CN100573009C - 一种喷烧器及由该喷烧器向熔炉中供应物质的方法 - Google Patents

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Abstract

一种喷烧器和氧气喷射装置(35)用于熔融炉(30)，包括一个或多个有一个内导管(1)和一个头(2)的喷射器(3，3’，3”)。其被固定在所述中空壳体一端，并有一个喷嘴(4)使得导管(1)与外部沟通。喷嘴有至少一个开口截面(13)其为长方形，使得亚音速流量的氧气从所述喷嘴呈扇形喷出，艳一个倾斜的平面包括一个轴是水平的并与喷嘴的轴垂直。喷射器(3)包括孔(6)用来喷射气体燃料，在所述喷嘴的周围，沿喷嘴截面出口拉长方向设置。装置(35)还包括一个导管用来喷射碳粉，位于喷嘴或多个喷嘴(3，3’，3”)下方。

Description

一种喷烧器及由该喷烧器向熔炉中供应物质的方法
技术领域：
本发明涉及一种喷烧器和气体喷射装置，适用于冶金部门，在熔化金属物质，比如铁屑类含铁物质，的操作中。装置主要但不仅用于电弧炉(EAFs)中。根据在熔融工艺不同步骤中供应情况的变化，装置可以用作喷射器和/或喷烧器。本发明还涉及利用所述喷烧器向熔化金属物质的炉中供应物质的方法。
背景技术：
喷射氧气和其它物质，比如燃料，无论是气态、固态(比如碳粉)或液态，的装置，如今广泛用在钢铁行业，特别是为生产钢铁或其它金属的熔融工艺中，特别是用在加热和熔融金属的电弧炉(EAFs)中，用来增加初级能源供应(在电弧炉中是电能)。不同成分的喷射也有促进在炉中的熔融金属中和漂浮在熔融金属上的炉渣层中以及在炉中的气体中的必要化学反应的功能，比如加碳和除碳反应。不同的装置已经被用来喷射不同物质进入炉中。现有的模板包括氧和气态燃料(比如甲烷)的喷射器，和固态燃料(比如碳粉)的喷射器。但是，已知的这些模板不总能提供一个理想的多种物质供应。比如，需要碳氧反应产生的一氧化碳能更好的燃烧，最好仅在炉渣层燃烧。所述更好地燃烧，以及相应的更好的CO热值的恢复，必须可以被实现且没有在熔融金属浴中或炉渣层中发生任何额外的除碳反应。
发明内容：
为了解决上述问题，这里开发了一种新的喷烧器和气体喷射装置，特别用于冶金领域，更特别是用于熔化炉比如电弧炉中。
本发明提供一种喷烧器，包括至少一个气体喷射器，该喷射器具有一个限定了一个纵轴的中空壳体，一个壳体内的第一导管和一个头，所述头固定在所述中空壳体的一端，并设有至少一个与所述中空壳体同轴的喷嘴使得所述第一导管与外部沟通，喷烧器包括至少一个置于喷嘴下方的导管来喷射碳粉，其中喷嘴在纵轴的方向上为会聚-分叉形，并限定了一个会聚部分和分叉部分以及在会聚和分叉部分之间限制的截面，喷嘴的出口截面为椭圆形、矩形或圆角矩形，所述分叉部分的椭圆形、矩形或圆角矩形截面在出口截面的方向上是逐渐拉长的，并有两个对称垂直轴，所述喷嘴相应于所述轴中的一个，称为短轴，其最大宽度在从出口上有限的截面部分的通道中是固定不变的，所述喷嘴相应于另一个轴，称为长轴，其最大宽度在沿出口截面方向逐渐增加。这样从第一导管向外流出的流体可以呈与一个平面平行的扇形，最好所述平面是和喷嘴对称的平面。最好所述的喷嘴在其从所述的第一导管到外部的通道内有一个可会聚在一点的分叉模板，根据本发明的可能的观点，只有分叉部分是长方形截面，同时其它部分是非长方形截面，即正方形，或最好是圆形。分叉的截面是一个明显被拉长的截面在从喷嘴有限的截面部分到外部的通道中。根据最最佳状态，喷嘴的截面，在分叉部分，可以有两个对称垂直轴，其中一个轴，称为“短轴”，其最大宽度，在从所述有限的截面到外部的通道中保持不变，另一个轴的最大宽度，从所述有限截面部分到外部逐渐增加。在分叉部分的截面可以是，比如，矩形，椭圆形，或最好是有圆角的矩形。
最好所述喷嘴有一个对称轴，其与所述中空壳体的纵轴相应，所述第一导管是圆柱形并与所述中空壳体同轴。最好还存在一个第二导管，可以设置在所述第一导管周围，最好彼此同轴。一个或多个孔设置在所述第二导管上与外部沟通。最好所述的孔被沿与纵轴同心的圆周设置。如果喷嘴的开口截面有一个如前述的短轴，所述的孔被设置在一个夹角α内，所述的短轴与所述的纵轴的夹角，角度不超过45°，比如，在所述的短轴上有孔而且对称孔的角度大约是30°。喷射器最好包括一个冷却套来循环冷却液，比如水。
本发明还涉及一种方法，向熔化金属物质的炉中供应物质，通过使用包括由喷嘴供应氧的装置，其中氧气最好是被喷射到炉渣层，该装置还包括通过导管喷射供应碳，其中碳被喷射在喷射氧气的喷射器的下面，最好喷射在炉渣层上。
如果开口截面有一个前述的长轴，所述的长轴必须设置在水平方位。该方法可以包括供应燃料气，比如甲烷给所述第二导管。
该方法可以包括从一系列喷射器供应氧气和通过位于所述喷射器下面的导管供应碳粉。根据本发明的最佳方法，喷射装置中每个碳喷射导管包括至少3个气体喷射器。
附图说明：
通过非限定性示例，在附图的帮助下，本发明的进一步特点和优点会在电弧炉喷烧器的最佳但不是唯一实施例中会更加明了，其中：
