CN105506210A - 燃气竖炉以及熔融还原金属物料的熔化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种燃气竖炉以及熔融还原金属物料的熔化方法，涉及金属熔化技术领域，燃气竖炉，包括炉体(1)、设于炉体(1)侧壁的烧嘴(2)、以及与烧嘴(2)相通的第一管道(21)和第二管道(22)；还包括：直接与烧嘴连通的主管路(20)，分别与第一管道(21)和第二管道(22)相通；和，第三管道(23)，与第一管道(21)连通；第一管道(21)、第二管道(22)和第三管道(23)分别与烧嘴(2)的连接入口处设有调节阀(24)。利用上述燃气竖炉熔融还原金属物料的熔化方法，通过精确控制炉内燃气、氧气和空气的比例，熔化铁液温度可以达到1450～1500℃；有效控制了铁液的氧化烧损。
Description
技术领域
本发明涉及金属熔化技术领域，特别是指一种燃气竖炉以及熔融还原金属物料的熔化方法。
背景技术
目前熔化金属物料所用的竖炉主要有两种：一种是传统焦炭竖炉，热量通常是由焦炭燃烧提供的，铁在熔化工艺的工程中，由于炉中还原气氛很难控制，造成金属元素与过量的氧气化学反应生成大量的金属氧化物，只有少量的氧化物被还原成单质金属，不可避免的造成C、Si、Mn元素的过量烧损，并且熔化工艺过程中，由于焦炭炉内的层焦及接力焦都是根据炉工的经验来添加，所以炉内的还原气氛及出铁温度，各种元素的烧损都不容易控制，最关键的问题是，污染严重，排放不达标；另一种是无焦竖炉，排放虽然比焦炭炉效果好，但是也有局限性，由于增碳方法(如，直接在炉缸内喷吹碳粉)效果不明显，再加上纯天然气炉，炉内的反应气氛也是氧化的，所以元素烧损严重，温度偏低，达不到浇筑要求，出铁温度一般在1320～1350℃，为了能够获得浇筑的要求温度，铁水进入前炉后，需要在前炉增加中频电炉提温，提高了投资成本。
发明内容
本发明提出一种燃气竖炉以及熔融还原金属物料的熔化方法，解决了现有竖炉和熔化方法元素过量烧损和金属液温度偏低的问题。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种燃气竖炉，包括炉体、设于所述炉体侧壁的烧嘴、以及与所述烧嘴相通的第一管道和第二管道；还包括：主管路，其一端与所述烧嘴连通，另一端分别与所述第一管道和所述第二管道相通；和，第三管道，与所述第一管道连通；所述第一管道、所述第二管道、所述第三管道分别与所述主管路的连接入口处设有调节阀。
作为本发明的进一步改进，所述烧嘴位于所述炉体的熔化带，所述烧嘴的数量为多个，沿所述炉体的侧壁外围均匀分布。
作为本发明的进一步改进，还包括：出料口和出渣口，均位于所述烧嘴的下方，所述出渣口的高度高于所述出料口的高度。
作为本发明的进一步改进，还包括：位于所述炉体内的耐火球。
作为本发明的进一步改进，还包括：设于所述主管路上的燃气比例阀，和，与所述燃气比例阀电连接的控制器。
作为本发明的进一步改进，还包括：用于调整所述第二管道内气体压力的燃气稳压装置，设于所述第二管道的入口处，与所述控制器电连接；和，氧含量分析仪，设于所述第一管道上，位于所述第三管道的下方，与所述控制器电连接。
作为本发明的进一步改进，还包括：报警器，与所述控制器电连接。
作为本发明的进一步改进，还包括：温度监测装置，其包括：热电偶，设于用于将炉内热风送出的换热风管中，与所述控制器电连接。
本发明还涉及利用上述燃气竖炉熔融还原金属物料的熔化方法，包括以下步骤：a、调整燃气与空气的混合比例，点火预热，使炉内的温度稳定上升；b、打开全部所述烧嘴，将通入所述烧嘴内的空气中混入纯氧气，得到富氧气体，调整燃气与所述富氧气体的混合比例，使炉内温度上升到指定温度；c、开始投料，炉料经过预热，熔融，熔化，得到金属液。
作为本发明的进一步改进，步骤a中，预热10-20min，炉内的温度达到1000摄氏度；步骤b中，纯氧气占所属富氧气体的比例为2％-5％，所述富氧气体与通入炉内气体的体积比为1:9，所述指定温度为1600摄氏度以上；步骤c中，所述炉料包括：50％回炉料、30％废钢和20％原料铁。
