CN1034053A - 金属废料熔化方法及其设备 - Google Patents

Abstract

高炉无焦炭而使用流体燃料熔化诸如废钢等高 熔点装料的方法。炉身用冷却炉箅和炉膛分隔，燃 烧器在基本与炉膛纵轴线垂直的方向上向炉内送热， 助燃空气用废气作再生预热。燃烧器送入的热量，可 按定量分为由炉膛抽出的部分和一个留在炉膛中的 部分。熔池壁里衬辐射表面积在1.5至3.5m²之间， 具体为每吨熔铁为2至2.8m²。熔池中辐射作用燃 气的一般厚度为1.5至3.5m。进入同流换热器的废 气进口温度，作为炉膛中装料层厚度的函数关系进行 控制。

Description

本发明涉及熔化高熔点废金属的方法和设备，尤其适用于熔化废钢，包括一个高炉，用流体燃料而不用焦炭熔化，其炉身和与炉底连接的炉膛用一个冷却炉篦装置分隔，燃烧器在基本与炉膛纵轴线垂直的方向上向炉内送热，高炉废气被用作对燃烧热作回收预热。

在铸造作业中，用无焦炭化铁炉化铁的生铁生产法已属已知技术。例如德国专利第2，204，042号中所述的一种不用焦炭的高炉炼铁法，使用流体燃料和空气的混合气，在炉体处的燃烧器中燃烧，燃烧器与高炉下部相邻近地设置，将废铁和铸铁从炉的上端投入，进行熔炼，将过热材料通过安排的炉膛内的一个疏松耐火材料层落下，在燃烧器的燃烧产物向上移动，在将与之相遇的金属熔化前，使上述耐火材料受燃烧产物加热，于是可从炉底将熔化金属出炉。若干燃烧器将燃烧产物，从四周送入高炉的自由区域中，所有燃烧器完全位于耐火材料层的下方，在耐火材料层附近的燃烧，保持最高温度为1600℃。实际的炉膛由圆柱形炉身的与之同直径的圆柱形下延伸部形成。炉膛与炉身用水冷炉篦分隔，炉篦上面布置耐火材料层。炉膛底收集通过炉篦下落的熔化金属，从出料孔连续或间歇取出金属，也可从出料孔取出浮在熔化金属上的炉渣。

在该已知的海瓦（Hayes）或塔夫脱（Taft）熔化炉中，熔炉的布置为燃烧室送出的燃烧气体在炉膛下中心区并在炉篦下方的所谓炉膛区中会合，再向上流动，将耐火材料层加热，然后逆流流动将投料加热。

铸造作业中这种无焦炭化铁炉的适当的进一步发展，是用已知的杜克（Duker）炉形成，同时起圆柱形炉膛装置的作用，其下部在水冷炉篦以下有恒定的截面，形成炉膛，油燃烧器在大致的径向方向上，通过炉壁向炉膛送热。由炉底区收集的熔化生铁可用撇取装置排流，供给至一个过热加热器。

用液体或气体燃料加热的使金属熔化及过热加热的高炉，具体如德国专利第3，843，678号中所述的铸铁及铸铜炉，在每次投料中增加焦炭，并有若干外燃烧室，通过水冷喷咀和炉内连接，燃烧室及喷咀位于每次投料的焦炭形成的通过区中。在该已知的高炉中，理论上不要求对下滴的铁水有炉渣防护，因为可通过减少燃油及天然气的燃烧作保证。

关于废铁熔化方法，请同时参阅德国专利第2，327，073号叙述的高炉，其熔化腔在向下的方向下，在连贯而有限的范围内，截面积逐渐增大，其径向燃烧器系统在熔化腔的底部的液态材料收集区域中。熔化生铁用底部上的排出口连续取出。在诸如废铁之类的固体投料和液态材料之间唯一适当分隔，是通过利用底部区域中的中心底，完全取代分隔的炉篦装置形成，用这中心底可减少熔化材料及炉料柱之间的热交换，至少尽量保持最少量的热交换。

