CN104583700B - 将加热的金属材料连续供给至熔化炉的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
用于将加热的金属材料(5)连续供给至熔化炉(1)的设备(IM)和相关方法，根据该设备，在由用于将所述材料(5)连续推进至所述炉(1)的输送机(2)限定的至少一个供给路线(L)上，具有由操作模块(17’，17”)组成的一对模块对(C)，所述操作模块由第一操作性供给和加热模块(17’)以及第二操作性供给和加热模块(17”)限定，所述第一操作模块(17’)和所述第二操作模块(17”)沿着所述路线(L)相对于彼此连续定位；所述第一模块(17’)适于形成并且直接加热布置在所述路线(L)上的所述材料(5)的第一层(5’)，所述第二模块(17”)适于形成并且直接加热相对于所述第一层(5’)叠置的所述材料(5)的第二层(5”)。
Description
技术领域
本发明涉及用于将预加热的金属材料连续供给至用于生产钢的熔化炉的设备和相关方法。
背景技术
本发明有利地用在这样的设备中，所述设备在钢铁行业中用于将包括废料的加热的金属炉料连续地水平供给到电弧炉(EAF)中，本发明优选用在本领域中已知的注册名称为“康斯迪(Consteel)”的设备中同时保持本发明的通用性质，以下描述将明确参照“康斯迪”设备，例如在专利文献EP0190313、EP0592723、US6155333和WO2012007105中描述了这些设备。
在利用熔化处理金属炉料来生产钢的过程中，通常通过水平输送机或装料机来连续供给炉料，所述水平输送机或装料机目前代表最为合理、最为简单以及最为可靠的解决方案。
这些水平输送机能够有利地装配有用于在金属炉料进入熔化炉之前加热金属炉料的加热系统，以减小完成熔化处理金属炉料所需的能量和时间。
为此，通常已知被动式加热系统和主动式加热系统：被动式加热系统利用包含在来自熔化炉的排出气体中的热能和化学能(一氧化碳和氢气完成燃烧)，而主动式加热系统根据需要使用适于加热炉料的加热机构(例如，诸如燃烧器)，所述主动式加热系统的助燃剂和燃料的混合物的混合比接近理想化学计量配比，即，化学能的供应比被动式加热系统更灵活并且更可控，这是因为主动式加热系统与源自炉中的熔化处理的排出气体流的波动无关。
用于利用被动式加热并且连续地水平装料的设备(例如在Falkenreck和Schlueter的EP2112449的文本中描述的设备)中所存在的尤为显著的问题有关被供给的金属炉料中的正确热量分布。
实际上，金属炉料通常包括具有不定形状和尺寸的废料，所述废料沿着输送机布置形成这样的层，所述层的特征在于存在降低层的密度和导热率的空腔。
特别地，低的导热率阻碍并且减缓了从上层至下层的热传递，所述上层直接从加热系统(不论加热系统是主动式的还是被动式的)接收热量，根据处理的废料类型形成或多或少地明显的热分层。
竖直段中的这种非均匀的热分布阻止获得高度平均的温度并且增大了在炉料的表面层中达到熔化条件的风险，在炉料的表面层中达到熔化条件能够损坏设备本身。
日益增大的生产率需求进一步增大了金属炉料中的热分布问题，所述日益增长的生产率需求要求材料层具有日益增大的厚度和更短的加热时间。
根据操作条件，仅仅能够认为从表面向下数十厘米有效加热了金属炉料，而下层金属炉料仍然保持为冷的。
随着炉料的平均温度升高，由于废料层的表面温度升高大幅降低了废料层与热烟之间的换热，因此加热效率快速降低。
丢弃由于其复杂性、安装成本和必需的维护而不适用的技术方案，例如，诸如在JP10002673(其中在实际的窑式炉中预加热废料)或者类似地WO/2010/142104或JP7286785(其中永磁体提升并且混合废料)或者最后CN2906510Y(其中来自下方的强制抽吸试图将热量传递至下层)中指出的那些，国际上公认有效的唯一解决方案是在本说明书的开头处提到的“康斯迪”专利中所指出的那个解决方案。
尽管“康斯迪”技术追溯到多年前，但是至少从较新的专利和实用新型(其中有上文列举的那些中的一些)中的引文(有时引文不恰当)数量来看，这种“康斯迪”技术仍然保持是技术参考点。
日本专利JP7027489A公开了一种设备，在所述设备中，采取将多层废料并列布置在水平输送机上，以提高熔化炉的排出气体(废气)和废料层自身之间的换热效率。
然而，在上述设备中，热源(即使在复合热源的情况)在任何情况并且总是与废料的装料通道直接相连，从而产生了一定的行为(以及热流方向)，所述一定的行为使得给予最靠近熔化炉并且与温度最高和速度最快的气体接触的炉料层特权。
实际上，进一步远离热源，则先前放置的炉料层与冷气体接触，这因此确保产生更低效率的换热。
