專利名稱：用于直接熔融還原煉鐵的噴槍及其動態多槍爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及冶金工業，具體地涉及一種用于直接熔融還原煉鐵的噴槍及其動態多槍爐。
背景技術：
在現有的冶金工業中，熔爐中采用靜態噴槍。由于噴槍無法運動，因此噴射面積較小，不利于傳熱、攪拌和還原。為了彌補上述缺點，靜態噴槍通常采用較大的噴射氣流量，但是這樣又帶來了更多的噴濺廢塵。
綜上所述，本領域缺乏一種噴射面積大、并降低噴濺強度的多槍爐。因此，本領域迫切需要開發這樣一種能提高噴射面積大、并降低噴濺強度的多槍爐。
發明內容
本發明的目的在于獲得噴射面積大、并降低噴濺強度的多槍爐。
本發明的另一目的在于獲得一種噴射面積大、并降低噴濺強度的多槍爐用噴槍。
本發明的再一目的在于獲得一種直接熔融還原煉鐵的方法。
本發明還有一個目的在于獲得一種多槍爐的用途。
本發明還有一個目的在于獲得一種多槍爐用噴槍的用途。
在本發明的第一方面，提供了一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，所述多槍爐包括爐體、爐腔和部分設置在爐體外的噴槍，其中，所述爐體的頂部設有開口，且所述部分噴槍通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設置一個或多個氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設有活動裝置。
在本發明中“噴槍的一部分通過所述開口”，其含義是，以開口所在平面為分界線，噴槍槍體的一部分設在開口平面以上，一部分設在開口平面以下。
在本發明的一個實施方式中，開口平面以上的槍體部分的長度占槍體總長度的比例包括但不限于10-90％，優選40-60％。
在本發明的一個優選實施方式中，所述活動裝置為萬向節。
在本發明的一個優選實施方式中，所述爐腔包括三個操作區(一)燃燒區；(二)在燃燒區的下方為還原區；(三)在所述還原區的下方為鐵水區。
在本發明的一個優選實施方式中，所述噴槍周圍設有機械裝置，所述噴槍穿過所述機械裝置，且所述機械裝置設置設置在所述活動裝置和所述開口之間的平面上。
在本發明的優選實施方式中，機械裝置與開口所在平面的垂直距離占所述噴槍的槍體上部長度的比例包括但不限于10-90％，優選30-70％，最優選35-40％。所述槍體上部長度是指，從噴槍槍體的頂端到開口所在平面的垂直距離。
在本發明的一個優選實施方式中，所述開口的周圍設置密封裝置。
在本發明的一個優選實施方式中，所述噴槍為動態噴槍，且所述動態噴槍的運動方式包括機械運動和/或自由運動。
在本發明的一個實施方式中，所述機械運動的運動方式包括噴槍的底端圍著爐軸作圓周運動；和/或噴槍的底端作橫向的直線運動；和/或噴槍沿著爐軸作上下運動；和/或或上述運動方式的組合。
在本發明的一個實施方式中，所述自由運動的運動方式是指，自由運動噴槍的運動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機械裝置。由于自由運動噴槍的底端在液體中，而頂端聯著萬向節，因此在自身的氣體噴射影響下，噴槍的底端將會運動，而且噴槍的運動受到頂端萬向節和下端爐體開口直徑的限制，在此范圍內隨機運動。
噴槍的可以是單孔噴口或多孔噴口。例如，一個噴口噴出氣體、一個噴口噴出固體。固體包括鐵礦和/或煤粉。所述鐵礦和/或煤粉可以混合后在一個或多個噴口噴出。鐵礦和煤粉的重量比例可以根據冶金領域的公知的煉鐵方法進行確定。
所述噴口的位置較佳地設在槍體的底端。
本發明還有一個方面提供一種多槍爐用噴槍，所述噴槍部分設置在多槍爐的內部；所述噴槍的上端設置有活動裝置。
在本發明的一個實施方式中，所述噴槍可以是單孔噴口或多孔噴口在本發明的一個實施方式中，所述噴槍進行機械運動和/或自由運動。
在本發明的一個實施方式中，所述噴槍的機械運動的運動方式包括噴槍的底端圍著爐軸作圓周運動；和/或噴槍的底端作橫向的直線運動；和/或噴槍沿著爐軸作上下運動；和/或上述運動方式的組合。
