CN101078515B - 改进的燃烧器屏板以及相关方法 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及用于金属熔融、精炼和/或其它处理例如在电弧炉(EAF)中炼钢的装置和方法，更具体地，涉及用于引入各种能源例如化学能和颗粒的改进的燃烧器屏板和相关方法。

Description

改进的燃烧器屏板以及相关方法

技术领域

本发明的各个实施例总体上涉及用于熔融、精炼和处理金属的装置和方法。更具体地，本发明的实施例总体上涉及用在金属熔炉和/或类似装置内的燃烧器屏板(panel)。

背景技术

炼钢领域已经得到非常良好的发展。通常并且最普遍地，使用电弧炉(EAF)以便通过施加电弧使放置在炉内的一种或多种金属废料和/或其它生铁产品和合金熔化来炼钢。其它方法包括通过使与来自鼓风炉的熔融金属结合的DRI(直接还原铁)熔化来炼钢的改进的EAF。为了改进炼钢过程，通过辅助装置向炉提供附加的化学能。最常用的辅助装置形式包括燃烧器、喷射器和喷嘴，其使用燃料和氧化气体以产生具有高焓的燃烧产品来帮助电弧。

其它实施例包括使用烃类燃料例如天然气或油的多个可移动的或永久固定的燃烧器，用于朝熔池喷射氧气流以满足精炼目的的至少一个可移动的氧喷枪，以及用于喷射固态含碳燃料以满足燃烧和炉渣起泡目的的可移动装置。

在EAF的不同实施例中，通过开口将金属废料或装料倾倒在炉内。这些装料通常还包括装填的碳和其它炉渣起泡材料。其它过程包括对来自鼓风炉的熔融金属使用钢包，并例如通过喷枪的DRI喷射将其插入EAF炉。

在EAF炉和/或类似于EAF的炉中具有许多装料处理阶段。在熔融阶段，电弧和燃烧器使炉料熔化成被称为铁碳合金熔体的金属熔池(熔融金属)，其积聚在炉的底部或炉床处。通常在熔化装料之后，电弧炉进入精炼和/或脱碳阶段。

在此阶段，金属熔体继续被电弧加热，直到炉渣形成材料与铁碳合金熔体内的杂质结合并上升到表面作为炉渣。当铁碳合金熔体到达沸点温度时，熔体内装填的碳与熔池内存在的任何氧结合以形成一氧化碳气泡，该气泡升高到熔池表面，形成泡沫渣。泡沫渣用做整个炉的绝缘体。

当电弧炉在没有燃烧器的情况下操作时，所装填的废料或装料在电流密度最高的区域的热点处迅速熔化，但是通常在冷点保持未熔化。这样，由于在熔化循环的后期阶段过度暴露在电弧的热量下，使得位于热点处的炉壁和耐火衬里遇到恶劣情况。位于冷点的废料在熔化循环期间以降低的比率从电弧接收热量，从而产生冷点。为了熔化冷点，在总时间的一段较长期间内供热，从而向热点的供热比所需的时间要长。电弧的这种不对称热分布和炉壁的不均匀磨损对于在没有燃烧器的情况下操作的交流和直流电弧炉都是典型的。

冷点通常在远离炉的电弧的区域内形成，这是因为位于这些区域内的废料对于每吨废料以减小的比率接收电能。这种冷点的典型示例是出钢槽，这是因为出钢槽的位置远离电弧。另一个冷点在炉渣门处，这是因为过多的热量损失到透过此区域的环境空气中。由于在熔化循环期间局部装填附加的耗热材料，因此利用附加喷射的材料例如炉渣起泡材料、直接还原铁等(其通过炉渣门或通过炉侧壁内的开口被取出)的炉通常会产生冷点。

现有技术对此问题的解决方案是围绕炉结合其它的燃烧器以便向冷点施加附加的热源。配备有位于冷点处的燃烧器的电弧炉提高了废料熔融的均匀性，并且减少了材料在冷点的积聚。当将辅助热源例如燃烧器放置在电弧炉内时，它们的位置选择成避免热点由于位于电极和炉壳之间的废料的迅速熔化而进一步过热。更具体地说，燃烧器的位置尽可能地远离热点，并且燃烧器火焰出口的开口方向选择成使得火焰主要穿透位于冷点的废料堆，而不是炉的已经被加热的部分。

另外的加热和处理是通过脱碳过程实现的，其中，在利用先进的或更现代的EAF技术的现有技术的典型实施例中，高速-通常是超声波-氧气流被喷枪或燃烧器/喷枪吹入金属熔池，以便通过氧化熔池内包含的碳、形成CO和/或CO₂来给熔池脱碳。燃烧器/喷枪用于使装料更均匀地熔融并减少或防止过热，使得熔融所需的时间以及电弧操作的时间最短。

通过用所喷射的氧使金属熔池或液体金属沸腾，熔池的碳含量可减小到选定的或降低的水平。通常认为，如果铁碳合金熔体的碳在2％以下，则熔体变成钢。EAF炼钢过程在开始时通常炉料的碳少于1％。钢熔池内的碳持续减少，直到其达到生产特定级别的钢所需的含量，例如但并不是作为限制，对于低碳钢降低到少于0.1％。

