CN102037146A - 燃烧器/喷射器屏板设备 - Google Patents

Abstract

本发明总体上涉及一种用于金属熔炼、精炼和/或其它处理例如在电弧炉(EAF)中炼钢的设备和方法，更具体地，涉及用于将诸如化学能的各种能源、氧和微粒引入EAF的改进的燃烧器/喷射器屏板及相关方法。

Description

燃烧器/喷射器屏板设备

技术领域

本发明涉及一种用于金属的熔融、精炼和处理的燃烧器/喷射器屏板(panel)设备。更具体地，本发明涉及一种用于金属熔炉和/或类似装置中的燃烧器屏板。本发明还涉及一种用于向小容量炉内喷射氧的改进工艺。

背景技术

炼钢领域已经得到非常好的发展。通常，使用电弧炉(EAF)以通过施加电弧使放置在炉内的一种或多种金属废料和/或其它可供选择的生铁产品和合金熔化来炼钢。其它炼钢的方法包括通过使与来自鼓风炉的热金属结合的DRI(直接还原铁)熔化来炼钢的改进的EAF。为了改进炼钢工艺，通过辅助装置向炉提供附加的化学能。最常用的辅助装置的形式包括燃烧器、喷射器和喷嘴，它们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。

更多工艺包括使用诸如天然气或油的烃类燃料的多个可移动的或永久固定的燃烧器、用于朝熔池喷射氧流以满足精炼的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的一般工艺中，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碳微粒和其它形成炉渣的材料。其它公知的工艺包括对来自鼓风炉的热的或加热的金属使用钢包，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，直到形成炉渣的材料与铁碳合金熔体内的杂质结合并上升至表面作为炉渣。当铁碳合金熔体到达允许碳沸腾的临界温度时，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，该气泡上升至熔池表面，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(电流密度最低的那些点)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，使得炉壁和耐火衬里位于热点处的部分遇到恶劣情况。位于冷点区域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。为了熔化处于冷点的装料废料，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。电能在形成冷点的电极之间角度的分叉处最弱。冷点的另一典型示例是出钢槽，这是因为出钢槽的位置远离电弧。又一冷点在炉渣门处，这是因为过多的热量损失到透过此区域的环境空气中。由于这些材料在它们熔化时耗热，因此炉内冷点更普遍的源出现在喷射诸如形成炉渣的材料、直接还原铁、石灰等附加材料(其通过炉渣门或通过炉侧壁内的开口被插入)的位置。

现有技术对这些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。配设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。当将诸如燃烧器的辅助热源放置在电弧炉内时，辅助热源的位置选择成避免热点由于位于电极与炉壳之间的废料的迅速熔化而进一步过热。更具体而言，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工艺实现的，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、当与熔池中可获得的或过量的碳结合时形成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，并使熔融所需的时间以及电弧操作的时间最短。

通过用氧喷射金属熔池或液体金属，熔池的溶解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炼钢工艺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，例如但并非加以限制，对于低碳钢降低到少于0.1％。

为了减少电弧炉内的炼钢时间，已开发出多种设备和方法以便改变向炉输送另外的能量的手段。这样的改进包括但不局限于安装在水冷侧壁(屏板或炉)上的常规燃烧器、常规喷枪和常规燃烧器等。

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工艺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。氧流将会被偏转，从而可能对炉和燃烧器/喷射器屏板造成严重损坏。

这一事实由于大部分EAF炉结构的大致球形的形状而进一步恶化。金属的熔化通常在熔体的中下部内发生并扩展以充满侧面。在熔融阶段的早期，高速氧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。

使用与选择附加的燃烧器的位置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数量的装置实现。常用的装置和工艺类型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。通常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的开口的位置(有时在固定位置)，优选在熔池上方约150-300mm或更高的位置。来自喷枪的氧流的排放速度选择成允许位于工作位置的喷枪引入的氧流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，这是导致设备故障的常见原因。

经由各种设备——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工艺添加额外热量的常用做法。通常，从诸如包含压缩空气、天然气、氮气等的压缩气体载体之类的含碳材料分配器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，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。泡沫渣层由CO气泡形成，该CO气泡通过将喷射的碳氧化成CO而形成。增加喷射的碳流使局部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与氧混合，但是这在不导致炉渣和电极过度氧化的情况下是非常难实现的。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。

最现代的电弧炉配设有全部或部分上述用于辅助热量输入和/或金属熔融的装置。除了在金属熔炉的设计和操作方面的改进以外，还在燃烧器屏板设计方面进行了改进。例如，美国专利No.4,703,336、美国专利No.5,444,733、美国专利No.6,212,218、美国专利No.6,372,010、美国专利No.5,166,950、美国专利No.5,471,495、美国专利No.6,289,035、美国专利No.6,614,831、美国专利No.5,373,530、美国专利No.5,802,097、美国专利No.6,999,495和美国专利No.6,342,086中公开了多种燃烧器屏板构型。这些现有技术的专利已表明是有益的。例如，美国专利No.6,999,495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，美国专利No.6,614,831已发现将诸如燃烧器或喷枪之类的各种器具延伸进炉内部的可应用性。但是，仍需比现有技术的设备和方法更加有效且燃烧器/喷射器屏板故障减少的进一步改进的用于金属熔融的设备和方法。

燃烧器/喷射器屏板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(氧喷枪或燃烧器射流)被反射回屏板所导致的状况，而不管反射是由钢池还是由正在熔化的金属(炉内尚未被熔化的废材料)导致的。除非另外特别说明，否则贯穿本说明书的术语“逆燃”的使用应指并涉及所有上述术语。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，需要这样的设备和方法，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。

本领域中存在的另一个问题在于其应用主要局限于较大的炉(容量大于40吨的炉)。因此，需要这样一种屏板，其不但可在大容量炉中工作，而且可在容量较小的炉中工作。

现有技术的屏板存在的另一问题是屏板中的冷却回路是使用砂铸工艺制成的(形成在屏板中)。当采用砂铸时，需要在屏板的冷却回路中钻孔以便除去砂。然后必须在孔上焊接板或插入件以保持屏板内的冷却回路的完整性(以确保水不会从冷却回路渗出并进入炉内)。这种情况下，更加重要的是保护屏板免受回溅，因为板反复暴露于熔化的金属会导致水从冷却系统渗出而进入炉内。水的存在形成不可接受的危险。因此，不得不移去屏板并在很多情况下将其更换掉。因此，还需要一种能克服此问题的屏板。

发明内容

本发明涉及一种用于金属熔炉中的燃烧器/喷射器屏板及相关方法。本发明总体上涉及一种具有提高的特性的燃烧器/喷射器屏板及相关方法，其至少增加工作效率和/或增加燃烧器/喷射器屏板设备的使用寿命。本发明的燃烧器/喷射器屏板设备总体上包括：水冷式燃烧器/喷射器屏板；布置在水冷式燃烧器/喷射器屏板内的至少一个设备孔口，该设备孔口横穿水冷式燃烧器/喷射器屏板；以及至少一个喷射设备，该喷射设备安置或布置在该至少一个设备孔口内。燃烧器/喷射器屏板从炉壁朝向熔融液面线向外并向下延伸。该喷射设备选自热能源、微粒喷射器或氧喷射器中的一个或多个。本发明还包括一种改进的使用本发明的燃烧器/喷射器屏板将诸如氧或碳微粒的产品喷射到电弧炉内的工艺。

