CN101120221B - 用于将电弧炉排出的气体预热废钢的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

一种用于从电弧炉排出的气体燃烧以预热进入炉子本身的废钢的设备，其采用了将助燃物质导入废金属的预热腔或装料隧道的引入装置，该装置具有废金属的入口段，用于防止空气不受控制地进入隧道的密封段，加热段和用于把废金属卸载到炉中的卸载段。所述助燃物质的引入装置包括布置在装料隧道中的一个或多个可调节开口，且所述设备包括一个或一系列不具有自主运动但具有机械密封特性的装置，它们布置在装料隧道或预热腔中的废金属引入或入口段中。

Description

用于将电弧炉排出的气体预热废钢的设备和方法
技术领域
本发明涉及一种用于从炉子中所排出气体的燃烧以预热进入炉子本身的废钢的设备和相关过程。 
背景技术
在用于钢生产的电弧炉(EAF)中的废钢连续装料系统，例如CONSTEEL 
Figure G06800679820070228D000011
系统，越来越引起关注。 
与对进入炉子本身的废金属预热的预热系统结合的电弧炉中的废钢连续装料系统允许减少EAF中废金属的处理时间，并减少EAF热量要求，该热量以电能或化学能的形式提供。 
在类似于CONSTEEL 的系统的结构程序中，迄今为止的统一程序，即将废金属装入炉子的装料隧道或预热腔，相对于环境处于减压状态，从而实际上起到烟囱的作用，使得EAF中产生的热气体运动到废金属上。 
从而由于从这些热气体直接传递至废金属的热量和从炉子中所排出气体的二次燃烧导致的热量，废金属经历预热。 
从而，为了预热废金属，能够利用来自于EAF的剩余CO的燃烧作为另外的能量源。 
目前，在将废金属装入EAF的连续装料系统的统一工程程序中，为了从CO获得能量，采用助燃物质(空气)的引入系统，其采用了一个或多个通风装置，和沿着炉顶引来空气并沿着把废金属装至EAF的装料隧道整个长度分布空气的管道系统。 
用于引入助燃物质的通风装置由用于氧(或用于CO)的探测器控制，该探测器布置在装料通道或隧道的底部，靠近装料隧道中冷废 钢的接收区域。 
根据探测器的特性，探测器将检测把废金属装料至炉子的通道的上述区域中CO的缺失或O2的存在。CO的缺失(或O2的存在)意味着燃烧反应完全结束且已经导致取出最大可能的热量。 
然而，这种类型的系统具有由于非常复杂的响应循环而导致的显著缺点。实际上，这种系统的特征在于，非即刻的响应，和随之产生的在根据所获得结果来执行该系统本身用于优化助燃物质供应所必要的适应时的缓慢。 
实际上，如果例如控制检测器识别到注入助燃物质的需求，则响应循环控制：门的打开以引入空气；通风装置的启动以把空气送入导管，该导管使空气沿着隧道的顶部带来且使空气本身沿着把废金属装至EAF的装料隧道或通道的全部长度分布。 
执行这种作用所需的时间相当长且降低了该系统的综合效率。 
除了非优化的响应时间以外，根据现有技术的系统的另一个缺点涉及较高的生产和维护成本(维护操作和故障可能性)，还涉及易受或受到故障影响的机械部件(通风装置，导管，门)的数量较高。 
根据现有技术的预热系统还预见了另一种称为“动密封”的装置。该动密封是可变量的通风系统，由压力传感器控制，去除装料通道中废金属入口处的空气，从而其防止空气在废金属上方和通过废金属不受控制地进入。系统的这种部件成本高，复杂，难以校准和控制。而且，废金属装料通道入口区域中抽气器的存在，使来自于废金属或来自于作为添加剂加到进入炉子的炉料的石灰的最轻部分的灰尘进入周围区域。 
发明内容
因而本发明的总体目标是以简单，经济，特别是实用的方式解决上述缺点。 
特定的目标是实现一种用于从电弧炉排出的气体燃烧以预热进入炉子本身的废钢的设备和相关过程，且允许车间更清洁。 
