CN110214194B - 用于电弧炉的燃烧器喷枪插件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于电弧炉(2)的燃烧器喷枪插件(1)。燃烧器喷枪插件(1)包括：可插入到电弧炉(2)的壁开口(17)中的支撑体(3)，其具有前端开口(5)；可围绕旋转轴(A)旋转地支撑在支撑体(3)内的燃烧器喷枪单元(7)，其具有输出通道(28)，该输出通道延伸到燃烧器喷枪单元(7)的位于前端开口(5)内的输出开口(29)；和，用于在两个末端位置之间转动燃烧器喷枪单元(7)的驱动单元(9)，在末端位置，输出开口(29)在前端开口(5)中占据相互不同的位置，并且输出通道(28)定义相互不同的输出方向。在支撑体(3)插入到壁开口(17)之后，旋转轴(A)与地心引力的方向形成30度与60度之间、特别优选是40度与50度之间的夹角。燃烧器喷枪单元(7)不仅适合用于实施燃烧器运行，也适用于实施喷枪运行。

Description

用于电弧炉的燃烧器喷枪插件

技术领域

本发明涉及一种用于电弧炉的燃烧器喷枪插件。

背景技术

在电弧炉中经常插入辅助燃烧器和/或热喷枪，以便在电弧炉的没有被电弧能量充分加热的区域中额外地输入能量。

发明内容

本发明所基于的目的是，提供一种改进的燃烧器喷枪装置，用于将能量输送到电弧炉中。

根据本发明，该目的通过一种具有权利要求1所述特征的燃烧器喷枪插件来实现。

本发明的有利实施例是从属权利要求的主题。

用于电弧炉的燃烧器插件例如在DE102012007528 B3中示出。在此，燃烧器如下地支撑，即，从边沿移动到熔融容器的中心-因此旋转轴布置在水平方向上。旋转运动只在垂直方向上进行，在水平方向上没有设置任何旋转运动。

根据本发明的、用于电弧炉的燃烧器喷枪插件具有支撑体、燃烧器喷枪单元和驱动单元。支撑体可以插入到电弧炉的壁开口中，并且具有前端开口，在支撑体插入到壁开口中之后，该前端开口朝向电弧炉的炉内部。燃烧器喷枪单元以可围绕旋转轴旋转的方式支撑在支撑体内，并且具有输出通道，该输出通道延伸到燃烧器喷枪单元的位于前端开口中的输出开口，其中，在支撑体插入到壁开口中之后，旋转轴与地心引力的方向形成30度与60度之间的夹角，特别优选是40度到50度的夹角，并且旋转轴定义了燃烧器喷枪单元的用于输出运行材料和/或火焰的输出方向。在支撑体插入到壁开口中之后，输出方向总是指向熔融容器的方向。燃烧器喷枪单元不仅适用于实施燃烧器运行，而且还适用于实施喷枪运行。通过驱动单元可以在两个末端位置之间旋转燃烧器喷枪单元，在这些末端位置，输出开口在前端开口中占据相互不同的位置，并且输出通道定义相互不同的输出方向。

熔融容器(熔融坩埚，

)被理解为电弧炉的一部分，其容纳融化金属。熔融容器具有炉衬。输出方向应该被定向成，其总是能够指向熔化金属，并且在存在熔化金属之前指向输入的碎料。这意味着，在从第一末端位置到第二末端位置的整个范围上，输出方向总是指向熔融容器。输出方向不应该相反地朝向炉壁或者炉盖。旋转轴如下地延伸，即，旋转轴与地心引力的方向形成30度与60度之间的夹角，其中，在支撑体插入到壁开口中之后，燃烧器喷枪单元的旋转运动的主运动分量朝向左边或右边，也就是与地心引力的方向成90度角。在支撑体插入到壁开口中之后，燃烧器喷枪单元的旋转运动如下地进行，即，主运动分量在水平方向上进行。当然，除了主运动分量以外，根据旋转轴A是如何布置的，运动分量还可以朝向其他方向，但是超过60％的、优选超过70％、特别优选超过80％的大部分运动应当在水平方向上进行，也就是与地心引力的方向形成90度。在现有技术中已知的实施方案(例如专利DE 102012007528 B3)具有旋转轴，该旋转轴总是与炉衬的上边缘平行布置或者与地心引力的方向呈90度夹角，并且在支撑体插入到壁开口中时，主运动分量朝向地心引力的方向或者与其相反的方向，或者朝向电弧炉的电极方向或者与其相反的方向。因此，在该实施方案中，运动朝上或者朝下，或朝内或者朝外。在支撑体插入到壁开口中之后，本发明的主运动分量应该不仅仅朝向或逆着地心引力的方向，或者朝向电弧炉的电极或者中心点的方向。