为了减少电弧炉内的钢生产时间，已开发出设备和方法以便改变向炉输送另外的能量的装置。各种这样的改进包括但不局限于安装在水冷侧壁(屏板或炉)上的传统燃烧器，传统喷枪，传统燃烧器等。

通常，在开始高速氧喷射之前，用于脱碳的氧喷射必须等待直到该过程的熔融阶段基本完成。这是因为，由于在燃烧器/喷枪和液体金属或金属熔体之间可能存在未熔化的装料，所以在此之前燃烧器不能有效地输送高速氧。氧气流将会被偏转，从而可能对炉造成严重损坏。

这一事实由于大部分EAF炉结构的大致球形的形状而恶化。金属的熔化通常在熔体的中下部内发生并且扩展以充满侧面。在熔化阶段的早期，高速氧气流穿透未完全熔化的装料(金属)以使金属熔体脱碳的作用和/或能力较小。

使用与放置附加的燃烧器相同的原理来选择用于脱碳的其它附加辅助热源-包括氧喷射喷枪-的位置。当将附加的喷枪安置在冷点时，熔体精炼的放热能量可被更有效地用于使废料熔化而热点不会过热。

用于熔体脱碳的附加的氧喷射可通过任何装置实现。常用的装置和过程包括一个或多个可移动装置例如浸没的可消耗的氧气管，和/或一个或多个水冷式未浸没的氧喷枪。在水冷式喷枪的操作期间，喷枪首先被引入炉中，然后逐渐移动到安置喷枪排放开口或用于引入氧气的开口的位置，优选地在熔池上方大约150-300mm或更大的位置。来自喷枪的氧气流的排放速度被选择成使位于工作位置的喷枪引入的氧气流可穿透炉渣并与铁碳合金熔体反应，并且没有过多的熔融金属喷溅在炉壁和电极上。但是，会无意中发生金属喷溅，并且这是导致装置故障的常见原因。

经由各种装置-包括炉壁内和炉壁周围的专用喷枪-的碳和氧的组合喷射已成为向该过程添加额外热量的常用做法。通常，从含碳材料分配器例如包含压缩空气、天然气、氮气等的压缩气体载体实现用于喷射的碳流的供给。

由于碳氧化产生的附加的热量输入，以及由于形成隔离电弧的热损失的泡沫渣层而实现的电弧热效率的大大增加，所以燃烧器与碳和氧喷枪的一起使用使电炉炼钢工人能够大大降低电能消耗并增加炉的生产率。泡沫渣还使电弧稳定，从而允许更高的电能输入率。泡沫渣层是由CO气泡形成的，该CO气泡是通过将喷射的碳氧化成CO而形成的。增加喷射的碳的流可使局部CO的生成增加。因此，大多数EAF炉设备还包括用于除去或减少废气中的CO水平的后生产装置。

希望在电弧炉内使CO与氧气混合，但是在不导致炉渣和电极过度氧化的情况下这非常难以实现。因此，本领域已开发出用于处理废气的高CO含量的后生产装置。

本领域内的普通技术人员应认识到，最现代的电弧炉配备有全部或一些上述的用于辅助热量输入和/或金属熔融的装置。

结合本领域在金属熔炉的设计和操作方面的改进，已在燃烧器屏板设计方面进行了改进。教导和公开了各种燃烧器屏板构造的一些这样的专利包括但不限于US 4703336；US 5444733；US 6212218；US 6372010；US5166950；US 5471495；US 6289035；US 6614831；US 5373530；US 5802097；US 6999495以及US 6342086。这些现有技术的专利是有益的。例如，US6999495已发现增加炉内的空间能量覆盖范围的广泛可应用性。类似地，US 6614831已发现延伸各种工具-例如燃烧器或喷枪-进入炉内部的程度的可应用性。但是，本领域正在寻找其它的用于金属熔融的改进的设备和方法。

已知燃烧器屏板/喷枪发生故障的原因之一是“逆燃”、“反吹”、“回弹”和/或“射流反射”。这些术语通常涉及射流(氧喷枪或燃烧器的射流)被反射回屏板导致的状况，而不管该反射是由钢池还是由正在熔化的金属(炉内的尚未被熔化的废材料)导致的。除非另外特别说明，否则使用术语“逆燃”是指所有上述术语。现有技术中对与逆燃相关联的各种问题的解决方案是屏蔽燃烧器射流和/或喷枪。但是，屏蔽往往会导致燃烧器或喷枪与钢池或正在熔化的金属的距离增大。因此，本领域试图寻找这样的设备和方法，其中燃烧器射流喷嘴或喷枪喷嘴与熔融金属的距离最小，同时仍可为燃烧器射流和/或燃烧器射流喷嘴提供增强的屏蔽和/或保护。

本领域希望的其它优点包括包含燃烧器、喷枪和/或类似装置的燃烧器屏板设计，其中燃烧器屏板的工作效率和/或使用寿命提高。

发明内容

本发明的各种实施例总体上涉及用在金属熔炉中的燃烧器屏板和相关方法。通常，本发明的实施例的新颖性和非显而易见性的方面涉及改进的燃烧器屏板和相关方法的提高的特性，这些特性具有增加工作效率和/或增加使用寿命的效果中的至少一个。本发明的燃烧器屏板设备总体上包括水冷式燃烧器屏板和至少一个装置，其中该燃烧器屏板至少轻微地延长，并且总体上远离炉壁并大致朝液面线延伸，从而减小了从燃烧器屏板到熔融金属或液面线的距离。另外，从炉壁延伸的燃烧器屏板的大部分所定向的方向不是与至少该熔融金属/液面线正交的方向，其中燃烧器屏板的大部分暴露在炉的至少一种恶劣条件下的情况减少，从而限制了燃烧器屏板故障的发生。此外，本发明的燃烧器屏板的至少一个表面包括曲形槽。

