CN1273622C - 可控制地将气体喷入冶金容器的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及把气体输入冶金容器的方法以及用于实现此方法的供气装置。为此提供一种把含氧气体输入冶金容器的方法，含氧气体携带有作为可凝结的和/或可蒸发的成分的水蒸汽或水，并且通过一个或多个供气装置被输入冶金容器，其中，在有多个供气装置的情况下，在每个供气装置中：在第一区域中，通过缩小供气装置的流动通道的横截面，连续提高含氧气体的速度；在一个旋流区中，通过突然加宽供气装置的流动通道的横截面，使含氧气体与可凝结和/或可蒸发的成分充分混合；通过一个流出部，把与所携带成分充分混合的含氧气体吹入冶金容器，在流出部中，含氧气体的速度基本上保持不变或略微降低。本发明的方法和供气装置使得防止或减小喷嘴受损成为可能。

Description

可控制地将气体喷入冶金容器的装置和方法
技术领域
本发明涉及把气体输入冶金容器的方法及实现此方法的供气装置，气体携带着可凝结和/或可蒸发的气态和/或液态的成分并且通过一个或多个供气装置把气体输入冶金容器。
背景技术
通过气体喷嘴把含氧气体如空气或富氧空气或工业氧气输入冶金容器且尤其是冶炼煤气发生炉。为了控制过程并影响工艺，必须将可凝结或可蒸发的成分与相应的气体一起吹入冶金容器。这些成分通常由水或水蒸汽形成。
为由此能改变氧气喷嘴处的火焰温度，把水蒸汽输入冶炼煤气发生炉。由于水蒸汽不是一直可得到的，所以存在其它可行方案，即以雾化形式输入液态水。在液态水状态下，除了在任何情况都发生的吸热的气化反应( )外，要在吹入后获得的蒸发热也起到改变温度的作用。
但在两种措施的情况下都存在这样的危险，即凝结的或仍然是液态的水经过喷嘴通道而一直流到冶炼煤气发生炉的耐火材料处，在那里，它破坏了墙衬。提前雾化不能解决这个问题，因为水总是流到喷嘴通道内壁并在那里水形成了一层水膜。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种把气体输入冶金容器的方法，其中明显降低或完全防止了损害供气装置的可能性。
为此，本发明提供一种把含氧气体输入冶金容器的方法，该含氧气体携带有作为可凝结的和/或可蒸发的成分的水蒸汽或者水，该含氧气体通过一个或多个供气装置被输入所述冶金容器，其特点是，在有多个供气装置的情况下，在每个供气装置中：在第一区域中，通过缩小供气装置的流动通道的横截面，连续提高含氧气体的速度；在一个旋流区中，通过突然加宽供气装置的流动通道的横截面，使含氧气体与可凝结和/或可蒸发的成分充分混合；通过一个流出部，把与所携带成分充分混合的含氧气体吹入冶金容器，并且在流出部中，含氧气体的速度基本上保持不变或者略微降低。
如果使用最初成气态的成分，则本发明的方法可靠地使由气体相冷凝而成的液体均匀分布在气流中，这是因为液膜无法再沉积在旋流区中。然后，在旋流区后的液膜再沉积因已存在的流动状况和温度而也无法再进行。
此外，本发明方法允许使用液态成分，如将其喷入气流中。通过省去单独的蒸发步骤，可节约成本。
本发明方法的一个优选实施例在于，氧气尤其是由空气分馏装置获得的工业氧气构成所述含氧气体。
根据另一个有利的实施例，在第一区域后和旋流区前的气体速度在一段时间内基本保持不变。
根据另一个有利的实施例，在第一区域前的气体速度在一段时间内基本上保持不变。
本发明的主题也是一种把气体输入冶金容器的供气装置，其中供气装置沿一条流动通道的中心纵轴线地穿过并且气体中携带有可凝结或可蒸发的成分。在此供气装置中，应显著减少或完全防止工作中的损坏。