通过这种燃烧器喷枪单元，可以在燃烧器运行中实现更加高效的碎料熔化，因为通过向左或向右的旋转运动，将能量更好地输入到被引入电弧炉中的碎料上。当碎料熔化时，燃烧器喷枪单元切换到喷枪运行。在喷枪运行中，氧气的注入可以被分配到更大的钢池容积上。由此避免了局部过热。在例如DE 102012007528 B3示出的旋转运动中如下地进行旋转运动：输出方向能够从电弧炉的侧边被引导到中心，由于这种旋转运动而导致以下问题，能量输入过多地在电极的方向上进行，或者溅起的液体落到电极上。通过根据本发明的燃烧器喷枪插件，由于能量分布得更好，通过燃烧器喷枪单元的旋转运动实现钢池容积的更好均质化。通过根据本发明的燃烧器喷枪插件，电弧炉中的熔化过程以及熔化物的均质化更高效并且更迅速。

通过将燃烧器喷枪单元布置在支撑体中并且将输出开口布置在支撑体的前端开口中，使得燃烧器喷枪插件特别紧凑，并且能够以节约空间的方式集成到燃烧器嵌板中。此外，燃烧器喷枪单元在支撑体中的可旋转式支撑还实现了燃烧器喷枪单元的输出方向的改变，从而与燃烧器喷枪单元的固定布置相比，由燃烧器喷枪单元释放的能量能够有利地分布到电弧炉内更大的范围内，由此提升电弧炉中的燃烧器喷枪单元的燃烧器能力效率或送料效率。一种有利的实施方式是，驱动单元具有至少几乎与输出通道平行布置的驱动缸，其经由第一铰接部与支撑体连接，并且经由第二铰接部与燃烧器喷枪单元连接。

驱动缸的与输出通道平行布置要理解为，驱动缸的驱动活塞几乎与燃烧器喷枪单元的输出通道平行地运动，此时输出通道处在两个末端位置之间的中间位置。“几乎平行”理解为具有±10度的偏差。驱动缸的至少几乎平行于输出通道的布置有利地起到以节约空间的方式布置驱动单元的作用，并且还进一步减少了燃烧器喷枪单元所需要的结构空间。

本发明的一个设计方案提出，燃烧器喷枪单元具有前端开口侧的输出组件，输出通道的前端开口侧的末端部段延伸穿过该输出组件，并且二者具有在输出通道的不同侧面上相互对置的、凸起的外表面，它们的面法线位于一个垂直于旋转轴的平面内，并且面法线分别延伸向前端开口。在此，两个凸起的外表面的前端开口侧的末端例如通过输出组件的平坦的表面区域相连，输出开口布置在该表面区域内。此外，输出组件例如具有：冷却通道、用于将冷却剂导入到冷却通道中的冷却剂入口、以及用于将冷却剂从冷却通道中排出的冷却剂出口。此外，驱动单元例如通过第二铰接部与输出组件相连。将输出组件设计为具有两个凸起的外表面有利地实现了输出组件在前端开口的区域内结构简单的并且节约空间的旋转运动。有利地，相对于隆起的实施方案，输出组件的围绕输出开口的表面区域的平坦设计引起输出组件的更紧凑的形状。输出组件的具有冷却通道、冷却剂入口和冷却剂出口的实施方案有利地实现通过冷却剂冷却输出组件，该冷却剂被引导穿过冷却通道。驱动单元与输出组件的经由第二铰接部的连接有利地引起驱动单元的力输入直接作用于输出组件。

