CN1080960A - 向高炉炉膛注入煤粉的方法和相应的装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种通过一热鼓风管将煤粉和气 态氧化剂的混合物注入高炉炉膛的方法；在炉膛的热 风管嘴的喷嘴端区域内，煤粉以一空心环状喷气流注 入，气态氧化剂从所说的煤粉环状喷气流的孔中注 入；实现上述方法的喷枪包括两个同轴的导管(16、 18)，也包括一带有一中孔(52)的煤粉分流单元。

Description

本发明涉及一种方法，用这种方法，通过在热鼓风管嘴处设置的一喷枪将煤粉和气态氧化剂的混合物注入高炉炉膛。

为了实现上述的方法，提供了一喷枪和一热风管嘴，这种方法和相应的装置在使用中是有一定的优点的。

众所周知，在现有技术中，将煤粉借助热鼓风注入炉膛，通常的方法是将煤粉和热鼓风的混合物通过热鼓风管嘴吹入高炉炉膛的上部，这种方法有许多优点。特别是，这种方法增加了高炉的生产能力，并且用成本较低的煤替代了大量的焦炭。

煤粉的注入通常是通过在热鼓风气流的上游一定位置，即从炉膛中热鼓风管嘴的喷嘴端上游一定位置处插入一喷枪来实现。煤粉悬浮在一种惰性气体中。氧化剂要么由热鼓风气流来构成，其中可以加氧气也可以不加，要么干脆用纯氧气，氧化剂的加入是通过一接近喷枪喷嘴端的一单独的管路来实现的。在用纯氧作氧化剂时，纯氧被用来和煤粉在喷枪的出口处混合而形成初级燃烧物，而热鼓风气流则构成二级燃烧空气。

从德国专利DE-4，008，963C1的说明中我们知道，将煤粉和氧气的混合物注入高炉炉膛的一种方法是在热鼓风管嘴的一端设置一喷枪。该喷枪体包括一通过煤粉的内容和一在内管处形成的环状外管，氧气从该外管中进入并通过。根据上述专利说明中公开的方法，煤粉的喷气流被一环状的氧气流直接包裹着进入炉膛。这种方法在混合气流流量较低时是有效的，但当要注入较大量的煤粉而使流量较大时便存在一定的问题。

这是因为，为了在将煤粉注入炉膛期间能高效地工作，在炉膛热风管嘴紧靠其喷嘴端的紊流区必须产生煤粉的尽可能充分的燃烧。如果在紧靠喷嘴区或该区往前，燃烧得不充分，特别是在热鼓风管嘴中有大流量的煤粉通过的情况下，燃烧残余的大量粉末状物质便会淤积在高炉和它的过滤器中，这样便明显增加了对热气流的阻力。

在上述的紊流区获得充分燃烧的困难在于，一方面是由于气流通过的距离很短，另一方面是由于热风管嘴中热风气流的流速太高。在炭粉颗粒在喷枪出口处燃烧的非常短的时间里，在中性气体中悬溶的煤粉的致密的喷气流必须被裂解，在热解气体释放之前，游离的煤粉颗粒必须重新加热，而热解气体必须和燃料混合，而且这种气态混合物必须被点燃，热解气体中的固态残留物质必须在多项氧化反应中与氧化剂重新发生反应。因此，将煤粉注入炉膛的主要问题之一便是引出了上文中非常简要地描述过的流体动力学方面的概念和过程。

本发明的目的是提供一种新颖的方法，用这种方法将煤粉和气态氧化剂的混合物注入高炉炉膛，这种方法通过在热风管嘴处设置一喷枪，使得其相应的燃烧能力明显增加，特别是当煤粉的流量较大时效果更加明显。

上述的目的是通过这样的方法来实现的，其特征在于，在炉膛的热风管嘴的喷嘴端的相应区域内，煤粉是以空心环状喷气流的方式注入，气流是空心的环状喷气流，氧化剂从环状空心气流的中心加入。

根据本发明，煤粉因此便不在以实心致密的喷气流方式注入，而是以空心环状气流的方式注入。这种方式有直接的优点，就是喷气流更容易被裂解成游离的颗粒，而同样流量的情况下，实心致密的喷气流裂解便要困难得多。此外，喷气流的外表面积增加了，而喷气流相应的厚度则减小了，这样，便将游离的煤粉颗粒更直接地暴露给热辐射。

气态氧化剂（比如氧气）不再环绕着煤粉喷气流注入，而是直接从中孔加入到煤粉的环状喷气流中被注入。这种方式有许多优点。首先，氧化剂不会再在热鼓风气流和煤粉喷气流之间形成一冷隔层。其次，应当注意到，煤粉的环状喷气流，其外表面暴露给热鼓风气流，它的内表面则暴露给气态氧化剂。环状喷气流中的煤粉颗粒结果便被包含在一个夹在两层氧化剂气流之间的薄层中，这样便对迅速形成一易燃混合物起到了一明显的促进作用。最后，特别要注意到的是，在大的热流量的影响下，由于炉膛中的高温，从煤粉环状喷气流中孔导入的氧化气体经受了一高速膨胀，这样便真正使得所说的煤粉的空心环状喷气流从其内部爆炸。这种爆炸作用使氧化剂、热鼓风气流和燃料喷射并扩散，从而在炉膛的紧靠近热风管嘴的区域内形成一理想的紊流混合物，在这个区域内，会发生自燃。