附图说明

将通过附图更加具体和详细地描述本发明，在附图中：

图1是本发明的燃烧器/喷射器屏板的正轴测透视图。

图2是图1的本发明的燃烧器/喷射器屏板的侧剖透视图。

图3是图2的本发明的燃烧器/喷射器屏板的矩形安装端的背面视图。

图4是附接至炉壁的本发明的燃烧器/喷射器屏板设备的截面剖视图。

图5是不同心的外轮廓和内轮廓的剖视图。

图6是同心的外轮廓和内轮廓的剖视图。

图7是本发明的燃烧器/喷射器屏板的备选实施例的正轴测透视图。

图8是图7的本发明的燃烧器/喷射器屏板的备选实施例的侧剖透视图。

图9是图8的本发明的燃烧器/喷射器屏板的一实施例的矩形安装端的背面视图。

图10是附接至炉壁的本发明的燃烧器/喷射器屏板设备的备选实施例的截面剖视图。

具体实施方式

本发明包括用于炉内的金属熔融、精炼和/或处理的燃烧器/喷射器屏板设备。更具体而言，本发明的燃烧器/喷射器屏板设备可用于在电弧炉(EAF)中炼钢，其中燃烧器/喷射器屏板设备安装在炉的侧壁上。文中所使用的安装在炉的侧壁上的燃烧器/喷射器屏板设备还包括燃烧器/喷射器屏板设备安装在炉壁上并延伸穿过炉壁的实施例。

目前已发现，通过使用所要求保护的特定燃烧器/喷射器屏板设备构型——该构型包括在屏板体部中具有至少一个过渡区域的实施例以及具有位于屏板体部中的第一过渡区域和定位在屏板体部的中间区域中并在屏板体部中偏心增加的第二过渡区域的另一实施例——可以具体地以使屏板的排放端朝向炉的熔体线延伸的方式将屏板设备设置在炉内。更具体而言，在炉包括分模线的那些实施例中，屏板的排放端从屏板底部与炉壁相接触的点至少延伸到或低于炉的分模线的距离并朝向炉的熔体线延伸。在炉内没有分模线的那些实施例中，屏板的排放端延伸从屏板底部与炉壁相接触的点到炉的液面线的距离的至少40％。此外，通过允许所要求保护的喷射器/燃烧器屏板设备的这种特定布置以及特定构型，可以提供提高的特性，其形式为燃烧器/喷射器屏板和/或喷射设备的工作效率增加和/或使用寿命增加，同时燃烧器/喷射器屏板设备的整体尺寸减小。此外，燃烧器/喷射器屏板的各种实施例的许多其它特性的提高通过此说明书的说明将显而易见。

本发明的燃烧器/喷射器屏板设备总体上包括燃烧器/喷射器屏板、至少一个横穿并布置在燃烧器/喷射器屏板内的设备孔口(其也可称为孔)以及至少一个构造成定位在该设备孔口内的喷射设备。这里所使用的用语“燃烧器/喷射器屏板”就本发明的各种实施例而言为安装有侧壁的屏板。这里所使用的用语“喷射设备”限定为诸如氧-燃料燃烧器的热能源、微粒喷射器或氧喷射器。在本发明的某些实施例中，燃烧器/喷射器屏板中存在超过一个的设备孔口和/或燃烧器/喷射器屏板中的各单独孔口中可存在超过一个的喷射设备。

本发明的燃烧器/喷射器屏板包括屏板体部，该屏板体部的形式为一实心的铸件或模制件，所述铸件或模制件包括第一端、邻近第一端的第一过渡区域、与第一端相对的排放端以及布置在第一过渡区域与排放端之间的中间区域。更具体而言，屏板体部包括(a)安装端；(b)第一过渡区域；(c)中间区域，该中间区域包括(i)第一柱形区域，(ii)可选的第二过渡区域和(iii)可选的第二柱形区域；以及(d)终端区域，其中第一过渡区域和中间区域均具有上部外表面，这些区域的上部外表面彼此位于同一平面内。此外，安装端、第一过渡区域、中间区域和终端区域通过一个或多个设备孔口彼此流体连通，所述一个或多个设备孔口以这种横穿屏板体部的指定分区的方式布置在屏板体部中。

燃烧器/喷射器屏板的安装端对应于屏板体部的第一端，而终端区域对应于屏板体部的排放端。对于屏板体部的各种分区或区段的相互关系，在本发明的一实施例中，安装端与第一过渡区域连通，该第一过渡区域与第一柱形区域连通，该第一柱形区域与第二过渡区域连通，该第二过渡区域与第二柱形区域连通，该第二柱形区域与终端区域连通。在第二可供选择的实施例中，安装端与第一过渡区域连通，该第一过渡区域与第一柱形区域连通，该第一柱形区域与终端区域连通。

这里所使用的用语“过渡区域”是指屏板体部的特定区域就尺寸和形状而言的外部轮廓，其中该区域从较小的外部轮廓过渡到较大的外部轮廓(如从第一柱形区域的较小外部轮廓变成第二柱形区域的较大外部轮廓的第二过渡区域的情况)或从较大的外部轮廓过渡到较小的外部轮廓(如从安装端的较大外部轮廓变成第一柱形区域的较小外部轮廓的第一过渡区域的情况)。这是与“第一柱形区域”和“第二柱形区域”的外部轮廓相比而言的，“第一柱形区域”和“第二柱形区域”的相应外部轮廓在整个该区域上——从该区域的一端到该区域的另一端——保持相对恒定。这里所使用的术语“轮廓”是指所参照的屏板的特定区域的外形，该外形形成在垂直于物体的主要水平尺寸之一——在此特定情形中垂直于孔口横穿屏板的方向——的穿过该物体的垂直平面上。这种过渡不但可以是尺寸方面的，而且可以是形状方面的。例如，对于安装端的形式为矩形的情况，第一过渡区域不仅包括尺寸的变化，而且包括形状的变化——从第一过渡区域的起始处(第一过渡区域与安装端相接处)的矩形外轮廓到第一过渡区域的端部处(第一过渡区域与第一柱形区域相接处)的大致柱形或柱形外轮廓。

如上所述，屏板体部的安装端形成燃烧器/喷射器屏板的第一端。该第一端可呈任何形状，但通常呈矩形形状。安装端具有朝向燃烧器/喷射器屏板设备的外侧或供应侧定位的背面并适于将燃烧器/喷射器屏板设备安装在炉的侧壁上，或在备选方案中将燃烧器/喷射器屏板设备安装在炉的侧壁上并穿过炉的侧壁。

燃烧器/喷射器屏板的屏板体部的终端区域形成屏板体部的排放端并呈半球形状。待喷射的产品(氧-燃料、微粒或氧)经由屏板体部的排放端从一个或多个喷射设备喷射，所述喷射设备定位在屏板体部中所包含的一个或多个孔口内。

如上所述，屏板体部的构型包括多个彼此流体连通的区域/分区。考虑到这些区域/分区，存在至少两个单独的实施例。在第一且最优选的实施例中，中间区域包括第一柱形区域、第二过渡区域和第二柱形区域。在第二实施例中，中间区域仅包括第一柱形区域。

