TW508428B - Quadrilateral assembly for coherent jet lancing and post combustion in an electric arc furnace - Google Patents

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508428 A7 __________B7_ 五、發明説明（r) 發明領域 本發明係關於電弧爐作業，且更特別是關於在電弧爐 中的密集噴射作業。 背景技術 在氣體動力學的領域中一個近來的顯著的成就要屬密 集噴射技術，此技術能夠產生雷射狀的氣體噴射，且能移 動很長的距離而仍舊維持其起初速度而僅僅增加一點點噴 射直徑。密集噴射技術中一項非常重要的商業應用就是在 電弧爐作業中，例如用來提供切割用的氣體。因此，希望 能夠產生任何在密集噴射作用中與電弧爐中的改良。 於是，本發明的一目的就是要提供一種系統，其中密 集噴射作業與電弧爐的其他操作將會更有效率地實施。 發明槪述 對於熟知此項技術者來說，在閱讀了本案之後，上述 及其他的目的將會變得很明顯。其中本發明的一項型態 是： -一種四邊形總成，適用於安裝到電弧爐的一壁內，此 電弧爐包含一密集噴射開口，用於以第一向下角度提供一 密集噴射氣體到電弧爐中；一碳注射噴嘴，係位於此密集 噴射開□的下方或側邊；及至少一後燃燒噴嘴，用於提供 至少一個氧化劑流到電弧爐中，該氧化劑流是呈現比第---· 向下角更小的第二向下角。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公廣) 一 -4 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 __. 經濟部智慧財產局Μ工消费合作社印製 508428 A7 ___B7_ 五、發明説明（2 ) 本發明的另一項型態是： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 一種四邊形總成，適用於安裝到電弧爐的一壁內，此 電弧爐包含一密集噴射開口，用於以第一向下角度提供一 密集噴射氣體到電弧爐中；一碳注射噴嘴，係位於此密集 喷射開口的下方或側邊；及多數後燃燒噴嘴，用於提供多 數氧化劑流到電弧爐中，該後燃燒噴嘴係被定向以致於氧 化劑流會匯聚起來以便在電弧爐中形成一大片氣體。 本發明的另一個型態是： 一種提供氣體到電弧爐中的方法，包含以下步驟：從 四邊形總成的一密集噴射開口以第一向下角向下通過一密 集噴射氣體到電弧爐中；從四邊形總成的一第一後燃燒噴 嘴以小於第一向下角的第二向下角通過第一流的後燃燒氧 .化劑到電弧爐中；從四邊形總成的一第二後燃燒噴嘴以一 角度通過第二流的後燃燒氧化劑到電弧爐中以便與第一流 的後燃燒氧化劑一起匯聚；及在電弧爐中由第一與第二流 後燃燒氧化劑而形成一大片後燃燒氧化劑。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 在此所使用的詞''密集噴射（coherent」et)"意指一氣 流，其直徑沿著其長度大致上依舊是相同的。密集噴射通 常會外圍著一火焰外層，且通常會具有超音速。 在此所使用的詞'"切割Uanc丨ng)"意指從液體表面上方 的氣流提供氣體到液體內。 在此所使用的詞 '後燃燒（P 〇 s t c 〇 m b u s t ίο η) 〃意指提供 氧化劑到電弧爐中以便與熔融金屬表面上方的燃燒物質在 表面內一起燃燒。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210X 297公釐） -5- 508428 A7 B7 五、發明説明（3) 圖示簡易說明 圖1是一剖面圖，顯示一電弧爐的操作。 圖2是一正視圖，顯示本發明四邊形面板或總成之一 較佳實施例。 圖3是一簡化側視圖，顯示本發明之後燃燒氧化劑片 實施例型態。 圖4是一正視圖’顯示本發明使用氧化劑片後燃燒作 業之四邊形面板或總成的一較佳實施例。 元件對照表 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局肖工消費合作社印製 1 第 —* 四 邊 形 部 2 第 二 四 邊 形 部 3 密 集 噴 射 開 □ 4 碳 注 射 器 噴 嘴 ς 後 燃 燒 噴 嘴 6 後 燃 燒 噴 嘴 7 後 燃 燒 噴 嘴 20 電 弧 爐 2 L 側 壁 22 底 壁 2 3 熔 融 金 屬 23 熔 融 金 1霸 池 24 爐 渣 層 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） • 6 - 508428 A7 B7 五、發明説明（4 ) 25 廢料金屬層 26 電極 27 排氣導管 40 四邊形總成 41 密集噴射 42 含碳材質流 45 流 46 流 47 流 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慈財產局員工消費合作社印¾ 較佳實施例之詳細說明 以下將參考附圖說明本發明。