CN103797324A - 用于传输冶金材料的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，该装置具有底部、侧壁和顶部、以及输送构件，底部、侧壁和顶部一起限定通道，所述输送构件在通道的轴向方向上从通道的入口端口延伸到所述通道的出口端口，以用于将冶金材料从所述入口端口传输到所述出口端口。

Description

用于传输冶金材料的装置

本发明涉及一种装置，其具有底部、侧壁和顶部（顶板，ceiling）、以及输送构件（transportation means，输送装置），所述底部、侧壁和顶部一起限定通道，所述输送构件在所述通道的轴向方向上从该通道的入口端口延伸到所述通道的出口端口，用于将冶金材料从所述入口端口传输到所述出口端口。

此类装置可从US5,400,358A已知，并且此类装置用于在相应的类似通道的（类似隧道的）预加热室中对主要金属装料预加热。该通道具有入口端口（也称为过渡区域），并在金属装料的输送方向上跟随有所谓的加热区和卸料段，所述卸料段限定了所述通道的出口端口，被预加热的金属装料从该出口端口直接地或经由中间安装部供给到类似电弧炉的冶金熔融容器中。

术语“金属装料”特征为类似生铁、含铁材料、HBI（热压铁）、DRI（直接还原铁）、废料等的冶金材料，以下通常称为废料（scrap）。

术语“类似通道或隧道的”描述了所述装置的一般设计，但不限于任何具体的伸长度、尺寸、构造等。

所述装置的轴向方向对应于当废料典型地通过所述装置、且然后直接地或间接地（例如，经由中间集料仓（collecting bin））被连续地供给到所关联的冶金容器中时在所述装置内所处理的废料的一般输送方向。

热处理受到来自于炉且被引导（主要以逆流朝向废料）通过所述装置的烟气的影响。热传递主要是通过对流。

虽然传送带（conveyors，传送机）典型地用于将废料输送通过所述装置，并且为了在所述通道内运送废料而优选振动式和/或摆动式传送带，但是输送构件可为任何类型的。它们一般以或多或少的水平方式对准，但是也可实现为倾斜的布置。这不仅相对于该输送构件的有效输送表面（其等于输送构件的被废料覆盖的那个部分）来说是适用的，而且对于该输送构件的一般布置来说也是适用的。

废料的预加热是重要的，以减少在当被供给到熔融容器中时的废料与已经存在于该容器中的熔融物之间的温度差。

根据现有技术的装置的一个缺点是，仅输送到所述传送带上的废料上层被预加热到相当大的程度，而在该上层之下的任何材料（尤其是与传送带或多或少地接触的下层的废料）在大多数应用中未被充分地预加热。关于最下面的废料层，由水和/或空气对传送带的冷却甚至与预加热方面相抵触。

此结果是，在被布置于传送带上的各种层中的废料内存在大的温度分层。在现有技术的装置中，传送带上的废料的所有层的总厚度约为800mm，范围从600mm至1000mm，而传送带的宽度典型地在1.50m至2.5m的范围中以分别与相关联的中间仓或冶金容器的装料开口相匹配。

US5,400,358A进一步公开了在预加热室的材料卸料端处提供安全燃烧器，但是这些燃烧器的安装导致进一步的问题：

此类燃烧器作为喷射燃烧器提供点状火焰和点状程度的加热区，导致了废料的不均匀加热。它们还可在上部废料层中引起熔融相的形成，该熔融可渗透到废料的下方区域（层）中并且/或者到达传送带上，从而以不可控制的方式固化并引起额外的技术问题。

本发明的目的是提供一种所提到类型的装置，其可引起废料的更有效预加热。

此目的是通过一种装置，该装置具有底部、侧壁和顶部、以及输送构件，底部、侧壁和顶部一起限定通道，所述输送构件在通道的轴向方向上从通道的入口端口延伸到所述通道的出口端口，以用于将冶金材料从所述入口端口传输到所述出口端口，其中，基于辐射能的至少一个加热元件以使由所述加热元件释放的辐射热朝向冶金材料引导到所述输送构件上的方式布置在所述入口端口与所述出口端口之间。

