專利名稱：用于電弧爐的燃燒器和噴槍組合設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于在電弧爐中熔融金屬(例如含鐵材料)的燃燒器(燒嘴)和噴槍。
背景技術：
電弧爐中的熔融工藝(方法)是半間歇式工藝，在電弧爐中，每個熔融過程通過籃 或桶裝填兩到四次冷的金屬原料，通常為金屬廢料。電弧熔融工藝以及其中使用氧的優點在由M. Grant和B. Allemand于2000年AISE 電弧爐會議(AlSE Electric Arc Furnace ConferenceProceedings, 2000)的論文集中發 表的文章"Efficiency of oxygentechnologies in the EAF，，中有所論述。在電弧爐中熔融金屬的方法(以下稱為“熔融方法”)基本上包括兩個步驟 熔融步驟，和·精煉步驟。在熔融步驟期間，將固體金屬原料裝填入爐中，并且向爐中的固體金屬原料供給 熱量以便預熱和熔融金屬。一方面，通過電弧爐的電極或相提供熱量，另一方面，通過安裝 在電弧爐中的一個或多個燃燒器提供熱量，所述燃燒器的火焰被導引至固體金屬原料。當 向電弧爐加入一桶或一籃新的金屬原料時，繼續執行熔融步驟以便熔融新加入的金屬原 料。在電弧爐中僅能安裝有限數目的燃燒器，通常每個爐殼體安裝四個燃燒器。一般而言，燃燒器安裝在-AC (交流)爐上的相位之間，-熔渣門附近，以及-貯槽附近。在熔融步驟的末尾，當基本上所有的固體金屬原料已經被熔融時，熔融金屬進入 精煉步驟。在精煉步驟期間，對熔融金屬進行精煉以便獲得期望的組成。通常，使用氧的超 音速射流來穿透熔渣并為熔融鋼脫碳。精煉步驟通常還包括泡沫渣工序，在該工序中氧和 煤粉一同噴射以產生泡沫渣。在新的和改裝過的多功能器械的電弧爐中，將燃燒器和超音速噴槍組合至單個設 備中獲得越來越多的認可。在已知的多功能器械中，設置有收縮-擴張噴嘴的燃燒器和噴槍以同軸布置相組 合。申請人將這種已知的多功能器械商業化，商標為Pyrejet 。如同常規的、非多功能器械燃燒器一樣，在引入每一桶金屬原料后，使用多功能器 械的燃燒器預熱和熔融金屬原料，特別是廢料。燃燒器還能避免或消除爐中的冷區域。噴槍的主要目的是在精煉期間產生超音速流，使得所得到的集中的氧射流能夠穿 透熔渣并為鋼脫碳。當多功能器械還設置有噴射煤粉的裝置時，噴槍還可用于在精煉期間 與煤噴射相結合以產生泡沫渣。盡管在電弧爐中使用已知的多功能器械已引起電弧爐熔融方法的能量效率顯著提高，但仍需要通過可靠的裝置實現更高的能量效率。已顯示，在精煉期間，超音速噴嘴/超音速氧射流在電弧爐中最佳定向為相對于 熔融池(即相對于水平平面)在約40°到約45°的范圍中。已發現，在熔融步驟期間，燃燒器/燃燒器火焰的最佳傾度通常為相對于水平平 面約20°。因此，考慮到在已知的多功能器械中燃燒器和噴槍之間的同軸布置，則這兩個最 優范圍需要進行折衷。通常認為超音速噴嘴/超音速氧射流的最優傾度優先于燃燒器/火 焰的最優傾度，且已知多功能器械通常以約45°的角度安裝。因此，已知的多功能器械存在的不便在于燃燒器沒有根據其最優傾度安裝，因而 與常規的具有最優燃燒器傾度的非多功能器械燃燒器相比，多功能器械在熔融步驟期間的 加熱效率降低。另外，電弧爐中的熔融工藝的一個重要因素是在熔融步驟期間廢料或金屬原料堆 的幾何形狀的演變。