曲形槽出乎意料地有利地引导炉渣流。在各个实施例中，被引导的炉渣能够在燃烧器屏板附近形成至少部分凝固的层。但是，在其它实施例中，炉渣保持液态或接近液态。在燃烧器屏板的表面上具有至少部分凝固的炉渣层的实施例中，炉渣能够至少部分地隔离燃烧器屏板，从而实现保护燃烧器屏板不受损坏和/或增加燃烧器屏板的使用寿命两者中的至少一个。类似的，液态炉渣可提供一定的隔离。

在不同实施例中，与本发明的燃烧器屏板设备相关联的装置总体上包括以下中的至少一个：燃烧器、喷枪、超声波喷枪、颗粒喷射器、后燃装置等。

因此，本发明的各种燃烧器屏板设备的改进特征和/或提高特性包括以下中的至少一个：与熔融金属/液面线的距离减少；在沿炉的耐火部分的管上方的延伸、在耐火砖上方的延伸、在壳体结构上方的延伸，在炉内常见的其它部件上方的延伸、节能、燃烧器效率提高、使炉床材料和/或安装在附近的其它炉设备的相关装置恶化的氧化气体流动模式的减少；在具有碳喷射器的不同实施例中，来自喷射器的碳流动模式增强从而足以穿入炉内的炉渣的至少一部分以产生泡沫；燃烧器效率提高(在至少计量分配和/或切割废料以及对钢脱碳和精炼两个方面)；碳流动模式增强从而足以穿过炉渣进入炉内的钢熔池以产生泡沫渣；以及燃烧器屏板的故障总体上减少。

由于本发明的燃烧器屏板设备从炉壁延伸出，所以至少一个相关联的装置孔口更接近金属熔体/液面线的表面。同样，该至少一个相关联的装置孔口更接近炉的中心，从而至少可提高效率。

参照下文的详细说明以及所附权利要求可更好地理解本发明。

附图说明

为了获得本发明的上述以及其它优点和目标，将参照附图内所示的本发明的特定实施例给出对上文简要概括的本发明的更具体的说明。应理解，这些附图仅描述了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，下面将通过使用附图更明确和更详细地说明本发明，在附图中：

图1是本发明的燃烧器屏板的一个实施例的透视图。

图2是图1的实施例的正面透视图。

图3示出本发明的燃烧器屏板的剖面的一个可选实施例，其中燃烧器屏板附装在炉壁上。

图4示出燃烧器屏板的剖面的一个可选实施例，其中间隙屏板插在该燃烧器屏板下方，并且示出燃烧器喷射器和碳喷射器的入射角度。

图5是安装在炉壁上的燃烧器屏板的一个可选实施例的剖视图。

图6是炉的剖视图，示出本发明的燃烧器屏板的一个实施例的剖面。

图7是安装在炉壁上的燃烧器屏板的一个可选实施例的俯视图。

图8示出本发明的燃烧器屏板的一个可选实施例，其中示出后燃孔口的一个实施例。

图9示出本发明的燃烧器屏板的一个可选实施例的剖面。

图10是图9中所示的G向视图。

图11是图9中所示的E向视图。

图12是图9中所示的D向视图。

图13是图9中所示的F向视图。

具体实施方式

下面的定义和解释是为了在任何未来的诠释中具有控制性，除非在下文的示例中被清楚和明确地修改，或者当应用的含义导致任何无意义的或基本无意义的诠释。在术语的诠释将使其无意义或基本无意义时，应当从Webster’s Dictionary(第3版)中获取定义。

文中所用的术语“空气”是指包括至少大约20摩尔百分比的O₂的气态混合物。

文中所用的术语“被附装”或该术语的任何变形是指管板束(tubesheetbundle)和转炉(vessel)和/或芯部的至少部分的附装。

文中所用的术语“炉料”是指装到炉内的原材料。

文中所用的术语“燃烧器”是指所有燃烧器、喷枪、超声波喷枪和/或类似装置。通常，燃烧某物是指通过添加氧促进和/或产生的燃烧的“化学反应”。因此，燃烧器是任何可添加氧的装置。

文中使用的术语“装料”是指装载到炉内的一批原材料。

仅为了说明的目的而不是作为限制，两次或更多次装料被称为“一炉(heat)”。通常，  “一炉”是两次或更多次装料的最终结果/产品。  “一炉(装料)”通常通过出钢口排放或装载，该出钢口最常见地位于EBT(偏心炉底出钢)附近。冶炼周期(Tap-to-Tap time)是工业中的重要基准，这是因为其涉及生产率。特定燃烧单元的“接通”时间、电极被供电的时间量也同样重要。其它考虑因素包括涉及操作期间的铁损耗的百分比产率。

文中使用的术语“化学反应”是指导致初始反应物中发生化学变化的在两种或更多种化学物质之间的任何相互作用。该反应性质上可以是氧化的或还原的。该反应可在任何状态包括固态、气态或液态或其界面状态下发生。该反应可通过添加一种或多种催化剂而被增强(例如改进效率，增加反应速度)。

