8由不與熔融生鐵反應(yīng)的材料，例如石墨塑造制成。支撐構(gòu)件8必須與生鐵具有良好的接觸。如果支撐構(gòu)件8未與生鐵具有良好接觸，那么熔融生鐵流將變?yōu)樘炀€，而微波將向外部逃逸。微波輻射裝置(未示出)從微波振蕩器發(fā)射微波MW，并且微波MW被傳導(dǎo)到微波引入室6的微波引入窗口 5。已通過微波振蕩器生成的微波在微波引入窗口 5的方向上傳導(dǎo)。 微波振蕩器生成具有在0. 915到140 GHz的頻率范圍中的一個(gè)或多個(gè)頻率的微波。鐵礦石的磁鐵礦估計(jì)具有在2 GHz附近的峰值微波吸收。2. 45 GHz是在此最大微波吸收頻率附近的工業(yè)頻率。915 MHz (0.915 GHz)是用于提高與尺寸擴(kuò)大的豎直微波熔爐的適應(yīng)性的低頻長(zhǎng)波長(zhǎng)。然而，如果鐵礦石對(duì)微波的吸收太高，則風(fēng)口(微波輻射室4附近的原材料供給部)處的反應(yīng)層的厚度將降低，并且當(dāng)豎直微波熔爐的尺寸增加時(shí)，微波將不充分地穿透到原材料中。在此情形中，必須增加微波頻率。實(shí)際上，磁鐵礦的磁力(電子自旋)往往不隨頻率增加而相應(yīng)地改變，并且微波吸收降低；因此，微波穿透深度增加。為此，增加微波頻率將增加微波穿透深度，并且將確保反應(yīng)層的深度。微波的最大頻率因而大約為140 GHz0對(duì)于水，峰值微波吸收為20 GHz，而對(duì)于氧為60 GHz0因此，為了增加豎直熔爐的尺寸必須使用毫米級(jí)微波(milliwave microwaves)。微波輻射裝置通過控制微波相位來控制微波波陣面。這是與在Aegis相控陣?yán)走_(dá)中使用的相同的原理。通過控制微波波陣面，束方向因而通過電力改變，允許風(fēng)口(微波輻射室4附近的原材料供給部)中的原材料能夠均勻地加熱。在此方面，該原理不同于使用攪拌器(金屬葉片)來分布微波的裝置或如同微波爐的情形那樣引起要加熱的物體旋轉(zhuǎn)的裝置。豎直爐主體1通過合適的支撐裝置支撐，并且用于傳送熔融生鐵的桶(未示出)設(shè)置在設(shè)置于豎直爐主體2的底部中的熔融生鐵取出開口 9之下。此外，豎直爐主體1的上部連接到旋風(fēng)分離器(未示出)，并且豎直爐主體1內(nèi)的反應(yīng)產(chǎn)生氣體和氮?dú)庠谝延谠撔L(fēng)分離器中凈化之后作為廢氣排到外部。接下來將對(duì)以上述方式構(gòu)造的豎直微波熔爐的操作進(jìn)行描述。因?yàn)樯F連續(xù)生產(chǎn)，所以原材料10從豎直爐主體1的上部中的原材料供給端口連續(xù)地引入豎直爐主體1 中。此原材料是鐵礦石粉末、焦炭粉末、石墨粉末、煤粉末等的混合粉末，并且供給為使得整個(gè)豎直爐主體1幾乎完全裝滿。在此實(shí)施例中，不使氣體流入豎直爐主體1中。為此，粉末能夠用作原材料。然而，該混合粉末也可能硬化成顆粒的形狀。因?yàn)樵O(shè)置在爐底部上的爐底構(gòu)件7的上表面彎曲為向上突出，所以原材料10從豎直爐主體1的中心朝著外圍部供給。 微波輻射室4設(shè)置在豎直爐主體1的爐底部的外圍部中，并且滑過爐底構(gòu)件7的上表面的原材料10朝向微波輻射室4引導(dǎo)。另一方面，已通過微波振蕩器生成的微波麗被整流成束的形式并被引起成經(jīng)由微波引入窗口 5進(jìn)入微波引入室6中且撞擊在反射鏡6b上。微波漏被反射鏡6b和反射鏡6a反射，然后經(jīng)由孔fe引入微波輻射室4中。接下來，已供給到微波輻射室4中的原材料10通過聚焦微波MW的輻射加熱，并且鐵礦石被碳源還原而產(chǎn)生熔融生鐵。具體地，原材料10中的鐵礦石粉末、焦炭粉末、石墨粉末、碳粉末等吸收微波并且經(jīng)歷自加熱，導(dǎo)致溫度升高。因此，鐵礦石粉末與焦炭粉末、石墨粉末、煤粉末或其他碳源反應(yīng)，引起鐵礦石在熔融的同時(shí)還原并且產(chǎn)生熔融生鐵Ml。