現在參考圖丨，顯示一電 弧爐20，其具有側壁21及底壁22，且含有一槽，此槽包 含一池熔融金屬23。一般’此金屬會包含鐵或鋼。可以是 熔融狀或固態的爐渣層24亦顯不於此池熔融金屬的上方， 且廢料金屬層25亦顯示在爐渣層24上。爐渣層一般包含 氧化鈣、二氧化矽、氧化鎂、二氧化鋁及氧化鐵之一種或 更多。假如存在的話，廢料層會被電極26所提供的熱量而 融化以形成熔融金屬池23。除了金屬之外，熔融金屬池包 含可氧化的物質，例如碳及/或碳氫化合物。使用排氣導管 27將廢氣排出爐外。 氣體從側壁進人爐内用於切割或燃燒以便幫助廢料融 化及/或維持足夠的溫度以確保溶融條件。氣體也進入爐内 以用於後燃燒。而且，含碳材質也可以進入爐內以便與熔 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 508428 A7 B7 __ 五、發明説明（5 ) (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 融金屬混合而與急速前進的氧一起燃燒。因此，這樣的操 作已經被使用個別的總成及/或使用在爐壁內不完整裝K白勺 圓柱導管而分開實施。本發明對於習知作業方式具有*顯^ 的優點。 在實施本發明時，使用一四邊形總成而將切割氣體' 後燃燒氧化劑及含碳材質均提供到電弧爐內。最好lit Ε ϋ 形總成具有90度的夾角，一爐可以使用一個或多個追丨永的 四邊形總成。 現在參考圖2，四邊形總成40包含第一四邊形部1 ’ 在此實施例中是一正方形，及一第二四邊形部2，在此實施 例中是一矩形。四邊形總成40適用於安裝到一側壁中’最 好是與電弧爐的側壁平齊，且放置四邊形總成以便將氣體 .提供到爐內，如圖1所示。總成一般是水冷式且約有四吋 厚。第一四邊形部1的一般尺寸是1 2 X 1 2吋而第二四邊形 部的尺寸是6χ 1 2吋，當然也可以使用其他適當的尺寸。第 二四邊形部2可以在第一 Ε邊形部1的左邊·右邊或上 面。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 密集噴射開口 3係位於四邊形總成40的第一四邊形部 1中。一般，總成40是位於爐壁21內，致使密集噴射開口 是位於熔融金屬表面上方大約24到50吋。密集噴射開口 3 內放置有一密集噴射注射器，係以第一向下角朝熔融金屬 提供一密集噴射4 1到爐內。第一向下角一般相對於水平方 向是落在35到50度的範圍內，最好大約是40度。密集噴 射4 1可以相對於四邊形總成40的側邊而筆直地注入爐 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） -8- 508428 A7 ___B7_ 五、發明説明（6 ) 內’如圖2所示，或者可以有角度地從旁邊注入左邊或右 邊。假如有角度地從旁邊的話，此旁邊角不可以超過30 度’且最好不要超過20度。美國專利案No. 5 8 1 4 1 25與 No.609 626 1這兩件專利案中有提到產生密集噴射的方法與 結構。一般，密集噴射注射器會包含一匯聚/發散噴嘴及一 火焰外層提供機構，此機構係以一環的形式圍繞匯聚/發散 噴嘴。可以使用任何氣體作爲產生密集噴射的氣體，例 如，包括純氧或富含氧的空氣，當氣體用於在電弧爐內燃 燒時，這些氣體特別有用，及一惰性氣體，例如氬，一種 或多種惰性氣體的混合物，當氣體是用於在電弧爐中攪拌 時，這類的氣體是特別有用。 在四邊形總成40的密集噴射開口 3之下面或側邊的是 .一碳注射器噴嘴4，係用以提供一含碳材質流42到爐內。 此含碳材質一般是在攜帶氣體中的粉狀煤，但也可以是液 體，例如油，甚至氣體的也行，例如甲烷、丙烷等。含碳 材質流42係導入到熔融金屬，且最好以一角度使得含碳材 質流42密集噴射4 1會在熔融金屬槽中的同一點相撞。在 其中密集噴射是有角度地從旁邊時，碳注射器噴嘴最好在 能夠縮小長度的一邊，此長度係指含碳流在槽中碰見密集 噴射之前時必須移動的距離。 四邊形總成亦包括至少一後燃燒噴嘴。在圖2所示的 實施例中，用於提供後燃燒氧化劑到爐內的後燃燒噴嘴5， 6及7係位於四邊形總成40中。在圖2所示的實施例中， 多數後燃燒噴嘴5，6及7係位於四邊形總成40的四邊形部 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X：Z97公釐)~一 一 -9 - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 4 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 508428 A7 B7 五、發明説明（7 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2内。每個後燃燒噴嘴分別提供氧化劑流45, 46及47以便 於在爐內後燃燒。氧化劑可以是空氣、富含氧之空氣或純 氧。一般後燃燒氧化劑具有氧的濃度大約在70mole百分 率，最好是至少90mole百分率，最好是至少95mole百分 率。後燃燒氧化劑流具有亞音速的速度，一般是在1 00到 980 ft/sec的範圍內，且一般是在〇.20到0.75馬赫的範圍 內。 