因此，对于本发明的第一实施例，屏板体部包括安装端、第一过渡区域、中间区域(包括第一柱形区域、第二过渡区域和第二柱形区域)和终端区域。对于此实施例，安装区域与第一过渡区域之间的角度(此角度对应于屏板相对于水平线的角度)发生变化。第一过渡区域与终端区域之间的上部外表面成一直线。因此，第一柱形区域、第二过渡区域和第二柱形区域的上部外表面位于同一平面内。如上所述，安装端形成为允许安装端的背面经由内壁或穿过内壁附接至炉。第一过渡区域从安装端开始。该第一过渡区域用来将屏板的安装端与屏板的第一柱形区域连接，从而从安装端的外表面形状过渡到第一柱形区域的实际柱形形状。该第一过渡为本发明的重要方面，不仅关于尺寸和形状，而且关于屏板的排放端在炉中的位置。该第一过渡区域用于使屏板相对于炉壁的角度发生变化。随着该过渡从安装端朝向第一柱形端部延伸，过渡区域的上部外表面的角度相对于安装端的上部外表面发生变化。更具体而言，与第一过渡区域的上部外表面——其可说成相对于炉的水平线成约35度至约60度的角度——相比，安装端的上部外表面可说成相对于炉的水平线(例如，与竖直炉壁成90度角的线)成0度角。该角度允许更好地相对于金属熔体定位屏板的排放端，从而更精确地从喷射设备喷射各种产品。

此第一实施例中的下一区域为中间区域。在该具体实施例中，中间区域包括第一柱形区域、第二过渡区域和第二柱形区域。已知关于此第一实施例的另一重要方面在中间区域内。该方面包括屏板在中间区域中的外轮廓——更具体而言，屏板的外轮廓在第一柱形区域与第二柱形区域之间的整体变化。在燃烧器/喷射器屏板的该第一实施例中，屏板体部的中间区域中的外轮廓尺寸通过第二过渡区域——从燃烧器/喷射器屏板的第一柱形区域的端部到第二柱形区域的起始处——偏心地发生变化。此外，通过使用这种构型，可以使屏板的效率最高，因为可使总表面积最小从而使屏板的吸热最小并使产生炉堵塞的可能性最小。

这里所使用的术语“偏心”和“偏心地”及其所有衍生语是指如下情形：存在于平行的偏置平面中的两个柱形物体的外轮廓的边缘当从垂直于任意平面的视角看时共有唯一的视为接触的点——第一外轮廓的中心点不同于第二外轮廓的中心点。更具体而言，其指如下情形：位于偏置的平行平面中的具有不同直径(在该具体情况下为第一和第二柱形区域的外轮廓的直径)的两个圆当从垂直于平行的平面的视角看时共有唯一的相切的接触点。这里所使用的术语“垂直”是指直角定向并以直角参看。应注意，对于延伸穿过屏板体部的孔口，在第一柱形区域中，孔口和第一柱形区域不共有同一中心线，但在第二过渡区域的直径发生偏心变化后，孔口和第二柱形区域随后共有同一中心线。

通过这种与第一过渡区域的过渡相联接的偏心加大来实现本发明相对于现有技术的屏板设备的改进。更具体而言，通过使用两个过渡区域，可以使表面积最小化，这又由于吸热(吸热与表面积成正比)的偏置而使冷却效率最高。此外，通过采用这种构型，可以提高屏板的效率，这是因为该构型允许更靠近炉的熔融液面线从喷射设备喷射各种产品，因为该构型允许排放端定位在炉中更深处(在带有分模线的炉中，定位在分模线上或超过分模线并更靠近熔融液面线，而在不带分模线的炉中，定位在从屏板底部与炉壁相接触的点到炉的液面线之间的距离的至少40％处)。

第一实施例的屏板的最终区域为终端区域。如上所述，该区域包括屏板的排放端，来自喷射设备的各种产品从该排放端喷射。该形状也是本发明的另一重要方面，这是因为终端区域呈半球形状，这使得其在与相邻柱形区域连接的所有点处形成切向接触。通过使屏板以半球体终止，使屏板的质量及表面积均最小化。使用半球形状的另一优点在于：通过使用半球体，极大地使逆燃减至最小。逆燃损坏在通过熔体或废料的单一反射传递时最严重。由于终端区域的半球形状，与现有技术的屏板的标准平直端面相比，半球形状出现单一反射的概率较小，这很可能是由于半球体在不损坏屏板的情况下反射半球体的单一反射的能力。

本发明的屏板相对于现有技术的屏板的另一优点在于，由于本发明的屏板的构型，与现有技术的屏板相比，本发明的屏板还可以使屏板的实际尺寸缩小。对于突入/伸入炉内的屏板，一般的屏板与本发明的屏板相比较大。因此，在本发明的优选实施例中，屏板的安装端的实际尺寸的范围为宽度从约6英寸到约10英寸且高度从约11英寸到约17英寸，屏板的其余部分的尺寸范围在其最宽的区段处为宽度从约5英寸到10英寸(当从第一过渡区域的端部到终端区域的端部测量时)且长度从约8英寸到38英寸(当沿最长长度从第一过渡区域的起始处到终端区域的端部与设备孔口相一致地测量时)。优选地，安装端的尺寸为宽度从约6英寸到约8英寸且高度从约11英寸到约13英寸。优选地，屏板的其余部分的尺寸在其最宽的区段处为宽度从约4.5英寸到约8.5英寸(当从第一过渡区域的端部到终端区域的端部测量时)且长度从约25英寸到约30英寸(当沿最长长度从第一过渡区域的起始处到终端区域的端部与设备孔口相一致地测量时)。由于这种构型的变化，本发明的屏板设备的安装表面积通常小于现有技术的屏板设备的安装表面积的约80％，优选地小于现有技术的屏板设备的安装表面积的50％，更优选地约为现有技术的屏板设备的安装表面积的25％。同样，由于这种构型的变化，本发明的屏板设备的重量通常小于现有技术的屏板设备的重量的约50％，优选地小于现有技术的屏板设备的重量的40％，更优选地约为现有技术的屏板设备的重量的30％。

在本发明的燃烧器/喷射器屏板的第二实施例中，该屏板除了屏板的中间区域外与第一实施例相同。更具体而言，在此第二实施例中，中间区域仅包括第一柱形区域。对于此实施例，屏板的中间区域的外轮廓的形状并未从中间区域的一端到中间区域的另一端发生变化。换言之，外轮廓的形状在整个中间区域中保持不变，屏板中的唯一过渡如前文所述发生在屏板的安装端与屏板的中间区域之间——发生在第一过渡区域中的过渡。

本发明的燃烧器/喷射器屏板可使用本领域中公知的任何铸造或模制方法制成，只要最终产品包括实心的、连续铸造或成型的工件。这里所使用的用语“实心的、连续铸造或成型的工件”或这里所使用的其关于燃烧器/喷射器屏板的任何变型例如“实心的、连续成型的工件”或“实心的、连续铸造的工件”或“实心的铸件”或“实心的成型件”是指燃烧器/喷射器屏板不包括多个例如通过焊接或使用诸如夹具和/或支架等的固定装置的方式结合在一起以形成一体件的单独件。另外，“实心的、连续铸造或成型的工件”或其如上所述的其它变型也不是指在燃烧器/喷射器屏板成型后以任何方式穿透、刺穿或渗透以进一步完成工件——例如通过在工件中钻孔以从砂铸模除去砂——所获得的形成物。燃烧器/喷射器屏板而是应当为通过将材料灌注到铸件或模具中所形成的单件。更具体而言，燃烧器/喷射器屏板是通过将铜灌注到铸件或模具中而形成的单件。但是，应注意，用语“实心的、连续铸造或成型的工件”不排除在安装端的背面中形成孔以便提供用以将屏板附接至炉的装置。更具体而言，可在安装端的背面中形成诸如螺纹孔的装置，以允许通过附接至安装板的螺栓将屏板固定在炉的内壁上或使用安装板将屏板在一定程度上固定在炉壁内。

