CN115077240A - 用于熔炼金属炉料的炉和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了用于熔炼金属炉料的炉，包括：炉主体；全氧燃烧器，所述全氧燃烧器被设置于所述炉主体的至少一侧；以及控制系统，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比，并且被设置为进行以下控制：在将所述金属炉料送入所述炉中后，以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；以及然后，以1.7‑2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料。本发明还提供了用于熔炼金属炉料的方法。
Description
技术领域
本发明涉及用于熔炼金属炉料的炉和方法，更特别涉及用于熔炼废铝的反射炉和方法。
背景技术
废金属(即金属炉料)的再生处理在中国，乃至全球均是重要的议题。随着大量金属制品报废期即将到来，巨大的废金属资源等待再生利用，尤其是废铝资源正以每年20％以上的速度增长。例如，生产再生铝与生产同等的铝相比，1吨再生铝可节省3-4吨标煤，节水14立方米，减少固体废物排放20吨。面对金属矿资源的逐步匮乏，金属应用量的逐渐增大，环保政策的逐渐严苛，金属回收利用愈加重要。
目前，废金属再生主要在炉中采用燃烧方式进行熔炼，然后进行回收利用。该炉主要由熔炼室、燃烧器和排气烟道组成，其利用火焰直接加热物料，炉内温度一般约为900-1200℃。在炉中使用的燃烧器主要为利用空气蓄热技术的空气燃烧器，即空气被回抽的高温烟气预热之后和燃料进行燃烧，在一定程度上能提高燃烧效率，节约能源。但由于熔炼过程中烟尘含量高，助燃空气易造成蓄热器堵塞而影响烟气余热回收效率及经常需要维护换热器或更换蓄热器的蓄热体。同时空气蓄热技术需要鼓风机、引风机和冷却风机，设备组成复杂，维护工作量大且操作复杂。这一方面造成企业用电成本增加，另一方面风机运行噪音较大，工作环境恶劣。此外，废金属含有一定的可燃物质(如油脂、塑料等)，在前期加料熔化过程中，这些可燃物质会快速释放并由于不完全燃烧产生大量黑烟，从而造成对环境的污染。此外，随着全球温室气体效益越来越明显，国家对生产企业中的二氧化碳减量排放越来越重视。对于再生铝行业，熔炼过程是二氧化碳产生的一个最主要工艺来源。
相对于空气燃烧器，全氧燃烧器是以用浓度超过90体积％的氧化剂替代空气与燃料燃烧。相对于空气蓄热助燃方式，由于全氧燃烧减少了约79％的氮气引入，从而使炉内烟气总量减少了70％以上。全氧燃烧炉内烟气总量减少，一方面有利于高温烟气和热量保留在炉内，减少热量散失，另一方面有利于黑烟在炉内停留，减少黑烟往炉外冒，从而改善工作环境，有利于环保。另外，全氧燃烧火焰温度高，可加快物料熔化，在不改变炉大小的情况可增产，同时操作方便性也有很大提高。
尽管全氧燃烧有上述节能、增产、减少黑烟和减排等优点，但一直未能在废金属再生行业得到广泛接受和长期使用。究其原因，一是顾虑全氧燃烧器运行成本要高于蓄热空气燃烧；二是顾虑全氧燃烧在熔炼过程会造成过多金属氧化使金属回收率下降；三是即便使用全氧燃烧器，对于黑烟排放仍未达到理想状态。
为此，需要提供改进的用于熔炼金属炉料的炉和方法，以解决同时提高燃烧效率、增加产能、降低污染物排和二氧化碳排放、提高金属回收率、减少熔炼过程黑烟排放以及降低金属氧化烧损程度的技术问题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的第一方面提供用于熔炼金属炉料的炉，包括：
炉主体；
全氧燃烧器，所述全氧燃烧器被设置于所述炉主体的至少一侧；以及
控制系统，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比，并且被设置为进行以下控制：
在将所述金属炉料送入所述炉中后，以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；以及
然后，以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料。
在一种实施方案中，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属；优选地，所述金属炉料为废铝。
在一种实施方案中，所述用于熔炼金属炉料的炉选自下组：旋转炉和反射炉；优选地，所述用于熔炼金属炉料的炉为反射炉。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的数量为至少2个；更优选地，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的烧嘴不超出所述炉主体的内壁。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
在一种优选实施方案中，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
在一种优选实施方案中，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
在一种优选实施方案中，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量，优选100体积％氧含量的氧气而不供入燃料。
在一种优选实施方案中，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷；优选地，所述燃料为天然气。
本发明的第二方面提供用于熔炼金属炉料的方法，依次包括以下步骤：
(a)将金属炉料送入炉中；