本发明的另一设计方案设有用于在前端开口区域中封闭燃烧器喷枪单元与支撑体之间的间隙的密封件。由此能够有利地防止因为有害物质进入支撑体中而损坏燃烧器喷枪单元。

本发明的另一设计方案提出，燃烧器喷枪单元具有用于将运行材料导入到输出通道中的输送单元。例如，输送单元可拆卸地与输出组件相连。输送单元为燃烧器喷枪单元供应运行材料。输送单元与输出组件的可拆卸连接简化了燃烧器喷枪单元的维护和更换。

本发明的另一设计方案提出，输出通道垂直于旋转轴延伸。由此有利地提升了驱动单元的效率，因为燃烧器喷枪单元的旋转最佳地转换成燃烧器喷枪单元的输出方向的改变。

本发明的另一设计方案提出，当燃烧器喷枪插件插入到电弧炉的壁开口中时，在燃烧器喷枪单元的位于两个末端位置之间的中间位置，输出方向与地心引力的方向形成30度与60度之间的夹角，特别优选地形成40度与50度之间的夹角。中间位置是输出方向与输出开口所在的前端挡板的夹角为90度的位置。在燃烧器喷枪单元旋转到两个末端位置之一时，输出方向与前端挡板的夹角发生改变。

在本发明的另一实施方式中，支撑体包括：前端挡板，其具有前端开口；盖板，其布置在前端挡板的上方；以及两个侧板，其中，侧板分别与前端挡板和盖板相连并且包围前端开口。燃烧器喷枪单元以可围绕旋转轴旋转的方式支撑在支撑体中，其中，旋转轴被布置为，使得燃烧器喷枪单元主要地，优选仅仅地，能够在两个侧板之一的方向上运动。旋转轴可以被设计为，使得旋转轴几乎平行于侧板的前棱边，其中前棱边与前端挡板连接，前棱边理解为前端挡板与侧板之间的相交棱边。侧板与炉衬的上棱边几乎成直角。前端挡板以30到60端之间的夹角指向炉衬的上棱边。旋转轴同样也与炉衬的上棱边具有30-60°之间的固定夹角。在侧板的方向上可运动理解为，主运动分量朝向侧壁之一的方向。

本发明的另一设计方案提出，燃烧器喷枪单元从第一末端位置到第二末端位置的旋转使得输出方向发生直至60度的改变，优选地改变20到30度。这些夹角范围有利地使得燃烧器喷枪单元的能量能够特别高效地分布在电弧炉中。

本发明的另一设计方案提出，驱动缸是液压缸或气压缸。这可以有利地实现，具有高效率和高调整精度的驱动单元的结构简单并且灵活的设计。

本发明的另一设计方案提出，支撑体具有用于燃烧器喷枪单元的壳体，其是箱式的并且背侧敞开的，壳体具有前端开口，并且当燃烧器喷枪插件插入到壁开口中时，壳体伸入到电弧炉的炉内部中。通过该壳体有利地保护燃烧器喷枪单元不受到损坏。

根据本发明的电弧炉具有至少一个根据本发明的燃烧器喷枪插件。这类电弧炉的优点由根据本发明的燃烧器喷枪插件的上述优点得出。附图说明

结合下面使用附图详细描述的实施例的说明，本发明的上述属性、特点和优点以及如何实现这些的方式和方法更清楚易懂。在此示出：

图1是不带有盖板的燃烧器喷枪插件的实施例的前侧透视图，

图2是图1中所示的燃烧器喷枪插件在前端开口区域内的透视图，

图3是图1中所示的燃烧器喷枪插件的背侧透视图，

图4是图1中所示的燃烧器喷枪插件的前侧透视图，燃烧器喷枪插件输出的火焰以及燃烧器喷枪单元输出的运行材料，以及

图5是具有在图1中所示的燃烧器喷枪插件的电弧炉的示意剖面图。

彼此相应的部件在附图中配有相同的附图标记。

具体实施方式

图1至4示出了用于电弧炉2(见图5)的燃烧器喷枪插件1的一实施例的透视图。燃烧器喷枪插件1包括：具有前端开口5的支撑体3，在支撑体3内以可围绕旋转轴A旋转的方式支撑的燃烧器喷枪单元7，以及用于围绕旋转轴A旋转燃烧器喷枪单元7的驱动单元9。