同样，基于本发明的目的，“实心的、连续铸造或成型的工件”不排除利用管道铸造或模制屏板以便如下所述在屏板内形成一个或多个孔口或冷却回路通路。虽然说本发明的燃烧器/喷射器屏板称为“实心的”，但术语“实心的”的使用是关于形成屏板的连续铸造的工件或模制件而言的。应当注意的是，成型件还包括从燃烧器/喷射器屏板的一端延伸到另一端的一个或多个孔口。这些孔口不是在该工件的铸造之后增加的，而是在铸造或模制时就被包括在内的(它们在铸造或模制屏板时作为屏板的一部分形成)。

这些孔口是为了容纳一个或多个喷射设备而设置的并且通过使用诸如管芯铸造之类的方法定位在燃烧器/喷射器屏板中。通过使用管芯铸造，由于允许去除诸如焊接工艺，可以延长燃烧器/喷射器屏板的寿命。众所周知的是，诸如燃烧器/喷射器屏板件的焊接之类的工艺往往导致屏板体部薄弱，这有可能在屏板暴露于炉环境时形成安全隐患。这是因为焊接失效会导致来自水冷回路的水进入炼钢工艺。在管芯铸造工艺中，将形成屏板的材料灌注到模具中，该模具包括一个或多个定位在希望形成孔的部位的管道。管道之后成为最终件的一体部分。在本发明的优选实施例中，管道与屏板类似也由铜制成，优选由高纯度铜制成。

对于设置在燃烧器/喷射器屏板内用于接纳一个或多个喷射设备的一个或多个孔口，在优选实施例中，该一个或多个孔口平行于燃烧器/喷射器屏板的第一过渡区域和中间区域的上部外表面延伸，该燃烧器/喷射器屏板的上部外表面从侧视图看时形成一直线。这些孔口的实际内部构型完全取决于所述区域的上部外表面和将定位在孔口内的喷射设备。因此，用在本发明中的设备可包括在燃烧器/喷射器屏板领域中公知的任何设备。通常与燃烧器/喷射器屏板相关联的喷射设备包括但不局限于诸如燃烧器的热能源、用于喷射诸如碳等微粒物质的微粒喷射器、用于喷射氧或空气或氧与空气的混合物的氧喷射器或允许组合一个或多个这些设备的设备(例如，燃烧器和喷射器的组合)。所使用的喷射器可为本领域中公知的任何类型的喷射器，例如但不局限于喷枪、超音喷枪、微粒喷射器、后燃烧设备等。在优选实施例中，该设备选自诸如氧-燃料燃烧器的热能源、喷射诸如碳之类的微粒的微粒喷射器以及喷射主要包括氧或空气的气体的氧喷射器。在最优选的实施例中，喷射设备为氧喷射器，其中所使用的气体为纯氧。用于喷射设备的孔口延伸穿过整个屏板——穿过屏板的安装端、第一过渡区域、中间区域的一个或多个区域以及终端区域，从而允许经屏板的终端区域的排放端将产品喷射(借助于喷射设备)到炉内。在本发明的一个实施例中，待定位或布置在孔口内的设备为氧喷射器。在另一实施例中，燃烧器/喷射器屏板中有多个孔口。在一个实施例中，在一个孔口内布置有氧喷射器和微粒喷射器。在又一实施例中，在一个孔口内布置有氧喷射器和热源。在本发明的另一实施例中，有两个孔口，氧喷射器布置在一个孔口中，而微粒喷射器或燃烧器布置在另一个孔口中。

应注意，取决于炉的情况，在一些情况下，炉包括多于一个的屏板设备。因此，例如，炉可包括：第一屏板设备，其包括其中布置有一个孔口的屏板，该孔口容纳微粒喷射器；第二屏板设备，其包括其中布置有一个孔口的屏板，该孔口容纳氧喷射器和热源；以及第三屏板设备，其包括具有两个孔口的屏板，一个孔口容纳氧喷射器和热源，而另一个孔口容纳微粒喷射器。本领域的普通技术人员应注意到，可在炉中使用包括一个或多个屏板——具有均容纳一个或多个喷射设备的一个或多个孔口——的屏板的任何数量的不同组合，并且通常基于炉的类型和整个炉的设计确定屏板的任何数量的不同组合。

在本发明的优选实施例中，燃烧器/喷射器屏板是流体冷却的，优选水冷的，该冷却使用能够适应电弧炉的不利环境并设计成包含在炉内而不会使炉的结构发生实质变化的流体冷却回路。通过提供使用尽可能完整地覆盖屏板的标准流体冷却回路的设计来实现屏板冷却的优化。还通过尽可能多地减少燃烧器/喷射器屏板的外部表面积以使从环境的吸热最小并使需要被冷却的质量最小来实现屏板冷却的优化。这又起到有助于冷却回路的作用。与包含孔口的情况一样，在铸造或模制屏板时将冷却回路引入屏板中。换言之，围绕冷却回路铸造屏板。本领域中公知的任何流体冷却回路可用在本发明中。虽然冷却回路可由任何类型可耐受来自用于铸造屏板的熔融材料的热量的材料形成，但优选的用于流体冷却回路的材料也是与铸造屏板的材料——铜、优选高纯度铜——相同的材料。通常，为了使冷却效率最高，流体冷却导管仅位于与屏板的整体形状相符的屏板周边内侧。此外，屏板还包括围绕设备开口的多个流体冷却导管，所述设备开口形成为穿过屏板。在包括容纳附加喷射设备的多个孔口的实施例中，水冷却回路也可沿附加孔口的侧面覆盖所述孔口。

本发明的燃烧器/喷射器屏板的构型允许燃烧器/喷射器屏板设备以这样的方式定位在炉中：不仅允许屏板从炉壁向外延伸到炉内，而且对于包括分模线的那些炉，允许燃烧器/喷射器屏板的排放端从炉壁向外延伸并向下延伸到炉的分模线或分模线的稍下方。在这些具体的炉中，到达或稍下方是指屏板的排放端相对于屏板的底面与炉壁的内表面和炉的液面线相接触(或相交)的点的最终位置。更具体而言，用语“稍下方”是指达到从屏板底部与炉壁的内表面相接触或相交的点到液面线的距离的约40％、优选达到该距离的约50％、更优选达到该距离的约60％的程度。

在炉内没有分模线的那些实施例中，燃烧器/喷射器屏板设备以这样的方式定位在炉中：允许屏板不仅从炉壁向外延伸到炉内而且延伸超过耐火砖并朝向炉的液面线延伸。更具体而言，在该具体实施例中，屏板的排放端延伸达到从屏板底部与炉壁的内表面相接触或相交的点到液面线的距离的约40％、优选达到该距离的约50％、更优选达到该距离的约60％。