本发明的有益效果为：
1、本发明的竖炉通过增加通氧气的管道，使炉内的含氧量容易控制，进而控制炉内的温度。
2、本发明通过控制燃气中氧的含量，熔化铁液温度可以达到1450～1500℃；由于炉内燃料只有燃气、空气和氧气，铁液不受炉料污染；耐火球除了增加炉料受热面积，同时可以作为催化剂，其不完全燃烧产生过量的CO，以及炉内的过氢还原气氛，共同形成弱还原气氛，将过量的金属氧化物还原成单质金属，增碳、不增硫，碳、硅、锰等元素的烧损率稳定，可以有效控制铁液的氧化烧损，元素氧化烧损低，生产球铁不需要进行脱硫，铁液化学成分稳定。
3、本发明实现了工作场地整齐干净，使用管道输送的天然气，避免了焦炭存储、运输和挑选的烦恼，使用方便、容易调节和控制，工厂环境整洁；污染物排放量少，燃气竖炉的尾气中不包含SO2、无异味，CO含量很低，对空气的污染程度低；炉渣量少于燃焦冲天炉，炉渣中的有害物质少；生产球铁时不产生脱硫渣，固态废渣少，有利于保护环境。
4、本发明通过燃烧控制系统，调节燃烧器的功率大小，来调节出铁量及铁液温度，使得熔化性能可调范围大，熔化率、铁液温度调节范围很大。
5、本发明由于炉气中的粉尘含量低，因此除尘系统负荷小、投资低、运行费用低。
6、本发明的工艺流程，用天然气、丙烷、丁烷等燃料燃烧作为熔化物料的热量来源，通过调整耐火球的高度完成铁液的过热，配合一套完整的熔化工艺，获得了1450～1500℃的出铁温度，金属元素烧损符合国家行业标准，铁水温度可以直接浇筑，无需二次升温，生产成本降低，更节能环保。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明燃气竖炉的一个实施例的结构示意图；
图2为本发明实施例中烧嘴与气体管道连接结构示意图。
图中：
1、炉体；2、烧嘴；20、主管路；21、第一管道；22、第二管道；23、第三管道；24、调节阀；25、燃气比例阀；3、水冷炉栅；31、耐火球；4、出料口；5、出渣口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和2所示，图1为根据一些说明性实施例的燃气竖炉的结构示意图；图2为根据一些说明性实施例的烧嘴与气体管道连接结构示意图。
实施例中的燃气竖炉包括：炉体1，其底部用于盛放熔化后滴落的金属液；设于炉体1的中部的水冷炉栅3，用于支撑耐火球31和炉料；设于炉体1侧壁的烧嘴2，位于水冷炉栅3下方，用于控制燃气燃烧；以及与烧嘴2相通的第一管道21和第二管道22，分别用于向烧嘴2通助燃风(空气)和燃气。还包括：主管路20，其一端与烧嘴2连通，另一端分别与第一管道21和第二管道22相通；和与第一管道21连通的第三管道23，用于向烧嘴2通氧气；第一管道21、第二管道22和第三管道23分别与主管路20的连接入口处设有调节阀24。优选地，烧嘴2的数量为多个，沿炉体1的侧壁外围均匀分布，通过支路管道与主管路20连通。调节阀24优选电动调节阀。
优选地，烧嘴2位于炉体1的熔化带，竖炉中的熔化带是一种统称，是金属在高温的区域达到金属的熔点，金属由固态物理熔化滴落的区域。
优选地，耐火球31在现有成分的基础上加入碳，使其除了增加炉料受热面积，同时可以作为催化剂。因此，耐火球31在炉内的高度是随着时间变化，在加热过程中，需添加耐火球31，以保持一定的耐火球31高度，对于提高铁水的温度是有好处的，熔化的铁液滴落到炽热的耐火球31表面，热量的传递是非常快的，耐火球31高度越高，传热的时间越长，温度越高。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：出料口4和出渣口5，均位于烧嘴2的下方，出渣口5的高度高于出料口4的高度。优选地，出料口4设置虹吸装置，以虹吸的方式将炉底的金属液排出。金属熔化过程中，根据熔化要求添加除渣剂，除渣剂的作用主要是去掉非金属的一些杂质和氧化物，熔化过程产生的炉渣质量较轻，质量比较重的金属液在炉渣的下方，质量较轻的炉渣漂浮在金属液的上方。