考虑到上述目的，本发明的目的是一种用于从电弧炉排出的气体燃烧以预热进入炉子本身的废钢的设备，其特征在于，其预见了用于将助燃物质导入废金属的预热腔或装料隧道的装置，该装置具有废金属的入口段，用于防止空气不受控制地进入隧道的密封段，加热段和用于把废金属卸载到炉中的卸载段，所述助燃物质的引入装置包括布置在装料隧道中的一个或多个可调节开口，且所述设备包括一个或一系列具有机械密封特性的装置，布置在装料隧道或预热腔中的废金属引入或入口段中。 
本发明的另一个目标是一种用于从电弧炉排出的气体燃烧以预热进入炉子本身的用于钢生产的炉料的方法，包括下列步骤： 
-把要供应至炉子的炉料或废金属装入延伸的预热腔或装料隧道中，该预热腔或装料隧道依次具有：废金属的入口段，用于防止空气不受控制地进入隧道的密封段，预热段和用于把废金属卸载到炉中的卸载段； 
-通过从离开炉子的热气体热传递来预热废金属，热气体穿过腔内的废金属和通过废金属的上方； 
-和通过由来自于炉子的未燃烧的CO在腔内燃烧产生的热量预热废金属； 
所述方法的特征在于，助燃物质的引入通过助燃物质的引入装置实现，该装置包括一个或多个位于把废金属引入炉中的引入段中的可调节开口，和不具有自主运动但适于减少在装料隧道或预热腔内废金属引入段中的空气量引入的机械装置。 
特别地，可调节开口位于炉子附近的装料隧道顶部上，且更精确地位于把废金属引入炉中的入口段中或废金属卸载段中。 
优选地，包括一个或多个布置在装料隧道中的可调节开口的根据本发明的设备内的助燃物质引入装置由至少一个位于把废金属引入炉中的引入区域中的可调节开口的切口构成，该开口连接至中央控制和驱动系统。 
该中央控制和驱动系统从探测器获取信号；探测器可以是O2或 CO探测器。 
如上所述，助燃物质(优选地为空气)的引入装置，位于把废金属引入炉中的入口段中或废金属卸载段中，其能够由改进的，简化的和低成本的装置整合，其减小助燃物质在装料通道内的废金属入口段中的引入，同时，减少灰尘排入周围环境中。 
该改进的和简化的装置减少助燃物质不受控制的引入隧道，并改善对车间中的环境影响，该装置相应于根据本发明的设备的机械密封装置，该机械密封装置位于装料隧道内废金属的引入段中。 
布置在装料隧道内废金属的入口段中的机械密封装置由至少一个橡胶或金属门形成。 
特别地，布置在装料隧道内废金属的引入段中的该机械密封由布置在预热腔内废金属引入段的入口段或者说冷部分中的零至五个门，位于预热腔内废金属引入段的中间段中的零至五个门，和位于预热腔内废金属入口段的出口段或者说最热部分中的零至五个门组成。 
而且，位于预热腔内废金属引入段的入口段或者冷部分中的门为薄和有弹性的或者象手指一样，由橡胶或金属制成，即，它们为有弹性的管或薄的侧叠层板。 
位于预热腔内废金属引入段的中间段中的门为具有侧弹性叠层板的金属板，而位于预热腔内废金属引入段的出口段或者最热部分中的门由厚重的铁面板构成，铁面板铰接至通道的固定上部结构。 
实际上，在装料通道或隧道的最内侧部分中，门直接暴露于来自于炉子的热气体流以及来自于炉子和来自于装料通道最热部分的热辐射下。 
该机械装置确保空气流较大的减少，使得“动密封”的存在是多余的。 
所有这些解决方案实际上允许沿着废钢边缘减少通道中的总空气流量。不设从废金属直接吸气的通风装置消除了废金属上灰尘(在露天堆放沉积所聚集的)以及废金属上添加材料最轻部分的灰尘的排放问题。 
根据本发明系统的实质性优点在于响应时间的显著减小，从而允许获得实时响应和生产线环境影响特征的显著改善。 
根据本发明系统的另一个优点是其更简单，因为在根据现有技术的系统中预见的各种门和通风装置已经消除。 
根据本发明的设备和方法还具有显著的经济性优点(考虑到初始投资以及传导和维护成本，和那些与系统可用性有关的成本)，因为它们还允许从废钢的连续预热系统消除“动密封”。 
根据本发明的设备，其允许排除以上部件，从而有利地比传统“动密封”设备的负担更小(在设备成本以及维护和修理成本方面)，更简单和更可靠。 
此外，根据本发明的解决方案的优点是，助燃物质(例如空气)的控制得到改善且更有目标性，以完成废金属中存在的可燃物质的燃烧。所有的这些提高生产线的效率(在质量和每吨最终产品的成本方面)，且改善了在工厂级以及对总的大气排放的环境影响。 