类似辐射燃烧器的基于辐射的加热元件的选择是基于这样的事实：此类辐射加热器的热传递机构主要基于辐射而不是火焰。

作为第一结果，此类辐射元件的使用避免了任何加热点，而不会导致热扩散，并且因此使得废料加热更均匀。

第二，由所述基于辐射的加热元件提供的热的“停留时间”比被吸入通过输送通道的烟气的停留时间更长。

已知的抽吸系统典型地以20m/s至40m/s的烟气速度运转，从而鉴于20m至40m的典型通道长度，烟气在通道内的停留时间被限制为约1秒。目前，通过辐射加热器提高了对废料的热传递，因为辐射加热器与烟气速度无关地运转。

这对于连续操作的系统以及所谓的固定加热装置来说是正确的。。

当避免了在加热元件与待加热的废料之间的任何中间安装件以使得辐射热可直接地到达废料时，所述辐射元件的有效性被增加。

一个选择是在所述装置（隧道）之中或之下安装一个或多个加热元件。虽然用于燃料、气体等的相应输入导管最好应安装在该通道的外部，但是该加热元件的有效辐射表面优选地可全部在通道内获得，且最好恰好与待被加热的废料相对。根据一个实施例，辐射加热器布置在可移动的支架上，使得其有效表面（该有效表面发射辐射）可被单独地调整。通过较大的辐射表面和/或加热器与废料之间的减小的距离，增加了热传递。

该加热元件可为蝙蝠翼状散热器，其具有相当大尺寸的辐射有效表面，例如具有≥0.5㎡的辐射有效表面。

在原理上，该新技术允许仅通过一个合适尺寸的辐射加热器对废料预加热。

一个选择是构造该装置的整个顶部或所述顶部的至少一些部分作为辐射加热器，但是典型地，在预加热室的各区域中彼此间隔一定距离地安装多个热辐射加热器/燃烧器。

一个或多个加热元件应该优选地沿从入口端口（入口开口）开始的通道的第一部分布置，其中所述部分可在所述通道的总长度的至少或最多1/5、1/4或1/3上延伸，即，在所述通道的这样的一部分内延伸，即，在该部分处，加热元件与废料之间的温度差典型地比所述室的靠近出口端口且靠近相关联的冶金容器的一部分中更高。

所述辐射加热器的数量、尺寸和设计取决于各自的工厂。在输送系统（输送构件）的输送表面典型地或多或少等于被输送到输送表面上的废料层的表面的条件下，所述一个或多个加热元件的总有效辐射表面可大于等于所述输送构件沿所述通道的相应轴向长度的总输送表面的10%。该关系可增加至≥20%、≥30%、≥40%或≥50%，以便增加对废料的热传递。

虽然加热元件可布置在该通道的任何位置处，但是优选在输送构件上方一定距离处安装加热元件。

根据DE102000904775A1，加热元件可为陶瓷辐射燃烧器，例如，所谓的多孔燃烧器模块和/或辐射燃烧器。

这些辐射燃烧器的使用减少了能量需求，而同时减少了排放。这些加热元件可通过化石燃料而点燃，但是辐射加热器也可由电能激活。

根据一个实施例，由辐射燃烧器/加热元件产生的任何烟气可经由相应的导管收集和传输到不同于燃烧器位置的位置，在该位置处，这些烟气可作为加热气体被供给到通道中，该加热气体进而被引导到废料层上或引导到废料层中，以在废料被供给到炉中之前进一步增加废料温度。

此方面中的总体想法是提供至少一个导管，所述至少一个导管具有至少一个入口端口和至少一个出口端口，该至少一个入口端口与至少一个加热元件的排放部分相关联，该至少一个出口端口进入（通入）通道中，来自所述至少一个加热元件的排气可通过该至少一个导管而作为加热气体被供给回到通道中。

虽然此导管（管道）的入口端口可布置在装备有辐射燃烧器的装置的那个部分中，例如入口端口可布置于在入口端口处开始的通道的第一个三分之一中，但是出口端口可沿通道的第二个三分之一或第三个三分之一进入该通道，在以上每种情况中，均在通道的轴向方向上观看。