所有这些现象互为支持，从而明显和意外地增大了煤粉通过热风管嘴进入高炉炉膛的燃烧热容量。现在，假定燃烧热容量被明显改善，那么，在不至于闭塞高炉热鼓风回路过滤器的情况下，煤粉的流量可以很大。结果便可以用较廉价的煤代替大量的焦炭。

根据本发明的一个附加的特征，煤粉和气态氧化剂的注入是在炉膛热风管嘴喷嘴端的相应区域内完成的。为了所有的实用性目的，回想一下，直到现在为止，煤粉的注入不得不在喷嘴端上游一定的距离处完成，其目的是为了增加用于燃烧机构实现操作所使用的通路。现在，通过本发明，煤粉喷气流的裂解实际上在热鼓风管嘴的出口处便立即发生。由此得出，为实现燃烧机构的操作所必须的通路是十分短的，一个注入喷枪实际上在不减小相应的热容量的条件下便可插入炉膛。

这一特征的直接优点在于，管嘴的热鼓风管道从热变形的观点来看，其中的热应力是比较小的。此外，燃烧后的热灰实际上被防止粘滞在热风管嘴的冷壁上，这不仅可以有效地延长热风管嘴的寿命，而且也防止热灰阻塞热风管路。煤粉和氧化剂在炉膛热风管嘴喷嘴端区域的注入结果使得有可能在不减小燃烧热容量的情况下增加热风管嘴的使用寿命。

本发明也提供了一个用来实现本发明方法的喷枪。这个喷枪包括位于喷枪本体中的各个管道，它们用来注入煤粉和氧化剂到炉膛，其特征在于所说的喷枪本体，在其朝向热风管嘴的一端，有一用来注入煤粉的喷嘴，该喷嘴环绕用于注入氧化剂的喷嘴而设置。

所说的喷枪本体其优点在于包括一内容，该内容形成一用来注入氧化剂的管道，另外还包括一外管，外管环绕内管，该外管形成一煤粉的注入管道。

所说的喷枪的这一实施例允许包围氧化剂注入喷嘴的煤粉的环状注入喷嘴生产工艺非常简单。很显然，在喷枪本体中煤粉的流动是一直线流动，这样便不会有任何明显的偏差。由于这个原因，应该指出，事实上，煤粉有明显的磨蚀作用，任何壁面一旦有流动偏差便都会受到明显的磨损。这种发生在喷枪本体壁面区域的磨损可能会导致该壁面突发性破裂，进而也存在热鼓风管道乃至喷枪本体的结构性破坏的危险。

用来将喷枪本体连接到一个用来供给悬浮于惰性气体中的煤粉的管道和一个用来供给气态氧化剂（比如氧气）的管道的连接装置，最好是设置于热鼓风管道的外部。该装置随后便被固定到喷枪本体的一端，这一端位于管嘴端相对的一端，它很容易使喷枪本体穿过一轴套筒插入热鼓风管道。

在连接装置的最佳实施例中的理想的目的是防止煤粉流对其进行磨蚀。

在所说的连接装置中，上述目的是通过分解煤粉流成一组煤粉通道分流来实现的，所说的煤粉通道组被连接到所说的环形管道，而所说的气态氧化剂则通过连接到所说的内管道上的相应通道，而这些通道则分布在相应的煤粉通道之间。因此，该连接装置包括将第一连接套筒连接到所说的环形管道的第一通道和分布于所说的第一通道之间的第二通道，第二通道将第二连接装置连接到所说的内管道。用这种方式，气态氧化剂通道并不一定通过煤粉流，因此也就不会产生由于高速流动的煤粉流而导致的磨损。

该连接装置其优点在于包括一分流单元，该分流单元带有两个相对的表面，所说的喷枪本体穿过其中的一个表面，所说的第一连接装置出现在所说的喷枪本体的轴向延伸部分，而喷枪本体通过相对的另一表面进入分流单元，分流单元带有一中心盲孔，该中心盲孔轴向延伸到所说的内管;分流单元还带有一个轴向延伸到所说的环形管道的环形凹槽;还至少带有两个第一通道，这两个第一通道对称地分布于所说的中心盲孔旁边，并出现在所说的环形凹槽的一端，也位于所说的第一连接套筒的另一端;至少带带有一个第二通道，第二通道则分布于所说的第一通道之间，并且将所说的中心盲孔连接到所说的第二连接管筒上。很显然，所说的连接装置的这个实施例更加紧凑，其设计的优点在于防止了由煤粉气流的磨蚀而产生的任何磨损。

这就是为什么要使煤粉实际上沿轴向进入所说的喷枪的环形管道的原因，流动有一对称循环，不会使其产生明显的方向变化。

为了进一步改善对所说的环形管路供给相应燃料的均匀性，所说的凹槽轴向延伸分流单元的所说的环形管路，其优点在于它有一载面，该截面从所说的第一通道的喷嘴端起沿所说的环形管路的方向不断减小。应注意到这个实施例也防止了所说的分流单元内壁的任何不边续性。

气态氧化剂供给的一最佳实施例包括一环形圆周腔，进入该腔的是一组所说的第二通道，它们公布于所说的中心通道周围，其优点在于减少了气态氧化剂在相应的连接装置区域内的流动损失。