(b)以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料，使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；
(c)以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料；以及
(d)回收经加热的所述金属炉料。
在一种实施方案中，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属；优选地，所述金属炉料为废铝。
在一种实施方案中，所述炉选自下组：旋转炉和反射炉；优选地，所述炉为反射炉。
在一种实施方案中，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷；优选地，所述燃料为天然气。
在一种实施方案中，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量，优选100体积％氧含量的氧气而不供入燃料。
在一种实施方案中，所述步骤(b)和(c)通过全氧燃烧器和控制系统实现，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的数量为至少2个；优选地，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的烧嘴不超出所述炉主体的内壁。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
在一种优选实施方案中，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
在一种优选实施方案中，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
与现有技术相比，本发明的炉和熔炼方法具有如下优势：
(1)总体能耗减少50％以上；
(2)总体二氧化碳减少约40％；
(3)烟气总排放量减少可达70％以上；
(4)黑烟大幅度减少；
(5)电费相比传统蓄热式燃烧节省约80％；
(6)氧化烧损程度提高约1-6％。
附图说明
图1为本发明优选实施例1的反射炉100的整体示意图。
图2是本发明优选实施例1的全氧燃烧器300的结构示意图。
图3是本发明优选实施例1中全氧燃烧器300的烧嘴301设置于炉体壁中的示意图。
图4是本发明优选实施例1中控制系统400的示意图。
图5是本发明优选实施例1与对比例1熔炼过程中的黑烟对比图(左图对应本发明优选实施例1，右图对应对比例1)。
图6是将全氧燃烧器300设置于炉体同侧和异侧的效果对比图。
具体实施方案
参考以下本发明的优选实施方案的详述以及包括的实施例可更容易地理解本公开内容。
除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。
本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。
连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。
当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1-2”、“1-2和4-5”、“1-3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。
此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。
用于熔炼金属炉料的炉
本发明的第一方面提供用于熔炼金属炉料的炉，包括：
炉主体；
全氧燃烧器，所述全氧燃烧器被设置于所述炉主体的至少一侧；以及
控制系统，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比，并且被设置为进行以下控制：
在将所述金属炉料送入所述炉中后，以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；以及
然后，以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料。
如本文所用，“初步软化”可容易地通过本领域技术人员目测进行判断。
如本文所用，术语“金属炉料”是指用于进行再生处理的废金属。本发明中使用的金属炉料并无特别限制，可以是本领域中常规使用的那些。典型地，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属。优选地，所述金属炉料为废铝。
本发明中使用的用于熔炼金属炉料的炉并无特别限制，可以是本领域中常规使用的那些。典型地，所述用于熔炼金属炉料的炉选自下组：旋转炉和反射炉。优选地，所述用于熔炼金属炉料的炉为反射炉。
如本文所用，术语“全氧燃烧器”是指通过以助燃气体含氧量大于或等于90-100％的方式燃烧的燃烧器。
用于本发明的全氧燃烧器的数量并无特别限制，可以为1个或至少2个，例如1个、2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个等等。但从成本和效率的角度考虑，优选使用2-6个，更优选使用2个。当全氧燃烧器的数量为至少2个时，用于本发明的全氧燃烧器可以设置在炉主体的同侧，也可以设置在炉主体的不同侧。但是，从更有利于减少铝的氧化烧损程度的角度出发，更优选地，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的烧嘴被设置于炉主体的壁中且不超出所述炉主体的内壁。如此设置，可以使烧嘴直接避开高温烟气，而不会直接加热烧嘴本体。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