如上面相对于现有技术所述的，后一技术可与通过来自炉的烟气的传统加热结合。

另一可选特征提供了以可调节方式将加热元件布置在所述通道内，以便根据相应废料层的设计优化热传递。

在这方面中，本发明包括一实施例，根据该实施例，输送构件靠近入口端口的宽度比靠近出口端口的宽度更大。这意味着宽度的相当大的差异，而不是制造公差。

输送构件可以是传送带构件，例如，摆动式传送带，其可选地装配有横向喇叭状部（flares），其中沿输送构件的具有较小宽度的那个部分的喇叭状部比沿输送构件的具有较大宽度的那个部分的喇叭状部具有垂直于输送水平的更大的高度。

因为废料的总质量沿着其通过预加热装置的路径应该保持至少相等（与现有技术装置相比）和恒定，所以显而易见的是，较宽的传送带系统允许减小总废料层的厚度。

虽然现有技术输送系统通常具有1.50m至2.5m的传送带宽度且约60cm至100cm的总废料层厚度，但是新系统将该输送构件的宽度增加到至少3.0m+/-0.5m，即宽度（该宽度垂直于废料的输送方向）被近似地加倍，使得在废料质量或多或少地保持恒定的条件下，废料层的厚度可被减小约50%。该宽度可为≥3.5m，例如≥4.0m。

废料经由炉中的所谓装料窗口而被装该炉中，其中窗口具有有限的尺寸。

目前，在将废料装入炉中之前再次减小输送构件的宽度变得必要，或者换句话说：传送带或相关联的装料设备应该适配于炉尺寸。

在这方面，提出了本发明，以便在废料离开装置之前或在废料离开装置之后不久（即，在将废料装入炉中之前的任何情况下）减小输送构件的宽度。目前，术语“靠近出口端口”包括这样的实施例，即，根据该实施例，输送构件的尺寸减小在所述装置的通道外部实现。

根据本发明的一个实施例，输送构件的宽度沿在入口端口与出口端口之间的通道以10%至90%的系数减小（减小10%至90%）。在典型的应用中，此范围可在20%到80%之间或在40%到60%之间。根据一个可选实施例，在通道的轴向方向上观看，输送构件的宽度沿在入口端口处开始的通道的最后三分之一来实现该减小，例如在通道的出口端口之前不久或之后不久实现该减小。

输送构件的宽度可以阶梯式地或以连续的方式减小。任何阶梯部布置成完全地或部分地垂直于废料的输送方向和/或布置成完全地或部分地相对于装置的纵向轴线成角度（例如，成10度至80度的角度、或成20度至70度的角度、和/或具有倾斜的表面）。在俯视图中，该阶梯部可具有梯形（不规则四边形）或多边形的形状。

虽然更强烈的预加热也可以通过废料在通道中的较长静置时间实现，但是较长装置进而变得必要或者装料必须减少，两者均为不期望的。

进行对比试验，以调查在沿一定距离进行了热处理和输送之后在不同废料层内的温度分布。

试验系列A涉及由来自电弧炉的烟气（1400℃）的现有技术进行热处理，其中所述烟气在预加热装置的出口端口处被引入且以对流被引导通过通道到达废料。废料在1.5m宽度的水冷却传送带上以80cm高度的层输送。该装置/通道在入口与出口之间的总长度为30m。

通过预加热装置的使用，试验系列B不同于A，其中传送带具有3m的宽度，且废料层具有40cm的厚度/高度。

测得下列的温度（℃）：

	试验A	试验B
			在入口端口处且在废料表面处	30	30
在入口端口之后5m且在废料表面处	260	280
			在入口端口之后5m且在废料表面下15cm	50	75
在入口端口之后10m且在表面处	410	450
			在入口端口之后10m且在废料表面下25cm	70	80

在入口端口之后20m且在废料表面处	690	780
			在入口端口之后20m且在废料表面下10cm	350	470
在入口端口之后20m且在废料表面下30cm	70	80