所说的连接装置其优点在于它包括两个元件，它们通过螺纹轴向地连接在一起。内管因此便被固定到第一元件，而外管则被固定到相应的第二元件。这个实施例其优点在于它包括很容易生产的零件，另外，连接装置中所说的内容的安装和拆卸都是很容易的。

所说的外管其优点在于它带有一法兰，该法兰通过螺纹被固定在所说的第二元件上。

所说的喷枪的另一个优选的实施例，它包括一个喷枪本体，其出现在竖炉（特别是一个高炉）炉膛的热鼓风管嘴的一端，所说的喷枪本体环包着一内管，该内管形成了一内管路用来通过气态氧化剂，还有一外管环绕所说的内管，形成一环状管路用来通过煤粉;

一分流装置用来将所说的内管连接到一气态氧化剂的供给管路，而将所说的环状管路连接到一煤粉的供给管路;

用来将所说的内管与所说的外管进行绝缘的装置;

用来在所说的内管和所说的外管之间产生一电压差并在所说的环形通道形成一电场的装置。

这个实施例的主要优点是煤粉的流动简单而且有效地接受一电场的作用，这样会对喷枪出口处的燃烧动力学特性有明显的影响，特别表现在对促使煤粒子间反应混合物的形成的作用，而这些煤粒子是悬浮在一种隋性气体和氧化剂气体中的。应该注意到，该电场的长度等于喷枪体的长度。

该实施例的分流装置其优点在于，它包括一个用硬的不导电的材料做成的分流单元，就是说这种材料可以较好地抗煤粉的磨损。例如，可以是用一种陶瓷材料，特别是基于氧化铝的陶瓷材料。借助这个用不导电材料做成的分流单元，喷枪体的外管与内管之间的电绝缘问题便迎刃而解。

该分流单元其优点在于，它是一个具有第一和第二两个基面的棱柱单元，其还有一组侧表面，该单元具有：

在所说的第一基面上为接受所说的内管的一端而设置的一中心盲孔;

在所说的第二基面上有一凹槽;

还有一些通道，这些通道环绕所说的中心盲孔并将所说的第二基面上的凹槽与第一基面连通;

还有一第一侧孔位于所说的通道之间，其目的是在所说的第一侧表面上确定一喷嘴端并与所说的中心盲孔连通;

还有一第二侧孔位于所说的通道之间，在所说的第二侧表面上确定一喷嘴端并与所说的中心盲孔连通。

这是一个特别简单的实施例，它使得将氧化剂气体引入内管和将煤粉引入外管成为可能，并且还不会有煤粉流动对氧化剂气体导管产生磨蚀的危险，也不会有电气短路的危险。

为了使与所说的不导电棱柱单元的各种连接既简单又有效，所说的分流装置包括：

-第一前面板，它支撑在所说的棱柱单元的所说的第二基面上，在所说的凹槽的延伸部分，它又支撑一煤粉连接套筒;

-前部零件，它支撑所说的外管并支撑在所说的棱柱体的所说的第一基面;

-第一侧板，它支撑在所说棱柱单元的所说的第一侧面上，而且，在所说的第一侧孔的延伸部分上，它支撑一气态氧化剂连接套筒;

-第二侧板，它支撑在所说棱单元的所说的第二侧面上，并且，在所说的第二侧孔的延伸部分上，它支撑一穿过第二侧孔进入所说的中孔的电极。

为了将所说的棱柱单元和所说的前部零件连接起来，这样可以支撑所说的外管，所说的分流单元包括螺栓，它们将所说的前部零件和所说的第一前板连接起来。

内管带有一法兰，它被轴向安置在所说的分流单元和所说的前部零件之间，并通过分流单元和前部零件的轴向连接实现定位。这个法兰简单而有效地解决了内管与连接装置之间的固定，同时能使所说的盲孔环绕内管是密封的。

前部零件还有一凹槽，该凹槽自外管的喷嘴端沿分流单元的方向突然张开。界定所说凹槽的表面最好是一曲面，它由一圆锥部分构成，并且与外管的侧面相切。内管在分流单元喷嘴端区域内带有一管筒，该套筒的形状基本上是瓶颈状的，在连接喷枪以后，它被置于前部零件的所说的凹槽中，其目的是确定一环形通道，该环形通道实际上与喷枪本体上的所说的管路相切。该实施例基本上减小了煤粉从不导电单元进入喷枪本体的环形通道时产生的磨蚀。此外，它在喷枪本体的所说的通道中确保了煤粉的良好分流。

应该注意到，在喷枪的所有实施例中，内管在它的出口喷嘴区域内带有一折流板，这样设计的目的就是促使气态氧化剂的喷气流在喷枪的出口处径向散开。该折流板包括一螺旋元件，它集成在由内管形成的注入喷嘴上。