在本發明的一個實施方式中，所述自由運動的運動方式是指，自由運動噴槍的運動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機械裝置。由于自由運動噴槍的底端在液體中，而頂端聯著萬向節，因此在自身的氣體噴射運動影響下，噴槍的運動僅受到頂端萬向節和下端爐體開口半徑的限制，在此范圍內隨機運動。
在本發明的一個優選實施方式中，所述活動裝置為萬向節。
本發明再有一個方面提供一種直接熔融還原煉鐵的方法，包括如下步驟，(a)提供鐵水層和爐渣層；(b)在步驟(a)得到的鐵水層和爐渣層中，采用本發明所述的噴槍噴入鐵礦粉、煤粉，和/或采用氧噴槍噴入含氧氣體；所述鐵礦粉還原后得到鐵水和爐渣；所述噴槍的底端接觸爐渣層。
在一個
具體實施例方式
中，所述鐵水層和爐渣層的重量屬于本領域的公知常識。
在本發明的一個具體實施方式
中，所述噴槍的底端接觸爐渣層，其中噴槍底端浸入礦渣層總厚度的比例根據實際情況而定，這屬于本領域的公知常識。
在本發明的一個優選實施方式中，所述鐵礦粉的顆粒直徑和煤粉的顆粒直徑根據本領域的公知常識。
在本發明的一個優選實施方式中，所述鐵礦粉與煤粉混合后進行噴加，二者按重量計的混合比例可以由本領域技術人員根據公知技術添加。
所述鐵礦粉和煤粉的成分屬于本領域技術人員的公知技術。
所述含氧氣體的含氧量為本領域的公知技術。含氧氣體的氣流量也可以根據現有技術添加。含氧氣體的含氧量、鐵礦粉含鐵量、煤粉含碳量的重量比例由本領域技術人員按照現有技術添加。
在本發明的一個優選實施方式中，所述噴槍進行機械運動和/或自由運動。
在本發明的一個優選實施方式中，氧噴槍進行機械運動和/或自由運動。
本發明再有一個方面提供一種本發明的多槍爐的用途，其用于直接熔融還原煉鐵。
本發明再有一個方面提供一種本發明的噴槍的用途，其用于冶金工業中的氣體噴射和/或固體顆粒噴射。
圖1為本發明的多槍爐的結構示意圖。
具體實施方式
本發明人經過廣泛而深入的研究，通過改進工藝，獲得了能提高噴射面積、并降低噴濺強度的多槍爐。在此基礎上完成了本發明。
本發明的噴槍由于設置在爐頂開口的中央，因此也稱為中央噴槍。
多槍爐所述多槍爐包括爐體、爐腔和設置在爐體外的噴槍；所述爐體的頂部設有開口，且所述噴槍的部分通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設置一個或多個氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設有活動裝置。
在本發明中噴槍的一部分通過所述開口，其含義是，以開口所在平面為分界線，槍體的一部分在開口平面以上，一部分在開口平面以下。其中，開口平面以上的槍體一部分占槍體長度的20-70％。
自由運動噴槍的自由運動可用于冶金工業中不同的氣體噴射和固體顆粒噴射。在本發明的一個實施方式中，所述自由運動的運動方式是指，自由運動噴槍的運動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機械裝置。由于自由運動噴槍的底端在液體中，而頂端聯著萬向節，因此在自身的氣體噴射影響下，噴槍的底端將會運動，且噴槍的運動僅受到頂端萬向節和下端爐體開口半徑的限制，在此范圍內隨機運動。
機械運動用于噴射礦粉的中央噴槍可作下列機械運動a)噴槍的底端圍著爐軸作圓周運動。
b)噴槍的底端作橫向的直線運動。
c)噴槍沿著爐的中心軸作上下運動。
d)上述運動的混合運動。
噴槍的機械運動可用于冶金工業中不同的氣體噴射和固體顆粒噴射。
中央噴槍和氧噴槍本發明的中央噴槍屬于可進行機械運動和/或自由運動的動態噴槍。
作為自由運動噴槍進行運動時，是由于自身的氣體噴射進行運動，而不是借助于外界的機械裝置。