明显的是，当废料层较薄时，预加热被明显地提高。20cm至50cm厚度的废料层给普通长度（25m-40m，大多数为大约25m-35m）的预加热室带来良好效果。

由于辐射热与废料之间的密集接触，热传递通过辐射加热而被进一步提高。

加热效率可以通过下述而被进一步增加：在废料通过预加热装置的路径过程中混合废料，使得在该装置的入口处被布置于最下废料层中的且由此紧密地接触（水）冷却传送带的废料片有机会向上移动，并到达总废料层的顶部、或至少到达比之前更靠近废料上表面的位置、和/或以另一定向且不同地接触烟气和/或辐射热，所述烟气被吸入或吹送通过通道，所述辐射热来自于该装置的那个部分中的相应辐射加热器/燃烧器。

废料片的这种转动或扭转可通过不同的构造构思实现。一种构思是提供具有至少一个阶梯部的输送构件，使得废料片被促使沿所述阶梯部下落到较低的输送水平。该阶梯部降低了该输送构件的输送水平。对于所提到的应用，该阶梯部可具有≥20cm、≥30cm、≥40cm或≥50cm的竖直高度。

根据本发明的另一实施例，提供了至少一个构造构件，其用于沿通过位于所述入口端口与所述出口端口之间的通道的路径改变被输送到所述输送构件上的冶金材料的至少一部分的位置。

另一种构思是基于沿废料的输送路径的机械安装件。该机械元件伸入废料的输送路径中，促使与此安装件接触的废料片旋转、倾斜、倾倒等。此机械元件可静态地或可移动地布置。

在预加热过程中对废料的混合避免了或减少了在废料中产生熔融相的危险，而同时在将废料装入炉中之前增加了废料的平均温度。

本发明的进一步特征在从属权利要求和其他申请文件（包括下面的对一个具体实施例的描述）中公开。

除非被排除的那些组合，如果在技术上有帮助，即使未被具体地公开，根据本发明的个别特征也可与其他特征组合。

附图在下列图中示意性示出：

图1a：根据本发明的从上方到装置中的输送构件上的视图

图1b：图1a的装置的竖直截面图

所示装置10是用于在废料S被装入电弧炉E中之前对废料预加热（在图1b中以各种形状和标号S表示）。

该装置包括底部12、侧壁14和顶部16，所述底部、侧壁和顶部全部一起形成具有通道18的隧道，该隧道在纵向方向L-L上在入口端口20（入口）与出口端口22（出口）之间延伸。传送带24在所述纵向方向L-L上延伸通过所述通道18。传送带24由空气从下方冷却（冷却喷嘴是由标号24k表示）。

如从图1a、图1b可以看到的，传送带24包括不同的段。在入口端口20处开始的段24-1具有3m的宽度，而通道18的内宽略微地更大。段24-1在限定用于待处理的废料S的表面（24s）的某一水平（L1）处延伸达到输送传送带的总长度的约2/3。

在段24-1中，安装有被设计为杆34的构造构件，所述杆34固定在顶部16处且伸入废料层中，以便促使废料片倾斜、并由此改变废料片的位置且提供朝向加热元件28的不同表面区域。

第二传送带段24-2在朝向所述装置的出口22的纵向方向L-L上跟随在段24-1之后，但是第二传送带段位于较低的水平（L2）处，从而在段24-1与第二传送带段之间形成混合阶梯部部M。

此阶梯部M横向于该装置的纵向轴线L-L，但也可提供成角度的段（以虚线表示）以增加上述的混合效果。

输送到段24-1上的废料S下落到段24-2上，从而改变了其定向并且因此呈现出朝向所述装置的顶部16的另一表面区域。不同层（垂直于传送带表面的不同层）中的废料片S可这种阶梯部处交换它们的位置。

此外，所述装置10中可安装有其它此类阶梯部或用于改变各个废料片的位置的其他构件。

段24-2具有三个子段，即，段24-2a（类似于段24-1）、跟随在段24-2a之后的段24-2b、以及跟随在段24-2b之后且一直持续到通道18的出口门22的段24-2c。

如在图1a中最好地看到的，传送带宽度以具有相同宽度的段24-1开始、在段24-2b中减小、并且以具有相同宽度的子段24-2c结束，子段24-2c为约1.5m或者为段24-1宽度的一半。

虽然废料S在约30cm高度的较小层（相比于段24-2仅由一层废料片表示）中沿段24-1输送，但是传送带24的限制侧壁在子段24-2b与子段24-2c中更高，因为相同质量的废料现在子段24-2b与子段24-2c之间的过渡区域处被布置在约60cm的更厚的层中。