此熔融生鐵MI從取出開口 9中取出并收集在桶中。熔融生鐵MI連續(xù)取出，而原材料10從豎直爐主體1的上部中的供給端口連續(xù)供給到豎直爐主體1中。熔融生鐵MI因而連續(xù)放出。微波引入窗口 5由不吸收微波的硅石等形成。在此實(shí)施例中，微波引入室6設(shè)置在微波輻射室4的外部，而反射鏡6a、6b設(shè)置在微波引入室6中。通過將氮?dú)庖胛⒉ㄒ胧?中，微波引入室6和微波輻射室4與外部空氣屏蔽。已通過原材料鐵礦石與碳源之間的反應(yīng)生成的反應(yīng)產(chǎn)生氣體以及已通過微波引入室6和微波輻射室4的氣體作為廢氣從排出構(gòu)件12排出。此廢氣處于相對(duì)高的溫度，并且該熱量能夠用于對(duì)原材料進(jìn)行預(yù)熱。此外，微波引入窗口 5由硅石等形成，并且對(duì)于原材料碳粉末導(dǎo)致的污染存在顧慮。然而，在此實(shí)施例中，微波輻射室4中的微波引入部由簡(jiǎn)單的孔fe形成，并且由硅石制成的微波引入窗口 5設(shè)置在微波引入室6的外表面上，使得硅石將不被碳粉末污染。微波MW在微波輻射室4內(nèi)的內(nèi)表面處反射。微波將不從微波輻射室4逃逸并且將得以有效地聚焦在微波輻射室4內(nèi)的原材料上。因而能夠高效地對(duì)原材料加熱。微波專門用于輻射微波輻射室4內(nèi)的原材料10，并且?guī)缀醪淮嬖谖⒉◤奈⒉ㄝ椛涫?的釋放。為此，即使豎直爐主體1由容易吸收微波的不銹鋼材料制造，微波也將不進(jìn)入豎直爐主體1中而被豎直爐主體1吸收，并且將沒有微波損失。此外，原材料10在豎直爐主體1內(nèi)達(dá)到高溫，并生成方鐵礦(FeO)，而且優(yōu)點(diǎn)在于氧化鎂與方鐵礦反應(yīng)，從而減少了滲透。然而，相反地，如果豎直爐主體1內(nèi)襯有氧化鋁，則盡管氧化鋁幾乎不吸收微波，但是氧化鋁將與方鐵礦發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并且方鐵礦將繼續(xù)滲入爐主體。因此，在本發(fā)明中，通過將原材料10保持在豎直爐主體1中并且利用微波輻射室4內(nèi)的微波輻射原材料10，能夠解決微波損失和方鐵礦滲透的問題。此外，通過使用反射紅外光的材料作為用于豎直微波熔爐4的內(nèi)襯的耐火材料，來自高溫熔融生鐵的輻射熱也將封閉在微波輻射室4內(nèi)，并且微波輻射室4內(nèi)的原材料10能夠得以更加有效地加熱。爐底構(gòu)件7能夠利用合適的懸掛驅(qū)動(dòng)裝置豎直移動(dòng)。原材料10通過爐底構(gòu)件7 與豎直爐主體1的側(cè)壁的下部之間的間隙并從而朝著微波輻射室4傳送。為此，通過調(diào)節(jié)爐底構(gòu)件7的豎直位置，能夠調(diào)節(jié)供給到微波輻射室4的原材料10的供給速度。此外，當(dāng)爐底構(gòu)件7由碳材料制造時(shí)，爐底構(gòu)件7的碳與熔融生鐵MI反應(yīng)并且爐底構(gòu)件7被連續(xù)消耗。為此，當(dāng)爐底構(gòu)件7由碳材料制造時(shí)，必須連續(xù)提升爐底構(gòu)件7。通過以這種方式由碳材料制造爐底構(gòu)件7，該爐底構(gòu)件也作為用于與鐵礦石反應(yīng)的碳源。此外，當(dāng)將碳材料用于爐底構(gòu)件時(shí)，該碳材料反射微波，因此具有如下優(yōu)點(diǎn)微波能夠有效地用于加熱原材料。氣體通過碳材料與熔融生鐵MI之間的反應(yīng)生成。此外，通過加熱原材料10，鐵礦石和碳源反應(yīng)，生成CO、CO2和其他反應(yīng)氣體。在此實(shí)施例中，風(fēng)口設(shè)置在豎直爐主體1的下部中，并且惰性氮?dú)鈴拇孙L(fēng)口吹入爐中，產(chǎn)生從微波輻射室4朝著豎直爐主體1的氣流。 