实施例中耐火球31置于水冷炉栅3上方，耐火球31的高度达到工艺要求后(通常耐火球31基准高度在600-1800mm范围内)，对空炉进行预热；然后将炉料(包括金属炉料和造渣组成部分)置于耐火球31上方；烧嘴2中的燃气燃烧产生热气流，使耐火球31过热成赤红状态，以确保炉料被充分加热，炉料被熔化成金属液，当金属液通过耐火球31时与耐火球31接触进一步加热，滴落在炉体1的底部，金属液由虹吸式出料口4流出，渣铁被分离开。
一些说明性实施例的燃气竖炉，第一管道21与第三管道23的连接处设有混合风箱，用于混合第一管道21中的氧气和空气；炉体1的顶部设有换热器和过滤器，用于将熔化产生的炉气和空气交换冷却，进而净化除尘；混合风箱和换热器之间设有换热风管，位于炉体1外部，用于将炉内产生的热风送至换热器。炉内的高温尾气，在排出的过程中，通过换热风管，将换热器的蛇形管内中的冷风加热，充分利用热量。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：设于主管路20上的燃气比例阀25，和，与燃气比例阀25电连接的控制器，用于控制进入烧嘴2的燃气跟富氧气体的混合比例。燃气比例阀25为用于控制气体比例的常用部件。优选地，控制器为PLC等常用控制器。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：用于调整第二管道22内气体(燃气)压力的燃气稳压装置，设于第二管道22的入口处，与控制器电连接。燃气稳压装置为本领常用装置，其主要部件包括，低温储罐、减压撬装，燃气输送管路、二次减压调压装置、手动球阀、燃气过滤器、截止阀、输送管路、至烧嘴；所有阀组全部安装在专用的桥架上与烧嘴相连。液态天然气在气化器和减压撬的作用下转化为常温气体状态，通过二次减压阀和整流阀的作用下，将高压燃烧气体调整为工业烧嘴所需的工作压力，对烧嘴进行供气参与燃烧。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：氧含量分析仪，设于第一管道21上，位于第三管道23的下方，与控制器电连接，用于检测富氧气体中氧气的含量。氧含量分析仪为用于检测氧含量的常用部件。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：报警器，与控制器电连接。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：温度监测装置，包括：热电偶，设于用于将炉内的热风送出的换热风管中，与控制器电连接。具体地，采用高灵敏度的热电偶以一定的角度插入换热风管中，采用补偿导线将监测的温度通过温度变送器输送到控制器进行温度显示，一般安装在烧嘴上部的混合风箱上或输送热风管路。炉内有热电偶检测温度，与燃气比例阀25形成闭环控制，实时监控炉内温度，实时调整燃气比例阀25。
一些说明性实施例的燃气竖炉，还包括：风机、尾气在线分析以及相关智能仪表装置，均与控制器电连接。
控制器还与调节阀24电连接，控制器根据炉内的温度，统一控制各部件，使炉内的燃气、空气和氧气保持在合适的比例，进而控制炉内燃烧产生的热量稳定。
本发明还涉及利用上述实施例中的燃气竖炉熔融还原金属物料的熔化方法，包括以下步骤：
a、调整燃气与空气的混合比例，点火预热(预热时间取决于金属熔化的工艺要求)，使炉内的温度稳定上升；
b、打开全部烧嘴，将通入烧嘴内的空气中混入纯氧气，得到富氧气体，调整燃气与富氧气体的混合比例，使炉内温度上升到指定温度；
c、开始投料，炉料经过预热，熔融，熔化，得到金属液。
实施例1
熔融还原铁的熔化方法，包括以下步骤：
a、调整燃气与空气的混合比例，点火预热10-20min，烧嘴处于低功率的状态，使炉内的温度稳定上升至1000摄氏度；