在一种优选实施方案中，所述第一管道或所述第二管道的形状可以为圆形或诸如正方形、矩形或其它多边形的任何其它类型。形状不必是对称的，但不对称可带来设计困难和性能问题，因此不是优选的。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
在一种优选实施方案中，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
在一种优选实施方案中，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
在一种具体实施方案中，所述控制系统包括：
流量阀组，所述流量阀组被设置于所述全氧燃烧器中并且包括用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量的第一流量阀和用于控制所述全氧燃烧器中的燃料流量的第二流量阀；
传感器，所述传感器被设置于所述炉内，用于感应所述炉内的气氛和温度；以及
中央处理器，所述中央处理器分别与所述第一流量阀、第二流量阀以及所述传感器连接，用于根据所述传感器感应到的气氛和温度控制所述第一流量阀和所述第二流量阀的流量比。
典型地，每个全氧燃烧器中设置一个流量阀组。
在一种优选实施方案中，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量，优选100体积％氧含量的氧气而不供入燃料；优选地，该氧燃比为3-15，例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或这些数值之间的任何值。
在一种优选实施方案中，所述1.7-2.5的氧燃比可以为1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4和2.5或这些数值之间的任何值。
在一种优选实施方案中，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷；优选地，所述燃料为天然气。
本发明中通过用全氧燃烧器替代空气燃烧器，可具备以下技术优势：
(1)由于助燃是用纯氧而不是空气，节省了加热氮气所需的热量和大幅度减少燃烧过程污染物的生成，从而提高了燃烧效率和减少污染物的排放；
(2)由于全氧燃烧器的全氧烧嘴投入使用过程中，天然气和氧化剂持续喷入，可以起到冷却烧嘴本体的作用；
(3)加速了物料的熔化速度，从而缩短熔化所需时间，反而可以减少金属在熔化时氧化耗损并增加熔炉的生产能力；
(4)全氧燃烧器的安装角度可调。根据熔炉的空间大小、燃烧器的功率、排烟口在炉膛的位置等等因素调节全氧燃烧器的安装角度，优化火焰在炉膛的覆盖面积；
(5)全氧燃烧器的氧燃比可根据熔化过程每个熔化阶段炉气气氛的具体需要灵活调整，使炉内的气氛控制在所需要的氧化气氛或还原气氛来提高金属回收的收得率。
用于熔炼金属炉料的方法
本发明的第二方面提供用于熔炼金属炉料的方法，其依次包括以下步骤：
(a)将金属炉料送入炉中；
(b)以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料，使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；
(c)以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料；以及
(d)回收经加热的所述金属炉料。
在一种实施方案中，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属；优选地，所述金属炉料为废铝。
在一种实施方案中，所述炉选自下组：旋转炉和反射炉；优选地，所述炉为反射炉。
在一种实施方案中，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷；优选地，所述燃料为天然气。
在一种优选实施方案中，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量，优选100体积％氧含量的氧气而不供入燃料；优选地，该氧燃比为3-15，例如可以为3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15或这些数值之间的任何值。
在一种优选实施方案中，所述1.7-2.5的氧燃比可以为1.7、1.8、1.9、2.0、2.1、2.2、2.3、2.4和2.5或这些数值之间的任何值。
在一种实施方案中，所述步骤(b)和(c)通过全氧燃烧器和控制系统实现，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比。
在一种实施方案中，所述控制系统包括：
流量阀组，所述流量阀组被设置于所述全氧燃烧器中并且包括用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量的第一流量阀和用于控制所述全氧燃烧器中的燃料流量的第二流量阀；
传感器，所述传感器被设置于所述炉内，用于感应所述炉内的气氛和温度；以及
中央处理器，所述中央处理器分别与所述第一流量阀、第二流量阀以及所述传感器连接，用于根据所述传感器感应到的气氛和温度控制所述第一流量阀和所述第二流量阀的流量比。
典型地，每个全氧燃烧器中设置一个流量阀组。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器的数量为至少2个；优选地，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧；更优选地，所述全氧燃烧器的烧嘴不超出所述炉主体的内壁。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
