CN1492209A - 辅助烧嘴或喷枪的安装结构 - Google Patents

Abstract

一种设备安装盒和一种改进的设备安装结构，该设备用于金属熔炼、精炼及加工工艺，尤其是那些用于电弧炉炼钢的设备，如：烧嘴、喷枪及能进行超音速喷氧的设备以及喷嘴或类似的用于导入颗粒物质的设备。安装盒用流体冷却以适应电弧炉内恶劣的环境，并设计成可安装在炉膛和侧壁之间的台阶上，而无须对炉内结构作较大的改动。安装盒包括设备安装孔和喷嘴安装孔。由于安装盒的宽度约等于台阶的宽度，因而设备及喷嘴的排放口更接近于熔池表面并朝向炉子中心，从而提高了效率。此时，排放口均延伸至台阶的边缘附近，这样，设备的氧化气流图案就不会损坏炉膛材料及其他安装在附近的炉内设备，由喷嘴引入的碳粉射流图案能足够搅动渣层而产生泡沫。

Description

辅助烧嘴或喷枪的安装结构

相关申请

莎文于2000年2月10日提交了系列号为U.S.09/502,064的申请，美国专利号为＿＿。现递交的此份申请是其延续部分，兹将系列号为U.S.09/502,064的专利申请内容援引于此，以供参考。

技术领域

本发明主要关于一种改进的设备安装结构及安装盒，该设备应用于金属冶炼、精炼及其工艺过程中，如电弧炉炼钢；更具体地说，本发明关于相对靠近于金属熔池的辅助烧嘴或喷枪的安装结构，以提高其效率。

背景技术

电弧炉炼钢是用电弧加热熔化一批或多批投入到电弧炉中的废旧金属原料。装在料篮中的废钢从炉顶处被倒入到电弧炉中，同时加料的还可能会有碳和造渣材料。电弧将废钢熔化成被称之为铁碳熔液的金属熔池，它们积聚在电弧炉的底部或炉膛。当所有加入的废钢都熔化而形成平坦的熔池后，电弧炉便进入精炼或脱碳阶段。在这个阶段，金属继续被电弧加热，直到造渣材料和铁碳熔液中的杂质都浮到液面而成为炉渣。当铁碳熔液达到一个沸腾温度时，加入到钢液中的碳与熔池中的氧结合，形成一氧化碳气泡，并上浮到熔池的表面。通常的情况下，这时超音速氧流通过喷枪或烧嘴吹入到熔池中，通过使熔池中的碳氧化而进行脱碳。通过同时使熔池沸腾和吹入氧气，使熔池中的含碳量下降到2％，此时，铁碳熔液被炼成了钢。继续此脱碳过程，将碳下降到所需钢种的目标碳值，低碳钢的含碳量低于0.2％。

辅助烧嘴或喷枪可用在炼钢过程起到如下的作用：通过燃烧燃料来增添热能；通过喷入氧化气体来进行金属精炼、形成泡沫渣、及一氧化碳后燃烧；喷入形成炉渣和泡沫渣的颗粒。在许多情况下，氧化气体以一种高速集束流的形态被导入到炉中，其速度可能超过音速。Laval烧嘴或其他类型的超音速烧嘴通常被用于产生高速集束流喷入到炼钢炉中。这些超音速气流是通过集/散形状的烧嘴产生，该烧嘴处于一使气流通过烧嘴而形成超音速流的临界压力以上。在生产的过程中，也非常需要提供一种亚音速氧化气流用于：燃料的燃烧，包括常规燃料和用于后燃烧的一氧化碳，以增加热能；。而超音速氧化气流用于使铁熔体脱碳，帮助形成泡沫渣或一氧化碳的后燃烧。

请参见1997年11月由V.Shver、T.Pulliam、M.Cohen(Shver等人参考材料I)公布的名称为“先进的烧嘴设计”的技术资料，详细陈述了此种辅助氧/燃料烧嘴在电弧炉炼钢中的好处。这种烧嘴通过同一根中心定位管子提供亚音速和超音速氧气流。目前这种烧嘴由其专利受让人——位于乔治亚州的PTI公司制造并销售。如果提供给导管的压力是低于超音速烧嘴临界压力，则产生亚音速气流。如果需要超音速氧气流，则将导管的压力上升超过临界压力。Shver等人公开的这些技术(参考材料I)援引在此参考。

另外一种可以实现将超音速或亚音速氧化气流导入电弧炉的烧嘴，在系列号为U.S.09/251,193、名称为“改进的电弧炉炼钢技术的方法和设备”这一申请中有详细阐述，它是V.Shver于1999年2月16申请的，并与本申请一起经普通转让。Shver揭示了一种环状的喷嘴，它环绕在喷碳导管的周围，用以产生超音速氧流，该喷碳导管形成烧嘴的流体冷却燃烧室中的一个喷嘴的一部分。Shver的这些公布的资料援引在此供参考。

另一种能够将超音速或亚音速氧化气体导入电弧炉的烧嘴揭示于为申请日为1999年12月10日、系列号U.S.09/459,303、名为“金属熔化、精炼和处理的改进方法和装置”、申请人为V.Shver等人(Shver等人II)、并与本申请一起经普通转让的专利申请中。Shver等人揭示了一种并排结构的超音速氧气导管，它带有一喷碳导管，该喷碳导管形成烧嘴的流体冷却燃烧室中的一喷嘴的一部分。Shver等人的资料II的揭示援引在此供参考。