为了完成上述任务，本发明提供一种用于实现本发明方法的且用于把气体输入冶金容器的供气装置，使该供气装置沿一个流动通道的一条中心纵轴线穿过，所述气体携带有可凝结和/或可蒸发的成分，其中，从某个横截面起，该流动通道至少具有：该流动通道的一个横截面突然加宽部，它用于产生涡旋并使可凝结或可蒸发的液体与气体充分混合；一个在气体流向上紧接在该横截面突然加宽部后面的流出部，该流出部具有基本不变的流动横截面；一个缩小部，它在该气体流向上紧接在该横截面突然加宽部的前面，该缩小部具有一个在该气体流向上缩小的流动横截面；或者，所述流动通道具有：该流动通道的一个横截面突然加宽部，用于产生涡旋并使可凝结或可蒸发的液体与气体充分混合；一个在气体流向上紧接在该横截面突然加宽部后面的流出部，该流出部具有基本不变的流动横截面；一个具有基本不变的流动横截面的中间部，从该气体流向上看，该中间部紧接在该横截面突然加宽部之前；一个缩小部，该缩小部在该气体流向上紧接在该中间部之前，该缩小部具有一个在气体流向上缩小的流动横截面，并且在上述两种情况下，在该气流通道的所述横截面突然加宽部处的两个直径之比小到尤其是1∶1.05到1∶1.25，并且在该横截面突然加宽部处的流动横截面的增大相对该流动通道的纵轴线具有至少为60°的平均倾斜度α。
在这里，横截面突然加宽部被认为是在气体流向上出现的流动通道直径的突然增加。结果，通过由此在气体中发生的漩涡和紊流，在此之前仍没有与气体完全混合的气体成分就完全与气体混合了。此外，在流动通道内壁上的可能有的沉积液被气体带走并且也均匀地分布在气体中。
无论是对本发明的方法，还是对本发明的供气装置来说，都不需要在结构上在一个喷嘴内组合入以上和以下所述的供气装置部分。因此，例如可以将第一区域或缩小部设置在喷嘴前并将流出部设置在喷嘴后。由这种并非最佳的布局产生的喷嘴和/或耐火材料的短使用寿命足以应付某些应用场合。
根据一个有利的设计形式，在缩小部和横截面突然加宽部之间设置一个具有基本不变的流动横截面的中间部。通过这个中间部，横截面突然加宽部与冶炼煤气发生炉侧的供气装置开口有这样一段距离，即这段距离对于获得最佳涡流并避免流出部内的液膜来说是最佳的。
最好如此设计横截面突然加宽部，即横截面突然加宽部的流动横截面的增加(就流动通道的纵轴线而言)具有至少为75°的平均倾斜度α。在至少60°倾斜度α下，在流动通道内壁上形成了一个阶梯面，它保证了沉积或所携带的液体被充分雾化以及随后充分进行气体成分的涡旋和混合。
如果横截面突然加宽部的流动横截面的增加具有基本上为90°的平均倾斜度α，在此是特别有利的。90°不代表倾斜度α的最大上限，更大的α值导致了在其他情况下是适当的实施形式。虽然，更高的α值确实导致了更尖的轮廓边，但α＞90°时的边缘比α≤90°时的边缘更易磨损。
根据本发明供气装置的一个实施例，在气体流向上，一个具有基本不变的气体流动横截面的流入部设置在缩小部的前面。
本发明的另一方面涉及把气体输入冶金容器的装置，该装置包括一个或多个本发明的供气装置以及通向供气装置的供气管路和把可凝结或可蒸发的成分输入供气装置的装置。
为能够利用本发明的优点，不一定要把现有喷嘴完全更换为本发明的供气装置。确切地说，最好可以简单且廉价地把现有喷嘴改装成本发明的供气装置。