為此，即使通過鐵礦石與碳源之間的反應(yīng)生成反應(yīng)氣體，由于氮?dú)獾臍饬?，該反?yīng)氣體也從豎直爐主體1的上部排出，防止反應(yīng)氣體在微波輻射室4內(nèi)部的逆流。在此實(shí)施例中，爐構(gòu)件7的上表面的形狀是彎曲的，但此描述不限制本發(fā)明，并且各種形狀都可用于爐底構(gòu)件7，只要該形狀允許原材料10向下下落通過豎直爐主體1而朝著爐底的外圍部處的微波輻射室4引導(dǎo)。此外，爐底構(gòu)件7的上表面的形狀優(yōu)選是這樣的形狀，即易于調(diào)節(jié)原材料從豎直爐主體1向微波輻射室4的供給速度。亞共晶區(qū)是還原的鐵吸收碳而產(chǎn)生生鐵的區(qū)域，并且此亞共晶區(qū)具有1400°C的溫度，而碳濃度是1.8質(zhì)量％。當(dāng)該生鐵接觸石墨并飽含碳時(shí)，碳濃度變?yōu)?.8質(zhì)量％。因此， 當(dāng)未飽和的生鐵與爐底構(gòu)件7的石墨材料形成接觸時(shí)，爐底構(gòu)件7出現(xiàn)損失。反應(yīng)氣體是 CO氣體、CO2氣體和小量的隊(duì)氣體。此反應(yīng)氣體不經(jīng)由豎直爐主體1排出，而是經(jīng)由設(shè)置在微波輻射室4中的氣體排出構(gòu)件12排出。對(duì)于50g鐵的產(chǎn)量，此排出氣體的體積換算到 0°C和1個(gè)大氣壓為10L。如果排出氣體溫度達(dá)到550°C，那么排出氣體的體積為30L。利用Hitachi —噸熔爐，排出氣體的量是每天600 m3和每分鐘42L。如果將此氣體用于預(yù)熱原材料，那么可顯著地減少動(dòng)力使用。此外，廢氣中的CO濃度接近50%，并且大量的生成能量可作為用于鐵生產(chǎn)下游的步驟的加熱能。在本發(fā)明中，電子裝置的廢棄物能夠用作原材料。在此情形中，能夠?qū)⒅T如金 (Au)、鉬(Pt)和鈀(Pd)等貴金屬和稀有金屬作為熔煉產(chǎn)物而回收。當(dāng)通過此類型的“都市采礦”回收貴金屬和稀有金屬時(shí)，氮?dú)獠粡臍怏w引入構(gòu)件11供給到微波引入室6。而是，含有氧的氣體從氣體引入開口 11供給到微波引入室6。當(dāng)此進(jìn)行時(shí)，電子裝置廢棄物的電路板中的環(huán)氧樹脂等吸收微波并在微波輻射時(shí)被加熱，并且環(huán)氧樹脂等與氧反應(yīng)并燃燒。廢氣從豎直爐主體1的上部排出。與此一致地，配線和端子中的貴金屬和稀有金屬被熔化，并且貴金屬和稀有金屬堆積在爐底部3中。然后熔化的稀有和貴金屬從取出開口 9中取出。下面參照?qǐng)D2對(duì)本發(fā)明的第二實(shí)施例進(jìn)行描述。豎直爐主體20由不銹鋼制成并具有圓柱形形狀，底部裝配到框架15中的開口部15a中，從而支撐在該框架15上。此外， 爐主體20的外底部的中心支撐為使得它能夠通過升/降裝置16豎直移動(dòng)。通過降低該升 /降裝置16，能夠?qū)Ψ罅掀?applicator) 27的內(nèi)襯觀的介電材料和爐底部沈進(jìn)行修理或替換。桶17設(shè)置在框架15的下部中，并且從爐主體20的下表面向下突出的用于熔煉產(chǎn)物 (熔融生鐵)的排出管30插入桶17中。桶17設(shè)置在獨(dú)立的升降裝置(未示出)上，并且通過利用此升/降裝置來升和降所述桶17，即使在排出管30插入桶12中時(shí)，也能夠?qū)⑼?7從框架15的下部運(yùn)輸。此外，在空桶17位于架15下之后，用于升/降桶17的裝置提升，由此排出管30插入桶17中。以與下文描述的內(nèi)襯觀相同的方式，熔融生鐵流過的排出管30 由石墨形成并且與內(nèi)襯觀一起接地，如下所述。在爐主體20中，由耐火材料形成的爐頭部25設(shè)置為使得爐主體20的內(nèi)部被隔成上部和下部。