除此之外，还有其他许多烧嘴和喷枪可提供作为电弧炉用超音速氧化气体和其他用于电弧炉的材料的导入装置。

由于氧流必须穿透炉膛中的熔融金属，因而在一个实例中采用超音速喷射模式来进行金属精炼。通过将气体加速至超音速状态，加快了速度的气体增加了动能，使得穿透熔池更深。另外一种提高氧化气流穿透能力的技术是通过使用更大的超音速喷嘴来提高流量。在一定程度下，它确实有有利的一面，但是过量使用氧化气对炉子构件是有害的，同时这种大的喷嘴也要更高的压力相匹配，这就使其马上变得不经济。

一般来讲，安装这些烧嘴和喷枪不外乎两种方法：通过炉子上已有的用作其他用途的孔洞，例如渣门、顶孔、EBT检修板；或大多数是在炉子侧壁的水冷板上专门开一些孔，利用这些专门开出的孔，有策略性地布置和安装烧嘴。比如，在炉子的冷区，或其他位置、如可能是工艺材料的导入点等。为提高来自烧嘴的超音速氧流的穿透力和效率，炉侧壁中烧嘴的安装位置尽量在侧板靠下面。然而，受现有许多电弧炉结构的影响，烧嘴往熔池靠近的尺度是受到限制的。

电弧炉的炉膛是由耐火材料制成的，以盛装炼钢过程中的熔融金属。炉膛与电弧炉侧壁的水冷板在相交处形成一个台阶。在过去，烧嘴以一个合适的角度被安装在足够高的位置，以使得超音速气流或其他导入的材料流能避开台阶的边缘。不过即使在这种避开台阶边缘的情况下，耐火材料还是受到一定程度的损害，因为有强反应性的氧化气流靠它非常近。因此可以说，对于安装这种提供超音速氧流的设备来讲，其安装角度和流量不仅仅取决于炼钢过程的要求，还受炉子结构的影响。

总而言之，我们需要将能提供超音速氧流的烧嘴和喷枪更靠近熔融金属而安装，而且要尽量朝炉子的中心位置，以提高效率。

同时我们还需要以一个最佳角度来安装这些烧嘴和喷枪，以使它们以最佳的流量和离液面最佳的距离工作。

发明内容

本发明为烧嘴、喷枪或类似设备提供一个安装盒，并提供一种对这些应用于金属冶炼、精炼、和工艺过程，尤其是电弧炉炼钢中的设备的改进安装结构。

在一个优选实施例中，安装盒是一个流体冷却的独立块状物，它具有一安装孔用于安装一烧嘴该块状物使烧嘴的排放孔延伸经过电弧炉的台阶。安装盒的该优选实施例包括一个适合于炉子内部结构的前面以及适合于炉子侧壁的背面，其宽度则和侧壁及炉膛之间形成的台阶宽度相近。这样，可将安装盒放置在台阶上，从而方便安装和拆卸，而对炉子的结构不需作大的修改。制造这个安装盒需要的材料必须足够坚硬，以承受炉中所加废料以及钢、炉渣等喷溅时的冲击，同时它要具备相对较高的导热性。最好，使用铸铁来制造该安装盒，其价格不贵，而且可以很容易地制造出冷却管和烧嘴安装孔。

在第二优选实施例中，安装盒是一个流体冷却盒，它具有一安装孔用于安装烧嘴，这个块状物使得烧嘴的排放孔延伸经过台阶。安装盒的该优选实施例它包括一个带有一适合于炉子内部结构的表面的前壁以及适合于炉子侧壁的侧壁，其宽度则与炉子侧壁和炉膛之间形成的台阶宽度相近。制造这个安装盒需要的材料必须足够坚硬，以承受炉中所加废料以及钢、炉渣等喷溅时的冲击，同时它要具备相对较高的导热性。最好，使用铜来制造该安装盒，它可以很容易地制造出冷却管和烧嘴安装孔。

本发明的另一方面是在安装盒的前面设置一凹陷。然后，将一流体冷却插入板装入该凹陷，从而为安装盒的前面提供额外的冷却能力。由于安装盒的前面可能受到电弧的直接辐射，这块插入板用导热性能高的材料制成，可以与安装盒的材料相同，或者甚至用更高导热性的材料制成，该材料最好是铜。

按照本发明的另一方面，安装盒在其前面和后面之间包括一斜边。这个斜边的倾斜度减少了安装盒前面直接受电弧辐射的面积，同时增大了用于流体冷却的面积。此外，这个斜边使得废钢能轻易滑入熔池和滑动离开安装盒。可选择的是，在安装盒的斜边和侧面上设置有最好是铸成沟槽或波纹形式挂渣结构，以在安装盒上保持一层溅渣，从而形成保护层。

第一种安装结构包括在炉子内使用安装盒来安装烧嘴、喷枪或类似的设备，最好是具有超音速喷射能力的烧嘴、喷枪或类似的设备，并且最好是应用在电弧炉中。将烧嘴或喷枪安装通过水冷侧板中的一个孔，该孔与安装盒的安装孔对准。由于安装盒的宽度与台阶的宽度近乎相等，烧嘴的排放口的位置也就相应向炉子的中心移了相同的位置。此时火焰的排放口也延伸过了台阶的边缘，如此，烧嘴的喷吹模式对炉膛材料和其他安装在附近的电弧炉设备来讲就不再是一个令人头痛的问题了。