因此，本发明的主题也是一种用于改装喷嘴的嵌件，其喷嘴通道少具有：一个具有基本不变的流动横截面的流出部；紧接在该流出部前面的且沿气体流向一直缩小到该流出部的横截面的缩小部，其中，沿着一条其在该嵌件被装入该喷嘴中时与该喷嘴的中心纵轴线重合的轴线，使一条气流通道穿过嵌件，其中通过该嵌件的外轮廓仿制出该缩小部的内轮廓的至少一个局部区域，该气流通道的横截面在该气体流向上被设计成是缩小的，紧接在该缩小部后是具有基本不变的横截面的中间部，再接着是该气流通道的流出口，它配设有一个轮廓边，由此一来，在该嵌件被插入该喷嘴中的情况下，形成了该气流通道的一个在该气体流向上位于该缩小部后面的横截面突然加宽部，而在该气流通道的所述横截面突然加宽部处的两个直径之比小到尤其是1∶1.05到1∶1.25，并且在该横截面突然加宽部处的流动横截面的增大相对该流动通道的纵轴线具有至少为60°的平均倾斜度α。
按照上述实施方案，“轮廓边”在这里被理解为是横截面突然加宽部。上述嵌件可轻易推入现有的喷嘴中，例如在已取下供气管路时的维修期间内。由于嵌件的外轮廓是精确匹配于喷嘴通道内轮廓且尤其缩小部外轮廓或至少其局部地仿形而成的，所以当喷嘴开始工作时，嵌件通过气压被压到缩小部上。
因此，嵌件外轮廓或其在气流方向上的缩小部构成了改装喷嘴的缩小部，而嵌件的内轮廓构成喷嘴的横截面突然加宽部。
此外，有利地根据嵌件外轮廓来仿制流出部内轮廓的一个局部区域，其内轮廓因而构成了改装喷嘴的中间部。
作为替换方式或除此之外，根据一个有利的设计形式，还通过嵌件外轮廓仿制成流入部的一个局部区域。
根据该部分的哪个附加局部区是通过嵌件外轮廓仿制而成的，由此决定了在改装喷嘴中的轮廓边或横截面突然加宽部的位置和/或提供了总体是坚固的但易操作且可精确匹配地插入喷嘴中的部分。
与现有技术中的喷嘴相比，本发明装置的喷嘴就在横截面突然加宽部前面具有一个较小的横截面。结果，与现有技术相比，在给喷嘴供气的输送管路中的入口压提高了，因此，在供应压力不变的情况下，在喷嘴前方的节流机构上的压差更低。为所有喷嘴把在一共用的供应管路中的供应压力调节到在供气管路中的入口压的节流机构具有噪音生成严重的缺陷。由于供应压力和入口压力之间的压差现在变小了，所以也抑制了噪音生成。
本发明的另一个优点在于，整个系统总体上讲是更刚性的，即就在最窄的喷嘴横截面前面有一个更高的压力，由此一来，在液相如生铁水进入时，快速地使喷嘴不让液相接触到并因此抑制了喷嘴受损。
附图说明
下面，参照图1-图5所示的模范实施例来更详细地描述本发明。
图1是经过现有技术的喷嘴的横截面图；
图2是经过本发明喷嘴的横截面图；
图3是经过现有技术的喷嘴的横截面图，但这个喷嘴通过嵌件而经过改造；
图4表示横截面加宽部的变型设计方式；
图5示意表示整个气体吹送装置的一部分。
具体实施方式
在图1中，喷嘴1穿过冶金容器如冶炼煤气发生炉的外壳2。喷嘴1由水冷喷嘴体13形成。一条喷嘴通道6穿过喷嘴体13，它由许多部分3、4和5构成并相对喷嘴通道6的中心纵轴线7大致是旋转对称的。
在这里，流入部3具有基本不变的横截面，横截面在气体流向12上在随后的缩小部4中连续缩小。在气体流入冶炼煤气发生炉之前，流动横截面在流出部5基本上保持不变。
在流入部3处存在着入口压P1，它在喷嘴通道6的其余长度范围内降低了压差ΔP1地降至系统内压Psystem。
图2所示的喷嘴1’也具有一个流动横截面基本不变的流出部3，横截面在气流方向12上在一缩小部4处连续缩小。在这种情况下，缩小部4与具有相同横截面的中间部8相连。在图中成在喷嘴内壁上的直角凹进部9形式的横截面突然加宽部9紧接在中间部8后面。在这种情况下，由凹进部9形成的阶梯部不应该太高是很重要的，因而，在凹进部9前面和后面两个直径的差不应太大，以使压力损耗不会太高。此外，为保证充分雾化而给凹进部9配设尖锐的轮廓边是很重要的。