能够与本发明的不同实施例一起使用的炉的示例性的非限制性实施例包括但不局限于US 6805724；US 6749661；US 6614831；US 6440747；US6342086；US 6289035；US 6212218；US 5802097；US 5554022；US 6910431；US 5599375；US 4622007以及Re.33464，这些文献的全部内容结合在本文中作为参考。通常，任何炉都可与本发明的不同实施例一起使用。

除非在说明书中另外说明，否则文中所用的术语“现场应用(fieldapplication)”是指在样品-包括从环境中得到的样品-上执行的实验。

文中使用的“流体”是指连续的、无定形的物质，该物质的分子一个越过另一个自由地移动并且趋向于具有其容器的形状，该物质例如但不局限于液体或气体。

文中使用的术语“泡沫渣”是指这样的颗粒，其中炉渣携带气泡-通常但不局限于CO气泡-并且膨胀，或者被允许或被促使在体积上膨胀，以便至少部分地覆盖炉的电极并保护炉的部件不受电弧辐射，这在许多炼钢过程中是非常需要的。颗粒-例如CaO和MgO-经常被引入以形成炉渣，并改变其化学性质以便为炉渣起泡提供良好的基础。炉渣起泡通常通过将颗粒碳引入熔池来实现，在熔池中颗粒碳在吸热反应中将FeO还原为Fe，从而产生CO气泡，该CO气泡使炉渣的体积膨胀并使其起泡(“泡沫渣”)。起泡的炉渣尤其可用做覆盖层以便至少部分地为过程保持热量，和/或保护炉的部件不受电弧辐射。

文中使用的术语“正交”是指直角的取向或与直角有关的取向。

文中使用的术语“炉渣”是指作为熔炼金属矿石的残渣留下的玻璃状物质。在精炼阶段使铁碳合金熔体产生适当的炉渣组成对于获得所需要的钢化学性质以及清洗钢的杂质是非常重要的。在炉中，炉渣以液态和固态/半固态存在。

文中使用的术语“风口”是指喷嘴，通过该喷嘴向锻造炉、鼓风炉、氧气鼓风炉等送风。

除了在操作示例中或者另外指明之外，文中使用的表示成份数量或者反应条件的所有数字在所有情况下都应被理解为通过术语“大约”被修正。

本发明的各种实施例在提供提高的和/或改进的用于炉的燃烧器以及相关使用方法领域具有广泛应用。此公开文本将讨论本发明的改进的应用，所述改进涉及主要在炼钢领域内的炉。但是，本领域内的普通技术人员将能够容易地将此技术应用于所有炉技术领域，并且文中所述的具体实施例不应被认为是对本说明书以及所附权利要求的全部范围的限制。

总体上，本发明的实施例的新颖性和非显而易见性的方面涉及改进的燃烧器屏板/安装封壳和相关方法的至少一个提高的特性，该特性实现工作效率提高和/或使用寿命增加的效果中的至少一个。根据本发明的各个实施例，术语“燃烧器屏板”应被理解和解释为通常任何侧壁安装的屏板，并且不局限于文中所述的任何燃烧器屏板。此外，燃烧器屏板的各种实施例的许多其它提高的特性在此说明书全文中将是显而易见的。

在各个实施例中，燃烧器屏板是流体冷却的-例如水冷-以便经受住电弧炉的有害环境，并且设计成占据炉的侧壁和炉床之间的阶梯部分而不会对炉的结构有任何大的改变。安装封壳包括围绕装置孔口和喷射器孔口的多个流体冷却的管道，该管道穿过封壳形成并且适于安装装置和喷射器。安装设置包括利用燃烧器屏板在电弧炉内安装具有超声波氧化气体切割能力的装置和用于颗粒碳的喷射器。

本发明的各种燃烧器屏板设备的其它改进特征和/或提高的特性包括以下中的至少一个：与熔融金属/液面线的距离减小、在沿炉的耐火部分的管上方的延伸、在耐火砖上方的延伸、在壳体结构上方的延伸，在炉内常见的其它部件上方的延伸、节能、燃烧器效率提高、能够用做即插即用设备、以及燃烧器屏板的故障减少。

现在参照图1，其中示出本发明的燃烧器屏板设备的一个实施例的三维透视图。燃烧器屏板1总体上包括锥形上表面2，锥形侧壁表面3，锥形侧壁表面10，锥形下表面11，至少一个曲形槽6，前侧表面4和孔口5。如图1所示，其它具体地包括直线凹槽部分7，第二孔口8，后燃孔口部分9，延伸元件(未示出)等。曲形槽6在此附图中是V形槽。

通常，在图1的实施例中，锥形上表面2，锥形侧壁表面3，锥形侧壁表面10和锥形下表面11在距炉壁第一长度处适当地相交以形成四棱柱形的锥形结构。该锥形结构从炉壁沿燃烧器屏板的长度的至少一部分朝炉的熔融金属延伸(如图6内所示)。但是，该锥形结构通常可以是能够容纳至少一个装置的任何结构，例如但不局限于球形、三角形、五角形、六角形和/或类似结构。在其它实施例中还可设想非锥形的并且构造成具有基本直的部分的结构。