自由運動噴槍是相對用于噴射的靜態噴槍而發明。自由運動噴槍的底端在液體中，而頂端聯著萬向節。自由運動噴槍的運動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機械裝置。當氣體從噴槍射入液體時，沿著自由運動噴槍上升的氣液流將推動自由運動噴槍的運動。由于自由運動噴槍的頂端連著萬向節10，自由運動噴槍的底端將偏離中心線位置。來自氣液流的推力將被噴槍自身的重力平衡和聯合，以使噴槍回復到垂直位置。氣流的推力和噴槍的重力一直在改變方向，導致了自由運動噴槍在液體中的無規則運動。相對于靜態噴槍而言，自由運動噴槍的噴射面積擴大了。自由運動噴槍的噴濺強度將會減少。從水模型的試驗中發現噴槍流速60m/s時，自由運動噴槍的噴濺強度比靜態噴槍在相同的條件下減少30％。
用于機械運動和自由運動的噴槍可以是單孔噴口或多孔噴口。
中央噴槍和氧噴槍可作連續的自由運動。自由運動是由于自身的氣流噴射，而不借助于外部機械裝置。
自由噴槍的運動范圍和強度和噴射氣流的大小成正比。特別是，從水模型的實驗中，當氣體流速達到50-60m/s時，自由噴槍就作大幅度運動。在多槍爐中，噴槍的氣體流速將接近100m/s，甚至更高。而在煉鋼轉爐吹氧除炭工藝中，噴氣流速達到400/s。如此大的氣流動能將在一定程度推動噴槍運動。
以下結合具體實施例，進一步闡明本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。下列實施例中未注明具體條件的實驗方法，通常按照常規條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。
參見圖1，是有關動態多槍熔爐的直接還原煉鐵。多槍爐1是一個直立的圓柱型熔爐并帶有一個中央噴槍4和兩個氧噴槍5。當然，氧噴槍的個數可以根據需要進行選擇。
中央噴槍4設于熔爐的中央并在動態中噴射鐵粉和煤粉的混和物。如圖1所示，中央噴槍4的槍體上設有供固體物質和氣體進入的入口15。所述固體物質例如鐵粉、煤粉。
氧噴槍5圍繞中央噴槍4放置并在動態中噴射含氧氣體。在本實施例中，氧噴槍5的個數為2個，對稱設置在中央噴槍4的兩側。
氧噴槍5的底端噴口位于中央噴槍4噴口的上方。熔爐的爐頂為每一個噴槍設有一個開口，如圖所示，中央噴槍4通過開口13，也即，中央噴槍4的槍體的上部設在多槍爐1的爐體16外，而下部伸入多槍爐1的爐腔17內。
開口13周圍的密封裝置14用于減少爐氣的通過。此外，熔爐設有排放煙氣的出口9和鐵水、爐渣的出口8。
動態的中央噴槍將有助于熔池的攪拌，熱能的傳遞和二次燃燒。動態噴槍可分為機械運動和自由運動。連續的噴槍運動是該過程的明顯特征以區別于靜態噴槍。
在工作中，動態多槍爐可分為三個操作區。
燃燒區6-在氧噴槍5的噴口下方，接近爐渣層3。氧氣將燃燒CO，H2和煤焦以提供熱能。氧噴槍5的運動將有助于氣體的混合和燃燒。
還原區7-在中央噴槍4口的下方，接近爐渣的下層，FeO被煤焦，Fe-C中的炭和還原氣還原。連續的中央噴槍4運動將有助于FeO的快速還原。
鐵水層2-還原的鐵水在熔爐的底層準備出料。中央噴槍4的運動在一定程度上可影響鐵水層的攪動。
爐渣層的下層為還原區，爐渣層的上層接近燃燒區。
在工作中，中央噴槍4在機械裝置11的作用下可作下列機械運動(1)當噴槍的上端連著萬向節10，噴槍的底端可繞熔爐的中心軸作圓周運動。
(2)中央噴槍4可以機械地上下運動。
(3)中央噴槍4的底端可作直線運動，而上端連著萬向節10。
中央噴槍4的底端接觸爐渣層3。當中央噴槍4進行運動時，其運動直接傳遞到爐渣層3。所有這些機械運動將改變溶池的流向。
同時，中央噴槍4的運動還能改變噴射的固體顆粒和液體的相互作用。同靜態噴槍相比，鐵礦粉和煤粉將被噴射到更大的范圍。冷的固體顆粒將有效地被熱的溶池溶化。
氧噴槍也可作上述的機械運動，以便增強氣體攪拌、二次燃燒和熱傳遞。
本發明的噴槍4除了進行機械運動以外，還可進行自由運動。例如，如圖1中所示的虛線所示意。
自由運動的噴槍4是相對用于噴射的靜態噴槍而發明。自由運動的噴槍4的底端在液體中，而頂端聯著萬向節10。自由運動噴槍4的運動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機械裝置。當氣體從噴槍4射入液體時，沿著自由運動噴槍4上升的氣液流將推動自由運動噴槍4的運動。由于自由運動噴槍4的頂端連著萬向節10，自由運動噴槍4的底端將偏離中心線位置。來自氣液流的推力將被噴槍4自身的重力平衡和聯合，以使噴槍4回復到垂直位置。氣流的推力和噴槍4的重力一直在改變方向，導致了自由運動噴槍4在液體中的無規則運動。