除此之外，存在这样的事实，即，特别地在气体平行于炉料层的表面流向装料通道的后续段的情况下最靠近热源的炉料层阻塞装料通道的开口，并且最终烟输送组或烟囱携带了大部分动能。
这产生了湍流，一方面，即使所述湍流较小程度地提高了表面正下方的换热，但另一方面，因消散湍流减小了气体的总能量含量。
(沿着烟的流动方向)通道的后续段填充甚至更少的废料，结果产生了气体逐渐增多的段，从而允许气体膨胀、减速并且最终导致气体与金属炉料的换热逐渐恶化。
因此在上述日本专利JP7027489A中描述的设备的总体效果是不良地加热放置在输送机上的第一层(沿着废料朝向炉的推进方向)，因为所述第一层立即被埋在由冷废料组成并且具有低导热率的其它层下方、对炉料平均温度的贡献极其有限。
实践中，由上述日本专利JP7027489A提出的解决方案所介绍的设备工程的高度复杂化没有提供针对废料能够达到的平均温度而言并且因此针对所引起的节约电能而言的任何有效结果。
因此，上述日本专利JP7027489A的解决方法既没有通过调整热气体在金属层内的渗透模式来提供针对沿着供给路线与废料进行换热的换热程度的必要直接控制，也没有优化加热。
此外，例如，对于废料的类型而言，管理上述设备的供给路线的人员不具备任何自由度来优化处理方法。
发明内容
因此本发明的一个目的是解决上述已知技术所存在的重要问题。
特别地，本发明的一个目的是提供一种将加热的金属材料连续供给至熔化炉的连续供给设备，由此能够实现加热能量的优化的受控分布，并且相对于已知技术的设备而言具有高得多的总效率。
本发明的进一步目的是提供一种设备，由此能够获得通过水平输送机供给的金属炉料的高度平均温度，而不会导致在已知设备中出现的危险的局部表面熔化现象。
本发明的另一目的是提供一种相对于待处理的废料类型而言能够优化的方法。
本发明的进一步目的是提供一种在上述设备中操作的、将加热的金属材料连续供给至熔化炉的连续供给方法，所述方法允许在金属炉料到达熔化炉之前以高灵活度选择金属炉料的加热系统，并且所述方法能够确保显著减小钢生产过程中的耗电量。
附图说明
参考附图，根据随附权利要求、并且尤其是根据以下说明，本发明的结构特征和功能特征及其优势对于本公知领域而言将更为明了，所述附图示出了用于将加热的金属材料连续供给至熔化炉的设备的两个优选但非限制性的实施例的图解，在附图中：
图1表示用于将加热的金属材料供给至熔化炉的设备的第一优选实施例的立面示意图；
图2表示用于将加热的金属材料供给至熔化炉的设备的第二优选实施例的立面示意图；
图3a表示由具有主动式加热装置和被动式加热装置的多种加热段和多种路线限定的设备的平面图；
图3b是与图3a的设备类似的设备的平面图，其中，炉料层的放置方式优选是替换的：即冷层位于热层上方。
具体实施方式
参照图1和图2，IM整个指代将废料的金属炉料5连续供给至电弧炉(EAF)1的连续供给设备，在所述电弧炉中具有液态熔化金属的熔池11。
设备IM包括适于将炉料5连续向前移动到EAF炉1的至少一个水平输送机2，所述至少一个水平输送机限定了将炉料5供给至EAF炉1的装料区域10的相应连续水平供给路线L。
根据图1和图2所示的内容，路线L包括由操作模块17’和操作模块17”组成的至少一个模块对C。
模块对C由第一操作模块17’限定，所述第一操作模块包括第一加热段4’以及位于输送机2上的炉料5的第一层5’的第一形成和装料工位3’，与所述第一加热段对应地，位于输送机2上的炉料5的第一层5’被适当地加热。
模块对C还包括第二操作模块17”，所述第二操作模块位于第一模块17’后方并且包括第二加热段4”以及叠置在第一层5’上的炉料5的第二层5”的第二形成和炉料工位3”，与所述第二加热段对应地，叠置在第一层5’上的第二层5”被适当地加热。
以这种方式，沿着由路线L限定的方向，模块17’位于模块17”前方，其中，第一加热段4’被定位在工位3’和工位3”之间并且紧邻工位3’的下游，而第二加热段4”被定位成紧邻工位3”的下游并且紧邻炉1的上游。
上述段4’、段4”中的每一个均包括入口部分21和出口部分22。
根据图1的实施例中所示的内容，第一模块17’的第一加热段4’由具有主动型加热装置的系统6限定，所述主动型加热装置包括燃烧器6(在图1中为4个)，所述燃烧器适于加热通过工位3’形成在输送机2上的第一层5’。
紧邻加热段4’的下游，还具有离开所述加热段4’的烟9’的抽取系统20，所述系统20包括烟道24，所述烟道连接至来自炉1的烟9的排除烟囱12并且装配有适当的流量控制装置(已知且未示出)。
根据图2中示出的替代实施例，第一模块17’的第一加热段4’包括具有被动型加热装置的系统7，所述被动型加热装置由离开EAF炉1的熔化处理的烟9或热的排出气体(废气和助燃剂)限定。