b、打开全部烧嘴，瞬间功率提升为90％，将通入烧嘴内的空气中混入2％-5％的纯氧气，得到富氧气体，使富氧气体中氧气占的比例为24％～26％，富氧气体与通入炉内气体的体积比为1:9，使炉内温度迅速上升到1600摄氏度以上(优选1700摄氏度)；
c、开始投料，炉料包括：50％回炉料、30％废钢和20％原料铁，炉料经过预热，熔融，熔化，得到金属液。
大约15分钟后，第一批铁水由虹吸式出料口4流出，铁水温度达1450～1500℃，可以直接浇筑，熔化产生的炉气连续经换热器排出，经干式过滤器净化除尘。
燃气竖炉炉内氛围控制是很重要的，传统的熔化工艺，没有有效的方法来控制炉内的过氧现象，所以熔化之后，大量的铁被氧化成氧化铁，随着造渣分离出去。上述实施例中的熔化方法，完全可以控制炉内的过氧过氢氛围，有效的控制炉内的氧化还原气氛，降低炉料各项元素烧损，提高了出铁温度，降低了生产成本及CO、NOX化合物的排放。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种燃气竖炉，包括炉体(1)、设于所述炉体(1)侧壁的烧嘴(2)、以及与所述烧嘴(2)相通的第一管道(21)和第二管道(22)；其特征在于，还包括：
主管路(20)，其一端与所述烧嘴(2)连通，另一端分别与所述第一管道(21)和所述第二管道(22)相通；和，
第三管道(23)，与所述第一管道(21)连通；所述第一管道(21)、所述第二管道(22)、所述第三管道(23)分别与所述主管路(20)的连接入口处设有调节阀(24)。
2.根据权利要求1所述的燃气竖炉，其特征在于，所述烧嘴(2)位于所述炉体(1)的熔化带，所述烧嘴(2)的数量为多个，沿所述炉体(1)的侧壁外围均匀分布。
3.根据权利要求1所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：出料口(4)和出渣口(5)，均位于所述烧嘴(2)的下方，所述出渣口(5)的高度高于所述出料口(4)的高度。
4.根据权利要求1所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：位于所述炉体(1)内的耐火球(31)。
5.根据权利要求1所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：设于所述主管路(20)上的燃气比例阀(25)，和，与所述燃气比例阀(25)电连接的控制器。
6.根据权利要求5所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：用于调整所述第二管道(22)内气体压力的燃气稳压装置，设于所述第二管道(22)的入口处，与所述控制器电连接；和，
氧含量分析仪，设于所述第一管道(21)上，位于所述第三管道(23)的下方，与所述控制器电连接。
7.根据权利要求5所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：报警器，与所述控制器电连接。
8.根据权利要求5所述的燃气竖炉，其特征在于，还包括：温度监测装置，其包括：热电偶，设于用于将炉内热风送出的换热风管中，与所述控制器电连接。
9.一种利用如权利要求1-8任一项权利要求所述的燃气竖炉熔融还原金属物料的熔化方法，包括以下步骤：
a、调整燃气与空气的混合比例，点火预热，使炉内的温度稳定上升；
b、打开全部所述烧嘴(2)，将通入所述烧嘴(2)内的空气中混入纯氧气，得到富氧气体，调整燃气与所述富氧气体的混合比例，使炉内温度上升到指定温度；
c、开始投料，炉料经过预热，熔融，熔化，得到金属液。
10.根据权利要求9所述的熔化方法，其特征在于，步骤a中，预热10-20min，炉内的温度达到1000摄氏度；步骤b中，纯氧气占所属富氧气体的比例为2％-5％，所述富氧气体与通入炉内气体的体积比为1:9，所述指定温度为1600摄氏度以上；步骤c中，所述炉料包括：50％回炉料、30％废钢和20％原料铁。
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