本发明的目标还有一种用于精炼钢的方法，包括： 
-对炉料的连续预热； 
-把包含铁、直接还原的铁或者两者混合物的所述材料供送到电弧炉中，以执行熔炼和精炼操作； 
-把成渣成分供送到熔池中以用于钢生产； 
-把增碳成分导入炉中以用于钢生产； 
-使用电极对炉料电加热，以熔化炉料并在炉子中形成熔化金属的熔池，在所述熔化金属熔池上有一层熔渣； 
-在钢生产过程中使所述渣维持在泡沫状态； 
-将金属元素，成渣剂和增碳成分供送入所述炉中； 
-在所述炉中维持用于装料，熔炼和精炼总时间的全电功率； 
-从炉子间歇出钢，在炉壳内维持金属剩余液，所述金属剩余液的重量大约在出钢以前重量的10％-30％之间变化； 
这种方法的特征在于，熔化材料的预热步骤依次包括下列步骤： 
-将要进料至炉子的材料或废金属装入延伸预热腔或装料隧道 中，该预热腔或装料隧道依次具有：废金属的入口段，用于防止空气不受控制地进入隧道的密封段，预热段和用于把废金属卸载到炉中的卸载段； 
-通过从离开炉子的热气体的热传递来预热废金属，热气体穿过腔内的废金属和通过废金属的上方； 
-和通过由来自于炉子的未燃烧的CO在腔中燃烧产生的热量预热废金属； 
所述方法的特征在于，助燃物质的引入通过助燃物质的引入装置实现，该装置包括一个或多个位于把废金属引入炉中的入口段中的可调节开口，和不具有自主运动但适于减少在装料隧道或预热腔内废金属入口段中的引入空气的机械装置。 
本发明的目标还在于一种用于钢精炼的设备，包括： 
-用于生产钢的电弧炉，用于在其内部熔炼和精炼金属炉料； 
-电极，其延伸入所述炉子内，至熔化材料熔池中熔渣液位下方一定距离处； 
-连接至所述炉子的进料装置，用于把炉料引入所述炉中而无需去除电极； 
-与所述进料装置配合的后燃装置，以预热所述进料装置内部的炉料； 
-用于测量和控制炉料或废金属进料的装置，包括用于炉料或废金属的自动控制装置，和用于与自动控制装置相关联来测量所添加炉料的装置； 
-位于将炉料引入进料装置的引入段中的机械密封装置； 
-在熔池内正常熔化金属液位上方和/或下方与所述炉连通的注气装置；和 
-用于倾斜所述炉子以进行出渣和出钢操作的装置，出钢装置布置成使得所述炉子的所述倾斜将在所述熔池内部维持熔化液态材料的剩余液，所述剩余液的重量大约在出钢以前重量的10％-30％之间变化。 
附图说明
参考附图，本发明的结构和功能特征及其相对于现有技术的优点将从下面的说明而变得更加清楚和更加显而易见，附图中： 
-图1是根据本发明设备一个实施例的竖直截面图； 
-图2是图1设备的顶视图； 
-图3是根据本发明图1设备的竖直截面图。 
具体实施方式
参考附图，总体上而且尤其是图1，表示了根据本发明的设备的实施例，其中用于生产钢的电弧炉10具有延伸预热腔或隧道12，优选地为振动通道，用于将金属和非金属炉料引入炉子中。 
炉子10，表现为三相电炉，还可以作为选择地为直流电炉、等离子炉或感应炉。 
预热隧道或腔12具有由相应延伸罩覆盖的延长支撑14，优选地涂覆有耐火材料。 
预热腔或隧道12在炉料的入口端具有机械密封装置18，且从炉料的入口端开始，该预热隧道或腔相继包括：炉料的入口或引入段21，其包括用于防止空气不受控制地进入隧道的密封系统18；一个或多个加热段或区域24；和炉料卸载段26。 
炉子10具有排放气体的出口开口28。 
预热隧道的炉料卸载段安装在连接小车30上，以便轴向伸缩运动而与炉子的开口28接合，炉子的开口28有效地并密封地使固定隧道或腔12与炉子10相连，炉子10能够倾斜。 
连接小车把废钢从预热隧道或腔供应到炉内的正确区域中。 
连接小车有利地安装在导轨32上。 
炉子10的排放气体富含CO且其温度大致在1300℃左右，通过炉料卸载开口28进入废钢的加热腔12(烟出口导管42使其处于减压状态)。 
炉子的排放气体以两种主要的方式在炉料的预热腔中提供加热：通过气体本身(其流过废金属)的相当多的热量和通过炉子排放气体中存在的未燃烧的CO的燃烧。 