隨著熔融的進行，固體金屬原料堆的高度降低。另一方面，當一桶新的 金屬原料被加入電弧爐時，爐中固體金屬原料堆的高度突然升高。由于在已知的多功能器械中燃燒器具有固定的位置和傾度，因而燃燒器的位置以 及燃燒器和燃燒器火焰的定向也是折衷的結果，未主動響應于金屬原料堆的幾何形狀，從 而又降低了燃燒器的加熱效率。由US-A-2003/0075843可知，通過機械裝置致動電弧爐中的多功能器械或使其樞 轉。此方法在例如在電弧爐中產生的高污染環境下不耐用，因為在這種情況下驅動部件遭 受嚴重的機械的和化學的侵害。發明中容本發明的目的是進一步提高電弧爐中熔融工藝的能量效率。本發明能通過提供一種包括燃燒器和噴槍的設備進一步提高這種熔融工藝的能 量效率，該設備能夠使由燃燒器產生的火焰的方向通過與由噴槍產生的氣態射流的流體相 互作用而偏向(方向偏離，偏移，deviate)。本發明還涉及一種在設置有根據本發明的設備的電弧爐中熔融金屬原料的工藝 方法，其中，在至少部分的該工藝過程期間，使用燃燒器來燃燒燃料和氧化劑并在電弧爐中 產生火焰，以及通過由噴槍噴入電弧爐中的致動)氣體的射流使所述火焰偏向。因此，能量效率的提高可例如通過改變在熔融工藝過程中由燃燒器產生的火焰的 定向以考慮在熔融工藝過程中廢料或金屬原料堆的幾何形狀的演變來實現，和/或通過改 變由燃燒器產生的火焰的定向從而更好地消除爐中的冷的部位來實現。
下面參照圖1至圖3進一步對本發明進行詳細描述，其中圖1是根據本發明的設備的第一實施例的局部截面的示意性側視圖，該設備安裝 在電弧爐的壁或殼體中。圖2是根據本發明的設備的第二實施例的局部截面的示意性側視圖，該設備安裝 在電弧爐的壁或殼體中。圖3是適合用于所述設備中的噴槍的具體實施例的局部示意性剖視圖。
圖4是根據本發明的工藝方法，通過由噴槍產生的致動氣體射流使由燃燒器產生 的火焰偏向的示意性描述。在圖4所示的實施例中，噴槍出口孔位于燃燒器出口孔的豎直 上方。
具體實施例方式本發明因而提供了一種用于電弧爐中的新設備1，所述設備包括燃燒器2和噴槍 3。燃燒器2具有燃燒器出口孔21，該燃燒器出口孔在使用時打開通向電弧爐。燃燒器還限 定了燃燒器軸線22。噴槍3具有噴槍出口孔31，在使用時該噴槍出口孔打開通向電弧爐。噴槍還限定 了噴槍軸線32。噴槍設置有具有音速喉道37的收縮-擴張噴嘴36，也稱為拉瓦爾(Laval) 噴嘴。這樣的收縮-擴張噴嘴或拉瓦爾噴嘴設計成根據上游壓力產生超音速或亞音速氣體 射流如果上游壓力高于噴嘴設計的額定壓力，則氣體以超音速離開噴嘴；如果上游壓力 低于額定壓力，則氣體以亞音速離開噴嘴。根據本發明，噴槍出口孔31和燃燒器出口孔21不是同心的。而是彼此相距一距 離D，所述距離D最大為噴槍直徑的20倍，并優選不大于音速喉道37的直徑d的10倍。噴槍軸線32與燃燒器軸線22形成一角度α，所述角度α在從10°到40°、優選 從15°到30°的范圍內。例如，角度α可為約25°。以這種方式，所述設備能夠通過與由噴槍產生或噴射的氣態射流的流體相互作用 使得由燃燒器產生的火焰的方向偏向。根據本發明的一個優選實施例，噴槍3在收縮_擴張噴嘴的下游設置有擴張噴嘴 33，從而當燃燒器2和噴槍3同時操作時，與不具有所述第二擴張噴嘴的情況相比，由噴槍 噴射的射流覆蓋了由燃燒器產生的火焰外圍的更大區域。