上述铸造用无焦炭高炉的一个共同特点，是炉身及炉膛形成一个单一的基本为圆柱形的组件，即简单的管形炉身。其下部构成炉膛，使炉壁有最小的表面。

但是，已知的弗拉芬（Flaren）熔化组件有两个结构单元，甚至在外部构造上有区别，即一个竖立的圆柱形截面的炉身和一个相对之是水平的炉膛，在炉膛其一端上为通过水冷炉篦的出口，另一端和燃烧器接通，将火焰引导到液态材料的出料区中，其火焰燃气在液槽上方水平流过，被引导入炉篦装置，再在炉膛中逆流上升。隧道形炉膛区使熔铁槽的表面相对增大，热燃料气体可在表面上通过，而炉膛的耐火材料的主要部分不受燃烧器火焰的直接作用。因此，在这已知的装置中，来自炉壁的辐射部分在供热中占比例最小。

最后，已知的德国专利DE-OS    3，610，498号是一种用液态或气态燃料的高炉金属熔化方法，有一炉篦位于炉身的下端，支持送入炉内而尚未熔化的金属，炉内将燃料燃烧时需要的含氧气体在未燃烧前加热，并且有一个隧道形的炉膛，在水平方向上通向竖直炉身的下部。燃烧器位于与炉身开口相对的端面上，从而炉膛纵向上的燃烧器火焰，被引导到炉身的进口孔中，从而向全部内部区域加热，于是炉膛壁或其耐火材料受热，热便以辐射形式投射到熔化铁水表面上。

过去已知的上述类型高炉，仅适合在铸造生产生铁，因为在炉中取得的相对低温，使炼钢时的液态材料中，有过大比例的碳。因此，铸造熔炉仅能使用废钢最多占40%的炉料操作。

本发明的课题是提出一种方法，和一种上述类型的设备，不仅可使用任意废铁含量的炉料，而且，举例而言，可用100%的废钢，并且，如有需要，可根据在炉膛中进一步加工的要求，放入熔化钢，而且还可简化并改进执行这方法的设备的结构。

从加工方法角度来看，本发明是使燃烧器送入熔化装置的热量可按明确定量的方式，分为一个从炉膛中抽出的部分，和一个留存在高炉中的部分，应该使：

a）炉膛耐火壁里衬的辐射表面，每生产一吨熔化金属，面积在1.8至3.5m²之间，而最好是在2至2.8m²之间;

b）炉膛中辐射作用燃气层平均厚度在1.5至3.5m之间，而最好是在2至2.5m之间;

c）废气进入同流热交换器时的温度，按作为炉床中装料层厚度的函数关系控制，该厚度决定于使用的废金属的类型;同时，上述温度亦作为从燃烧器进入炉膛的800至900℃的进气温度的函数。

同时，本发明的方法是使向熔化态液槽的传热，辐射热占80至90%，最好为85%，对流热占10至20%，最好为15%，基于熔池面积，辐射热由约25%的燃气辐射和50至80%，最好为75%的壁面辐射构成。

尤其是，调节了炉膛中的温度，至少达到将锌蒸发的温度高度，将锌组分蒸发后在辐射燃烧室内氧化，最后将其粉尘分离。

本发明的设备中，直接和炉身的冷却炉篦连接的炉膛向下逐渐扩大，和抛物面或倾斜的辐射表面的截面同心，然后最少在燃烧区中，过渡为有对应扩大直径的垂直的圆柱形部分。上述辐射表面的倾斜角度，应使辐射方向基本朝向炉膛底液态材料的中心区域，而上述燃烧器火焰的截面应减为最小，火焰和炉膛的辐射表面垂直。

炉膛内耐火里衬的辐射表面，根据以吨计算的装料每小时熔化能力测量，并且相对于熔化能力精确限定，由于有这辐射表面，故有对液态材料作过加热的最佳条件。无论采用无焦炭作业或有焦炭作业，已知的化铁炉，由于保持最小的炉壁，在创造性意义上讲，基本上没有可将液态材料加热的辐射能。因此，这种高炉仅适合生产铸铁，由于温度低，故不可能用于制钢。在铸造业中，炼钢炉生产用的炉料废钢含量最高为40%，考虑到某些困难，含钢比增高便不能进行生产。