本发明的目的之一也是要提供一优选解决方法，使注入喷枪以既简单又安全的方式插入此热鼓风管路中，并且直到高炉炉膛热鼓风管嘴喷嘴端的区域中。

由于这种原因，至此应该回想一下，喷枪的插入是通过一个管路来完成的，该管路设置于热鼓风管嘴的上游。这个管路（这里称为鼓风管）由喷口、在热鼓风管嘴处的球铰连接形成，其目的是允许管嘴与鼓风管之间有相对的角位移，这种角位移是由于在热鼓风系统中存在热应力而产生的。现在，如果希望喷枪头穿过鼓风管尽可能到管嘴的喷嘴端区域，那么，必须选择一个介于喷枪轴线和鼓风管轴向之间的非常小的角度。由此而得出，喷枪在热鼓风管路中的伸出长度是长的，管嘴中喷枪头的定心变得较困难，即其不确定也不稳定，越是这样，管嘴和鼓风管之间产生相对运动的可能性就越大。现在，管嘴中喷枪端的定位不准便不可避免地破坏了鼓风管，此时煤粉的喷气流撞击界定热鼓风管头的壁面。因此，很显然，在本发明的范围内，所提供的解决方法不存在这些缺点。

这种解决方法包括将喷枪插过做在一双壁面上的一个通道，该双壁面确定了管嘴的热鼓风管路。喷枪的这种设置使确保喷枪头在热鼓风管路中的调节是准确而可靠的，调节发生在高炉炉膛中热鼓风管嘴喷嘴端的区域内。

本发明其它的特点和优点将通过参照相应的附图从下面给出的最佳实施例的说明来体现，其中：

-图1给出了一个根据本发明的喷枪的最佳实施例的轴侧图;

-图1A给出了图1所示喷枪的喷嘴的正视图;

-图2给出了图1所示喷枪的分解图;

-图3给出了图1所示喷枪的纵向剖视图;

-图3A表示图3所示的喷枪的另一个实施例详细的局部剖视图;

-图4给出了图1所示的喷枪的纵向剖视图，其剖面与图3所示的剖面呈45°角;

-图5给出了通过一个装置，将一个特殊设计的喷枪插入热鼓风管嘴的原理剖视图;

-图6表示一个热鼓风管嘴的剖视图，它是特别为根据本发明的喷枪而设计的;

-图7给出了一个根据本发明的注入喷枪的纵向剖视图，使得在喷枪中的煤粉能够承受一个电场的作用;

-图8给出了一个根据图7所示的注入喷枪的剖视图，该图的剖面与图7的剖面呈90°角。

图1至图4描述了一个用于实现根据本发明方法的第一喷枪10。它在原理上主要由一个长方形的枪体12构成，枪体一端与一联接装置14固定在一起，后者用于把喷枪10连接到供给悬浮在惰性气体中的煤粉的回路和供给气态的氧化剂的回路，为举例说明，气态的氧化剂可以是氧气。

枪体包括一个双导管（20，22），该导管由一内管16和一外管18形成。管16比管18的截面积小。管16沿轴向插在管18中，从而在两管16与18之间形成一环状的导管20，这个环状导管20被用来作为煤粉的通道，而第一导管16本身形成一个圆柱形的管路22，它被用来作为气态氧化剂的通道。

图1A表示枪体的沿图1中箭头24所示的方向的正视图，从中可以看出枪体12的形成，其一端为自由端26，另一端是双喷嘴，后者包括一个环状的喷嘴20′，它由所说的环状管路20端接，且圆形注入喷嘴22′与所说的圆柱管路22端接，用于煤粉的注入喷嘴20′特地设置在用于气态氧化剂的喷嘴22′的圆周上。完全遵照本发明的方法，采用这种喷枪10，能够产生一个空心的煤粉的环状喷气流，且在空心的环状喷气流的内部中孔形成一个气态氧化剂的注入通道将氧化剂注入。

由图2可见管16上具有间隔的凸块28，它保证了外管18与内管16之间能保持一定的径向间隙，由于这些间隔的凸块暴露于煤粉气流中，它们最好用一种坚硬的材料制成，这种材料不易被磨蚀。

联接装置14包括一个用于煤粉的第一联接套30和一个用于气态氧化剂的第二联接器32。这两个联接器30和32以及枪体12都方便地固连在分配元件24上，分配元件34最好分成36和38两个零件，它们被螺栓连接在喷枪体12的轴的延长线上。图3所示的两个螺栓孔39，主要用来容纳这些螺栓，螺栓从零件36穿入到零件38中。

零件36包括一个实心的圆柱体37，圆柱体的圆周被一个环形空腔40围绕，在环形腔上连接用于气态氧化剂的第二个联接套32。第一个联接套30通过所说的圆柱体37上的凹槽43轴向端接在基面42上，基面44位于基面42的对面，所说的圆柱体37具有一个实际直径比实心的圆柱体37小的轴向延伸的圆柱体46，且通过一个截头圆锥部分48被端接。在它的基座上，轴向延伸件46被一个端面50包围，所以，所说的圆柱体37的基面44被减小到围绕端面50的圆环面44。

一个中心盲孔52沿轴向从所说的截头圆锥部分48的一端延伸，正好进入所说的实心圆柱体37。这个中心孔实际上具有与管16相同的内径，围绕着这个中心孔52，在实心的圆柱体37内，延伸出第一个通道54，该通道呈现一通过环绕所说的轴向延伸部分46的端块50所确定的环形表面。在圆柱体37的另一基面42上，这一通道54延伸到所说的轴向凹槽43中，在此与套30端接。通道54最好环绕着盲孔52对称分布，在图中所表示的实施例中，总共有四个通道54，彼此间隔90°角。