当燃烧器/喷射器屏板被安装在炉壁上时，排放端以一角度远离炉壁延伸，该角度的范围通常为与水平线成约35度到约65度的角度、优选与水平线成约35度到约55度的角度，在最优选的实施例中，通常为与水平线成约42度到约48度的角度。在许多情况下，该角度为与水平线成约45度的角度。这里所使用的术语“水平线”是指从屏板的排放端延伸且平行于炉的分模线和液面线的线。燃烧器/喷射器屏板的特定构型和角度允许由于其相对于炉的液面线的位置而优化从终端区域的排放端到炉内的排放。因此，缩短了从燃烧器/喷射器屏板到熔融金属或液面线的距离。在炉包括分模线的那些实施例中，排放端延伸到炉的分模线或分模线的稍下方。这里所使用的用语“分模线”是指炉的顶部外壳(通常被水冷的区域)与炉的底部外壳(通常包括耐火砖的炉区域)相会并附接的区域。详见图4。在炉不包括分模线的情况下，此构型允许通过使排放端从炉壁向外延伸到炉内并延伸超过耐火砖及朝向炉的液面线延伸而进行优化。详见图10。

由于本发明的燃烧器/喷射器屏板的尺寸减小，在一些实施例中，可以在不对现有的炉进行任何改造的情况下安装屏板设备。在其它实施例中，由于炉的结构，可能需要通过在耐火砖中形成凹口或缺口而在耐火砖中形成略微凹部来移去或改造形成炉的外壳的耐火砖或在一些炉中的炉的底部外壳。这些改造还由于凹部所提供的略微屏蔽而用来进一步保护燃烧器/喷射器屏板设备。在这些情况下，可使用任何用于这种屏板设备的标准方式安装燃烧器/喷射器屏板设备。在许多炉中，还包括从底部外壳向内延伸的“砖阶梯”，其中炉的上部外壳与炉的底部外壳相接。在这些实施例中，该凹口或缺口通常在实际的砖阶梯中形成。在其它情况下，砖阶梯有助于屏板在炉内的定位。

在本发明的其它实施例中，其中燃烧器/喷射器屏板与炉的耐火砖或耐火阶梯之间存在间隙，可使用诸如粘土或任何其它能够被烧制且不可燃的耐火材料之类的可填塞(ramable)耐火材料来填充此间隙。这些材料一般用在电弧炉中并为本领域的技术人员所熟知。在又一实施例中，燃烧器屏板构造成配合在用于燃烧器屏板的预设槽缝内。燃烧器屏板通常适于采用炉屏板附接装置，例如螺栓、夹具、螺钉、钉子、突耳、楔形件等。优选地，采用突耳和楔形件。本领域的普通技术人员应当理解这些改造是否需要取决于使用屏板设备的炉的类型。

本发明的构型允许诸如氧和/或微粒的产品的实际喷射尽可能接近熔融金属/液面线。屏板的形状允许在使实际产品接近熔融金属/液面线喷射的同时保护喷射设备。

此外，本发明的燃烧器/喷射器屏板的过渡区域的上表面可选地包含成形槽。在该备选方案中，本发明的燃烧器/喷射器屏板的整个上表面包含成形槽。该槽可以任何数量的尺寸和形状存在，包括但不限于V形、U形、菱形、方形、圆形、椭圆形等或这些形状的任何组合。成形槽意想不到地且有利地引导炉渣流。在各种实施例中，被引导的炉渣能够在燃烧器/喷射器屏板上形成至少部分固化层，从而向燃烧器/喷射器屏板提供额外的保护。但是，在其它实施例中，炉渣将保持液态或接近液态。在燃烧器/喷射器屏板的表面上带有至少部分固化的炉渣层的实施例中，炉渣能够至少部分地隔离燃烧器/喷射器屏板设备，从而实现保护燃烧器/喷射器屏板不受损坏和/或增加燃烧器/喷射器屏板的使用寿命中的至少一个。同样，液态炉渣提供有限的隔离。这里所使用的术语“炉渣”是指作为金属矿石熔炼残渣留下的玻璃状块状物。在精炼阶段从铁碳合金熔体产生正确的炉渣成分对于实现所期望的钢化学性质和从熔体除去杂质而言是重要的。在炉中，炉渣往往以液态和固态/半固态两种形态存在。

本发明的燃烧器/喷射器屏板设备的各种实施例的各种改进的特征和/或提高的特性包括以下中的至少一个：a)从燃烧器/喷射器屏板的排放端到熔融金属/液面线的距离减小；b)与现有技术的屏板相比为流线型设计，从而由于所用的材料较少而节省了制造成本；c)节能；d)由于燃烧器/喷射器更接近熔融液面线，提高了燃烧器/喷射器屏板的效率；e)由于待被流体冷却的表面积最小化，提高了燃烧器/喷射器效率的流体冷却效率；f)燃烧器/喷射器屏板故障总体减少，包括一个或多个喷射设备的故障总体减少；g)由于燃烧器/喷射器屏板包括一个实心的铸件或模制件，安全隐患总体减少；以及h)使排放表面优化，从而减少了由于逆燃而发生损坏的可能性。

由于本发明的燃烧器/喷射器屏板设备从炉壁伸出并在一些情况下延伸穿过和/或超过耐火砖阶梯，因此至少一个孔口更接近金属熔体/液面线的表面。同样，在一些实施例中，例如上述第二实施例，可以使设备孔口更接近炉中心，从而在一些情形中使效率提高。

本发明的各种实施例在提供用于炉的增强的和/或改进的燃烧器/喷射器以及相关使用方法的领域具有广泛应用。此公开文本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，本领域的普通技术人员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专利说明书及所附权利要求的全部范围的限制。

参照对举例说明了本发明的至少两个实施例的附图的详细描述，可以更深入地理解本发明。但是，这些实施例并非用于限制本发明。图1至图4示出本发明的第一实施例。图1是本发明的燃烧器/喷射器屏板1的一实施例的正轴测透视图。如图1所示，该具体的燃烧器/喷射器屏板1包括安装端2、第一过渡区域3、中间区域4以及终端区域7，中间区域4的形式为第一柱形区域、第二过渡区域5和第二柱形区域6。燃烧器/喷射器屏板1的安装端2通常呈矩形形式并包括背面9。如图3所进一步示出的，定位成远离燃烧器/喷射器屏板1的主要部分的该背面9适于允许如图4所示将燃烧器/喷射器屏板1安装在炉壁14的内侧上。更具体而言，如图3所示，安装端2的背面9包括用于将屏板1附接至炉壁的装置。通常，如图3所示，此装置包括用于安装螺栓或螺钉以将安装端2附接至炉壁14的螺纹孔10。如从图2中所更明显地看出的，图2是图1示例说明的实施例的侧剖视图，在第一过渡区域3中，屏板1开始其从安装端2的形状和尺寸到第一过渡区域3的形式的第一过渡。换言之，例如，对于图1的第一实施例，其中安装端2呈矩形形状，安装端2开始从安装端2的矩形形状过渡为第一过渡区段3的最终部分的相对柱形的外轮廓形状。