在越过高温气流的偏转装置29之后，烟9流向烟囱12并且抵达烟道25，所述烟道设置有流量控制装置(已知且未示出)并且适于将该热烟9引导朝向第一模块17’并且因此朝向第一层5’，以便对通过第一工位3’形成在输送机2上的第一层5’自身进行加热。
一旦已经加热第一层5’之后，则由加热产生的排出烟9’能够通过被烟道26限定的回收系统20流向烟囱12，所述烟道装配有流量控制装置(已知且未示出)和热量回收装置27，所述回收系统的入口紧邻段4’的入口门21的下游。
根据针对图1和图2中示出的实施例所设想的内容，第二模块17”的加热段4”被具有被动型加热装置的系统7限定，所述被动型加热装置由离开EAF炉1的熔化处理的烟9或排出气体限定，并且所述加热段4”被定向成朝向输送机2的上述可调节的偏转器29，以用于在将烟9的余留部分送向烟囱12之前增大热烟9自身和炉料5之间的对流换热。
上述烟囱12装配有烟的流率分析装置13以及该烟的温度和组分的分析装置14，所述装置14由用于进行组分分析和流量分析的传感器限定，并且所述烟囱还具有补燃器23以完全燃烧离开EAF炉1的排出气体。
最后，在图1的实施例中和在图2示出的替代实施例中，以下装备形成设备IM的路线L的组成部分：烟的流率的分析装置13以及该烟的温度和组分的分析装置14、输送机2上的炉料5的推进速率的填充传感器16和填充传感器15、输送机2上的炉料5的高度限制器18、加热段4”内的排出烟的密封和约束装置19、以及路线L的控制系统28，所述控制系统能够根据对应于第一加热段4’定位的传感器8(在图1中为4个而在图2中为3个)所获得的数据来控制输送机2中的炉料5的增添和填充程度、炉料5自身的推进、主动型加热系统6和被动型加热系统7的运转状况、以及可能地排出气体的分布。
在根据图2构造的设备IM中，还具有热量回收装置26和热量回收装置27以及热烟的流率的可调节加速器30。
当在使用时，由上述设备IM沿着路线L实施的处理包括：对应于第一模块17’的第一工位3’地在输送机2上放置并且形成具有可控的厚度的第一层5’，所述第一层被传送通过第一加热段4’并且在所述第一加热段中利用主动式系统6(图1)或利用被动式系统7(图2的替代实施例)被最佳地加热。
在第一加热段4’的出口处，第一层5’(此时是热的)立即被冷的第二层5”覆盖，所述第二层也具有可控的厚度并且从第二模块17”的第二工位3”引入。如此获得的整个炉料5或热力“薄板”然后被引入到后续的第二模块17”自身的段4”中。
以这种方式，沿着路线L，最后增添的冷层5”连同位于下面的热层最终进入到EAF熔化炉1的装料区域10，并且所述冷层和热层在落入液体熔池11中之前由直接离开所述EAF熔化炉1的排出气体9加热。
应当指出的是，在每个加热段4’、加热段4”中，加热气体流被引导朝向炉料(在使用主动式加热系统时通过煽起火焰、或者在被动式系统的情况下利用竖直入口)并且还通过利用偏转器29，有助于排出气体和金属炉料之间的对流换热。
特别地，在紧邻相关加热段4’的出口处，金属材料的第二层5”被快速地相继放置到第一层5’上：因此第一层5’的更热表面立即被冷材料(具有低的导热率)覆盖，并且引入到后续段4”中的引入操作允许(通过燃烧器6或者通过离开EAF熔化炉1的排出气体9)加热刚放置的冷层的表面并且以牺牲位于下面的热层5’先前聚集的热含量为代价地在深度方向上进行加热。
即使传热被限制在炉料5本身中，这种传热也消除了任何可能的局部过热(第一层5’的更热的表面部分紧密接触新的冷废料5”)。实践中，结果是通过利用废料的同样低的导热率减小了热损失，而在已知的传统设备中低的导热率是实现均匀加热金属炉料的主要障碍。
还应当指出的是，上述设备IM的创新特征之一在于选择所使用的加热系统的高灵活性。
除了上述使加热分布在废料的连续层上的原理之外，设备IM的构造还取决于待处理的金属材料类型的特征、在EAF炉中待实施的熔化处理和当地能源成本。就这些参数而言，最便捷的选择能够是针对炉料的加热方案所作出的，所述加热方案包括使用燃烧器(图1)或者利用过程烟(图2)再或者利用其它已知加热装置(例如，基于电磁辐射)或这些热源中的全部或一些的组合。
能够在规划设备的过程明确作出这种选择或者作为预布置方案作出这种选择，而就所考虑的钢生产方法的特征、炉料中材料的特征和最便捷的能量源的特征而言，则由系统的管理者作出最便捷的选择。