燃烧器屏板1的结构相对于壁装的和/或壁支承的燃烧器屏板具有许多优点。一个主要的优点是本发明的燃烧器屏板与液面线的距离减小。在一个实施例中，本发明的燃烧器屏板能够至少到达分模线(上部和下部炉壳体会合之处)。在不同实施例中，本发明的燃烧器屏板延伸到分模线之外、之上和/或之下。在一个实施例中，距液面线的距离减小至少大约10％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约15％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约20％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约25％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约30％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约33％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约40％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约50％。燃烧器屏板到液面线的距离的减小可能由于一些因素而改变，例如锥形燃烧器屏板的长度，间隙屏板的使用(如参照图4说明的)，燃烧器屏板在耐火部分上方的高度，等等。

在不同实施例中，本发明的燃烧器屏板能够到达炉的装料门坎线以外，其中装料门坎线是炉的耐火部分-通常是耐火砖-的边缘。在一个实施例中，距液面线的距离减小至少大约10％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约15％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约20％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约25％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约30％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约33％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约40％。在一个可选实施例中，距液面线的距离减小至少大约50％。燃烧器屏板到液面线的距离的减小可能由于一些因素而改变，例如锥形燃烧器屏板的长度，间隙屏板的使用(如参照图4说明的)，燃烧器屏板在耐火部分上方的高度，等等。

在图1所示的实施例中，至少一个曲形槽6沿上表面2定向。在所示实施例中，曲形槽6是V形槽6。至少一个V形槽6的顶点12大致指向或沿着上表面2的锥形。V形槽6用于沿燃烧器屏板1的上表面2引导泡沫渣和/或炉渣。V形槽意想不到地引导炉渣流，其中炉渣能够在燃烧器屏板附近形成至少部分固化的层。屏板上的至少部分固化的炉渣层能够至少部分地隔离燃烧器屏板，从而可实现保护燃烧器屏板不受损坏和/或增加燃烧器屏板的使用寿命中的至少一个。

曲形槽6表示将用于本发明的各个实施例的槽的常用结构。在一个实施例中，曲形槽6为U形。在一个可选实施例中，曲形槽6为拱形。通常，V形槽6可以是任何拱形结构。

炉内的炉渣至少以两种状态存在：液态和固态。当泡沫渣和/或炉渣沸腾、爆出、膨胀等时，它的至少一部分将接触燃烧器屏板1的表面。作为液体，炉渣仍将提供保护。但是在固体状态下，炉渣通常提供更多的保护。

当炉渣为固态时，V形槽用做炉渣的立足点，提供阻力以帮助防止炉渣滑动或移动离开燃烧器屏板1。当炉渣处于液态时，V形槽将用于通过沿燃烧器屏板1的上表面2的长度引导炉渣来将炉渣更长期地保持在燃烧器屏板1上。将炉渣更长期地保持在燃烧器屏板1上将允许冷却系统(图1内未示出)通过燃烧器屏板1而作用在炉渣上，其中冷却系统将冷却炉渣。冷却炉渣将提高固态炉渣或半固态炉渣的形成，其中燃烧器屏板1的工作效率和/或使用寿命将提高。

在各个实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约5％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约10％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约15％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约20％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约30％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使工作效率增加至少大约40％。

在各个实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约5％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约10％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约15％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约20％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约30％。在一个可选实施例中，具有V形槽可使使用寿命增加至少大约40％。

V形槽具有进一步帮助泡沫渣或炉渣覆层的屏蔽过程或作用的出乎意料的效果。

前侧表面4是燃烧器屏板1的延伸部分的唯一的正交于可能从炉内的熔融金属喷溅出的金属的部分，从而限制了直接撞击的发生。通过限制前侧表面4的大小可进一步减少撞击。

在一个实施例中，前侧表面4稍大于至少一个孔口5。在一个可选实施例中，第二孔口8位于前侧表面4上。在另一个实施例中，添加另外的孔口。通常，前侧表面4上可包含任意数量的孔口。通常，针对每个延伸通过燃烧器屏板1和/或与燃烧器屏板1相关联的装置存在一个孔口。孔口5、第二孔口8和/或任何其它的孔口可具有任何希望的大小。通常，孔口的大小与相关联的装置的大小有关。在其中对燃烧器屏板故障予以考虑的应用中，孔口的大小和前部屏板的大小受到限制以减小正交面积。

本发明的孔口的形状可改变。通常孔口为圆形。但是，孔口可以是任何形状，例如但不局限于球形、三角形、五角形、六角形和/或类似结构。通常，孔口的形状与相关联的装置的形状相关联。

本发明的燃烧器屏板的各个实施例还包括直凹槽部分7。直凹槽部分7适于进一步帮助泡沫渣和/或炉渣的聚集。直凹槽部分7是任选元件。

在各个实施例中，后燃部分9与燃烧器屏板1相关联或固定在其上。后燃部分9用于向炉添加另外的氧气。

在一个实施例中，燃烧器屏板1构造成装配在用于燃烧器屏板的已经存在的槽缝内。在其它实施例中，燃烧器屏板1适于利用炉屏板连接装置例如螺栓、夹持件、螺钉、钉子、胶等。可以预料，支架部分9可具有一些与可能从熔融金属喷溅出的金属正交的区域。但是，这种正交区域应受到限制，因为它们会增加燃烧器屏板故障的危险。