事实证明，1∶1.05-1∶1.25两直径比是尤其有利的。
横截面突然加宽部9与又具有大致不变的横截面的流出部5相连，在这里，直接与横截面突然加宽部9相连的区域是旋流区10，气体在这个区域中与所携带的成分完全混合。
在这里，入口压P2位于流入部3上，这个入口压在喷嘴通道6的整个其余长度范围内降低了压差ΔP2地降至系统内压Psystem。但是，ΔP2大于ΔP1，所以因此P2＞P1并因而P2同供应压力(在两种情况下，它和Psystem一样是相同的)之间的压差比现有技术中的情况小。
图3所示的喷嘴1具有用于将如图1所示的喷嘴改装成本发明喷嘴1’的嵌件11。
通过嵌件11的外轮廓，精确匹配地仿造出整个原始缩小部4的内轮廓和流入部3和流出部5的各自一部分。嵌件11的内轮廓是如此设计的，即它又具有一缩小部4’和一中间部8。
在冶炼煤气发生炉维修期间内，可以简单地进行喷嘴1的改装，其中在在取下输送管路的情况下从外面将嵌件推入喷嘴通道6。
图4具体表示横截面加宽部的两个变型设计放案，其中在图4a中，流动横截面的增加相对纵轴线7地具有一个90°的倾斜度α，而在图4b中，它相对纵轴线7具有70°的倾斜度α。
在图5中，举例示出了20～30个氧气喷嘴喷嘴中的两个喷嘴1’，这些喷嘴在一定的高度区内相互均匀间隔地穿过冶炼煤气发生炉外壳。每个喷嘴1’配备有至少一条输气管路14，通过所述管路给喷嘴1’供应氧气或含氧气体。
在一条共用的供气管路15中，通过节流机构16把供氧气压调节到位于环形管路17和输气管路14中的入口压并因而是P2。随后，环形管路17也给所有的其它输气管路(此图中未显示)或喷嘴供氧。喷嘴1’配备有输入水或水蒸汽的装置18。在最简单的情况下，此装置18被设计成通入喷嘴通道的水或水蒸汽管路的形式。
输入水或水蒸汽的方向可以适当地与喷嘴通道内的气流方向相反或垂直地实现。水最好按照喷嘴通道内的气流方向被喷入喷嘴通道。
本发明不局限于如图所示的实施例，而是也包括本领域技术人员所知的且可被用于实施本发明的所有手段。

Claims (11)

1、把含氧气体输入冶金容器的方法，所述含氧气体携带有作为可凝结的和/或可蒸发的成分的水蒸汽或者水，所述含氧气体通过一个或多个供气装置被输入所述冶金容器，其特征在于，在有多个供气装置的情况下，在每个所述供气装置中：在第一区域中，通过缩小所述供气装置的流动通道的横截面，连续提高含氧气体的速度；在一个旋流区中，通过突然加宽所述供气装置的流动通道的横截面，使所述含氧气体与所述可凝结和/或可蒸发的成分充分混合；通过一个流出部，把与所携带成分充分混合的所述含氧气体吹入所述冶金容器，并且在所述流出部中，所述含氧气体的速度基本上保持不变或者略微降低。
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述含氧气体是工业氧气。
3、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一区域的后面且所述旋流区的前面，所述含氧气体的速度在一段时间内保持基本上不变。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一区域的前面，所述含氧气体的速度在一段时间内保持基本上不变。