图3A表示在本体37上的联接套30的喷嘴端的可替换的实施例，凹槽43°的空间相对于凹槽43的空间明显被增加了，面对凹槽43′的联接套30的喷嘴端的另一端，本体37具有一个用一种特别抗磨蚀材料制成的弯曲的表面45，这种材料对煤粉有很高的抗磨蚀性能。这一弯曲的表面45可以形成一连接部分，也可能由一种附加的材料构成，亦可能是经过适当表面处理而获得，该表面最好是圆形的，以防止煤粉中包含的纤维物质被挂住。

图3表示所说的联接装置14的纵向剖视图，剖面通过了四个通道54中的两个，作为对照，图4给出了的剖视图的剖面与图3中的剖面呈45°角。可以看出，在图4中，画出了实心的圆柱体37，在这个剖面中有两个通道56，它们如图示从中心孔朝着环形腔40的圆周延伸，第二通道的其它两个通道位于与图4所示的剖面呈90°夹角的剖面上。

零件38构成一圆柱套，它通过一个环形的基面60，支承在所说的零件36的环形基面44上。圆柱孔62的内径等于管18的外径，并轴向端接在所说的套的相对的基面61上。孔62作为管18的端部64的基座，管18通过法兰66连接。后者，在图中给出的例子中是被焊在管18上，亦可以用螺栓连接在它的基面61上。图3所示的两个孔68是为两个螺栓的螺纹孔，很显然，外管18的更换是十分容易的，且不需要拆下联接装置14或内管16。

外管18出现在截头圆锥孔70中，孔70沿轴向延伸，向外张开，贯穿所说的零件38，以便与环形基面60的中心端接。该截头圆锥70的较小的基面与管18的通道的截面相对应，而截头圆锥的大基面的直径等于一联接元件36上的圆环的外径，通道54的所有的喷嘴端均与该圆环内切，通道54的这一边设置有端块50。

通过连接两个零件36和38，所说的零件38上的截头圆锥孔70与所说的零件36上同轴的36上的延伸部分46、48相配，以形成一环形空腔72。结果环形空腔在中心孔的长度部分将其环绕，从而在所说的通道54的喷嘴部分的轴向方向上，延长所说的环形导管20。应该注意的是，环形槽72的环形横截面自由表面的面积沿所说的环形导管20的喷嘴端的方向逐渐减小，从而在穿进所说的环形导管20之前形成一个颈部74。通过这种新颖的方式，在环形导管20中的煤的分配明显地被均匀化了。

内管16以其端部80沿轴向与轴向与零件36的截头圆锥部分48固连在一起。内管16的这一连接将在连接两个零件36和38之前被完成，例如可采用铜焊方式。

应该注意的是在颈部74的范围内采用了套76，也就是说，在这人直，煤粉流进入这里时与内管16相连接。该套可以通过铜焊固连到截头圆锥部分48上，由于在环形腔72和环形导管20之间连接处的环形流量的轻微的偏差，采用更耐磨的材料进行制造，将有效地防止内管16被磨损。

图7和图8表示实现根据本发明的方法的喷枪的第二个实施例。该喷枪210包括枪体212，枪体的一端固连在联接装置214上，枪体包括双导管220、222，导管由一个内管216和一个外管218组成。管216的断面比管218小，前者沿轴向插入后者中，从而在两个导管216和218之间形成一个环状导管220。这个环状导管220趋向于作煤粉的通道，其中的第一导管216本身形成一个圆柱形的导管222，该导管趋向作气态氧化剂的通道。

枪体210的特殊的特征表现在图7和图8之中，两个管子216和218之间有潜在的不同，换言之，在环形导管220中，喷枪210的设计产生一个电场，它可以使传送并通过环形导管220的煤粉粒子带电，并悬浮在惰性气体中，据此，两个导管216和218是由一种材料制成的，该种材料应为良好的导电体，且由用不导电的材料制造的间隔的凸块228间隔开，例如，用基于氧化铝上的陶瓷材料，内管216的外表面亦可以采用不导电的覆盖物，例如在氧化铝上覆盖一层陶瓷外衣，同时，这覆盖层具有对煤粉高度的抗磨性。

联接装置214是为实现下面三项作用而特别设计的，具体是：

1）连通环状导管220和联接套230作为煤粉通路;

2）连通内导管222和联接套232作为氧化剂气体通路;

3）在外管218和内管216之间连接可能不同。

为了这一目的，联接装置214包括一个分配单元236，其中有两个联接套230和232，和一个过渡零件，通过该零件喷枪体212伸出。这两部分236和238，在两个面板246和248之间被轴向连接在一起，后者采用螺栓280连接，且轴向支承在两相对的表面和两零件236和238上。

外管218被固定在零件238上，零件238最好采用导电的金属制造。外管218与零件238的连接可以用铜焊或法兰连接（图中未画出）实现，零件238具有一凹进部分270，该部分沿分配单元236的方向，从外管218的喷嘴处向外张开，从而形成外管的喷嘴端。应注意的是，凹进部分217所限定的表面最好是与外管218的内表面相切的旋转表面。