-图1是本发明喷烧器和气体喷射装置中喷射器纵轴剖面示意图；
-图2是图1中喷射器的头的前视示意图；
-图3、4是图2中标以字母B和A的图1中喷射器的纵剖面的两个示意图；
-图5是含有本发明喷烧器和气体喷射装置的熔化炉的剖视图；
-图6是本发明的喷烧器和气体喷射装置的轴视图。
具体实施方式：
参考图1，纵向剖视图显示一个根据本发明的喷射器3，其包括一个由合适的材料，通常是铜，制成的头2，和一个圆柱壳体。一个第一导管1通过头的喷嘴4与外界沟通，一个第二导管5通过孔6和外界沟通。还有一个循环冷却水的冷却套。其由管子9分成两个部分7和8，不像其它管子，与其它的导管的区别是不形成头2的密封。位于头和管子9中间是端口10。
这样，冷却水可以被注入，比如从入口11进入从出口12流出，或相反，从冷却套循环后，由于水的高速运动得到有效地热交换。标号13’和14作为供气入口分别是向第一导管1供气，最好是氧气，以及向第二导管5供气，最好是燃料，比如甲烷。
如所述，喷嘴4有一个椭圆形、矩形或圆角矩形截面的出口15，可从图2、3和4看到，这样可以使得从其流出的气流是加宽的扇形。在最终分叉部分18有一个椭圆形、矩形或圆角矩形截面，沿初始截面部分19，其为非长方形，和出口截面部分13之间的通道，逐渐拉长。所述初始截面部分19可与分叉部分的开端相应的。通常，分叉部分的终端截面部分可能有两个对称轴，彼此垂直，其中一个标称长轴16，其截面宽度是最大的，另一个标称短轴17，其宽度是最小的。最好为，截面的宽度沿长轴朝向出口的方向增加，这样流量的扇形加宽，仅在长轴和喷嘴的纵轴20所在的平面内，其如所见，最好与中空壳体的纵轴相应。
可输出注入第二导管的气体的孔6最好设置在与喷嘴的轴20同心的圆周上，优选相对于长轴(如果有)对称设置，最好相对于喷嘴的轴20对称设置。最好设置在短轴附近。直线22位于与纵轴20横平的平面上，也就是，长轴和短轴所在平面，其与一个所述孔的轴21相连，并与短轴形成0°～45°的角。最好是，孔6的轴与喷嘴的轴20平行。根据一个特定的例子，可以有6个孔，两个被置于短轴上，4个被设置与所述的轴成如前述的一定角度，大约30°。
根据最优操作方法，为了喷射气体进入熔化金属物质的炉30，最好是电弧炉，氧气被注入中间导管，这样可以亚音速从喷嘴喷出。最好为，一些喷射器3，3’，3”被沿炉30的壁设置，最好炉渣层所在的高度。喷射器3，3’，3”的设置方式使得喷嘴的出口截面可以在水平方向有最大宽度；如果有长轴，最优为设置在水平方向。喷嘴的轴可以是向下倾斜朝向炉30的内部，与水平面成一个25°～55°，最好是38°～43°的角α。燃料气，比如甲烷，可以被注入第二导管使其通过孔6流出。这样，喷射器可以作为喷烧器。
在除碳步骤，为了增加金属浴的氧气渗透，喷嘴的流速可以是超音速的。在这种情况下喷射器可以被仅仅注入氧气，或者其它时候最好用来从侧喷嘴流出气体，其由电晕效应可以增加渗透率。
可以设想通过提供的导管31将碳粉喷射进入炉中。导管的开口最好沿炉30的壁且在炉渣层但是低于氧气喷射器3的位置设置。所述喷射碳的导管有一个轴处于同开口相应的位置，最好倾斜向下朝向炉的内部，与水平面呈20°～40°的夹角β。最好，碳喷射导管31的轴与至少一个氧气喷射器3的轴在炉渣层的区域33相交。最好，至少有3个气体喷射器3，3’，3”穿过碳喷射导管31。一个碳喷射导管可以沿一个气体喷射器的垂直下方，距离在200mm～400mm设置。气体喷射器最好设置在同一平面，彼此相距至少350mm。
喷烧器和气体喷射装置形成本发明的一个目标对象，基于简单的原因，通常作为模块，其包括至少3个喷射器3，3’，3”，如前述，一个导管31用来输送碳粉，如图6所示。喷射器被排成行，碳喷射导管被置于中间喷射器下方。两个侧喷射器3’，3”与中间喷射器的距离最好设置为350mm～500mm
喷射器3的头2由铜制成并由水冷却，置于一个铜钢双金属面板上，由强制循环水冷却。
冷却套位于一个金属柜板和一个双金属板之间，驱动水以高速运动并有一个均等的水头抑损，获得高效散热。操作运行最好是在一个动荡体系，以便获得最大的热交换系数。
氧气喷射器的构造及其设置，可以产生一个区域富集氧气覆盖在形成CO的区域上。
随能量的发展，其在炉渣中被聚积，所述富集区域阻止CO并将其转换为CO2，在熔化的废金属中依次行使加热调速轮的功能。
废金属的低密度(400-600kg/m3)可被认为是最优的化学初始能量来源。
试验表明，由于喷入的亚音速氧，其没有除碳(即减少熔融态钢浴中所含碳)，而是阻止了炉渣中的CO并将其转换为CO2，在熔融过程中产生的CO的燃烧，甚至部分燃烧，可以降低通常用在这样工艺中的碳的消耗量(每公吨钢所需碳的公斤数)
喷射器3的尺寸可以基于工艺的需要进行调整，根据本领域人员的经验。一个通常氧气流速在4000Nm3/h～5000Nm3/h的喷射器，大体估算，总长可以在1m～1.5m，外径可以在100mm～200mm，喷嘴直径在有限截面部分是15mm～20mm，出口的主要宽度25mm～40mm。