另一种安装结构是在炉子内使用带外壁的安装盒来安装烧嘴、喷枪或类似的设备。最好，该烧嘴、喷枪或类似设备至少具有超音速喷射能力，并且该炉子是电弧炉。将这个带外壁的安装盒通过炉子侧壁开的孔插入到炉中，使安装盒的侧壁封住侧壁炉子开孔，并使其前延伸到台阶的边缘。穿过带外壁的安装盒的开放的背部，烧嘴、喷枪或类似的设备安装到该设备安装孔中。由于安装盒的宽度与台阶的宽度近乎相等，用于烧嘴火焰和氧化气流喷射的设备排放口也就相应向炉子的中心移了相同的位置。该设备的排放口也延伸过了台阶的边缘，如此，烧嘴的流量和氧化气流模式对炉膛材料和其他安装在附近的电弧炉设备来讲就不再是一个令人头痛的问题。

另一种安装结构是在炉子中使用带外壁的安装盒来结合一颗粒喷嘴而安装烧嘴、喷枪或类似的设备。最好，该烧嘴、喷枪或类似的设备至少具有超音速喷射能力，该颗粒喷嘴是碳粉喷嘴，并且该炉子是电弧炉。将这个带外壁的安装盒插入通过炉子侧壁中开的一个孔，使安装盒的侧壁封住该侧壁开孔，并使其前面延伸到台阶的边缘。穿过带外壁的安装盒的开放背部，将烧嘴、喷枪或类似的设备安装到该设备安装孔。颗粒喷嘴通过带外壁的安装盒的开放后部安装到颗粒喷嘴安装孔中。由于安装盒的宽度与台阶的宽度近乎相等，用于烧嘴火焰和氧化气流喷射的设备排放口也就相应向炉子的中心移了相同的位置。该设备的排放口也延伸过了台阶的边缘，如此，烧嘴的流量和氧化气流模式对炉膛材料和其他安装在附近的电弧炉设备来讲就不再是一个令人头痛的问题了。除此之外，颗粒喷嘴的排放口也相应移到了有利的位置。

有利的是，在安装盒中设备安装孔根据所安装的烧嘴的尺寸和流量形成一个最佳角，对超音速氧化气流来说，最好是45度。由于到熔池液面的距离减小，超音速氧流就不再如从较远处形成穿透的那样需要一个相当大的流量，而是根据在炼钢过程中某一特定点所需要的氧气量来决定流量。这就使超音速气流以最佳的角度和流量喷击在炉渣和熔体上。

随着设备被移到更靠近电弧炉的中央，电弧辐射度按照距离的平方增加。虽然设备设置得更靠近于熔体液面和炉子中央，但安装盒可保护它免受此不利环境的影响，同时使其排放口位于台阶之外，以消除炉子结构对烧嘴尺寸和安装细节的影响。

按照本发明的另一方面，利用安装盒将烧嘴的排放口沿台阶延伸而更靠近炉子的中心，其优点在于，对于同样的角度和距离液面高度，它可使氧化气流产生一个更靠近炉中心的喷击点。这意味着在熔化和精炼周期中，更多的氧化气流可以在更早的时间与金属熔体发生反应，而与过程外周边的炉膛及其他相关炉子部件的反应则减少。

附图说明

本发明的特点及其他方面可以通过对以下附图的分析和详述而更容易理解，在图中相同的构件用相同标号表示，这些附图中：

图1是电弧炉中设备的改良设备安装结构的局部侧视剖面图；

图2是图1所示的电弧炉安装结构的俯视剖面图；

图3是图1、图2中所示安装盒的一个实施例的侧视图；

图4是图3所示的安装盒的正视图；

图5是图3所示的安装盒的顶视图；

图6是图3所示的安装盒沿图中3A-3A剖开的侧视剖面图；

图7是图1和图2所示的安装盒的第二实施例的正视图；

图8是图7所示的安装盒的侧视图；

图9是图7所示的安装盒的后视图；

图10是图7所示的安装盒沿图中7A-7A剖开的侧视剖面图；

图11是图1和图2所示的安装盒的第三实施例的正视图；

图12是图11所示的安装盒的侧视图；

图13是图11所示的安装盒的后视图；

图14是图11所示的安装盒沿图13中14A-14A剖开的侧视剖面图；

图15是图1和图2所示的安装盒的第四实施例的立体图；

图16是可与图15所示的安装盒一起使用的侧壁的侧视图；

图17是电弧炉内设备的改良安装结构的详细的侧视局部剖面图，它使用图3-6所示的安装盒，该安装盒已结合入炉子的侧壁板中；

图18是电弧炉内设备的改良安装结构的详细的侧视局部剖面图，它使用图7-10所示的安装盒，该安装盒与喷淋杆式炉的侧壁板一起使用；

图19是电弧炉内设备的改良安装结构的详细的侧视局部剖面图，它使用图11-14所示的安装盒，该安装盒已结合入炉子的侧壁板中；

图20是电弧炉内设备的改良安装结构的局部破断后视图，它使用图11-14所示的安装盒，该安装盒已结合入炉子的侧壁板中。

具体实施方式

参见图1、图2，在电弧炉15或类似的金属熔化炉、精炼炉和处理炉中采用了数量众多的烧嘴10，它们以数种不同的操作模式提供辅助加热、精炼和其他冶金处理功能。烧嘴10最好是前面已说明过的Shver、Shver等人参考材料I和参考材料II所描述的那种烧嘴，但也可以是其他市场上可获得的空气燃料喷嘴、氧气燃料烧嘴或者氧气、空气燃料烧嘴。同样，虽然将要描述的优选实施例是使用和安装此类烧嘴，但其他类似的设备、如固定式的喷枪之类也可以与本发明的装置一起使用而获得很好的效果。本发明对于任何有排放口的金属熔化、精炼和处理炉都非常有用，其效率能通过将排放口设置得更靠近熔融金属液面或更靠近炉子中央而得以提高。本发明对于那些诸如烧嘴和喷枪之类的、能用高速氧化气体如超音速氧进行吹氧的设备尤其有益。