此外，由耐火材料形成的爐底部沈設(shè)置在爐主體20的底部中。敷料器27作為爐頭部25與爐底部沈之間的反應(yīng)空間形成。爐底部沈的上表面在外圍部處迅速升起， 形成升高部四，該升高部四分隔用于熔融金屬的爐床。此外，爐底部沈的中心主體部具有上表面，該上表面朝著中間緩慢向上升起，形成從中心朝著外圍部?jī)A斜的傾斜面。豎直延伸的孔26a形成在爐底部沈的主體部的傾斜面的最下位置處，具體地，在相鄰于升高部四的內(nèi)表面的位置處。排出管30連接到此孔^a。由傳導(dǎo)物質(zhì)形成的內(nèi)襯觀設(shè)置在分隔敷料器27的表面，具體地，爐頭部25中面對(duì)敷料器27的表面和爐部沈中面對(duì)敷料器27的表面上。由傳導(dǎo)物質(zhì)形成的內(nèi)襯觀還形成在孔^a的內(nèi)表面上。爐頭部25和爐底部沈例如由諸如莫來石或氧化鋁的耐火材料形成。傳導(dǎo)內(nèi)襯觀是例如由石墨形成的片、板或塊。此內(nèi)襯28具有耐火性質(zhì)，由此它能夠承受熔融生鐵的熱，同時(shí)還是傳導(dǎo)的并且反射微波。由此傳導(dǎo)物質(zhì)形成的內(nèi)襯觀電連接到爐主體20并經(jīng)由爐主體20接地。水冷銅板設(shè)置在升高部四的傾斜面上以及升高部四上方的爐頭部25的面對(duì)敷料器27的底面上。此水冷銅板的表面鍍有反射微波的傳導(dǎo)內(nèi)襯觀(例如，石墨)。敷料器27的外圍部處的內(nèi)襯觀以及爐主體部能夠通過此水冷銅板冷卻。另一方面，例如，合適的加熱構(gòu)件，諸如電阻加熱線圈(未示出)設(shè)置在爐底部沈中，使得爐底部26通過此加熱構(gòu)件加熱。因此，在熔融生鐵在爐底部沈中的收集期間出現(xiàn)的溫度下降得到了控制。由硅石制成的用于將微波引入敷料器27中的窗口 31設(shè)置在爐主體20的側(cè)面中， 并且微波波導(dǎo)管32連接到此窗口 31。硅石窗口 31密封了敷料器27的空間，并且因?yàn)楣枋试S微波的通過，所以微波能夠被引入到敷料器27中。波導(dǎo)管32和窗口 31設(shè)置在沿爐主體20的周向平均分布的四個(gè)位置中。廢氣熱交換器23設(shè)置在爐頭部25的上爐主體20中。對(duì)于此廢氣熱交換器23，穿過爐頭部25的管2 連接到其進(jìn)氣口，而穿過爐主體20的管24b連接到其出氣口。敷料器27中的廢氣從爐主體20經(jīng)由管Ma、24b排出，并且廢氣的熱通過廢氣熱交換器23共同回收。一個(gè)或多個(gè)漏斗形式的原材料供給部21設(shè)置在爐主體20的頭部中，并且豎直延伸的原材料供給管22設(shè)置在爐主體20中的頭部25的上部空間中。原材料供給管22具有下部，該下部插入爐頭部25中并與敷料器27連通，而原材料供給管22的上部與原材料供給部21相連。螺旋式粉末傳送構(gòu)件設(shè)置在原材料供給管22內(nèi)部，從而粉末原材料從原材料供給部21向下傳送通過原材料供給管22，從原材料供給管22的下端落入敷料器27中。下面對(duì)具有上述構(gòu)造的第二實(shí)施例的操作進(jìn)行描述。如同第一實(shí)施例的情形那樣，原材料從原材料供給管22引入敷料器27中并在敷料器27中利用自波導(dǎo)32經(jīng)由硅石窗口 31而來的微波輻射。當(dāng)此發(fā)生時(shí)，粉末原材料保持在爐底部沈上，并且微波通過由接地傳導(dǎo)物質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)襯觀在敷料器27的內(nèi)部反射并通過爐底部沈上的粉末原材料吸收。 因此，粉末原材料被加熱并且熔化，產(chǎn)生精煉反應(yīng)并產(chǎn)生熔融生鐵和原材料的混合物40。微波通過爐頭部25的下表面上的內(nèi)襯觀反射并撞擊在爐底部沈上的原材料和熔融生鐵的混合物40上。