在一种优选实施方案中，所述第一管道或所述第二管道的形状可以为圆形或诸如正方形、矩形或其它多边形的任何其它类型。形状不必是对称的，但不对称可带来设计困难和性能问题，因此不是优选的。
在一种优选实施方案中，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
在一种优选实施方案中，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
在一种优选实施方案中，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
优选实施方案
下面结合说明书附图，进一步对本发明的优选实施例1及对比例进行详细描述，以下的描述为示例性的，并非对本发明的限制，任何的其他类似情形也都落入本发明的保护范围之中。
优选实施例1-废铝反射炉及用于熔炼废铝的方法
废铝反射炉
参见图1，其示出了本发明的用于熔炼废铝的反射炉100。该反射炉100包括：
炉主体200；
2个全氧燃烧器300；以及
控制系统400；
其中，所述2个全氧燃烧器300均被设置于所述炉主体的同侧且两者的烧嘴301均不超出所述炉主体200的内壁201(参见图3)。
如图2所示，全氧燃烧器300的具体结构如下：
外部的管1限定法兰3和定位槽5，定位槽5限定成角度的开口7。管1也限定连接到燃料供应(未示出)的联接器9。管2限定法兰4和定位槽7，定位槽7限定成角度的开口8。管2也限定扩散板6和连接到氧化剂供应(未示出)的联接器9。通过在外部管或管道1内定位内部管道或管2来组装燃烧器。在法兰3和4之间定位垫圈或垫环10，以便在管1和2之间提供流体密封。管2在管1中的相对位置由暗榫或销保持。所述管1上设置多个圆形通道，用于供天然气通过；所述管2提供1个圆形通道，用于供氧化剂通过。所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度；所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
所述控制系统400包括：
两个流量阀组500，每个所述流量阀组分别设置于所述2个全氧燃烧器300中且各自包括用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量的第一流量阀501和用于控制所述全氧燃烧器中的燃料流量的第二流量阀502；
一个传感器600，所述传感器被设置于所述炉内，用于感应所述炉内的气氛和温度；以及
一个中央处理器700，所述中央处理器分别与两个流量阀组中的所述第一流量阀501、第二流量阀502以及所述传感器600连接，用于根据所述传感器600感应到的气氛和温度控制所述第一流量阀501和所述第二流量阀502的流量比(即氧燃比)。
具体地，在本实施例中，所述控制系统400被设置为进行以下控制：
在将所述废铝送入所述炉中后，通过所述全氧燃烧器供入100体积％氧含量的氧化剂而不供入燃料，使所述废铝中的可燃物燃烧一段时间直至所述废铝初步软化；以及
然后，以1.8的氧燃比供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述废铝。
用于熔炼废铝的方法
使用上述反射炉100用于熔炼废铝，依次包括以下步骤：
(a)将废铝送入反射炉100中；
(b)通过所述2个全氧燃烧器300向所述反射炉100内先供入100体积％氧含量的氧气而不供入天然气，使所述废铝中的可燃物燃烧一段时间直至所述废铝初步软化；
(c)以1.8的氧燃比向所述炉内供入氧气和天然气并燃烧，以加热所述废铝；以及
(d)回收经加热的所述废铝。
对比例1
与实施例1相同，区别仅在于在使用上述反射炉100用于熔炼废铝时，不采用步骤(b)，而是直接以1.8的氧燃比向所述炉内供入氧气和天然气并燃烧。
对比例2
与实施例1相同，区别仅在于两个全氧燃烧器300分别设置在炉主体200的两侧。
测试结果
表1总结了实施例1、对比例1以及现有技术的测试结果比较。
从上表可以看出，本发明的用于熔炼废铝的方法在天然气消耗量、氧化剂消耗量、铝氧化烧损程度、烟气总排放量、黑烟程度、电费、总CO2释放量以及铝回收率均取得了预料不到的技术效果。
此外，图6显示，通过CFD(计算流体力学)进一步分析，发现烧嘴布置在同侧情况，炉内氧化剂在铝水表面浓度更低(同侧情况下，纯氧在铝水表面浓度为0.0002；而异侧情况下，炉内氧化剂在铝水表面浓度为0.0014)，从而证明全氧燃烧器烧嘴同侧情况更有利于减少铝的氧化烧损程度。从设计角度，更优选烧嘴在同侧情况。
前述的示例仅是说明性的，用于解释本公开的特征的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求并不被说明本发明的特征的示例的选择限制。而且，在科技上的进步将形成由于语言表达的不准确的原因而未被目前考虑的可能的等同物或子替换，且这些变化也应在可能的情况下被解释为被所附的权利要求覆盖。
Claims (30)
1.用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，包括：
炉主体；
全氧燃烧器，所述全氧燃烧器被设置于所述炉主体的至少一侧；以及
控制系统，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比，并且被设置为进行以下控制：
在将所述金属炉料送入所述炉中后，以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；以及
然后，以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料。
2.根据权利要求1所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属。