在此，图1从前侧示出了不带有支撑体3的盖板11的燃烧器喷枪插件1，图2示出了前端开口5区域内的燃烧器喷枪插件1，其同样不带有盖板11，图3从背侧示出了燃烧器喷枪插件1，并且图4示出了燃烧器喷枪插件1以及从燃烧器喷枪单元7输出的火焰13、13’和从燃烧器喷枪单元7以成束的形式输出的运行材料15、15’。运行材料15、15’例如是一种气体，例如氧气。图中也示出了主运动分量B，其因为围绕旋转轴A的运动而产生。该主运动分量B与地心引力FG的方向呈夹角γ。夹角γ在优选的实施方式中为90度。当然，根据旋转轴A是如何设置的，也能有朝向其他方向的运动分量，但是超过60％的、优选超过70％的、特别是超过80％的大部分运动应该在水平方向上进行，也就是与地心引力FG的方向形成90度。

支撑体3可以插入到电弧炉2的炉壁18的壁开口17中，从而前端开口5朝着电弧炉2的炉内部。旋转轴几乎平行于侧板24的前棱边。侧板23与前端挡板25相连，并且盖板11位于前端挡板25的上方。侧板24的前棱边直接与前端挡板25相连。

图5示意性地示出了电弧炉2的剖面图，其具有电极19和插入到壁开口17中的燃烧器喷枪插件1。电弧炉2的下方部段被称为熔融容器4，该熔融容器具有炉衬6。

支撑体3包括支持框架21和用于燃烧器喷枪单元7的壳体22，壳体是箱式的并且背侧敞开的，支持框架21以法兰的形式从该壳体突出，并且当燃烧器喷枪插件1插入到壁开口17中时，该壳体伸入到电弧炉2的炉内部中。壳体22由盖板11、两个侧板23、一个前端挡板25和一个底板27形成。支持框架21用于使燃烧器喷枪插件1固定在炉壁18上，并且设计用于包围壁开口17。盖板11、底板27和侧板23分别从支持框架21延伸至前端挡板25。前端挡板25具有前端开口5。

燃烧器喷枪单元7具有输出通道28，该输出通道垂直于旋转轴A朝向位于前端开口5中的输出开口29延伸，并且定义了燃烧器喷枪单元7的用于输出火焰13、13’和运行材料15、15’的输出方向。该输出方向在已安装状态下并且在位于两个末端位置之间的中间位置上与炉衬6的上棱边具有输出方向夹角β，如图5所示。

中间位置是输出方向与布置有输出开口的前端挡板形成90度角的位置。在燃烧器喷枪单元转动到两个末端位置之一时，输出方向与前端挡板的夹角发生改变。炉衬6也可以实施为倾斜的，在这种情况下所设想的没有倾斜的棱边就是上棱边。输出方向夹角β几乎不因为旋转运动而发生改变，因此在图5所示的视图中不会产生朝向电极19的枢转运动，而是这种枢转运动应该以进入和离开这个平面的方式进行。

燃烧器喷枪单元7具有前端开口侧的输出组件31，输出通道28的前端开口侧的末端部段穿过输出组件延伸。输出组件31具有两个在输出通道28的不同侧面上相互对置的、凸起的外表面33、34，它们的面法线位于与旋转轴A垂直的平面内，并且面法线分别延伸到前端开口5。两个凸起的外表面33、34的前端开口侧的末端通过输出组件31的平坦的表面区域35相连，输出开口5布置在这个表面区域中。输出组件31例如以可围绕旋转轴A旋转的方式支撑在盖板11处。前端挡板25的两个分别朝向凸起的外表面33、34的内表面36分别相对于前挡板25的外表面倾斜，因此两个内表面36中的每一个都基本上与分别朝向它们的、凸起的外表面33、34相切。