在分配单元234中，内管216在其喷嘴区域内，具有一个稍有些变尖的端部282，一个套254实际上具有瓶颈的形状，该套用对煤粉有较高抗磨蚀性能的硬材料制成，它位于凹进部分270之内，从而形成一环状的通道272，该通道实际上与所说的喷枪体212的环形导管220相切。值得注意的是，通过相应的凹进部分270和套254的相应的限定表面，形成一环形通道272，该环形通道的截面积沿煤粉流动的方向逐渐减少。

在这一实施例中，分配单元236是采用高硬度的绝缘材料做成的，例如：一个棱柱单元采用陶瓷物质，如基于氧化铝的陶瓷材料。在面板246的背后是背面242，它被支承在密封件286上。在这个位置上，套230穿过所说的面板246，在面板的背面242上具有一个槽243，它插进分配单元236中。棱柱236的正面224通过密封件288支承在环绕凹进部270的喷嘴端的零件238上，在内管216所在的轴上，一个中心盲孔252出现在棱柱单元236的正面244的前边，这一中心孔252的直径比内管216的直径稍大一些，中心孔252穿过棱柱元件一直沿轴向延伸，直通到侧向孔256处并与256连通。侧向孔出现在所说的棱柱元件236的侧表面255上，围绕中心孔252的两个通孔254即被构成。一方面，它被端接在凹进部分243的前部，另一方面，端接在零件238中所说的环形腔272中。通道254相对于棱柱单元236的中轴线最好对称设置。

内管216在所说的中心孔252中以其端部282出现。一个法兰290刚性地连接在内管216的一端282上，通过位于棱柱元件236的端部294上的密封垫292支承，棱柱环绕着中心孔252，使得法兰290保证了内管216与连接装置214的固连和同心。为了达到这一目的，法兰最好为正方形并且置于与之相对的零件238的凹进部分。如果零件236和238被轴向连接，例如通过紧固螺栓280，内管216就会被法兰290锁紧在这两个零件236和238之间。在两个通道254的喷嘴端的范围内，法兰290带有一个小孔缝隙，使得这些通道254与所说的环形通道254连通。值得注意的是，在法兰290和零件238之间，设置了一种绝缘材料，以防止内管216与外管218之间电短路，内管正好与法兰290相连接，外管正好与零件238相连接。

棱形元件236被置于两个侧板298与300之间，板298支承在棱柱元件的侧面255上，所说的第二通道256亦出现在此，而板300支承在棱柱元件236与255相对的侧面上，气态氧化剂的接头232被固定在板298上。在板298与棱柱236之间的密封垫302密封了接头232和所说的第二通道256，对面的板300支承在一个电接点304上，它能够为内管216提供电势，例如，这个电接点304包括：一个绝缘套306，它以密封的方式安装在板300上，并有一导体308从中穿过，-最好以密封的方式穿过绝缘套306，以防止通过棱柱元件236的通道进入所说的中心孔252。在凹槽252中，导体308以它的前端朝向内管216，密封件312在板300与棱柱元件236之间起着密封作用。一个弹簧314被安置在导体308和盖子316之间，盖子旋入套306中以保持导体308的尖端与内管216的背端部282之间的基本接触。导体308最好被接到直流电源的正极，而喷枪210的外部金属元件（特别是外管218、零件238、板298、300等）被接在该电源的负极。

用这种方式，就能够在内管216与外管218之间的环形空间220中产生一个是场，这个电场对那些悬浮在惰性气体（常为氮气）中通过环形空间220的煤粉颗粒的活化有积极的影响。可以相信增加煤粉颗粒的活性可以这样解释，即电场的作用阻止了悬浮气体的分子与煤粉颗粒的碰撞，从而使得这些煤粉颗粒与氧气在喷枪210的出口处的反应受到阻碍。可是，有一点毫无疑问，即本发明的价值无论如何不依赖于已经给出的科学解释的正确性。

同时还应注意，在内管216的前端有一与之成一体的偏转器320。偏转器320最好是螺旋形的，其作用是要促进内管216出口处的氧气喷出的快速散开。

图5表示出了一个热鼓风机管口100，它被以如图所示的一定方式借助于风口固定，并伸入高炉的侧壁104中。该管口出现在高炉炉膛106的上部，它由环绕高炉结构的导管系统的最终导管构成，以便把鼓风机的风吹进炉膛106中。一个导管108-叫做鼓风管支承在管口100上。在鼓风管和管口之间的支承表面上，形成一个球铰连接110，球铰允许两个导管100与108之间按一定角度旋转，从而允许按角位移计量相应的热变形。

参照112所示的装置，来固定上面所描述的这种喷枪，这种装置112能完全实现本发明的方法，喷枪10的端部26被伸进管口100，使得煤粉20′和气态氧化剂22′注入喷嘴位于炉膛中管口100的喷嘴端区域内。

图5以虚线表示了喷枪被固定在固定装置112上时喷枪的外轮廓。这一固定装置使得枪体能够插入风口102和鼓风管108之间，直接穿过管口100的侧壁114，直至炉膛106中的管口100的喷嘴端部。值得注意的是，在图6中所附加描述的是管口100的一种新型设计。

管口100包括双层侧壁114，它按图示的方式形成一个截头圆锥体，该圆锥体沿轴向确定了一圆柱形的热风导管116。在所说的截头圆锥体的大端范围内，侧壁114形成一环形表面118。该表面118通过一个环形凹槽被环绕导管116的喷嘴端而定，而凹槽作为鼓风管108的支承面。在所说的截头圆锥体的小端范围内，侧壁114形成导管116的喷嘴端121，用于将热鼓风向炉膛106注入。用124表示冷却介质的进口接头。