图1是侧视图，通过从一个或多个电极20产生的电弧17，电弧炉15熔化废铁13或其他铁基材料，在其炉膛21收集金属熔体18。大体上呈杯形的炉膛21是由耐火材料砌成以抵抗金属熔体的强大热量。电弧炉15中的炉膛21被由一系列的弓形流体冷却板23构成的上炉壳19包裹，如图2所示。构成电弧炉15侧壁12的流体冷却板23可以有多种传统的类型，如所示实施例中的那种带外壳件25和多个平行冷却盘管22的流体冷却板、带支撑柱的开放结构的冷却盘管(未标出)或内板有冷却流体喷淋的若干喷淋杆结构(未标出)。

金属熔体18通常被数量不等的炉渣16所覆盖，这些炉渣是熔体与熔炼之前或熔炼之中所加入的造渣材料之间的化学反应而形成的。金属一旦熔化，通常就会被精炼或通过吹氧脱碳。为样降低了金属中的碳含量直到达成所需要的钢种。在精炼过程中及其后期，金属熔体18通常被电弧17加热到熔化温度之上。这种过热会使得金属沸腾，其中的杂质形成炉渣，并增强因喷入的氧气造成的碳氧化。过热也用来使金属熔体18在用铸勺或其他容器运载到下一步工序的过程中保持流体状态。

烧嘴10最好是经过电弧炉15的侧壁板23的流体冷却盘管22上的开口安装到大致呈矩型的安装盒14中。在所示的实施例中，安装盒14最好安放在由电弧炉15的上炉壳的侧壁板23和炉膛的耐火材料所形成的台阶24上，但也可以支撑或悬挂在炉子上合适的结构件上。安装盒14位于具有外壳件25的侧壁板23式的流体冷却盘管22的内侧。类似地，这种安装盒也可以安装在开放盘管式侧壁板的冷却盘管的内侧或喷淋杆式侧壁板的内侧。当用安装盒来改造已有电弧炉时，这种配置较好，因为这对电弧炉结构的改变很小。对于新的电弧炉或是新制造的炉壳或侧壁板，安装盒14可以结合到侧壁板23之中，这只需去掉冷却盘管22或喷淋杆中与安装盒14后表面接触的那部分面积。

烧嘴10安装在安装盒14的安装孔26中，使其排放口延伸到了炉膛耐火材料的边缘之外。这使得从烧嘴10的排放口中喷出的物质流避开了耐火材料台阶的边缘而不会损害耐火材料，尤其是有高速度的氧化气体时。将烧嘴10的排放口安装在台阶上方也使得从烧嘴10中喷出的物质流能靠近金属熔体18的表面和炉子的中心，因此能够提高冶炼工艺的效率。安装盒14还为烧嘴10提供了保护，使其免受炉子15的强热影响和掉落的废铁13的机械损坏。

烧嘴10或其他设备典型的安装是以一定的安装角度倾斜地插入安装孔26中，角度以30-60度为宜，以将从烧嘴10喷出的、由燃烧产物和/或其他喷入物质构成的物质流29朝电弧炉炉膛2 1中的金属熔体18引导。除了向下的倾斜角度以外，烧嘴或其他设备10还可以选取与电弧炉径向(炉子中心)呈一定的角度，0-10度为宜。为了对金属熔体18有合适的穿透力并且没有喷溅，超音速氧化气体(氧气为首选)流的射入角度既不能太小又不能太陡。如果太陡，可能引起过度的钢水或炉渣的喷溅。角度若是太小，流体又不能充分地穿透金属表面18。对高速氧化性气体喷流来说，我们发现45度的角度能有有效产生所需要的结果。

如图2的平面图所示，根据炉子15的配置不同，烧嘴10可以安装在上炉壳上沿侧壁12的任何位置上。如果炉子是偏心底部出钢的，各烧嘴10(未标出)也可以安装在电弧炉15的贮槽27中，或者，各烧嘴可安装在其炉渣门28之上或之中。一般说来，现代电弧炉会有一个以上的烧嘴10或其他设备安装在他的周边；烧嘴的数量取决于炉子的大小、配置、熔炼功率和操作。

通常，这些烧嘴10因为不同的原因策略性地布置在侧壁12的周围，例如，安装在电弧炉冷区位置以帮助废钢的熔化。直流电弧炉和交流电弧炉的冷区位置不同，即使是同类的炉子，由于大小、制造厂家和操作程序的不同，其冷区位置亦不同。安装位置还取决于其他一些因素，如通过烧嘴10或其他设备导入炉子的物质种类以及喷入的目的和时机。其他可以导入的物质还包括冶金和合金添加剂，造渣剂和发泡剂，用于精炼、熔化、脱碳、后期燃烧等的氧化性气体。用本安装盒14可以安装任何需要固定在炉子15的侧壁12之上的设备。

不管烧嘴或其他装置10可能具有的模式和功能如何，如果是采用氧气体喷吹模式，则重要的是，它们必须靠近金属熔体表面并将更多的射流引到炉子中心。安装盒14提供了一个经过炉子15上的水冷板23的安装延伸通道，使得烧嘴10的排放口能够伸到炉膛21耐火材料的台阶24之外并更靠近炉子的中心。