输出组件31具有冷却通道37。冷却通道37具有用于将冷却剂导入到冷却通道37中的冷却剂入口38和用于将冷却剂从冷却通道37排出的冷却剂出口39。冷却通道37以U形方式围绕输出通道28延伸。

在前端开口5的区域内布置用于密封输出组件31与前端挡板25之间的间隙的密封件41。密封件41由两个密封辊42、43形成，它们分别靠在前端挡板25处和输出组件31的两个凸起的外表面33、34之一处。例如，密封辊42、43分别由金属棉制成。

燃烧器喷枪单元7还具有用于将运行材料15、15’导入到输出通道28的输送单元45。输送单元45与输出组件31可拆卸地相连，并且具有三个输送管46至48，它们延伸至支撑体3的背侧。输送单元45的前端挡板侧的末端被引入到输出组件31的背离前端挡板25的一侧中。

驱动单元9具有与输出通道28至少几乎平行布置的驱动缸51，该驱动缸经由第一铰接部52与支撑体3的侧壁23相连，并且经由第二铰接部53与燃烧器喷枪单元7的输出组件31相连。驱动缸51例如是液压缸或气压缸。

利用驱动单元9，燃烧器喷枪单元7能够在两个末端位置之间围绕旋转轴A转动。燃烧器喷枪单元7从第一末端位置到第二末端位置的旋转使燃烧器喷枪单元7的输出方向改变一旋转角α。在图4所示的实例中，旋转角α大约为20度。然而也可以设计更大的、直至60度的旋转角。当燃烧器喷枪插件1插入到电弧炉2的壁开口17中时，在燃烧器喷枪单元7的两个末端位置之间的中间位置，输出方向与地心引力的方向形成40度与50度之间的夹角。

尽管通过优选的实施例详尽地阐述和说明了本发明的细节，本发明却不局限于公开的实施例，并且本领域技术人员可以从中推导出其他的变体，而不脱离本发明的保护范围。特别是，燃烧器喷枪插件1的支撑体3可以设计得不同于在图1至5中所示的实施例。一种替代实施例例如提出，支撑体3不具有从支持框架21伸入到电弧炉2的炉内部中的壳体22，而是支撑体3的前侧面设计得基本平坦，并且燃烧器喷枪单元7支撑在支撑体3的支架内，该支架布置在支持框架21的背侧上。

附图标记列表

1 燃烧器喷枪插件

2 电弧炉

3 支撑体

4 熔融容器

5 前端开口

6 炉衬

7 燃烧器喷枪单元

9 驱动单元

11 盖板

13、13’ 火焰

15、15’ 运行材料

17 壁开口

18 炉壁

19 电极

21 支持框架

22 壳体

23 侧板

24 前棱边侧板

25 前端挡板

27 底板

28 输出通道

29 输出开口

31 输出组件

33、34 凸起的外表面

35 平坦的表面区域。

36 内表面

37 冷却通道

38 冷却剂入口

39 冷却剂出口

41 密封件

42、43 密封辊

45 输送单元

46至48 输送管

51 驱动缸

52、53 铰接部

α 旋转角

β 输出方向角

γ 主运动分量与地心引力的方向形成的夹角

A 旋转轴

FG 地心引力的方向

B 主运动分量。

Claims (16)

1.一种用于具有熔融容器的电弧炉(2)的燃烧器喷枪插件(1)，所述燃烧器喷枪插件(1)具有

-可插入到所述电弧炉(2)的壁开口(17)中的支撑体(3)，所述支撑体具有前端开口(5)，所述前端开口(5)在所述支撑体(3)插入到所述壁开口(17)中之后朝向所述电弧炉(2)的炉内部，