如图2所进一步示出的，第一过渡区域3与中间区域(在该具体实施例中，中间区域包括4、5、6)的第一柱形区域4流体连通。第一柱形区域4、第二过渡区域5和第二柱形区域6的上部外表面21均位于同一平面内(参见图1，线X)。与第一过渡区域3不同，中间区域4、5、6的第一柱形区域4不包括外轮廓的尺寸和形状方面的过渡，而是在整个第一柱形区域4上具有保持恒定的外轮廓(参见图2的B-B到B′-B′)。屏板1的该第一柱形区域4与第二过渡区域5流体连通。在屏板1中的该点，屏板1开始关于屏板1的外轮廓的尺寸和形状的第二过渡。更具体而言，在该点，与第一过渡区域3的过渡相比，屏板以如前所限定的“偏心”方式过渡。如前所限定的，本发明的此第一实施例中的相对于此第二过渡区域5偏心是指第二过渡区域5的起始处的外轮廓(如通过图2中的线B′-B′标记)和第二过渡区域5的终止处的外轮廓(如通过图2中的线C-C标记)当从垂直于第二过渡区域5的透视视角看时在外轮廓(屏板在B′-B′与C-C之间的外部上表面21)中共有唯一的接触点。通过柱形区域4的轮廓的中心的中心线不与通过柱形区域6的轮廓的中心的中心线共线但与其平行。分别通过由线B′-B′标记的第二过渡区域5的起始处和由线C′-C′标记的第二过渡区域5的终止处位于偏置的平行平面中，并且示出由B′-B′和C′-C′标记的屏板的外部或外轮廓的这些圆的直径当从垂直于这些平行平面的视角看时共有相切的唯一的接触点。应注意，第一柱形区域4、第二过渡区域5和第二柱形区域6的上部外表面21是各相应区域的垂直表面且该外表面21形成一直线。外表面21对应于图1的线X。第二过渡区域中的所有过渡变化发生在外表面21下方(沿屏板的底面27)。

此外，由于第二过渡区域5中的这种过渡变化，如图2所进一步示出的，孔口11位于第一柱形区域4中的区段未与第一柱形区域4的外轮廓共用相同的中心点。参照图5，图5示出包括孔口11和由图2的线B-B表示的第一柱形区域4的外轮廓的截面图。但是，在第二过渡区域5中的偏心过渡之后，屏板的截面图发生变化，使得孔口11位于第二柱形区域6中的区段与第一柱形区域6的外轮廓共用同一中心点。参照图6，图6示出包括孔口11和由图2的线C′-C′表示的第二柱形区域6的外轮廓的截面图。由于第一过渡区域3和第二过渡区域5中的这些过渡，孔口11与终端区域7的排放端8对准。进一步参照图4，当燃烧器/喷射器屏板设备被安装在炉内时，屏板1的排放端8以一角度朝向液面线/熔体线24伸入炉内，该角度的范围为与水平线(从屏板1的排放端8延伸并平行于炉的分模线22和/或液面线24的线)成约35度到约60度的角度、优选约45的角度。该角度在图4中用符号φ示出。

如前文所述，终端区域7的形式为半球形状，该半球形状与第二过渡区域6相反的部分作为燃烧器/喷射器屏板1的终端区域7的排放端8。屏板1的孔口11为通常呈管状形状的中空腔，该中空腔在安装端2处开口以允许插入一个或多个喷射设备16并在排放端8处开口从而允许从定位在屏板1的孔口11中的喷射设备16喷射产品(氧、氧-燃料等)。

如图2所进一步示出的，燃烧器/喷射器屏板设备包括横穿安装端2、第一过渡区域3、第一柱形区域4、第二过渡区域5、第二柱形区域6和终端区域7的孔口11。孔口11在燃烧器/喷射器屏板1内的角度为孔口11平行于上表面21延伸，该上表面21包括第一柱形区域4、第二过渡区域5和第二柱形区域6(如由线X所示)。此外，如前文所述，孔口11同心地定位在第二柱形区域6内(参见图6)。仍参照图1，在本发明中，第二过渡区域5具有第一外轮廓线25(在图2中用线B′-B′表示)和第二外轮廓线26(在图2中用线C-C表示)。第二过渡区域5的第一外轮廓线25与第一柱形区域4的一端匹配且第二外轮廓线26与第二柱形区域6的一端匹配，这是因为布置在其中的孔口11使所有区域流体连通。分别对于第一柱形区域4和第二柱形区域6的表面而言，如上所述，孔口11与第一柱形区域4和第二柱形区域6的上表面21线性地/直线地对准。应注意，本发明的孔口11的形状可改变。一般而言，大部分孔口呈圆形。但是，孔口可呈任何形状，例如但不局限于球形、三角形、五角形、六角形和/或类似结构。

如图4所示，本发明的喷射设备16定位在本发明的燃烧器/喷射器屏板设备的燃烧器/喷射器屏板1的孔口11中。孔口11的形状取决于所采用的实际喷射设备16以及待定位在一个孔口11中的喷射设备16的数量。如前文所述，燃烧器/喷射器屏板1中可存在多于一个的孔口11。与包括一个孔口11的情况一样，所有孔口11必须平行于第一柱形区域4、第二过渡区域5和第二柱形区域6的上表面21延伸或与该上表面21线性地对准。

图7至图10示出本发明的第二实施例。图7是本发明的燃烧器/喷射器屏板1的一个备选实施例的正轴测视图。在该具体实施例中，燃烧器/喷射器屏板1包括安装端2、第一过渡区域3、形式仅为第一柱形区域的中间区域4以及终端区域7。在该具体实施例中，燃烧器/喷射器屏板1的安装端2的形式可为矩形或正方形(如图7和图9所示)并包括背面9，该背面9远离燃烧器/喷射器屏板1的主要部分定位并适于将燃烧器/喷射器屏板1安装在炉壁上。在该具体实施例中，屏板1设计成包括在炉内，该炉包括由炉砖或耐火砖23组成的厚壁14。因此，该具体实施例的安装端2包括与前文所述的本发明的第一实施例中所示的较扁平的安装端2相比深度更大的安装端2。更具体而言，如图10所示，安装端2的深度足以允许安装端2横穿整个炉壁14的炉砖或耐火砖23。因此，虽然安装端2的优选的整体形状为矩形或正方形，但此安装端2的深度(从安装端2的正面至背面9)通常取决于待安装屏板1的炉壁14的厚度。应注意，对于该具体实施例，安装端2实际上定位在炉壁14中。因此，对于该实施例，提到安装在炉壁14上还包括穿过那些不包括分模线但包括厚壁的炉中的炉壁安装。

如本发明的第一实施例那样，在该第二实施例中，如图9所示的安装端2的背面9包括用于安装螺栓或螺钉的螺纹孔10，以允许将安装端2的背面9附接至炉壁14。图8是图7示例的实施例的侧剖视图，如图8所更明显地示出的，在第一过渡区域3中，屏板1开始其从安装端2的形状和尺寸到第一过渡区域3的形式的第一过渡。更具体而言，例如，对于第二实施例，安装端2为正方形形状，安装端2开始从安装端2的正方形形状转变为对应于第一柱形区域4的第一过渡区段3的最终部分的相对柱形的外轮廓形状。

进一步参照图10，当燃烧器/喷射器屏板设备被安装在炉内时，屏板1的排放端以一角度朝向液面线/熔体线24伸入炉内，该角度的范围为与水平线(从屏板1的排放端8延伸并平行于炉的液面线24)成约35度到约60度的角度、优选约45度的角度。该角度在图10中用符号φ示出。