安装盒14的第一实施例，见图3-6，是一个大体呈矩形的铸铁块，其前面32面对炉子的内侧，后面36邻接上炉壳19的水冷板23。前后两面32和36可以是平的，以便于制造，也可以是曲面的，以更好地与传统的弧形电弧炉结构相一致。安装盒14的侧部40的厚度大约与台阶21的耐火材料的宽度相等，这样它可以安放在台阶上，其背部邻接侧壁板23或上炉壳并且能够自我支撑，从而不致对炉子15有大的结构改动。安装孔26被铸成所需要的烧嘴10安装角度，并与水冷板23上的开口对准。烧嘴10滑动安装入安装孔里，直到其排放端刚好延伸超出台阶，在这个位置，烧嘴可将燃烧产物注入材料或是重要的高速氧流(最好是超音速氧气)输送到金属液面，而不损坏炉膛21的耐火材料或受其干扰。安装盒14上的安装孔周围是盘管47形式的冷却通道(冷却流体在其中循环)。盘管47连接于进管49和出管51，进出管可在一定的压力下连接于一冷却流体源，以使流体通过盘管循环。冷却流体最好是水，它冷却安装盒14暴露于炉膛热量的表面以及烧嘴与安装孔的接触表面。

可选择的是，安装盒14的前面32和顶面34由一个斜边38连接，这个斜边38能提供多种有利的保护功能。斜边38提供的斜面使废钢能沿着它落入炉膛21。安装盒的斜边38和侧部40也铸有多个大体呈方形的沟槽或波纹42。这些沟槽或波纹42可用来挂渣，当炉渣喷溅到安装盒14的斜边38和侧部40上时，能在其表面挂上一层渣。渣层的导热性差，这样进一步保护了安装盒14免受炉内的高温和电弧17的辐射。显然，挂渣用的沟槽42也可以是其他各种形状和结构。

如图7-10所示，可选择的是，安装盒14的前面32还可以铸有凹坑44。一块插入板46安装在安装盒14的凹坑44部位，此板上有一安装孔48，与安装盒14和炉壁12上的开孔对准。插入板46最好是流体冷却并有内衬，冷却流体(最好是水)可通过内村在板内循环。这些内衬通过进出连接管53提供以冷却流体。插入板46的进出管53经过安装盒14上形成的孔55。将插入板46装到安装盒14上的一种方法是用多个贯穿螺栓穿过安装盒上形成的孔57和插入板上形成的相应孔59(仅标出一个)。插入板46最好是用高导热性能的材料制造。由于插入板46将面对炉内最强的热量和电弧的17的辐射，因而必须用导热性能与安装盒14相同甚至更高的材料制造。最好，插入板46用钢制造。

对于一个安装盒14结构至少有两个、通常是三个流体冷却回路。有一个冷却回路冷却主安装盒14，另一个冷却回路冷却插入板46，还可有一个用来冷却烧嘴或其他设备10的冷却回路。根据特定的冷却需要和可利用的公用设施的情况，各冷却回路可以由单个的连接管独立供应，也可以串联在一个供应管道上。用一根管道供应要简单一些，但是单个系统的流量必须大于各部分中所需流量的最大值。独立供应时，在不增加复杂性的情况下，各部分流量可以不同。例如，插入板46需要强的冷却和较安装盒14上更高的冷却速度，安装盒14上的冷却又比烧嘴10要大。显然，任何两个单个的部分都可以共用一个供应源，另一个部分可以有单独的供应源。这种配置的一个例子是，安装盒14和插入板46共用一个冷却回路，而烧嘴10独用一个冷却回路。

见图11-14的另一详细实施例，安装盒14也可以是一大体开放的矩形盒体。使用图11-14的安装盒的安装结构见图19和图20。从图11、图12中可清楚看见，安装盒14至少有一个流体冷却的前壁60面对着炉子内侧，在图示的实施例中是流体冷却侧壁26、64、66和68。安装盒14是由前壁60、顶壁和底壁66和68、侧壁62和64形成，它们围成一个空间或腔室，其后部敞开，前壁60从上炉壳19的水冷板23伸出并靠近台阶24的边缘(见图2和图19)。

下面参见图13的安装盒14的后视图，前壁和侧壁60、62、64、66和68限定了一个向炉子外侧开口的安装空间70，用于容纳设备10和颗粒喷嘴72(图19)。设备10和颗粒喷嘴72通过空间70插入前壁60上所形成的设备孔74和喷嘴孔76。为了将设备10刚性固定在安装盒14上，设置有一成一定角度的支撑架78(图19)以容纳设备的凸缘。一系列的钢条79也可以焊接在侧壁62、64、66和68的背后，用于将安装盒14结构连接于炉子15的侧壁23上。

图19中，设备10滑动装入设备孔74直到其出口靠近台阶24的边缘，在此位置，它可将燃烧产物、注入物质或重要的高速氧化气体(最好是超音速氧气)输送到达炉渣16或金属熔体18，而不会损坏炉膛21的耐火材料或受其干扰。同样，颗粒喷嘴72滑动装入喷嘴孔76直到其排放端延伸到台阶24的边缘附近，在此位置，它可将注入物质(最好是高速颗粒碳)输送到炉渣16或金属熔体18，而不会损坏炉膛21的耐火材料或受其干扰。