现在参照图2，其中示出图1的装置的正面透视图。一个实施例的大致锥形结构被示出。可以更清楚地看到，前侧表面4基本上是唯一的与可能从熔融金属喷溅出的金属正交的表面。

现在参照图3，其中示出附装在炉壁上的本发明的燃烧器屏板20、孔口24和至少一个V形槽23的一个实施例的侧面透视图。燃烧器屏板20附装在炉壁21上。燃烧器屏板20通常在耐火部分或耐火砖27上方沿炉壁21的下部部分(在一个实施例中，在下部屏板空间内)放置和/或定向。燃烧器屏板20的孔口24在耐火部分27上方和以外延伸，从而使孔口24与液面线25、熔融金属的距离最小或限制该距离。

燃烧器屏板20显示出用于一种装置的凹腔22。凹腔22通常贯穿燃烧器屏板20的体部延伸到孔口24附近并横过炉壁21。

尽管在此图中没有详细示出，但是本领域的普通技术人员可容易地理解，安置在炉壁21内的水冷系统帮助从炉壁21的表面和/或燃烧器屏板20散热。在不同实施例中，燃烧器屏板20具有独立的水冷系统。从炉壁21和/或燃烧器屏板20散热可通过冷却所述装置和炉来减少故障的发生。通常，当通过水冷元件28的水流增加时，燃烧器屏板20和/或炉壁21的温度被降低或被保持。通过保持或降低燃烧器屏板20和/或炉壁21的温度，可增加炉的工作温度从而更快地熔融金属，以实现更高的工作效率。

在图3所示的实施例中，燃烧器屏板20没有延伸到分模线下方。但是在其它不同的实施例中，燃烧器屏板20延伸到分模线26下方，从而减小了本发明的燃烧器屏板的孔口和液面线之间的距离。

现在参照图4，其中示出燃烧器屏板35以及氧喷射装置36、碳喷射装置37、耐火部分39、孔口40和孔口41。孔口40和孔口41对齐，以便来自氧喷射装置36和碳喷射装置37的装料在液面线附近相交。当两股流在混合点处或附近被引到液面线时可实现碳喷射和氧喷射的最大效果。但是，其它不同的实施例在这两股流被引到熔融金属之前使之混合。通常，装置的流量会导致负压区域以及附近的涡流。在附近的流动部分地基于Bernoulli’s方程。在一个实施例中，目标是使碳喷射足够近以便被“吸入”流径并且不会被循环涡流偏转以及被更低效地驱散，如果孔口分隔开很大的距离则可能发生这种情况。

与燃烧器屏板设备相关联的装置的数量可在1-10内变化。在一个实施例中，针对每个装置存在专用的孔口。在一个可选实施例中，一个或多个装置共用一个孔口。

在本发明的相关联装置的一个实施例中，该装置在液体冷却燃烧室的火焰异形切割室的入口处的喷嘴附近并排地定位在燃烧器屏板内。不同的实施例还包括用于向燃烧室提供加压燃料的多个燃料孔，和/或用于围绕喷嘴的周边提供氧化气体的辅助流的多个氧化气体孔。在一个实施例中，燃料、氧化气体和颗粒的所有料流均通过火焰异形切割室，并且均被大致引导到电弧炉内的相同位置。各个料流的方向性使装置能够用来自燃料氧化、来自炉渣内的可氧化成分的氧化或超声波氧化气体的切割导致的熔化、和/或来自这些情况的任意组合的热能加热炉渣/装料的局部点。

在一个实施例中，一旦炉渣内的一个点被充分加热，则将碳的流引导到炉渣内的该局部热点以便将炉渣内的FeO以及其它氧化物还原成一氧化碳并产生泡沫渣。颗粒碳的引入可伴随在碳喷射之前、期间和/或之后的进一步的氧化气体喷射。

典型构造的炉具有一定程度上均匀的结构。本发明的实施例的各种设计的好处是它们适于装配在预先加工的和/或切割的区域例如屏板间隙内或更换屏板。在一个实施例中，燃烧器屏板35设计成小于炉壁内的可用空间，并且使用间隙屏板38来弥补该差距。使用间隙屏板38的优点是可调节燃烧器屏板35的安装。例如(并且不是作为限制)，为了更改或改变从装置到液面线的入射角，间隙屏板38可被取下并重新安装在燃烧器屏板35的上方，从而降低燃烧器屏板35并减小从孔口40和/或孔口41到液面线的距离。

间隙屏板38还可用于升高燃烧器屏板35。在燃烧器屏板35迅速磨损或者要降低炉内的熔融速率的情况下，可能需要升高燃烧器屏板35。

现在参照图5，其中示出具有水冷式炉元件50的燃烧器屏板51的侧面透视图，在耐火部分52上方的炉壁被水冷。水冷通常可通过沿炉表面或在炉表面附近用管输送或传送水来完成。所传送的水为炉散热，从而冷却该炉。水被保持流过水冷元件50。在一个实施例中，水流越大，从炉散发的热的量就越大。通常，所有炉壁都具有冷却系统例如水冷系统。通常不必沿耐火部分进行冷却，这是因为耐火部分通常能够处理和/或承受热量。但是，不同实施例包括至少部分地冷却耐火部分的一部分的冷却系统，从而减小了耐火部分上的应力和/或增加了使用寿命。