讨论中的设备和方法的其它特有特征在于这样的有利可能性，即，对应于两个上述的操作模块，基于所使用的材料的特征(尺寸、形式、组分、被有机材料污染的程度，等)的选择，将炉料分成两层或更多层，所述两层或更多层能够承受不同形式的加热处理，以提高加热方法自身的能量效率并且减小环境影响。被油、脂或塑料污染的废料炉料能够例如集中在承受由燃烧器6加热的第一层5’中，所述燃烧器被调节以便完全利用废料中的可燃材料(例如，就存在过多助燃剂的情况而言利用燃烧器6的非平衡功能)并且确保在抵达最后的预加热段4”之前获得污染物质的完全热破坏的条件，所述最后的预加热段被布置在炉1的随后入口处。在这种情况下，包括更适于仅仅由过程烟9加热的材料的第二层5”将在装料工位3”处被添加。
所述设备和相关创新方法的另一更加特殊的特征在于其模块化和通用性。由于加热段和被移动/加热的材料的低导热率之间的相当大的独立性，因此实际上在最后的装料段中实现最终叠置之前不存在针对废料处理的理论限制。
换言之，在设备IM中，能够存在不同炉料元件3i和加热元件4i(其中i＝1,…,n)和/或连续布置的模块17’和模块17”组成的模块对c的组合，因此根据需要形成连续支路(由串联的一个或更多个模块构成)和/或平行支路(毗邻模块和/或支路以用于同步处理)；例如，应当参照在图3a和3b中图解示出的设备IM。
仅仅由经济考虑和/或涉及路线L的布置障碍(布局)来影响限制。
根据上述具体说明的内容，显而易见的是，上述设备IM克服了现有技术的重要问题，允许获得以下优势：
-以显著独立于目前应用中的钢生产方法的方式优化了废料的预加热性能；
-更加均匀地加热炉料层；
-达到了足以确保显著减小钢生产方法的耗电量的预加热效率；
-按照当前炼钢厂的要求，优化了方法和设备的结构(布局)的模块化。
Claims (17)
1.一种用于将加热的金属材料(5)连续供给到熔化炉(1)中的设备(IM)，所述设备包括至少一个供给路线(L)，所述供给路线由用于将所述金属材料(5)连续推进至所述熔化炉(1)的输送机(2)限定；所述设备包括由第一操作模块(17’)和第二操作模块(17”)限定的至少一个模块对(C)，所述第一操作模块(17’)和所述第二操作模块(17”)沿着所述供给路线(L)相对于彼此连续定位；所述第一操作模块(17’)适于形成并且加热布置在所述供给路线(L)上的所述金属材料(5)的第一层(5’)，所述第二操作模块(17”)适于形成并且加热相对于所述第一层(5’)叠置布置的所述金属材料(5)的第二层(5”)，
其特征在于，第一操作模块和第二操作模块适于分别直接加热第一层和第二层，
所述第一操作模块(17’)包括：所述金属材料(5)的第一供给和装料工位(3’)，所述第一供给和装料工位用于形成所述第一层(5’)；以及所述第一层(5’)的第一加热段(4’)，所述第一加热段定位成紧邻所述第一供给和装料工位(3’)的下游，所述第二操作模块(17”)包括：所述金属材料的第二供给和装料工位(3”)，所述第二供给和装料工位用于形成所述第二层(5”)；以及所述第二层(5”)的第二加热段(4”)，所述第二加热段定位成紧邻所述第二供给和装料工位(3”)的下游，
第一加热段和第二加热段彼此独立，以使第一层和第二层能够受到不同形式的热处理。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第二加热段(4”)紧邻将金属材料装载到所述熔化炉(1)中的所述金属材料(5)的装料区域(10)的上游。
3.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一加热段(4’)包括主动式加热装置，所述主动式加热装置朝向所述第一层(5’)指向以用于加热所述第一层(5’)自身。
4.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述主动式加热装置包括作用在所述供给路线(L)上的燃烧器(6)。
5.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一加热段(4’)包括被动式加热装置(7)，所述被动式加热装置朝向所述第一层(5’)指向以用于加热所述第一层(5’)自身。
6.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第二加热段(4”)包括被动式加热装置(7)，所述被动式加热装置朝向所述第二层(5”)指向以用于加热所述第二层(5”)自身。
7.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述被动式加热装置(7)包括离开所述熔化炉(1)的烟(9)或气体。
8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述被动式加热装置(7)包括离开所述熔化炉(1)的烟(9)或气体。