圖2顯示一較佳實施例，其中多數後燃燒氧化劑流各 以小於第一向下角之第二向下角進入爐內，且一般相對於 水平方向在20到30度的範圍內。後燃燒氧化劑流可以向 下或向旁邊，雖然一般來說它們是呈現不同的向下角，如 此以便較佳地覆蓋其中熔融金屬產生一氧化碳之區域。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 圖3顯示本發明另一個較佳的實施例，其中至少兩個 後燃燒氧化劑流會匯聚以便形成一後燃燒氧化劑片。現在 參考圖3，第一後燃燒氧化劑流50係從第一後燃燒噴嘴5 1 注入爐內，且第二後燃燒氧化劑流5 2係從第二後燃燒噴嘴 5 3注入爐內。此兩個後燃燒噴嘴一般是相隔3到8吋，最 好大約是相隔4吋，如圖3中L所示，且一彼此相向的角 度注射其個別後燃燒氧化劑流，致使當後燃燒氧化劑流匯 聚時，能形成--·個角度Θ。β —般是在5到45度的範圍 內’最好是在10到20度的範圍內，一般大約是丨2度。匯 衆的後燃燒氧化劑流形成一後燃燒氧化劑片54，用以在電 弧爐的頭部空間中增進後燃燒氧化劑的氧與氧化物種之接 觸’藉此增進後燃燒的效果。後燃燒氧化劑流匯聚而形成 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） '~ -10 - 508428 A7 B7 五、發明説明（8 ) 此片係用以限制每個後燃燒氧化劑穿入爐內，而仍維持後 燃燒氧化劑流的高速。 圖4顯示本發明使用後燃燒氧化劑片之操作。在圖4 中，與圖2與3相同的元件則以相同的參考數字表示，於 此不再贅述。一般，後燃燒氧化劑片的向下角將會相對於 水平方向10到40度之間，最好是在20到30度的範圍之 間，一般大約是2 5度。 雖然已經參考特定的實施例來詳細說明本發明，但^ g 對於熟知此項技術者來說，在不背離本發明的精神與範圍 之前提下，仍會輕易產生出許多實施例。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

經濟部智慧財產局工消費合作钍印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)鐵格_

Claims (1)

1. 508428 A8 B8 C8 ____ D8 六、申請專利範圍 q (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 1 . 一種四邊形總成，適用於安裝到電弧爐的一壁內， 此電弧爐包含一密集噴射開口，用於以第一向下角度提供 一密集噴射氣體到電弧爐中；一碳注射噴嘴，係位於此密 集噴射開口的下方或側邊；及至少一後燃燒噴嘴，用於提 供至少一氧化劑流到電弧爐中，該氧化劑流是呈現比第一 向下角更小的第二向下角。 2. 如申請專利範圍第1項之四邊形總成，進一步包含一 第一四邊形部及一第二四邊形部，該.第一四邊形部放置有 密集噴射開口及碳注射噴嘴，且該第二四邊形部放置有·該 後燃燒噴嘴。 3. 如申請專利範圍第1項之四邊形總成，其中碳注射 噴嘴是位於密集噴射開口的下面及側邊。 4. 如申請專利範圍第1項之四邊形總成，進一步具有 多數後燃燒噴嘴，用以提供多數氧化劑流到電弧爐內。 5. 如申請專利範圍第4項之四邊形總成，其中至少兩 個多數後燃燒噴嘴係被定向，致使從該噴嘴的個別氧化劑 流會具有不同的向下角。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 6-種四邊形總成，適用於安裝到電弧爐的一壁內， 此電弧爐包含一密集噴射開口，用於以第一向下角度提供 一密集噴射氣體到電弧爐中；一碳注射噴嘴，係位於此密 集噴射開口的下方或側邊；及多數後燃燒噴嘴，用於提供 多數氧化劑流到電弧爐中，該後燃燒噴嘴係被定向以至於 氣化劑流會匯聚起來以便在電弧爐中形成一大片氣體。 7.如申請專利範圍第6項之四邊形總成’進一步包含 1紙張尺度適用中國國家梯準（CNS ) A4说格（210X297公釐） " -12- 508428 A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 2 ~第一四邊形部及一第二四邊形部，該第一四邊形部放置 有密集噴射開口及碳注射噴嘴’且該第二四邊形部放置有 該多數後燃燒噴嘴。 8. 如申請專利範圍第6項之四邊形總成，其中碳注射 噴嘴是位於密集噴射開口的下面及側邊。 9. 一種提供氣體到電弧爐中的方法，包含以下步驟： 從四邊形總成的一密集噴射開口以第一向下角向下通過一 密集噴射氣體到電弧爐中；從四邊形.總成的一第一後燃燒 噴嘴以小於第一向下角的第二向下角通過第一流的後燃_燒 氧化劑到電弧爐中；從四邊形總成的一第二後燃燒噴嘴以 一角度通過第二流的後燃燒氧化劑到電弧爐中以便與第一 流的後燃燒氧化劑一起匯聚；及在電弧爐中由第一與第二 流後燃燒氧化劑而形成一大片後燃燒氧化劑。 i〇.如申請專利範圍第9項之方法，進一步包含一步驟， 從四邊形總成的一碳注射噴嘴提供含碳材質流到電弧爐內 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210χ297公羡） -13-