微波被吸收，并且原材料和熔融生鐵的混合物40被加熱。此外，原材料粉末從原材料供給管22連續(xù)供給到敷料器27，微波被該原材料粉末吸收，并出現(xiàn)加熱。從波導(dǎo)管32引入的微波通過升高部四外緣上的傾斜面上的內(nèi)襯觀反射并隨后通過內(nèi)襯觀反復(fù)反射且被爐底部沈上的原材料粉末和熔融生鐵吸收。另一方面，已在熔融生鐵和原材料的混合物40處朝著敷料器27的外圍部反射的微波被升高部四阻擋，防止它們經(jīng)由窗口 31 返回到波導(dǎo)管32。因此，能夠避免對(duì)與波導(dǎo)管32相連的微波發(fā)生裝置的故障的顧慮。在此實(shí)施例中，微波通過由接地傳導(dǎo)物質(zhì)制成的內(nèi)襯觀在敷料器27中反復(fù)反射， 該敷料器27是爐頭部25與爐底部沈之間的空間，并且微波因而被困在敷料器27中。因此，供給到敷料器27中的原材料粉末得以有效地利用微波進(jìn)行輻射，并且原材料粉末吸收微波并被加熱。微波以非常小的泄漏困在敷料器27中，并且微波能夠有效地用于加熱原材料粉末。因此，原材料粉末得以有效加熱，并且能夠產(chǎn)生精煉反應(yīng)。工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明通過使用微波加熱影響鐵礦石的還原來提供生鐵，而不是使用常規(guī)的高爐鐵生產(chǎn)方法。本發(fā)明因而大大地有助于提高能量效率并減小鐵生產(chǎn)過程中的設(shè)備尺寸。根據(jù)本發(fā)明，還能夠通過“都市采礦”從電子裝置廢棄物等中回收貴金屬和稀有金屬。
附圖標(biāo)記的描述 1,20:豎直爐主體 2,21:原材料供給端口 3:爐底部 4:微波輻射室 5:微波引入窗口 5a:孑L
6:微波引入室
6a, 6b:反射鏡
7爐底構(gòu)件
8:支撐部
9:取出開口
10:原材料
11氣體引入構(gòu)件
12:廢氣排出構(gòu)件
22:原材料供給管
25:爐頭部
26:爐底部
27:敷料器
28:內(nèi)襯(傳導(dǎo)物質(zhì))
29:升高部
30:排出管
32:微波波導(dǎo)管
權(quán)利要求
1.一種豎直微波熔爐，包括豎直爐主體，其在上部中具有原材料供給端口 ； 爐底構(gòu)件，其設(shè)置在所述豎直爐主體的爐底上；微波輻射室，其在所述豎直爐主體的下側(cè)部中與所述豎直爐主體連通，所述微波輻射室設(shè)置為從所述下側(cè)部側(cè)向加寬，并且所述微波輻射室的內(nèi)壁的至少一部分由反射微波的材料制成；熔煉產(chǎn)物取出開口，其設(shè)置在所述微波輻射室的下部中；微波引入窗口，其由接納微波的材料形成以便將微波引入所述微波輻射室中；以及微波輻射裝置，用于利用微波經(jīng)由所述微波引入窗口來輻射所述微波輻射室的內(nèi)部。
2.一種豎直微波熔爐，包括豎直爐主體，其在上部中具有一個(gè)或多個(gè)原材料供給端口 ；爐頭部，其由耐火材料制成，所述爐頭部設(shè)置在所述爐主體中并將所述爐主體的內(nèi)部隔成上部和下部；爐底部，其由耐火材料制成，所述爐底部設(shè)置在所述豎直爐主體的爐底中，作為反應(yīng)空間的敷料器形成在所述爐底部與所述爐頭部之間；內(nèi)襯，用于反射微波，所述內(nèi)襯設(shè)置在所述爐底部和所述爐頭部的面對(duì)所述敷料器的表面上，所述內(nèi)襯接地，并且所述內(nèi)襯由傳導(dǎo)物質(zhì)制成； 熔煉產(chǎn)物取出開口，其設(shè)置在所述爐底部上；微波引入窗口，其由接納微波的材料形成以便將微波引入所述微波輻射室中；以及微波輻射裝置，用于利用微波經(jīng)由所述微波引入窗口輻射所述微波輻射室的內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的豎直微波熔爐，其中所述原材料包括鐵礦石和碳源，而所述熔煉產(chǎn)物是熔融生鐵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的豎直微波熔爐，其中所述原材料是鐵礦石和焦炭的混合粉末，并且所述微波輻射裝置以0. 