5、用于实现如权利要求1所述方法的且用于把气体输入冶金容器的供气装置(1’)，其中使该供气装置(1’)沿一个流动通道(6)的一条中心纵轴线(7)穿过，所述气体携带有可凝结和/或可蒸发的成分，其特征在于，从某个横截面起，该流动通道(6)至少具有：该流动通道的一个横截面突然加宽部(9)，用于产生涡旋并使可凝结或可蒸发的液体与气体充分混合；一个在气体流向(12)上紧接在该横截面突然加宽部(9)后面的流出部(5)，该流出部具有基本不变的流动横截面；一个缩小部(4)，它在该气体流向(12)上紧接在该横截面突然加宽部(9)的前面，该缩小部具有在该气体流向(12)上缩小的流动横截面；
或者，所述流动通道具有：该流动通道的一个横截面突然加宽部(9)，用于产生涡旋并使可凝结或可蒸发的液体与气体充分混合；一个在气体流向(12)上紧接在该横截面突然加宽部(9)后面的流出部(5)，该流出部具有基本不变的流动横截面；一个具有基本不变的流动横截面的中间部(8)，从该气体流向(12)上看，该中间部紧接在该横截面突然加宽部(9)之前；一个缩小部(4)，该缩小部在该气体流向(12)上紧接在该中间部(8)之前，并且该缩小部具有在该气体流向(12)上缩小的流动横截面；
而在上述两种情况下，在该气流通道的所述横截面突然加宽部(9)处的两个直径之比为1∶1.05到1∶1.25，并且在该横截面突然加宽部(9)处的流动横截面的增大相对该流动通道(6)的纵轴线(7)具有至少为60°的平均倾斜度α。
6、如权利要求5所述的供气装置(1’)，其特征在于，所述平均倾斜度α至少为75°。
7、如权利要求6所述的供气装置(1’)，其特征在于，在该横截面突然加宽部(9)处的流动横截面的增大具有大致为90°的平均倾斜度α。
8、把气体输入冶金容器的装置，该装置包括一个或多个如权利要求5至7之一所述的供气装置(1’)和通向该供气装置(1’)的输气管路(14)以及将可凝结或可蒸发的成分输入该供气装置(1’)的装置(18)。
9、用于改装喷嘴(1)的嵌件(11)，喷嘴通道(6)至少具有：一个具有基本不变的流动横截面的流出部(5)；紧接在该流出部(5)前面的且沿气体流向(12)一直缩小到该流出部(5)的横截面的缩小部(4)，其特征在于，沿着一条其在该嵌件(11)被装入该喷嘴(1)中时与该喷嘴(1)的中心纵轴线(7)重合的轴线，使一条气流通道穿过嵌件(11)，其中通过该嵌件的外轮廓仿制出该缩小部(4)的内轮廓的至少一个局部区域，该气流通道的横截面在该气体流向(12)上被设计成是缩小的，紧接在该缩小部后是具有基本不变的横截面的中间部(8)，再接着是该气流通道的流出口，它配设有一个轮廓边，由此一来，在该嵌件(11)被插入该喷嘴(1)中的情况下，形成了该气流通道的一个在该气体流向上位于该缩小部(4)后面的横截面突然加宽部，而在该气流通道的所述横截面突然加宽部(9)处的两个直径之比为1∶1.05到1∶1.25，并且在该横截面突然加宽部(9)处的流动横截面的增大相对该流动通道(6)的纵轴线(7)具有至少为60°的平均倾斜度α。
10、如权利要求9所述的嵌件(11)，其特征在于，通过所述嵌件(11)的外轮廓，还仿制出该流出部(5)的内轮廓的一个局部区域。
11、如权利要求9或10所述的嵌件(11)，在该气流方向上，在该缩小部(4)前面设置一个流入部(3)，其特征在于，通过该嵌件(11)的外轮廓，还仿制出该流入部(3)的内轮廓的一个局部区域。
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