加热段24设有一个或多个可调节开口34，它们布置在装料隧道的段26内靠近把预热废金属引入炉中的引入区域，开口34与中央控制系统(38，如图2中所示)相连。 
来自于炉子的CO的燃烧(可燃物质-CO和助燃物质-例如空气之间的化学反应)由总之超过燃点的气体温度(高达1300℃)确保，支撑，和维持。 
切口34的可变开口(和大体上助燃物质的注入)由线路控制器管理，与从CO或O2探测器(40)得到的信号成(正或反)比例。 
氧或CO探测器40布置在出口段42，或布置在区域24中靠近烟出口导管42(如图2中所示)。 
该探测器40控制经由引入装置对空气的导入，该引入装置包括可调节开口34，以允许操作条件响应从炉子排放的气体成分变化而快速改变。 
氧探测器40，其还可以是多用气体分析器，控制助燃物引入装置的调节和腔12中的燃烧水平。 
少量空气进入密封区域21，以防止空气通过机械密封装置18不受控制地进入隧道12。 
废钢炉料在带上通过机械密封装置18进入预热腔。 
处理排放气体和预热器吸气的装置通过导管42在机械密封装置18附近和上方连接至腔12。 
从而本发明的保护范围由所附的权利要求限定。 

Claims (11)

1.一种用于从电弧炉排出的气体燃烧以预热进入电弧炉本身的废钢的设备，其特征在于，该设备采用了将助燃物质导入废金属的预热腔或装料隧道的引入装置，该预热腔或装料隧道具有废金属的入口段、用于防止空气不受控制地进入装料隧道的密封段、加热段和用于把废金属卸载到电弧炉中的卸载段，所述助燃物质的引入装置包括布置在装料隧道中的一个或多个可调节开口，该引入装置由至少一个位于把废金属引入电弧炉中的引入区中或废金属卸载段中的开口可变切口组成，该可调节开口连接至中央控制和驱动系统，该中央控制和驱动系统从O2或CO探测器获取信号，且所述设备包括一个或一系列具有机械密封特性的装置，它们布置在装料隧道或预热腔中的废金属引入段或入口段中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述可调节开口位于电弧炉附近的装料隧道顶部上。
3.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，布置在预热腔或装料隧道内废金属的引入段或入口段中的机械密封装置由至少一个橡胶或金属门形成。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，该机械密封装置由布置在预热腔内废金属引入段的入口段或者说冷部分中的零至五个门，位于预热腔内废金属引入段的中间段中的零至五个门，和位于预热腔内废金属引入段的出口段或者说最热部分中的零至五个门组成。
5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，位于预热腔内废金属引入段的入口段或者说冷部分中的门为薄和有弹性的或者象手指一样，由橡胶或金属制成，即，它们为有弹性的管或薄的侧叠层板。
6.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，位于预热腔内废金属引入段的中间段中的门由具有侧弹性叠层板的金属板制成。
7.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，位于预热腔内废金属引入段的出口段或者说最热部分中的门由厚重的铁面板构成，所述铁面板铰接至通道的固定上部结构。
8.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，该设备采用与动态封闭装置或动密封形成一体的机械密封装置。
9.一种用于燃烧从电弧炉排出的气体以预热进入电弧炉本身的钢生产用炉料的方法，包括下列步骤：
-把要供应至电弧炉的炉料或废金属装入延伸的预热腔或装料隧道中，该预热腔或装料隧道依次具有废金属的入口段、用于防止空气不受控制地进入装料隧道的密封段、加热段和用于把废金属卸载到电弧炉中的卸载段；