可與第二擴張噴嘴相組合的另一 個選擇是使噴槍3設置有一個或多個用于在噴槍出口孔31附近噴射輔助氣體的輔助噴射 器34。在噴槍3的操作過程中，通過一個或多個輔助噴射器34噴射這樣的輔助氣體，加寬 了由噴槍噴射的射流，因此與不具有輔助氣體噴射的情況相比，所述射流覆蓋了由燃燒器2 產生的火焰外圍的更大區域。這種由噴槍噴射的射流引起的加寬能提供由噴槍產生的射流 和由燃燒器產生的火焰之間的更有效或更高效的流體相互作用，從而提供更有效或更高效 的火焰偏向。該設備優選地還包括水冷板4，燃燒器2和噴槍3安裝在該水冷板中或穿過該水 冷板安裝。在爐中使用時，水冷板為燃燒器和噴槍提供冷卻，從而提供保護避免由于過熱損 壞。盡管根據本發明的設備的一個優選實施例，燃燒器和噴槍安裝在單個水冷板中，但本發 明還包括了燃燒器和噴槍各自安裝在單獨的水冷板中的實施例。該設備通常還包括適合在精煉過程中用于泡沫渣處理的煤粉噴射器(未示出)。 在這種情況下，煤粉噴射器優選地也安裝在水冷板4中或穿過水冷板4安裝。在使用時，所述設備安裝在電爐中，例如在交流電弧爐中的相位之間、熔渣門附近 和/或貯槽附近。該設備優選地安裝在電弧爐中，使得燃燒器軸線22與水平平面形成角度β，該角 度β為從10°到40°，優選從15°到30°。角度β為這樣的角度，當通過由噴槍3產生 的射流未使所述火焰偏向時，燃燒器2在該角度下將其火焰噴入電弧爐中。
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噴槍軸線32優選與水平平面形成角度Y，該角度Y為從30°到60°，優選從 35° 到 45°。噴槍出口孔31有利地位于燃燒器出口孔21所在的水平平面上方，并且可以在燃 燒器出口孔21的正上方或基本上豎直上方。當該設備包括煤粉噴射器時，此煤粉噴射器優選具有通向電弧爐中的煤噴射器 孔，該煤噴射器孔位于燃燒器出口孔21所在的水平平面下方，并且可以在燃燒器出口孔21 的正下方或基本上豎直下方。本發明還包括設置有一個或多個這種設備的電弧爐。本發明還涉及一種在電弧爐中熔融金屬原料、通常為鐵質金屬原料(通常為金屬 廢料)的方法，該電弧爐設置或設置有一個或多個本發明的設備。本發明的方法包括熔融步驟和精煉步驟。在此方法中，在至少部分的熔融步驟期 間使用燃燒器2以在電弧爐內產生火焰23。在至少部分的精煉步驟期間使用噴槍3以產生 超音速射流。根據本發明，在至少部分的熔融步驟期間使用噴槍3以在燃燒器產生火焰23 時將致動氣體的射流35噴入電弧爐中，從而通過火焰23和致動氣體的射流35之間的流體 相互作用使得由燃燒器2產生的火焰23偏向。在本文中，術語“致動氣體射流”或“致動氣體的射流” 35意為在燃燒器2產生火 焰23的同時由噴槍3噴射的氣體射流，使得在氣體射流和火焰之間產生流體相互作用，如 圖3所示，從而使火焰偏離在不存在致動氣體射流時火焰所具有的方向(在圖3中，在不存 在致動氣體射流時獲得的火焰用虛線示出)。應當認識到，本發明的一個重要優點是其允許改變由燃燒器2產生的火焰23的 定向，而不需要暴露于在電弧爐內部存在的高污染和強腐蝕性環境的額外的機械或驅動部 件。通過使用噴槍3改變火焰的定向，本發明也不需要為了使燃燒器火焰偏向而在電弧爐 中安裝額外的噴槍或噴射器。有利的是，可在一桶原料熔融開始時使用燃燒器2以便預熱金屬原料。燃燒器2的額定功率優選在2麗和6麗之間。