开孔74和76的角度成一喷射角，该喷射角有助于物质流对金属熔体的穿透，最佳的喷射角度约为45度，如图所示。喷嘴孔76的中心轴与设备孔74的中心轴基本上是平行的。在所示的实施例中，喷嘴孔76的中心轴也位于设备孔74的中心轴的一侧。这一侧选在反应区下游侧，在这里炉渣由于炉子中的循环流动而排出。该结构最好使得颗粒喷嘴72与设备10(最好是烧嘴/喷枪)能朝同一个方向(实际上是平行的方向)喷射，使颗粒的喷射图案不致影响烧嘴/喷枪10的脱碳反应区域。可选择的是，根据所安装的装置、炉子结构和工艺过程的不同，设备孔74和喷嘴孔76还可以有其他结构，例如汇聚式、分散式、甚至是交叉式。

安装盒14最好是用高导热性能的材料来制造，诸如铜。见剖面图14，安装盒14由冷却流体(最好是水)循环通过冷却通道84来冷却，该冷却通道通过并连接安装盒14的所有侧面60、62、64、66和68。通道84连接于提供一定压力的流体的进管80。冷却流体从进管80经过前壁60上的通道84进入横向侧壁62和64的互相连接的通道。顶、底侧壁66和68也由冷却流体通过互相连接的通道84在经出口管82排出之前进行冷却。

可选择的是，在安装盒14的前侧壁60和顶侧壁66由一个斜边86连接，这个斜边86能提供多种有利的保护功能。斜边86提供的倾斜表面使废钢13能沿着它落入炉膛21。最好，安装盒14的斜边86和前侧壁60也都制有许多矩形波纹88。可选择的是，横向侧壁62和64也可形成有波纹88。这些波纹88就是起挂渣作用，当炉渣喷溅到安装盒14的斜边86或60、62、64或66上时，能在其表面挂上一层渣。该渣层的导热性差比安装盒14的差，这样进一步保护了安装盒14免受炉内15的高温和电弧17的辐射。显然，挂渣用的波纹88也可以填充以其它抗高温材料，如捣打成形耐火材料、耐火砖、喷浆材料等。

图15中所示的安装盒14是大体呈开放式盒形实施例的第二种实施形式，它由一系列的有流体(最好是水)循环冷却的连接管道组成。安装盒14中有一定压力的冷却流体流入一根管道100的端口102，朝箭头108的方向循环流过其他管道和连接管，然后再从另一根管道106的端口104流出。这些管道最好是用高导热的材料制成，如铜或钢。管道构成了位于耐火材料24边缘的能够抵抗电弧17的强大热量的前侧壁116、顶壁118、连接顶壁118和前壁116的斜边壁120、底壁122和两个横向侧壁130(图16)。斜边壁120为废钢下落提供了一个斜坡，斜边120也可以向上延伸至取代顶壁118的位置。管道靠在一起所形成的折缝128在前壁、顶壁和斜边壁上提供了挂渣波纹。

安装盒14上还有一块插入板110，插入板最好用高导热性的材料制成，例如铜、钢或类似的材料。插入板110与安装盒14的管道处于热接触状态并由它们冷却。插入板110上有一个设备孔112，装置10(通常是烧嘴或氧枪)通过此孔而以一定的角度安装。插入板110上的还有用于以一定喷射角安装喷嘴72(一般是碳粉喷嘴72)的喷嘴孔114。设备孔112的中心轴与喷嘴孔114的中心轴的配置与图11-14所描述的相仿，他们的角度度大约是45度，两轴基本平行，并且指向同一方向。喷嘴孔114最好偏向设备孔112的一优选侧，例如炉内循环的氧气反应区的下游侧。安装盒14可与炉壁23连接到同一冷却回路上并固定于它。用这种方式，安装盒14可和侧壁23做成一个整体。

每个横向侧壁130都由一系列有流体(最好是水)从中冷却的管道组成。侧壁130中有一定压力的冷却流体流入一根管道134的端口132，朝箭头136的方向循环流过其他管道和连接管，然后再从另一根管道138的端口140流出。横向侧壁130的管道最好是用高导热的材料制成，如不锈钢或铜。横向侧面130可用焊接、支架或其他类似的方法附连到安装盒14上(图15)。管道靠在一起所形成的折缝142提供了挂渣手段。如前面所提到的那些额外的挂渣手段也都可以用到安装盒14的管子上。

图17是电弧炉中设备的改进安装结构的详细侧视局部剖面图，它使用图3-6所示的这些已安装于电弧炉15的炉壁23(流体冷却板)中的安装盒。侧壁板的冷却盘管22制成能使安装盒14直接抵靠外部炉壳件25。侧壁板23上喷嘴10的开口切于外壳件25中，此开口与安装盒14上和插入板46中形成的孔对准。

类似的，图18是电弧炉中设备的改进安装结构的详细侧视局部剖面图，它使用图7-10所示的这些与喷淋杆型的电弧炉侧壁板23一起使用的安装盒。烧嘴10通过喷淋杆板50和内壳件52上的开口而安装。烧嘴10可以是细长的，以横跨这些开口并滑动安装到安装盒14和插入板46上与这些开口对准的孔中。

图19是电弧炉中设备的改进安装结构的详细侧视局部剖面图，它使用图11-14所示的安装盒14。安装盒14与炉子的台阶24热接触，其间的缝隙用可压缩的耐火材料90填充。安装盒14的顶侧壁和斜边侧壁受到容纳于这些壁的波纹中的表面渣层92的保护。安装盒14可独立布置在炉壁23内，或者在炉壁上开孔用以容纳安装盒14，使其开放于炉子15的外侧。图18所示，在喷淋冷却的壁板中也可以制有一类似的开口，类似于图18所示的那样。这样更容易接近那些受到基座14保护的设备，便于为操作进行的安装和为维修进行的拆卸。