-通过来自离开电弧炉的热气体热传递来预热废金属，热气体穿过预热腔内的废金属和通过废金属的上方；
-和通过由来自于电弧炉的未燃烧的CO在预热腔内燃烧产生的热量来预热废金属；
所述方法的特征在于，助燃物质的导入通过助燃物质的引入装置实现，该引入装置包括一个或多个位于把废金属引入电弧炉中的引入段中的可调节开口，该引入装置由至少一个位于把废金属引入电弧炉中的引入区中或废金属卸载段中的开口可变切口组成，该可调节开口连接至中央控制和驱动系统，该中央控制和驱动系统从O2或CO探测器获取信号，以及适于减少在装料隧道或预热腔内废金属入口段中空气引入量的机械装置。
10.一种用于精炼钢的方法，包括：
-对炉料连续预热；
-把包含铁、直接还原的铁或者两者混合物的所述炉料供送到电弧炉中，以执行熔炼和精炼操作；
-把成渣成分供送到熔池中以用于钢生产；
-把增碳成分导入电弧炉中以用于钢生产；
-使用电极对炉料电加热，以熔化炉料并在电弧炉中形成熔化金属的熔池，在所述熔化金属熔池上有一层熔渣；
-在钢生产过程中使所述熔渣维持在泡沫状态；
-在所述电弧炉中维持用于装料、熔炼和精炼总时间的全电功率；
-从电弧炉间歇出钢，在炉壳内维持金属剩余液，所述金属剩余液的重量在出钢以前重量的10％-30％之间变化；
这种方法的特征在于，熔化材料的预热步骤依次包括下列步骤：
-将要进料至电弧炉的炉料或废金属装入延伸预热腔或装料隧道中，该预热腔或装料隧道依次具有：废金属的入口段、用于防止空气不受控制地进入装料隧道的密封段、加热段和用于把废金属卸载到电弧炉中的卸载段；
-通过从离开电弧炉的热气体的热传递而预热废金属，热气体穿过预热腔内的废金属和通过废金属的上方；
-和通过由来自于电弧炉的未燃烧的CO在预热腔内燃烧产生的热量预热废金属；
所述方法的特征在于，助燃物质的引入通过助燃物质的引入装置实现，该引入装置包括一个或多个位于把废金属引入电弧炉中的引入区或废金属卸载段中的可调节开口，该引入装置由至少一个位于把废金属引入电弧炉中的引入区中或废金属卸载段中的开口可变切口组成，该可调节开口连接至中央控制和驱动系统，该中央控制和驱动系统从O2或CO探测器获取信号，和适于减少在装料隧道或预热腔内废金属入口段中的空气引入量的机械装置。
11.一种用于根据权利要求10所述的方法来对钢精炼的设备，包括：
-用于生产钢的电弧炉，用于在其内部熔炼和精炼金属炉料；
-电极，其伸入所述电弧炉内，至电弧炉内熔化材料熔池中炉渣高度下方一定距离处；
-连接至所述电弧炉的进料装置，用于把炉料引入所述电弧炉而无需去除电极；
-与所述进料装置配合的后燃装置，以预热所述进料装置内部的炉料；
-用于测量和控制炉料或废金属进料的装置，包括用于炉料或废金属的自动控制装置，和用于与自动控制装置相互关联来测量所添加炉料的装置；
-位于把炉料引入进料装置的引入段中的机械密封装置；
-在熔池内正常熔化金属液位上方和/或下方与所述电弧炉连通的注气装置；和
-用于倾斜所述电弧炉以便出渣和出钢操作的装置，出钢装置布置成使得所述电弧炉的所述倾斜将在所述熔池内部维持熔化液态材料的剩余，所述剩余的重量在出钢以前重量的10％-30％之间变化；
其中，
连接至所述电弧炉以用于把炉料引入所述电弧炉的所述进料装置包括延伸的预热腔或装料隧道，该预热腔或装料隧道依次具有：废金属的入口段、用于防止空气不受控制地进入装料隧道的密封段、加热段和用于把废金属卸载到电弧炉中的卸载段；并且
与所述进料装置配合的所述后燃装置包括用于引入助燃物质的引入装置，该引入装置包括一个或多个位于把废金属引入电弧炉中的引入区或废金属卸载段中的可调节开口，该引入装置由至少一个位于把废金属引入电弧炉中的引入区中或废金属卸载段中的开口可变切口组成，该可调节开口连接至中央控制和驱动系统，该中央控制和驱动系统从O2或CO探测器获取信号。
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