所说的管口100不同于现有技术中管口的设计，通过一个直的通道126整体进入所说的管口的双层侧壁114，且出现在管口的上游的表面118的一边，而在另一边为热鼓风的导管116，故沿管口的喷嘴端121的方向上，通道126的轴向延伸不会与导管116的侧壁114发生冲突。

这一通道作为进入管口100的喷枪体12的上游端导管的护套，它的截面积通常稍大于喷枪体12的前端的截面积。

在环形表面118的一侧，这一通道126通过圆柱护套130延伸。护套130延伸进入在风口102与鼓风管108之间的有用的环状自由空腔132。最好以其一端旋入所说的通道126，这就要在所说圆形表面118的喷嘴端一侧提供螺纹134，在另一端，这一护套130通过一止回阀136、一个球阀138和一个填料盒接头140轴向延伸。

为了固定喷枪，通常只要打开球阀138并保证枪体通过填料盒接头140和球阀138就可以了。在阀138打开时可防止热空气流出的止回阀136，在枪体沿扩套130前进时被枪体端部抬起。当喷枪10的联接装置顶上所说的固定装置112的填料盒接头140时，可以肯定喷嘴20′和22′按理想位置被固定并进入热鼓风导管116中，也就是说：在炉膛106的管口100的喷嘴端121的相应的区域内。

采用上述结构，使得枪体的伸出长度受热鼓风的流量的影响减小，同时热鼓风管108和管口100之间的相对移动也不再影响热鼓风管路中喷枪10的端部26的位置。

Claims (22)

1、通过一个热风管嘴，将煤粉和气态氧化剂的混合物注入高炉的炉膛的方法，其特征在于：在炉膛的热风管嘴的喷嘴端区域内，煤粉的注入是以空心的环状喷气流的方式，而气态氧化剂则是从煤粉环状气流内注入。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于气态氧化剂是氧气。

3、为了实现根据权利要求1或2所述方法的喷枪，它包括：

一个枪体（12、212）;

一个第一注入喷嘴（22′、222′），其设置在所说的枪体（12、212）的自由端;

一个第二注入喷嘴（20′，220′），它被设置成环绕所说的第一注入喷嘴（22′、222′）;

其特征是把所说的第一注入喷嘴（22′、222′）连接到提供气态氧化剂的回路上，而把第二注入喷嘴（20′、220′）连接到提供煤粉的回路上。

4、根据权利要求3的喷枪，其特征在于：所说的枪体（12、212）包括一个内管（16、216），由其形成一个内部导管（22、222）用于导引气态氧化剂，而一个外管（18、218）环绕着内管（16、216），以致于围绕着内管形成一个环状导管（20、220），该管用于导引煤粉。

5、根据权利要求4的喷枪，其特征在于包括一个用于煤粉和气态氧化剂的分流装置（14、214），该装置被固连在所说的枪体（12、212）的末端，该末端在所说的注入喷嘴（20′、22′、220′、222′）的对面。

6、根据权利要求5的喷枪，其特征在于分流装置包括：

一个第一联接套（30、230），它可以被连接在用于提供悬浮在惰性气体中的煤粉的回路上;

一个第二联接套（32、232），它可以被连接在用于提供气态氧化剂的回路上;

第一通道（54、254），它将第一联接套（30、230）连接到所说的环形导管（20、222）上，且

在所说的第一通道（54、254）之间设置的至少一个第二通道（56、256），它把所说的第二联接套（32、232）连接到所说的内导管（22）上。

7、根据权利要求5的喷枪，其特征在于所说的分流装置（14、214）包括：

两个轴向相对的表面（42、242、61、261）;所说的喷枪体（12、212）穿过所说的一个表面（61、261）而出现，且所说的第一联接套（30、230）穿过相对的表面（42、242）进入所说的分流装置（14、214），并沿所说喷枪体（12、212）轴向延伸。

一个在所说的分流装置（14、214）内沿所说的内导管（22、222）轴向延伸的中心盲孔（52、252）;

一个在所说的分流装置（14、214）内使所说的内导管（22、222）轴向伸展的环形腔（72、272）;

至少两个环绕所说的中心孔（52、252）对称分布的第一通道（54、254），该通道的一侧在所说的环形腔（72、272）中出现，而另一侧在所说的第一联接套（30、230）中出现。

至少一个设置在第一通道（54、254）之间的第二通道（56、256），它把所说的中心孔（52、250）与所说的第二联接套（32、232）连通。

8、根据权利要求7的喷枪，其特征在于，所说的环形腔（72、272）的环形横截面的自由表面积从所说的第一通道（54、254）的喷嘴端起，沿所说的环状导管（20、220）向喷嘴端的方向逐渐减小。

9、根据权利要求7或8的喷枪，其特征在于所说的外管（18）具有一个法兰（66），该法兰被固定在分流装置（34）的外表面（61）上，由此使所说的外管与所说的分流装置连接。

10、根据权利要求7、8或9的喷枪，其特征在于所说的分流单元（34）具有多个第二通道（56），这些通道环绕着所说的中心孔（52）分布，且在环绕所说的分流单元（34）在其长度部分出现了一个环形腔（40），所说的第二联接套32通入环形腔（40）。