如图20的后视图所示，安装盒14最好与炉子15的炉壁23装成一个整体。通常，侧壁板23使冷却水从供水源经过冷却盘管22到排水管150、152而循环。侧壁板23的冷却盘管22形成使得安装盒14能够插入侧壁板中的一个开口。安装盒14可与侧壁板23连接到同一冷却回路上并固定于它。用这种方式，安装盒14可与侧壁板23做成一个整体，能与炉壁作为一个整体一起拆缷。

图17-20中，安装盒14将烧嘴10的排放口安装在靠近炉膛21和炉壁23之间的台阶24的边缘，并将来自从烧嘴/氧枪10的流体朝炉渣16和金属熔体18引导。如图所示，烧嘴10所产生的超音速氧气流以大约45度的角度穿透炉渣或泡沫渣16和金属熔体18，以使氧气得到最有效的利用。烧嘴/氧枪10最好能够有环绕超音速氧流的外部火焰包围层，它能使氧气流具有更大的穿透力。该安装结构减小了烧嘴排放口到金属熔体表面的高度(h)和它到金属熔体表面的总距离(d)。烧嘴/氧枪10的排放口安装得更靠近金属熔体的表面和炉子的中心而不会损坏烧嘴/氧枪，这大大提高了氧气导入效率。由于超音速氧气流可以采用最佳的角度而不损害耐火材料，或不需要因从远距离穿透金属熔体18而必须增大氧气流量，从而也提高了效率。安装盒14还将碳粉喷嘴72定位成更靠近金属熔体18以生成最佳泡沫渣。喷嘴72靠近烧嘴/氧枪10有助于防止喷嘴的注入孔被炉渣堵塞。显然，图17和图18所示的安装结构也可以包括安装颗粒喷嘴的喷嘴孔，如图19和图20所示的喷嘴72。

图3-6、图7-10、图11-14、图15-16的四个实施例各有一个与台阶24的耐火材料热接触的流体冷却底壁。安装盒14的热接触可有利冷却这个区域周围的耐火材料，延长了耐火材料的寿命，并使其质量变差大为减小。这种冷却抵消了由于脱碳的放热反应区和烧嘴火焰的加热引起的、安装盒附近的耐火材料所经受的热应力的增加。

尽管本发明已参照若干优选实施例进行了描述，但说明书无意将发明的范围局限于上述特定形式，而相反，它是用于覆盖任何可能包括在所附权利要求书所限定的发明精神和范围内的所有代替、修改和等同结构。

例如，一些实施例描述为具有一喷嘴孔，而一些则没有喷嘴孔。如详细描述中所揭示的，在每一实施方式中提供一喷嘴孔属于本技术领域的技术人员的技能范围。

例如，包含那些带插入板的安装盒的每一个安装盒都描述为导热的和流体冷却的。显然，如果这些装置用抗热材料如耐火材料或类似的材料制造，也可获得这里所描述的这些部件的至少某些好处和优点。同样很明显，在这两个部件的组合中，一个部件可以是阻热的，而另一个是导热的。更明显的是，如果一个或多个部件是阻热的，他们可能需要也可能不需要辅助冷却，如所描述的流体冷却。

Claims (35)

1.一种用于带排放端的设备的安装结构，该设备应用于这样一种炉子中，其炉膛用耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁用多个流体冷却板构成，炉膛和侧壁之间有一个台阶，所述安装结构包括：

一个安装盒，它带有一适于容纳所述设备的设备孔，其宽度约等于所述耐火材料台阶的宽度；以及

一块侧壁板，它带有一适于容纳所述安装盒的开孔；

其中，所述设备在容纳于所述设备孔时，其排放端延伸到所述耐火材料台阶的所述边缘附近。

2.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述设备孔布置成一个安装角，从而将所述设备的排放端指向熔融金属。

3.如权利要求2所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装角相对于水平线不超过60度。

4.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装角使得所述设备的排放流以与水平线成30-60度的倾角喷击在金属熔池上。

5.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒用流体冷却。

6.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒由高热导性材料制成。

7.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒至少部分由下列材料之一制造：铸铁、合金钢、铜或它们的组合。

8.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒有一个适于面向炉内的前表面和一个适于朝向炉外的后表面。

9.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒的前表面包括：

一个凹陷；

一个带有一插孔的插件，所述插孔适于容纳所述设备，并与所述设备孔对准；

所述插件安装在所述凹陷中，并用高热导、热组的材料，或高热导和高热阻的复合材料制成。

10.如权利要求9所述的设备安装结构，其特征在于，所述插件是导热的，且由流体冷却，并由与所述安装盒同样的材料或更高热导性的材料制成。

11.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒含有使炉中的废钢落料折向远离所述安装盒的装置。

12.如权利要求1所述的设备安装结构，其特征在于，所述使废钢折向的装置包括一向炉内倾斜的边。

13.如权利要求12所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒含有挂渣装置以使所述安装盒隔绝于炉热。

14.如权利要求13所述的设备安装结构，其特征在于，所述挂渣装置包含位于所述斜边上的矩形波纹。

15.一种用于炉内设备的安装结构，该设备位于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁用多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装盒包括：

一个位于所述侧壁内的用流体冷却的安装盒；

所述安装盒有一个适于面向炉内的前表面和一个适于朝向炉外的后表面，所述前、后表面间的宽度约等于所述台阶的宽度；

一个适于容纳所述设备的孔；

一个斜边，它具有向炉内倾斜并带波纹的斜面，用以使装入的废钢落料折向离开所述安装盒，同时用于保持挂渣层；

其中，所述设备孔和插件孔布置成与水平线的安装角为20-50度，以使所述设备的排放流朝向金属熔池，并且所述设备在容纳于所述设备孔时延伸至所述台阶边缘附近。

16.一种用于带火焰排放端的设备的安装方法，该设备用于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁由多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装方法包括：