如该实施例所示，该第一过渡区域3与第一柱形区域4流体连通，第一柱形区域4与屏板1的终端区域7流体连通。与第一过渡区域3不同，第一柱形区域4不包括外轮廓的尺寸和形状方面的过渡，而是具有在整个第一柱形区域4上保持恒定的外轮廓。

如前文所述，终端区域7的形式为半球形状，该半球形状的外部部分(面对金属熔体的部分)作为燃烧器/喷射器屏板1的终端区域7的排放端8。如第一实施例那样，在第二实施例中，屏板1的孔口11为通常呈管状形状的中空腔，该中空腔在安装端2处开口以允许插入一个或多个喷射设备16并在排放端8处开口从而允许从定位在屏板1的孔口11中的喷射设备16喷射产品(氧、氧-燃料等)。

如图8所进一步示出的，燃烧器/喷射器屏板设备包括横穿安装端2、第一过渡区域3、第一柱形区域4和终端区域7的孔口11。在该具体实施例中，代替包括第二过渡区域且为了适应安装端2的深度，孔口本身在屏板的第一过渡区域中转变以实现排放端的定位及来自一个或多个喷射设备11的产品在排放端8处的最终输送。在一个优选实施例(图中未示出)中，喷射设备16的端部与终端区域7的端部齐平。应注意，图8的屏板1中的孔口11不是直的。在该具体实施例中，孔口11和喷射设备16需要沿它们的长度弯曲以使喷射设备16从屏板设备的排放与终端区域7的端部大致对齐。与前面的实施例一样，在该具体实施例中，燃烧器/喷射器屏板1内的孔口11的角度使得孔口11平行于中间区域——在此情况下为第一柱形区域4——的上表面21延伸。

与第一实施例一样，孔口11的形状可变化。如图10所示，本发明的喷射设备16布置在本发明的燃烧器/喷射器屏板设备的燃烧器/喷射器屏板1的孔口11中。孔口11的形状取决于所采用的实际喷射设备16以及待定位在一个孔口11中的喷射设备16的数量。当孔口中包括喷射设备时，也可设置设备安装支架以帮助将一个或多个喷射设备保持就位。

不论屏板1的构型如何，待安装在炉中的燃烧器/喷射器屏板设备通常为流体冷却的，优选为水冷的，燃烧器/喷射器屏板1(参见图2和图8)具有至少一个孔口11(如图2、3、8和9所示)以及至少一个喷射设备16(如图4和图10所示)。

如图4和图10所进一步示出的，燃烧器/喷射器屏板设备通常利用用于将屏板1附接至壁14的装置安装在炉壁14上，该装置位于安装端2的背面9上。虽然可使用任何数量的诸如突耳和冲杆、挂钩、支架、螺纹或焊接连接机构之类的装置将燃烧器/喷射器屏板附接至炉壁14，但通常利用如图4和图10所示的安装板15将屏板1安装在炉壁14上。对于炉包括如图4所示的炉分割体20的情况下，安装板15可紧靠耐火材料的顶层的顶部以用于附加支承。一旦屏板11被安装在炉壁14上，就可将喷射设备16插入孔口11内并使用喷射设备安装支架19将喷射设备16进一步固定。通过以这种方式构成孔口11，还具有在不必从炉壁14移去整个屏板1的情况下更换喷射设备16/改造喷射设备16/在喷射设备16上作业的附加优点。移去喷射设备16所必须的仅是移去安装支架19以移去喷射设备16。

在炉的操作期间，炉内的炉渣至少以两种状态——液态和固态——存在。当炉渣沸腾、爆开、膨胀等时，至少一部分炉渣与燃烧器/喷射器屏板1的表面接触。虽然炉渣为液体时对燃烧器/喷射器屏板提供一定程度的保护，但在固态下，炉渣通常对燃烧器/喷射器屏板1提供多得多的保护。因此，燃烧器/喷射器屏板1的另外的实施例如图1和图7所示在燃烧器/喷射器屏板1的第一过渡区域3的上部外表面21上包括一个或多个成形槽13。在另一些实施例中，在第一过渡区域3和中间区域4或4、5和6的上部外表面21上具有成形槽13(未示出)。一个或多个成形槽13可为任何数量的如前文所述的不同形状，包括V形槽。在又一些实施例中，可存在多个槽形(未示出)。当存在槽13时，它们通常沿燃烧器/喷射器屏板1的上部过渡表面21定向但也可在终端区域7的上部区域上。在槽13沿第一过渡区域3的外部上表面21定位的实施例中，槽13用来沿燃烧器/喷射器屏板1的第一过渡区域3引导炉渣。槽13引导炉渣流使得炉渣能够围绕燃烧器/喷射器屏板1形成至少部分固化层。屏板1上的炉渣的至少部分固化层能够至少部分地隔离燃烧器/喷射器屏板1，从而保护燃烧器/喷射器屏板1不受损坏和/或增加燃烧器/喷射器屏板1的使用寿命。对于屏板1的不同区域上的槽13，这同样适用。

燃烧器/喷射器屏板设备17的燃烧器/喷射器屏板1还进一步包括流体冷却系统，该流体冷却系统包括如图2、图4和图8所示的流体冷却回路12，该系统具有至少一个布置在燃烧器/喷射器屏板1内并与容纳喷射设备16的孔口11大致轴向对齐的流体冷却回路12。如前文所述，流体冷却系统优选地为水冷系统。如图3和图9所进一步示出的，安装端2的背面9包括分别用于待喷射到流体冷却回路12中的流体的入口装置12.1和出口装置12.2。在前文论述的每个实施例中，流体冷却回路12优选如图2和图8所示采取形状为非线性的/非直线的且与燃烧器/喷射器屏板1的形状相符的通路或路线。通常，为了使冷却效率最高，流体冷却导管12仅位于与屏板1的形状相符的屏板1的周边内侧。此外，屏板1还可包括多个围绕穿过屏板1形成的至少一个孔口11的流体冷却导管12，以提供附加的冷却效率。

虽然图4中未详细示出，但本领域的普通技术人员容易理解的是，该炉通常还包括定位在炉壁14内以协助从炉壁14的表面并在一定程度上从燃烧器/喷射器1散热的水冷式炉屏板18。如上所述，在各种实施例中，燃烧器/喷射器屏板1具有形式为流体冷却回路12的独立的流体冷却系统但也可从水冷式炉屏板18获益。从炉壁14和/或燃烧器/喷射器屏板1散热可通过使燃烧器/喷射器屏板1、喷射设备16和炉冷却而减少故障发生。对于流体冷却回路12，通常，随着流体流经流体冷却回路12的流量增加，燃烧器/喷射器屏板1的温度降低或维持该温度。同时，炉壁14和燃烧器/喷射器屏板1的温度通常也随着流经水冷式炉屏板18的水流量的增加而降低或维持该温度。维持或降低燃烧器/喷射器屏板1和炉壁14的温度可增加整个设备的运转寿命。