在不同实施例中，燃烧器屏板51是即插即用系统，从而炉屏板的至少一部分被取下，并且将本发明的燃烧器屏板的一个实施例插在以前由该炉屏板的至少一部分占据的空间内。在一个实施例中，与燃烧器屏板相关联的冷却系统在使用之前被调节。在一个可选实施例中，独立的冷却系统与本发明的即插即用燃烧器屏板一起使用。

本发明的其它实施例包括其它的或不同的冷却系统例如气体等。

现在参照图6，其中示出在炉67内的燃烧器屏板60的一个实施例。燃烧器屏板60安装在炉壁61内，在间隙屏板62下方且在耐火部分63上方。耐火部分63总体上包括至少一耐火砖部分。炉67包括炉壁61，熔融金属64，熔融液面线65，耐火部分63和门66。通常，至少一个燃烧器屏板60向熔融金属64提供能量。在不同实施例中，安装有多个燃烧器屏板60。实际上，可围绕炉67成比例地安装燃烧器屏板60，以便不存在冷点或者这种冷点最少。如图可见，燃烧器屏板60与熔融液面线65的正交面积受到限制。门66可具有多种结构，包括但不局限于底部螺塞、Argon搅动端口等。

现在参照图7，其中示出炉70的顶部透视图。燃烧器屏板71在耐火部分72上方横穿炉壁73朝熔融金属(未示出)延伸。V形部分74朝炉70的内部定向。在不同实施例中，安装有多个燃烧器屏板。

现在参照图8，其中示出燃烧器屏板80的透视图。沿燃烧器屏板80的上部部分示出后燃端口81。通常，水冷系统的一个实施例可插入燃烧器屏板80。通过结合水冷系统来冷却燃烧器屏板80，可克服本领域内存在的许多问题。现有技术的系统的一个常见问题是通过水冷系统的水流不足以适当地冷却燃烧器屏板。因此，本发明的各个实施例包含与现有技术的浇铸水冷屏板所包含的典型管相比直径增加或增大的管。例如，现有技术的水冷系统通常使用直径为1.0英寸的管。此外，其它现有技术的实施例使用Nom 1”schedule 80管。但是，本发明的水冷系统的各个实施例包含大25％的管，即(直径为)1.25英寸的管，从而使横过或穿过燃烧器喷水屏板80流动的水的体积增加至少25％。本发明的至少一个实施例包含具有比典型的现有技术设计大33.5％的内径(有效直径)的管，Nom 11/4”schedule 80管，从而使横过或穿过燃烧器屏板80流动的水的体积增加至少75％。

增加水流可除去更多的热量，并导致工作效率增加和/或使用寿命增加。

现在参照图9，其中示出燃烧器屏板90的侧面透视剖视图。燃烧器屏板90总体上包括孔口91，曲形槽92，水冷系统93，水冷系统连接件95，炉壁94和耐火部分98。如图所示，水冷/水散热系统93大致在燃烧器屏板90的表面附近/就在该表面下方延伸。在所示实施例中，水冷系统在上表面96、下表面104、前侧表面97的至少一部分、以及至少一个侧面(未示出)之下延伸。在一个实施例中，冷却系统93通过冷却系统连接件95连接，并且可适配成即插即用系统以便直接附装在炉壁94内的或与炉壁94相关联的冷却系统上。与冷却系统93相关联的管可由本领域内常用的任何材料构成。通常选择导热率高的材料。合适的材料包括但不局限于铜、黄铜、钢、铁、它们的合金等。本发明的冷却系统的一个实施例的主要设计考虑因素包括工作温度，希望从相关联的燃烧器屏板除去的热的量，相关联的管内的液体压力，管内的液体流速等。在不同实施例中，通常沿燃烧器屏板将暴露在过热下的任何位置使用水冷系统。此外燃烧器屏板90在耐火部分98以上和/或以外延伸的方式是显而易见的。

现在参照图10，其中示出图9的燃烧器屏板90的G向视图。图9的实施例示出沿凹槽96的总体上粗糙的表面。但是，在一个可选实施例中，凹槽96是光滑的。

现在参照图11，其中示出图9的E向视图。E向视图示出结合在燃烧器屏板90内的碳喷射装置孔口102和氧喷枪/燃烧器101的设置。

现在参照图12，其中示出图9的D向视图。此视图示出在不同实施例中孔口101和孔口102如何处于不同角度。该不同角度通常被称为喷射角、相对喷射角、交叉角、挺进角(approach angle)等。孔口角度可根据具体应用的需要而改变。在典型实施例中，孔口角度被调整或设定成使得从孔口排出的材料和/或能源在液面线附近或就在液面线上方会合。在可选实施例中，孔口角度被调节或设定成使得从孔口排出的材料在泡沫渣/装料门坎线附近或就在其上方会合。在一个可选实施例中，孔口角度被调节或设定成使得从孔口排出的材料在液面线之前不会会合。

在一个可选实施例中，燃烧器/喷枪相对于碳喷射的相对喷射角使得从每一个排出的装料将在距离相关燃烧器屏板的面大约1米的距离处相交。

现在参照图13，其中示出图9的F向视图。F向视图是示出安装面99的从燃烧器屏板90的后部看到的大致视图。在一个实施例中，安装面99设计成即插即用系统，从而可取下炉的一个屏板或一个部分并直接插入燃烧器屏板90而不做任何修改。如文中所述，其它实施例可设想使用间隙屏板。