根據一個有利的實施例，燃燒器2為氣態燃料燃燒器，例如用于燃燒天然氣。根據 另一個有利的實施例，燃燒器2是液體燃料燃燒器，例如用于燃燒燃料油。在使用時，燃燒器2設置有氣門機構，該氣門機構一方面供應燃料，另一方面供應 氧化劑。噴槍3同樣設置有用于供應氣體的氣門機構。當利用根據本發明的方法，由燃燒器2產生的火焰23的定向通過與致動氣體的射 流35的流體相互作用而改變，從而在熔融步驟期間火焰定向能夠跟隨金屬原料堆的幾何 形狀改變而動時，改善了向金屬原料的熱傳遞，并可縮短熔融金屬原料所需要的時間，從而 獲得提高的能量效率。例如，在熔融步驟期間，可隨著金屬原料堆的減少逐漸降低由燃燒器2產生的火 焰23。當加入一桶新的金屬原料、從而產生新的或更高的金屬原料堆時，可類似地升高火 焰。本發明的一個主要優點是，通過使用噴槍3產生致動氣體的射流35，可以在熔融 步驟期間通過與致動氣體射流進行流體相互作用而使得由燃燒器2產生的火焰23偏向，并且與現有的多功能器械相比，不需要額外的或更復雜的氣門機構來供應燃料和氣體。特別地，致動氣體射流35可以是空氣射流或者含氮、含氬或含氧射流。優選含氧 射流。當致動氣體射流是空氣射流或更優選的氧射流時，其使得在熔融過程中釋放的CO能 夠發生后燃燒，從而進一步提高了方法的能量效率。如前所述，當噴槍在收縮_擴張噴嘴的下游設置有擴張噴嘴33時，或者如上所述， 如果噴槍設置有一個或多個用于在噴槍出口孔32附近噴射輔助氣體的輔助噴射器34，則 致動氣體射流35能夠覆蓋火焰23的更重要區域，從而增加了致動氣體射流對火焰的影響， 并因此提高了致動氣體射流能改變火焰的方向的效率。在精煉步驟期間，噴槍3可用作常規的噴槍器具。特別地，可在精煉步驟期間使用噴槍3以產生超音速氧射流，并同時由煤粉噴射 器向電弧爐中噴射煤粉，從而產生泡沫渣。在精煉過程中，噴槍3還可用于產生混合或攪拌熔融金屬的超音速射流。所述超 音速射流可以是空氣射流，或者含氮、含氬或含氧射流，或者含有氮和氧的組合的射流。優 選含氧射流。當使用噴槍3產生超音速射流時，所述超音速射流的流量可有用地在800Nm3/h和 4000Nm3/h 之間，優選在 1200Nm3/h 和 3000Nm3/h 之間。根據本發明的一個具體實施例，噴槍3本身可設置有用于改變氣體射流的定向的 裝置，該氣體射流為噴槍噴入電弧爐中的氣體射流，即在熔融步驟期間由噴槍噴射的致動 氣體射流和/或在精煉步驟期間由噴槍噴射的超音速射流。這種裝置可以是例如用于提供 額外的氣流以沖擊噴槍內(即在噴槍出口孔31的上游、在噴槍出口孔31處或者緊接噴槍 出口孔31的下游)的射流的裝置，從而能通過與所述額外的氣流的流體相互作用改變由噴 槍3噴入電弧爐的氣體射流的定向。特別地，當噴槍在噴槍出口孔31附近設置有一個或多 個用于噴射輔助氣體的輔助噴射器34時，能使用輔助氣體來改變由噴槍噴射的氣體射流 的定向。由噴槍噴射的致動氣體射流35優選地為含氧射流。致動氣體的射流35有利地具 有按體積計至少25%、優選按體積計至少50%、更優選按體積計至少90%的氧含量。同樣地，由噴槍噴射的超音速射流有利地為含氧射流，該含氧射流有利地具有按 體積計至少25%的、優選按體積計至少50%、更優選按體積計至少90%的氧含量。根據本發明，電弧爐通常還設置有控制裝置，該裝置用于·在熔融步驟期間控制到燃燒器的燃料和氧化劑的流量以及到噴槍的致動氣體 的流量，以及·在精煉步驟期間控制到噴槍的氣體的流量。