将设备安装成，使得其火焰排放端延伸到接近炉内台阶的边缘；

使设备相对于水平方向的安装角在30-60度之间，以使设备的火焰排放端朝向熔融金属的液面；

使设备相对于径向方向的安装角在0-20度之间，以使设备的火焰排放端朝向炉内的金属熔体循环流。

17.一种用于多个带排放端的设备的安装结构，该设备用于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁由多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装结构包括：

一个安装盒，其宽度约等于耐火材料台阶的宽度，所述安装盒具有一适于容纳所述第一设备的第一孔和一适于容纳所述第二设备的第二孔；

至少有一块壁板适于容纳所述安装盒；

其中，所述第一设备在容纳于所述第一孔时，其火焰排放端延伸至所述台阶的边缘附近；

所述第二设备在容纳于所述第二孔时，其火焰排放端延伸至所述台阶的边缘附近。

18.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述第一孔以一第一安装角布置而使所述第一设备的排放口朝向熔融金属；

所述第二孔以一第二安装角布置而使所述第二设备的排放口朝向熔融金属。

19.如权利要求18所述的设备安装结构，其特征在于，所述第一安装角与水平线的夹角成30-60度；

所述第二安装角与水平线的夹角成30-60度。

20.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒采用流体冷却。

21.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒采用下列高热导性材料之一制造：铸铁、不锈钢或铜。

22.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒有一个适于面向炉内的前部区域和一个适于朝向炉外的后部区域。

23.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒包含使炉内的废钢落料折向离开所述安装盒的装置。

24.如权利要求23所述的设备安装结构，其特征在于，所述废钢折向装置包含一个向炉内倾斜的斜边。

25.如权利要求17所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒具有挂渣装置以使所述安装盒隔绝于炉热。

26.一种用于多个带排放端的设备的安装结构，该设备用于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁由多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装结构包括：

一块流体冷却侧壁，适于容纳所述安装盒；

一个流体冷却的安装盒，安装在所述侧壁内侧，所述安装盒有一个适于面向炉内的前部区域和一个适于朝向炉外的后部区域，所述前、后部区域间的宽度约等于所述台阶的宽度，一个斜边，它具有向炉内倾斜并带波纹的、用以使装入的废钢落料折向离开所述安装盒斜面以及用于保持挂渣层的装置，所述安装盒还有一适于容纳一第一设备的第一孔和一适于容纳一第二设备的第二孔；

其中，所述第一和第二孔相对于水平线的安装角不大于60度，以所述第一和第二设备的火焰排放端朝向熔融金属；

所述第一和第二设备在容纳于所述第一和第二孔中时，其火焰排放端部延伸至所述台阶的边缘附近。

27.一种用于炉内设备的安装盒，该设备位于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁用多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装盒包括：

一个位于所述侧壁内的用流体冷却的盒；

所述盒有一个适于面向炉内的前部区域和一个适于朝向炉外的后部区域，所述前、后部区域间的宽度约等于所述台阶的宽度；

一个适于容纳一第一设备的孔；

一个适于容纳一第二设备的孔；

一个带有波纹并向炉内倾斜的斜边，用以使装入的废钢落料折向离开所述安装盒；

用于保持一挂渣层的装置；

其中，所述第一孔和第二孔都相对于水平线布置成20-50度的安装角度，以使第一和第二设备的排放端朝向熔融金属，并且所述第一和第二设备在容纳于所述第一和第二孔时，其排放端延伸至所述台阶的边缘附近。

28.一种用于多个带排放端的设备的安装方法，该设备用于这样一种炉子中，其炉膛由耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁由多个流体冷却壁构成，炉膛和侧壁之间形成一个台阶，所述安装方法包括：

安装第一设备，使其排放端延伸至炉内台阶的边缘附近；

使所述第一设备与水平方向的安装角在30-60度之间，以使所述设备的排放端朝向熔融金属液面；

使所述第一设备与朝向炉子中心的径向方向的安装角在0-20度之间，以使所述设备的排放端朝向炉子的循环流。

安装第二设备，使其排放端延伸至炉内台阶的边缘附近；

使所述第二设备与水平方向的安装角在30-60度之间，以使所述设备的排放端朝向熔融金属液面；

使所述第二设备与朝向炉子中心的径向方向的安装角在0-20度之间，以使所述设备的排放端朝向炉子的循环流。

29.一种用于带排放端的设备的安装结构，该设备用于这样一种炉子中，其炉膛用耐火材料砌筑，用于盛装熔融金属，侧壁用多个流体冷却板构成，炉膛和侧壁之间有一个台阶，所述安装结构包括：

一个用于安装所述设备的安装盒，适于安装在所述侧壁内侧；

所述安装盒的深度约等于耐火材料台阶的深度，并具有一个与耐火材料的台阶热接触的冷却区域。

30.如权利要求29所述的设备安装结构，其特征在于，所述冷却区域将热量传递到用流体冷却的所述安装盒的至少一个部分。

31.如权利要求29所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒包含一个与耐火材料台阶热接触的底面。

32.如权利要求30所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒的至少所述底面是由流体冷却。

33.如权利要求32所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒是一用流体冷却的块状体。

34.如权利要求32所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒是一流体冷却盒，它具有至少一个前壁和一个底壁。

35.如权利要求34所述的设备安装结构，其特征在于，所述安装盒由导热的导管构成。

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