本文的图中所列出的各实施例的燃烧器/喷射器屏板1的结构与常规的燃烧器/喷射器屏板相比具有数个优点。主要优点在于其提供了为小型炉(容量低于40吨的炉)提供屏板1的实用手段。较小的规模加上最小化的表面积还在生产成本、吸热/冷却以及保护喷射设备16的能力方面提供了效益，同时缩短了从本发明的燃烧器/喷射器屏板1到液面线24的距离。在第一实施例中，本发明的燃烧器/喷射器屏板1能够至少到达分模线22(上、下炉外壳相接处)。在如图4所示的备选实施例中，本发明的燃烧器/喷射器屏板1延伸超出分模线22、延伸超过分模线22和/或在分模线22下方延伸。在该具体实施例中，所述设备在炉分模线22下方并朝向液面线24延伸，从而允许从一个或多个喷射设备16喷射各种诸如氧、氧-燃料或微粒之类的产品。在诸如在图10中示出的另外的实施例中，所述炉不具备分模线，燃烧器/喷射器屏板仍能够经过炉耐火砖23向下朝向炉的液面线24。

虽然本发明的屏板1可用于任何数量的不同类型的炉中，但屏板1优选用在电弧炉中，并且所有燃料流、氧化气体和微粒通过屏板1并基本上全部被引导到电弧炉中的相同位置。各种流的定向性允许喷射设备16使用来自燃料氧化、来自通过超音氧化气体的吹氧使炉渣或熔体中的可氧化成分氧化和/或来自这些的任意组合的热能加热炉渣/装料的局部点。

本发明还提供了一种将产品从燃烧器/喷射器屏板设备喷射到炉内的方法，该方法包括至少将产品从燃烧器/喷射器屏板设备喷射到炉内的第一步骤，该燃烧器/喷射器屏板设备包括至少一个设备孔口11和至少一个喷射设备16，其中燃烧器/喷射器屏板1从炉壁14向外至少延伸到炉的分模线22或延伸到炉的分模线22下方，并且该产品选自辅助热能、至少一种微粒、氧或它们的混合物。

所述实施例在所有方面均应理解为仅是说明性的而非限制性的。因此，本发明的范围由所附权利要求示出而不是由前述说明示出。在权利要求的等同方式的含义和范围内对权利要求的所有改变均包括在权利要求的范围内。另外，文中提到的所有公开的文献、专利和应用整体结合在此作为参考。

元件清单

1  燃烧器/喷射器屏板

2  安装端

3  第一过渡区域

4  第一柱形区域

5  第二过渡区域

6  第二柱形区域

7  终端区域

8  终端区域的排放端

9  安装端的背面

10 用于将燃烧器/喷射器屏板附接至炉壁的装置

11 孔口

12 水冷却回路

13 槽

14 炉壁

15 用于燃烧器/喷射器屏板的安装板

16 喷射设备

17 流体冷却式燃烧器/喷射器屏板设备(带有喷射设备16的屏板1)

18 水冷式炉屏板

19 设备安装支架

20 炉分割体

21 上部外表面

22 炉的分模线

23 炉砖或耐火砖

24 液面线/熔体线

25 第一柱形区域的外轮廓线

26 第二过渡区域的外轮廓线

27 燃烧器/喷射器屏板的底面

Claims (15)

1.一种待安装在炉壁(14)上的燃烧器/喷射器屏板设备，所述屏板设备包括：

A)燃烧器/喷射器屏板(1)，所述燃烧器/喷射器屏板具有第一端和排放端并以包括以下部分的方式形成：(a)作为所述第一端的安装端(2)；(b)第一过渡区域(3)；(c)第一柱形区域(4)；(d)可选的第二过渡区域(5)；(e)可选的第二柱形区域(6)；以及(f)包括排放端(8)的终端区域(7)；

B)一个或多个孔口(11)，所述一个或多个孔口横穿所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述安装端(2)、所述第一过渡区域(3)、所述第一柱形区域(4)、所述可选的第二过渡区域(5)、所述可选的第二柱形区域(6)和所述终端区域(7)；以及

C)至少一个喷射设备(16)，所述至少一个喷射设备选自热能源、微粒喷射器或氧喷射器中的一个或多个；

其中，所述终端区域(7)为半球形状；所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述安装端(2)、所述第一过渡区域(3)、所述第一柱形区域(4)、所述可选的第二过渡区域(5)、所述可选的第二柱形区域(6)和所述终端区域(7)通过横穿所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述一个或多个孔口(11)彼此流体连通；所述第一柱形区域(4)、当存在所述第二过渡区域(5)时所述第二过渡区域(5)以及当存在所述第二柱形区域(6)时所述第二柱形区域(6)均包括平行于所述一个或多个孔口(11)延伸的上部外表面(21)；所述第二过渡区域(5)的外轮廓从所述第一柱形区域(4)到所述第二柱形区域(6)偏心地增加；所述至少一个喷射装置(16)定位在所述一个或多个孔口(16)内；并且所述燃烧器/喷射器屏板(1)当安装在所述炉壁(14)上时从所述炉壁(14)向外和向下延伸，使得所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述排放端(8)朝向所述炉中的熔融液面线延伸。

2.根据权利要求1所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)为实心的、连续成型的工件。

3.根据权利要求1或2所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)包括安装端(2)、第一过渡区域(3)、第一柱形区域(4)、第二过渡区域(5)、第二柱形区域(6)和终端区域(7)。

4.根据权利要求1或2所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)包括安装端(2)、第一过渡区域(3)、第一柱形区域(4)和终端区域(7)。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述排放端(8)以与水平线成35度到65度的角度、优选与水平线成42度到48度的角度延伸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述排放端(8)延伸达到从所述燃烧器/喷射器屏板的底部与所述炉壁(14)相接触的点到所述熔融液面线(24)的距离的约40％，优选延伸达到从所述燃烧器/喷射器屏板(1)的底部与所述炉壁(14)相接触的点到所述熔融液面线(24)的距离的约50％。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述安装端(2)的宽度范围为从6英寸到10英寸并且所述安装端(2)的高度范围为从11英寸到17英寸，所述燃烧器/喷射器屏板(1)的其余部分的最宽区域的宽度为从5英寸到10英寸并且所述燃烧器/喷射器屏板(1)的长度为从8英寸到38英寸。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，通过使用流体冷却回路(12)来流体冷却所述燃烧器/喷射器屏板(1)，所述流体冷却回路沿所述燃烧器/喷射器屏板(1)的周边定位。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)包括一个孔口(11)，所述一个孔口(11)中定位有一个喷射设备(16)。

10.根据权利要求9所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，在所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述一个孔口(11)中定位有一个附加喷射设备(16)。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)还包括成形槽(13)，所述成形槽沿着所述燃烧器/喷射器屏板(1)的所述第一过渡区域(3)的所述上部外表面(21)。

12.根据权利要求11所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述燃烧器/喷射器屏板(1)还包括沿着所述第一柱形区域(4)、所述可选的第二过渡区域(5)和所述可选的第二柱形区域(6)的所述上部外表面(21)的成形槽(13)。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备，其特征在于，所述炉为电弧炉。

14.一种电弧炉，包括：

A)具有侧壁的炉体和电弧，所述侧壁包括顶部外壳、底部外壳和炉分模线；以及

B)根据权利要求1至12中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备。

15.一种将选自氧-燃料、微粒或含氧气体或它们的混合物的产品从燃烧器/喷射器屏板设备喷射到炉内的方法，所述方法包括以下步骤：

A.提供一炉，所述炉包括根据权利要求1至12中任一项所述的燃烧器/喷射器屏板设备；以及

B.将至少一种产品从所述燃烧器/喷射器屏板设备的所述排放端朝向所述炉的所述熔融液面线喷射。

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