11、根据权利要求7至10中的任何一项的喷枪，其特征在于所说的第一联接套（30）出现在分流装置（14）的腔（43′）内，并朝着圆形的弯曲表面（45）。

12、根据权利要求7至11中的任何一项的喷枪，其特征在于所说的分流装置（14）包括沿喷枪体（12）的轴向连在一起的两个零件（36、38）;

其中第一个零件（36）包括所说的联接套（30、32），所说的第一、第二通道（54、56），和一个位于第一联接套（30）的对面的轴向延伸物（46），所说的内管（16）被连接在所说的轴向延伸物（46）的自由端（48）上，中心孔（52）穿过轴向延伸物（46），表面（50）环绕延伸物的基面，而所说的第一通道（54）从表面（50）伸出;

其中的第二个零件（38）包括一个轴向孔（62），该孔作为所说的外管（18）的一个基座，一个轴向延伸的凹槽（70）向外张开，通过外管（18）形成导管，且

所说的凹槽（70）与所说的轴向延伸物（46、48）相配合，从而在两个零件（36、38）的连续过程中形成所说的环形腔（72）。

13、根据权利要求4至11中任何一项的喷枪，其特征在于所说的内管（216）与所说的外管（218）间设置电绝缘装置，还包括：

在外管（218）和内管（216）之间提供一个电势差的装置，从而在所说的环形腔（220）之中建立一个电场。

14、根据权利要求13的喷枪，其特征在于包括一个用于分配煤粉和气态氧化剂的装置（214），该装置包括由坚硬的绝缘材料制成的分流单元（236）。

15、根据权利要求14的喷枪，其特征在于所说的分流单元（236）是一个具有第一和第二两个底面（244、242）和多个侧面的棱柱元件，它包括：

在所说的第一基面（244）上的中心盲孔（252），以便容纳所说的内管（216）的端部（282）;

一个出现在所说的第二基面（242）上的腔（243）;

环绕着所说的中心孔（252），使所说的腔（243）延伸的通道（254），通道（254）通到第一基面（244）上。

位于所说的通道（254）之间的第一个侧孔（256），从而在第一侧表面（255）形成了一个喷嘴端，且与所说的中心孔（252）连通。

位于所说的通道310之间的第二个侧孔（310），从而在第二个侧表面上形成了一个喷嘴端，且与所说的中心孔（252）连通。

16、根据权利要求15的喷枪，其特征在于所说的分流装置（214）包括：

第一面板（246），它支承在所说的分流单元（236）的第二基面（242）上，且在所说的空腔（243）的延伸部分支承用于煤粉的联接套（230）;

支承在所说的棱柱单元（236）的所说的第一基面（244）上的另一个零件（238），它支撑所说的外管（218）;

支承在所说的棱柱单元（236）的第一侧表面（255）上的第一侧板（298），它在所说的侧孔（256）的延伸部分上支撑;一个联接套（232），该套用于气态氧化剂，和

支承在所说的棱柱单元（236）的第二侧表面上的第二侧板（300），它在所说的第二个侧孔（310）的延伸方向支撑一个电极（308），该电极穿过孔（310）进入所说的中心孔（252）。

17、根据权利要求16的喷枪，其特征在于所说的分流单元（214）包括螺栓（280），螺栓将所说的零件（238）连接到所说的第一面板（246）上。

18、根据权利要求16或17的喷枪，其特征在于内管（216）具有一个法兰（290），该法兰沿轴向夹在所说的分流单元（236）和所说的零件（238）之间，且由于分流单元（236）与零件（238）轴向连接而锁紧在它们之间。

19、根据权利要求18的喷枪，其特征在于内管（216）在分流单元（236）的喷嘴端（282）的区域内具有一个实际上为瓶颈形的套（254），它在被连接到喷枪（210）上后，位于所说的零件（238）的所说的凹槽（270）中，从而形成一个环形通道（272），该通道与所说的喷枪体（212）的所说的环形导管（220）相切。

20、根据权利要求3至19中的任何一项的喷枪，其特征在于所说的第一注入喷嘴（22′，222′）具有一个螺旋式的折流板。

21、根据权利要求3至19中任何一项的喷枪所安装的管嘴包括一双层侧壁（114），它在上游部分的进口节流孔和下游的炉膛（106）中的喷嘴端（121）之间形成一个热鼓风管（116），其特征在于通道（126）作为所说的枪体（12）的通道的保护套，环绕着所说的热鼓风管（116）的进口节流孔，且在所说的热鼓风管（116）的另一端，所说的通道（126）与所说的管口（100）的所说的双层侧壁（114）形成一体，并从环形表面（118）的一侧伸出，从而在管口（100）的喷嘴（121）的方向上，所说的通道（126）的轴向延伸部分不会与管口的侧壁（114）相交。

22、用于将煤粉和气态氧化剂注入高炉炉膛（106）的装置，其特征在于利用根据权利要求3至19中之一项的喷枪（10），它设置在根据权利要求11的管口（100）中，从而煤粉的注入喷嘴（20′，220′）和气态氧化剂的注入喷嘴（22′、222′）被设置在高炉炉膛（106）的管口（100）的喷嘴端（121）附近。

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