相對于靜態噴槍而言，自由運動噴槍的噴射面積擴大了。自由運動噴槍的噴濺強度將會減少。從水模型的試驗中發現自由運動噴槍的噴濺強度比靜態噴槍在相同的條件下減少30％。
在多槍爐中，自由運動噴槍可用于中央噴槍噴射鐵礦粉和煤粉。自由運動噴槍的運動將把冷的礦、煤粉噴入到更大的范圍，這會有助于傳熱、攪拌和還原。自由運動噴槍的低噴濺強度有利于減少噴濺廢塵。
在本發明提及的所有文獻都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻被單獨引用作為參考那樣。此外應理解，在閱讀了本發明的上述講授內容之后，本領域技術人員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權利要求書所限定的范圍。
權利要求
1.一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，其特征在于，所述多槍爐(1)包括爐體(16)、爐腔(17)和部分設置在爐體(16)外的噴槍(4)，其中，所述爐體(16)的頂部設有開口(13)，且所述部分噴槍(4)通過所述開口(13)；所述開口(13)上圍繞所述噴槍(4)設置一個或多個氧噴槍(5)；其中，所述噴槍(4)的上端設有活動裝置(10)。
2.如權利要求1所述的多槍爐，其特征在于，所述噴槍(4)周圍設有機械裝置(11)，所述噴槍(4)穿過所述機械裝置(11)，且所述機械裝置設置(11)設置在所述活動裝置(10)和所述開口(13)之間的平面上。
3.如權利要求1所述的多槍爐，其特征在于，所述噴槍為動態噴槍，且所述動態噴槍的運動方式包括機械運動和/或自由運動。
4.一種多槍爐用噴槍，所述噴槍(4)部分設置在多槍爐(1)的內部；其特征在于，所述噴槍(4)的上端設置有活動裝置(10)。
5.如權利要求1所述的噴槍，其特征在于，所述活動裝置(10)為萬向節。
6.一種直接熔融還原煉鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)提供鐵水層(2)和爐渣層(3)；(b)在步驟(a)得到的鐵水層(2)和爐渣層(3)中，采用權利要求4所述的噴槍(4)噴入鐵礦粉、煤粉，和/或采用氧噴槍(5)噴入含氧氣體；所述鐵礦粉還原后得到鐵水和爐渣；所述噴槍(4)的底端接觸爐渣層(3)。
7.如權利要求6所述的方法，其特征在于，所述噴槍(4)進行機械運動和/或自由運動。
8.如權利要求6所述的方法，其特征在于，氧噴槍(5)進行機械運動和/或自由運動。
9.一種如權利要求1所述的多槍爐的用途，其特征在于，用于直接熔融還原煉鐵。
10.一種如權利要求4所述的噴槍的用途，其特征在于，用于冶金工業中的氣體噴射和/或固體顆粒噴射。
全文摘要
本發明提供了一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，所述多槍爐包括爐體、爐腔和設置在爐體外的噴槍；所述爐體的頂部設有開口，且所述噴槍的部分或全部通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設置一個或多個氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設有活動裝置。本發明還提供了一種直接熔融還原煉鐵的方法。本發明的多槍爐噴射面積大、并降低噴濺強度。本發明的噴槍分為機械運動噴槍和自由運動噴槍，連續的噴槍運動是該過程的明顯特征以區別于靜態噴槍。
文檔編號C22B5/12GK1916189SQ20061012918
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月7日 優先權日2005年9月8日
發明者范全榮 申請人:范全原