本发明的不同实施例还包括通过燃烧器屏板向炉引入至少一种能源的方法。在一个实施例中，所述至少一种能源是以下中的至少一种：炼钢过程的辅助热能、用于形成炉渣和泡沫渣的颗粒喷射、用于熔体脱碳的氧喷射、用于形成泡沫渣的氧喷射，或用于一氧化碳的后燃以及废料的熔融的氧喷射。

本发明的方法的其它实施例包括从锥形燃烧器屏板设备向炉内喷射热能的方法，该方法包括从锥形燃烧器屏板向炉内注入至少一种能源的步骤，其中该燃烧器屏板包括包含曲形槽的水冷式燃烧器屏板；至少一个装置孔口；以及至少一个装置，其中该水冷式燃烧器屏板从炉壁向外至少延伸到炉的分模线，并且该能源是以下中的至少一种：辅助热能、至少一种颗粒、或者氧气。其它实施例还包括喷射至少第二能源的步骤，该第二能源为以下中的至少一种：辅助热能、至少一种颗粒、或者氧气。在不同实施例中，该至少第二能源与该至少第一能源在液面线附近相交。

本发明的其它方法包括锥形燃烧器屏板设备，该锥形燃烧器屏板设备包括锥形燃烧器屏板，其中该锥形燃烧器屏板包括包含曲形槽的水冷式锥形燃烧器屏板；至少一个装置孔口；以及至少一个装置，其中该水冷式锥形燃烧器屏板从炉壁向外至少延伸到炉的分模线，该方法包括沿锥形燃烧器屏板的上表面形成曲形槽的步骤，从而当液态炉渣和/或泡沫渣喷溅到上表面上时，曲形槽沿上表面的至少一部分引导炉渣，从而水冷式锥形燃烧器屏板将炉渣冷却成至少部分凝固的炉渣。在不同方法中，燃烧器屏板的效率增加至少大约10％。

本发明可表现为其它具体形式而不会背离本发明的精神或本质特征。所述的实施例在所有方面都应被理解为仅是说明性的而不是限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求而不是由前述说明来表示。在权利要求的等同物的含义和范围内的对权利要求的所有改变都在权利要求的范围内。另外，文中提到的所有公布的文献、专利和应用的全文都结合在此作为参考。

Claims (8)

1.一种安装在炉内的锥形燃烧器屏板设备，该燃烧器屏板设备包括：

设置在炉壁中的开口内的水冷式锥形燃烧器屏板，所述炉壁开口具有底面，所述水冷式锥形燃烧器屏板搁置于该底面上，所述水冷式锥形燃烧器屏板包括竖直取向的安装面、延伸入炉内部的向下倾斜的锥形上表面、延伸入炉内部的第一锥形侧壁表面、延伸入炉内部的第二锥形侧壁表面、延伸入炉内部的向下倾斜的锥形下表面、设置于炉内部的前侧表面、以及曲形槽；

至少一个装置孔口；以及

设置在所述至少一个装置孔口内的至少一个装置，其中所述至少一个装置孔口延伸至所述炉壁开口的底面下方，并且其中该装置是辅助热能源、颗粒喷射器或氧喷射器中的至少一个。

2.根据权利要求1的锥形燃烧器屏板设备，其特征在于，所述至少一个装置孔口包括第一装置孔口和第二装置孔口，并且设置在所述至少一个装置孔口内的所述至少一个装置包括分别设置在所述第一装置孔口和第二装置孔口内的第一装置和第二装置。

3.根据权利要求1的锥形燃烧器屏板设备，其特征在于，所述上表面、所述下表面和所述前侧表面不与炉的液面线正交。

4.根据权利要求3的锥形燃烧器屏板设备，其特征在于，所述第一和第二侧壁表面与炉的液面线正交。

5.根据权利要求1的锥形燃烧器屏板设备，其特征在于，该曲形槽位于燃烧器屏板的所述上表面上。

6.根据权利要求1的锥形燃烧器屏板设备，其特征在于，该燃烧器屏板设备是即插即用燃烧器屏板设备。

7.一种从锥形燃烧器屏板设备向炉内注入热能的方法，所述锥形燃烧器屏板设备设置在炉壁中的开口内并搁置于所述炉壁开口的底面上，所述方法包括从锥形燃烧器屏板将至少一种能源从至少一个装置注入炉内的步骤，其中所述燃烧器屏板包括水冷式燃烧器屏板，该水冷式燃烧器屏板包括：

竖直取向的安装面；

延伸入炉内部的向下倾斜的锥形上表面；

延伸入炉内部的第一锥形侧壁表面；

延伸入炉内部的第二锥形侧壁表面；

延伸入炉内部的向下倾斜的锥形下表面；

设置于炉内部的前侧表面；

曲形槽；以及

至少一个装置孔口，所述至少一个装置插入所述至少一个装置孔口中，其中所述至少一个装置孔口延伸至所述炉壁开口的底面下方，并且其中该能源是以下中的至少一个：辅助热能、至少一种颗粒或氧气。

8.根据权利要求7的方法，其特征在于，还包括注入至少第二能源的步骤，该第二能源包括以下中的至少一个：辅助热能、至少一种颗粒或氧气。

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