3.根据权利要求2所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述金属炉料为废铝。
4.根据权利要求1-3任一项所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述用于熔炼金属炉料的炉选自下组：旋转炉和反射炉。
5.根据权利要4所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述用于熔炼金属炉料的炉为反射炉。
6.根据权利要求1-3任一项所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述全氧燃烧器的数量为至少2个。
7.根据权利要求6所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧。
8.根据权利要求1-3任一项所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述全氧燃烧器的烧嘴不超出所述炉主体的内壁。
9.根据权利要求1-3任一项所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
10.根据权利要求9所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
11.根据权利要求10所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
12.根据权利要求10所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
13.根据权利要求1所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量的氧气而不供入燃料。
14.根据权利要求1所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入100体积％氧含量的氧气而不供入燃料。
15.根据权利要求1-3任一项所述的用于熔炼金属炉料的炉，其特征在于，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷。
16.用于熔炼金属炉料的方法，其特征在于，依次包括以下步骤：
(a)将金属炉料送入炉中；
(b)以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料，使所述金属炉料中的可燃物燃烧一段时间直至所述金属炉料初步软化；
(c)以1.7-2.5的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料并燃烧，以加热所述金属炉料；以及
(d)回收经加热的所述金属炉料。
17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述金属炉料选自下组：废铝、废铜、废铅、废镍、废钴、废钛、废铬和废贵金属。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述金属炉料为废铝。
19.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，所述炉选自下组：旋转炉和反射炉。
20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，所述炉为反射炉。
21.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，所述燃料选自下组：甲烷、天然气和丙烷。
22.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，所述以不小于3的氧燃比向所述炉内供入氧化剂和燃料包括向所述炉内供入90体积％-100体积％氧含量，优选100体积％氧含量的氧气而不供入燃料。
23.根据权利要求16-18任一项所述的方法，其特征在于，所述步骤(b)和(c)通过全氧燃烧器和控制系统实现，所述控制系统用于控制所述全氧燃烧器中的氧化剂流量、燃料流量以及氧燃比。
24.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述全氧燃烧器的数量为至少2个。
25.根据权利要求24所述的方法，其特征在于，所述全氧燃烧器均被设置于所述炉主体的同侧。
26.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述全氧燃烧器的烧嘴不超出所述炉主体的内壁。
27.根据权利要求23所述的方法，其特征在于，所述全氧燃烧器包括至少两个同轴管道，所述第一管道供应氧化剂，所述第二管道供应燃料，所述第二管道围绕所述第一管道。
28.根据权利要求27所述的方法，其特征在于，所述全氧燃烧器具有满足：[(1+x)/x]1/2<R/r<[(5+x)/x]1/2的尺寸，其中R为燃料喷嘴的半径，r为氧化剂喷嘴的半径，x为燃料与氧化剂量之比值。
29.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述燃料喷嘴具有相对于纵向延伸的燃烧器轴线的约7至20度的角度和/或所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向延伸的所述燃烧器轴线的小于约9度的角度。
30.根据权利要求28所述的方法，其特征在于，所述氧化剂喷嘴具有相对于纵向的燃烧器轴线的小于等于9°的会聚角，且所述燃料喷嘴具有相对于氧化剂喷嘴的小于等于5°的会聚角。
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