9.根据权利要求7所述的设备，其特征在于，所述设备包括导管装置(12，25)和所述烟(9)的偏转装置(29)，所述导管装置适于对应于所述第一加热段(4’)自身的出口部分地将所述烟(9)自身从所述熔化炉(1)输送至所述第一加热段(4’)。
10.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述设备包括所述烟(9)的偏转装置(29)以用于将所述烟(9)引导朝向所述第二层(5”)。
11.根据权利要求1或2所述的设备，其特征在于，所述第一加热段(4’)还包括导管装置，所述导管装置适于输送和排除离开所述第一加热段(4’)的排出烟(9’)。
12.一种用于将加热的金属材料(5)连续供给至熔化炉(1)的方法，所述方法包括沿着至少一个供给路线(L)将所述金属材料(5)连续供给到所述熔化炉(1)的阶段；所述方法还包括：在所述供给路线(L)上形成所述金属材料的至少第一层(5’)并且加热所述第一层的阶段、以及连续快速地形成相对于所述第一层(5’)叠置的所述金属材料(5)的至少第二层(5”)并且加热所述第二层(5”)的阶段，
其特征在于，对第一层和第二层的加热是直接加热，并且是在两个彼此独立的加热段(4’，4”)中进行的，以使第一层和第二层能够受到不同形式的热处理。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，在即将把所述金属材料(5)装载到所述熔化炉(1)中之前实施所述第二层(5”)的加热阶段。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，通过使用朝向所述第一层(5’)自身指向的燃烧器装置来实施所述第一层(5’)的加热阶段。
15.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，利用离开所述熔化炉(1)并且送向所述第一层(5’)自身的烟(9)或气体来实施所述第一层(5’)的加热阶段。
16.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，利用离开所述熔化炉(1)并且送向所述第二层(5”)自身的烟(9)或气体来实施所述第二层(5”)的加热阶段。
17.根据权利要求12或13所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将由所述第一层(5’)的加热阶段和所述第二层(5”)的加热阶段所产生的排出烟(9’)排除的阶段。
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|---|---|---|---|
| IT001257A ITMI20121257A1 (it) | 2012-07-19 | 2012-07-19 | Impianto e relativo procedimento per alimentare in modo continuo del materiale metallico riscaldato ad un forno fusorio per la produzione di acciaio |
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| PCT/EP2013/001941 WO2014012623A1 (en) | 2012-07-19 | 2013-07-03 | Plant and relative procedure for the continuous feeding of heated metallic material to a melting furnace for the production of steel |
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN1143411A (zh) * | 1994-03-04 | 1997-02-19 | 曼内斯曼股份公司 | 用于电弧炉的装料装置 |
| CN2573970Y (zh) * | 2002-10-25 | 2003-09-17 | 西安华兴电炉有限公司 | 用于电弧炉的立式连续侧加料预热环保装置 |
| CN101120221B (zh) * | 2005-07-14 | 2012-03-14 | 国际技术公司及国际技术公开有限公司 | 用于将电弧炉排出的气体预热废钢的设备和方法 |
Patent Citations (3)
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