915到140 GHz的范圍中的一個(gè)或多個(gè)頻率輻射微波。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的豎直微波熔爐，其中所述微波輻射裝置控制微波的波陣面和相位以電力改變束的方向。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎直微波熔爐，其中所述爐底構(gòu)件從所述爐底下面插入爐中；上表面構(gòu)成在中心處向上突出的凸面并且被支撐為允許豎直移動(dòng)；并且調(diào)節(jié)所述爐底構(gòu)件的豎直位置來調(diào)節(jié)所述豎直爐主體的下側(cè)壁與所述爐底構(gòu)件之間的孔面積，并調(diào)節(jié)所述原材料向所述微波輻射室中供應(yīng)的速度。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的豎直微波熔爐，其中所述爐底構(gòu)件由碳作為主要成分的材料制成，其中所述爐底構(gòu)件與熔融生鐵反應(yīng)并被消耗。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的豎直微波熔爐，其中所述豎直爐主體在由鋼材形成的鋼殼體的內(nèi)部?jī)?nèi)襯有石墨、氧化鋁或硅石。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎直微波熔爐，其中所述微波輻射室的內(nèi)壁的至少一部分內(nèi)襯有反射微波的銅或銅合金、不銹鋼、鍍金不銹鋼或石墨。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的豎直微波熔爐，其中所述爐底構(gòu)件設(shè)置為在所述熔爐的啟動(dòng)期間鍍有熔融生鐵。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的豎直微波熔爐，其中所述原材料是來自電子裝置的廢棄物，并且所述熔煉產(chǎn)物是貴金屬或稀有金屬。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的豎直微波熔爐，其中所述內(nèi)襯是石墨片、板或塊。
全文摘要
微波熔爐具有位于豎直爐主體的頂部中的原材料供給開口以及能夠上下移動(dòng)并設(shè)置在爐床部分中的爐床構(gòu)件。與豎直爐主體的內(nèi)部連通的微波輻射室環(huán)繞爐床部分設(shè)置。微波輻射室的內(nèi)表面由反射微波的銅或銅合金等構(gòu)成。原材料從豎直爐主體的下部的側(cè)部分與爐床構(gòu)件之間的開口引入微波輻射室中，并利用微波輻射室內(nèi)的微波(MW)以高效集中的方式輻射該原材料。因而，加熱的原材料中的鐵礦石被碳源還原，產(chǎn)生熔融生鐵，并將該熔融生鐵通過輸出端口移除。因而，代替高爐煉鐵，能夠高能效地制造熔融生鐵，并且貴金屬等能夠通過所謂的“都市采礦”回收。
文檔編號(hào)C22B7/00GK102301013SQ201080006010
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2010年1月31日 優(yōu)先權(quán)日2009年1月31日
發(fā)明者佐藤元泰, 樫村京一郎, 永田和宏, 金澤幸, 高山定次 申請(qǐng)人:國立大學(xué)法人東京工業(yè)大學(xué), 大學(xué)共同利用機(jī)關(guān)法人自然科學(xué)研究機(jī)構(gòu)