Claims (10)

1.一种用在熔化金属物质的熔化炉的喷烧器，包括至少一个气体喷射器(3)，该喷射器具有一个限定了一个纵轴(20)的中空壳体，一个壳体内的第一导管(1)和一个头(2)，所述头固定在所述中空壳体的一端，并设有至少一个与所述中空壳体同轴的喷嘴(4)使得所述第一导管与外部沟通，
喷烧器包括至少一个导管来喷射碳粉(31)，其被置于喷嘴(4)下方，
其中，喷嘴(4)在纵轴(20)的方向上为会聚-分叉形，并限定了一个会聚部分和分叉部分(18)以及在会聚和分叉部分之间限制的截面，其特征在于：
喷嘴(4)的出口截面(13)为椭圆形、矩形或圆角矩形，
所述分叉部分(18)的截面在出口截面(13)的方向上是逐渐拉长的，并有两个对称垂直轴，
所述喷嘴相应于所述轴中的一个，称为短轴(17)，其最大宽度在从出口上有限的截面部分的通道中是固定不变的，
所述喷嘴相应于另一个轴，称为长轴(16)，其最大宽度在沿出口截面方向逐渐增加。
2.如权利要求1所述的喷烧器，其中包括一个第二导管(5)，同轴置于所述第一导管周围，至少一个第二孔(6)设于头上使得所述第二导管(5)和外部沟通。
3.如权利要求2所述的喷烧器，其中第二孔(6)是沿所述喷嘴(4)的同心圆周设置的。
4.如权利要求2所述的喷烧器，其中相对于所述短轴，所述第二孔(6)被设置与所述纵轴成一个角，并与喷嘴(4)的截面共面，该角度不超过45°。
5.如权利要求4所述的喷烧器，其中第二孔(6)相对于所述长短轴对称，且各自轴与喷嘴(4)的轴平行。
6.如权利要求1所述的装置，其中设有3个喷射器(3，3’，3”)，各自轴平行且共面。
7.一种由前述任一权利要求所述喷烧器向熔化金属物质的炉中供应物质的方法，包括通过喷嘴(4)供应氧气，其中氧气是被喷射在炉渣层，还包括通过导管喷射供应碳，其中碳被喷射在炉渣层，导管置于氧气喷射器下方。
8.如权利要求7所述的方法，其中通过喷嘴(4)氧气的流出速度是亚音速。
9.如权利要求8所述的方法，其中氧气喷嘴(4)被设置成出口的截面的最大宽度位于水平方位。
10.如权利要求9所述的方法，其中燃料气体是通过第二导管输送的。
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