但是，炉膛区壁部有过大辐射表面时，便会因炉壁耐火材料而导致大能量损耗，因此没有足够的能量进入炉内，而达到的温度不足以熔化存在的废铁。

不仅安装容量，而且在炉身和炉床中的能量再分布，有决定性的重要意义，致使一方面在炉身中有足够的能量熔化废铁，而在另一方面炉膛有适当的尺寸，有适当的高温作过加热。为此，对同流热交换器的进口温度产生特别有利的依赖关系，同时，可最大量减少炉中装料按照装料层厚度的函数关系发生氧化的可能性。

炉身和炉膛间的过渡，不同于先有领域，不属于不允许有截面变化的类型，也不属于炉身和炉膛作为分隔单元垂直连接的类型。大直径的炉膛和小直径的炉身同心安排，从而可通过一个形成抛物面辐射表面的坡面作过渡，还可以简化耐火里衬，改进熔化装置内熔化金属滴落的姿态，使之有特别有利的形式。加上耐火材料里衬时遇到的问题，例如在弗拉芬炉中，以及水冷炉篦下不良滴落姿态，可用本发明的新颖性装置避免。一个垂直的圆形截面，通过紧靠水冷炉篦下方的一个倾斜壁部，和另一个垂直圆形截面接通，后者其尺寸又与炉身的小截面直径相对应。炉篦上方的进气流的状态还受到这连接有利的影响。尤其是废钢装料的铺层厚度，与已知的论述不同，不需要加到最大限度，而作为本发明装料的一个特别重要之处，实际可减到最低，因为通过层厚的换热效果，对加工顺序不再有重要影响，可用换热器代替而将供给燃烧的混合气预热，从而可在炉篦上方以薄装料层操作。进入同流热交换器的废气进口温度，一方面由废铁层的厚度及其特点控制。另一方面由辐射燃烧及增加冷却空气作控制。采用本方法，同时因有新颖结构的各种特点，燃烧器热分布对炉身的主要影响充分加强，当将炉身适当分为两部分时，则对下炉身的主要影响充分加强。这些燃烧器水平地和切向地布置，相对炉顶的倾斜不超过10°。

由于达到高温，例如可将装料中炉料以外的杂质金属成分蒸发，该杂质如锌及其粉末可在辐射燃烧室中完全氧化，然后变为粉尘，保存在分离器中以备清除。由于某些粗粒及/或细粒粉尘的富集作用，可按照不同粒度过滤或采用其它形式，将粉粒排出。

为能在金属熔槽中确定理想的含碳量，并同时抑制熔槽表面上的装料中有炉渣形成，可用槽下的喷咀及插入熔槽上下部的喷管，将碳载体吹入金属熔槽。于是很容易将装料制成钢及铸铁。

附图1及2对本发明作进一步说明，图示举例的工序，并简示熔化装置的构造。

图1为发明的废铁熔炉的纵向剖视，示熔炉主要为炉身1，炉膛2，炉膛区3及中间水冷炉篦4。炉身及炉膛或炉膛区用耐火材料5作里衬。还可通过环形管6喷水作外冷却。用一个料斗7向炉身供给废铁，料斗用底部活门8开启。炉身气密，设有铰链的盖9，开始时阻挡废铁。将装满的料斗7放在装料炉身10上时，将盖9打开，废铁落到位于炉篦上方的陶瓷层11上。燃烧器12在炉膛区3中产生热燃气，燃气温度远超过废铁的熔点。燃气从炉篦4和填密的陶瓷层11中通过。然后燃气通过废铁层，并通过废气管线13，逸出炉外。形成的熔化金属从填密的陶瓷层中滴下，在滴入炉膛2前，先接受过加热。炉膛收集的熔化金属在炉膛区中由辐射的燃气加过热，炉膛区壁加辐射热并加有限程度的对流热。