-以能围绕旋转轴(A)旋转的方式支撑在所述支撑体(3)中的燃烧器喷枪单元(7)，所述燃烧器喷枪单元具有输出通道(28)，所述输出通道延伸到所述燃烧器喷枪单元(7)的位于所述前端开口(5)中的输出开口(29)，其特征在于，所述旋转轴(A)在所述支撑体(3)插入到所述壁开口(17)之后与地心引力的方向形成30度与60度之间的夹角，并且所述旋转轴定义了所述燃烧器喷枪单元(7)的用于输出运行材料(15、15’)和/或火焰(13、13’)的输出方向，其中，所述输出方向在所述支撑体(3)插入到所述壁开口(17)中之后总是指向所述熔融容器，

-所述燃烧器喷枪单元(7)不仅适合用于实施燃烧器运行，而且也适用于实施喷枪运行，

-和，用于在两个末端位置之间转动所述燃烧器喷枪单元(7)的驱动单元(9)，在所述末端位置，所述输出开口(29)在所述前端开口(5)内占据相互不同的位置，并且所述输出通道(28)定义了相互不同的输出方向。

2.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述驱动单元(9)具有至少几乎与所述输出通道(28)平行布置的驱动缸(51)，所述驱动缸经由第一铰接部(52)与所述支撑体(3)连接，并且经由第二铰接部(53)与所述燃烧器喷枪单元(7)连接。

3.根据权利要求2所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述燃烧器喷枪单元(7)具有前端开口侧的输出组件(31)，所述输出通道(28)的一个前端开口侧的末端部段延伸穿过所述输出组件，并且二者在所述输出通道(28)的不同侧面上具有相互对置的、凸起的外表面(33、34)，所述凸起的外表面的面法线位于与所述旋转轴(A)垂直的平面内并且所述面法线分别延伸到所述前端开口(5)。

4.根据权利要求3所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，两个所述凸起的外表面(33、34)的前端开口侧的末端通过所述输出组件(31)的平坦的表面区域(35)相连，所述输出开口(29)布置在所述平坦的表面区域中。

5.根据权利要求3所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述输出组件(31)具有：冷却通道(37)、用于将冷却剂导入到所述冷却通道(37)中的冷却剂入口(38)、以及将所述冷却剂从所述冷却通道(37)中排出的冷却剂出口(39)。

6.根据权利要求3所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述驱动单元(9)经由所述第二铰接部(53)与所述输出组件(31)连接。

7.根据权利要求3所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，设置有密封件(41)，所述密封件用于在所述前端开口(5)的区域中密封在所述燃烧器喷枪单元(7)与所述支撑体(3)之间的间隙。

8.根据权利要求3所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述燃烧器喷枪单元(7)具有用于将所述运行材料(15、15’)导入所述输出通道(28)中的输送单元(45)。

9.根据权利要求8所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述输送单元(45)与所述输出组件(31)可拆卸地相连。

10.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述输出通道(28)垂直于所述旋转轴(A)延伸。

11.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，当所述燃烧器喷枪插件(1)插入到所述电弧炉(2)的所述壁开口(17)中时，在所述燃烧器喷枪单元(7)的位于两个所述末端位置之间的中间位置处的所述输出方向与地心引力的方向形成30度与60度之间的夹角。

12.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述支撑体(3)具有：布置有所述前端开口(5)的前端挡板、布置在所述前端挡板(25)上方的盖板(11)、以及两个侧板(23)，其中，所述侧板分别与所述前端挡板(25)和所述盖板(11)连接并且包围所述前端开口(5)，其中，所述旋转轴(A)被布置为，使得所述燃烧器喷枪单元(7)主要地能够在两个所述侧板(23)之一的方向上旋转。

13.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述燃烧器喷枪单元(7)从第一末端位置到第二末端位置的旋转使得所述输出方向发生直至60度的改变。

14.根据权利要求1所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述燃烧器喷枪单元(7)从第一末端位置到第二末端位置的枢转使得所述输出方向发生20到30度的改变。

15.根据权利要求2所述的燃烧器喷枪插件(1)，其特征在于，所述驱动缸(51)是液压缸或气压缸。

16.一种电弧炉(2)，具有至少一个根据前述权利要求中任一项所述的燃烧器喷枪插件(1)。

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