废料S如下述地沿其通过所述装置的路径而被加热：在通道18的第一半（从入口20朝向出口22）中，多孔陶瓷辐射燃烧器28被安装在顶部16正下方、且位于距离废料S的较短距离处，其中每个多孔陶瓷辐射燃烧器28都具有约1m²的有效陶瓷辐射表面。此布置允许非常有效的热传递。辐射燃烧器28利用气体燃烧。

废气从这些加热元件（辐射燃烧器28）的后侧38a排出，且经由导管30的入口端口30a供给到不同的出口端口，所述不同的出口端口被设计为喷嘴32a、32b，所述喷嘴位于该装置的侧壁14中且位于传送带20上方、并略微地位于废料（层）之上。根据图2b，喷嘴32a、32b安装在段24-2a与段24-2b之间的过渡区域中、以及紧邻地位于子段24-2b与子段24-2c之间的过渡区域之前，所述喷嘴用于将来自辐射燃烧器28的废气（烟气）再循环到通道18中，以便支持废料S的预加热。

上面已经描述了具有其新特征的此装置10的优点。参考本说明书的总体描述部分。

Claims (15)

1.一种装置（10），具有底部（12）、侧壁（14）和顶部（16）、以及输送构件（24），所述底部、所述侧壁和所述顶部一起限定通道（18），所述输送构件在所述通道（18）的轴向方向上从所述通道（18）的入口端口（20）延伸到所述通道（18）的出口端口（22），用于将冶金材料（S）从所述入口端口（20）传输到所述出口端口（22），其中，基于辐射能的至少一个加热元件（28）以这样的方式布置在所述入口端口（20）与所述出口端口（22）之间，所述方式为使由所述加热元件（28）释放的辐射热朝向所述冶金材料（S）引导到所述输送构件（24）上。

2.根据权利要求1所述的装置，在加热元件（28）与冶金材料（S）之间没有任何中间安装件。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）布置在所述装置（10）的所述顶部（16）之中或之下。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）被设计为蝙蝠翼状散热器。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，所述蝙蝠翼状散热器的辐射有效表面为≥0.5m²。

6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）在所述通道（18）的轴向方向上沿在所述入口端口（20）处开始的所述通道的第一个三分之一布置。

7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）的总有效辐射表面大于或等于相应输送构件（24）的沿所述通道（18）的相应轴向长度的总输送表面的20%。

8.根据权利要求1所述的装置，其中，多个加热元件（28）被分布在所述输送构件（24）上方的一定距离处。

9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）是陶瓷辐射燃烧器。

10.根据权利要求1所述的装置，至少一个导管（30）具有至少一个入口端口（30a）和至少一个出口端口（32a、32b），所述至少一个入口端口位于所述至少一个加热元件（28）的排放部分（28a）处，所述至少一个出口端口进入所述通道（18）中，来自所述至少一个加热元件（28）的排气能通过所述至少一个导管而作为加热气体被供给回到所述通道（18）中。

11.根据权利要求1所述的装置，其中，所述入口端口（30a）布置于在所述入口端口（20）处开始的所述通道（18）的第一个三分之一中，并且所述出口端口（32a、32b）沿所述通道（18）的第二个三分之一或第三个三分之一进入所述通道（18），在以上的每种情况中，均在所述通道（18）的轴向方向上观看。

12.根据权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个加热元件（28）通过化石燃料或电能点燃。

13.根据权利要求1所述的装置，其中，所述输送构件（24）靠近所述入口端口（20）的宽度比靠近所述出口端口（22）的宽度更大。

14.根据权利要求13所述的装置，其中，所述输送构件（24）的宽度沿位于入口端口（20）与出口端口（22）之间的通道（18）以10%至90%的系数减小。

15.根据权利要求1所述的装置，包括至少一个构造构件（34），所述至少一个构造构件用于改变沿通过位于所述入口端口（20）与所述出口端口（22）之间的通道（18）的路径被输送到所述输送构件（24）上的所述冶金材料（S）的至少一部分的位置。

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