通过出料孔14取出熔化金属，并通过开孔15从炉中取出熔化炉渣。

如有过早蚀损，可将炉膛用液压装置16降低，更换新加里衬的炉膛。

按照图2在辅助燃烧室中对热废气作后燃烧，混入适当温度的冷却空气（同流热交换器吸入）。在下一个热交换器中用废气的显热将助燃空气预热。将粉尘随后排入一个过滤器。

Claims (13)

1、熔化高熔点废金属的方法，尤其适用于熔化废钢，包括用一个高炉，用流体燃料而不用焦炭熔化，炉身和与炉底连接的炉膛用一个冷却炉篦装置分隔，燃烧器在基本与炉膛纵轴线垂直的方向上，向炉内送热，高炉废气被用作对燃烧热作回收预热，特征在于用燃烧器送入熔化装置的热量，可按明确定量的方式，分为一个从炉膛中抽出的部分，和一个留存在炉膛中的部分，使

a)炉膛耐火壁里衬的辐射表面，每生产一吨熔化金属，面积在1.8至3.5m²之间，

b)炉膛中辐射作用燃气层平均厚度，在1.5至3.5m之间，

c)废气进入同流热交换器时的温度，按作为炉床中装料层厚度的函数关系控制，该厚度决定于使用的废金属的类型。

2、如权利要求1中之方法，而特征为辐射表面面积在2至2.8m²之间，而燃气层平均厚度在2至2.5m之间。

3、如权利要求1或2中之方法，而特征为装料层的厚度的设定，为可调节同流热交换器进口温度，使炉身中装料上的氧化降为最低，这结合使装料层的厚度最低化，并且将之作为从燃烧器进入炉膛的800至900℃的进气温度的函数。

4、如权利要求1至3中之方法，而特征为向熔化态液槽的传热，辐射热占80至90%，最好为85%，对流热占10-20%，最好为15%，基于熔池面积，辐射热由约25%的燃气辐射和50至80%，最好为75%的壁面辐射构成。

5、至少如权利要求1至4中一项之方法，而特征为调节炉膛中的温度，至少达到将锌蒸发的高度，将炉膛中可能存在的锌组分蒸发，并在辅助燃烧室中完全氧化，从而可最后从达到的粉尘状态中将其分离。

6、执行权利要求1至5中至少一项之方法的熔炉，内有一个炉身和一个炉膛，而用冷却炉篦将其互相分隔，特征在于直接和炉身的冷却炉篦装置连接的炉膛向下逐渐扩大，开始时和一个抛物面或倾斜辐射表面的截面同心，然后最少在燃烧区中，过渡为有对应扩大直径的垂直的圆柱形部分。

7、如权利要求6中之熔炉，而特征为对抛物面辐射表面的倾斜角度作选定，使其辐射方向基本朝向炉膛底液态材料的中心区域。

8、如权利要求7中之熔炉，而特征为燃烧器火焰的截面积减为最小，和炉壁的辐射表面垂直。

9、如权利要求8中之熔炉，而特征为燃烧器水平地和切向地布置，最好与炉顶的倾斜不超过10°。

10、至少如权利要求6至9中一项之熔炉，而特征为炉身为圆柱形，其有效截面通过炉膛上部的逐渐增大的抛物面，向着炉膛下部连续增大其截面。

11、至少如权利要求6至10中一项之熔炉，而特征为在炉身后面布置一个辅助燃烧室，燃烧存在于氧化气氛中的燃烧杂质。

12、至少如权利要求6至11中一项之熔炉，而特征为炉膛高度可使熔化金属上方的燃烧室中的燃气的一般活化层厚度，在1.5至3.5m之间，最好在2至2.5m之间，一般活化层厚度指的是炉膛区中耐火材料倾斜热辐射壁，和液槽表面之间的平均距离。

13、至少如权利要求6至12中一项之熔炉，而特征为利用槽下喷咀和/或为已知的喷管装置，将含碳组分引入炉内的金属液槽。

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