當噴槍設置有一個或多個用于噴射輔助氣體的輔助噴射器34時，控制裝置通常 也控制通過一個或多個輔助噴射器的輔助氣體的流量。當所述設備設置有煤粉噴射器時，控制裝置通常也控制在精煉步驟期間到煤粉噴 射器的煤粉的質量流(量)。特別地，電弧爐可設置有控制系統，該控制系統用于·基于熔融步驟的燃燒器理想配比法控制對熔融步驟進行開環控制和/或·基于金屬原料堆幾何形狀演變對熔融步驟進行閉環控制，例如根據
自熔融步驟開始起消耗的時間或者通過電極供應的電能或者通過光學裝置(例 如激光器)進行評估。如上所述，當致動氣體射流35為含氧氣體(例如空氣射流或更優選地氧射流) 時，可通過在CO轉變為CO2的高度放熱的CO后燃燒中使用含氧致動氣體射流35來提高所 述方法的能量效率，所述CO在熔融過程期間被釋放。由于電弧爐中的氣氛，特別是所述氣氛中的CO含量可快速變化，后燃燒的有效使 用需要快速響應控制。如果噴入爐中的氧不夠，則由于在熔融過程期間釋放的CO的一部分 將以廢氣從爐中逸出，后燃燒和相應的能量節省將會是不完全的。另一方面，如果噴入爐中 的氧過多，則將導致石墨電極的氧化并導致由于金屬氧化產生的金屬損失增大，這兩種情 況均產生了顯著的額外損耗。另外，當向爐中噴射顯著過量的氧時產生的熱部位可使覆蓋 爐內部的耐火材料的退化加速。最后，噴射的過量氧還會與熔融金屬池發生反應并因而影 響放出的熔融金屬的質量。因此，本發明還涉及可以一種在熔融步驟期間能夠通過以下方式使金屬的熔融最 優化的控制裝置 通過在熔融工藝過程中控制由燃燒器產生的火焰的傾度以使向金屬原料爐料的 熱傳遞最優化，或·通過控制噴入爐中的氧的總體流量以便使后燃燒最優化，或·優選地，通過同時控制火焰的傾度和氧的噴射。根據本發明的方法優選地在設置有這樣的控制裝置的電弧爐中進行，該控制裝置 控制到燃燒器的燃料和氧的流量以及到噴槍的氣體的流量。根據第一實施例，控制裝置包括測量自熔融工藝開始(金屬原料的加熱開始)起 消耗的時間的儀器或時鐘。根據一個更優選的實施例，控制裝置包括測量自熔融步驟開始 起經由電極或相位供應的電能的量的儀器或儀表。所供應能量的量通常以kWh/噸裝填的 金屬原料(千瓦時每噸裝載的金屬原料)表示。這兩個參數(特別是經由電極提供的能量的量)是用于熔融工藝控制的有用的輸 入參數。事實上，對于給定的金屬原料裝填量，消耗的時間、特別是經由電極供應的能量使 得能(至少近似地)確定熔融步驟的結束和精煉步驟的開始，因而能例如被控制裝置用作 輸入來確定何時控制到噴槍的氣體流量以便為脫碳產生超音速射流、和/或確定何時控制 到噴槍的氣體流量以及到煤粉噴射器的煤粉的質量流(量)以便在爐中產生泡沫渣。對于給定的金屬原料的裝填量，消耗的時間或經由電極提供的能量還使得能確定 熔融步驟的進展程度和相應的金屬原料堆的幾何形狀，因而能例如被控制裝置用作輸入來 控制到噴槍的致動氣體的流量和到燃燒器的氧和燃料的流量，使得隨著熔融步驟進行以及 金屬原料堆幾何形狀改變，由燃燒器產生的火焰通過火焰和致動氣體之間的流體相互作用 保持在最佳傾度。控制系統可特別包括操作系統，該操作系統接收作為輸入的自熔融工藝開始起消 耗的時間或優選地自熔融步驟開始起經由電極或相位提供的電能的量，其中，所述操作系 統使用軟件(也稱作“模型”)確定對應于熔融步驟的結束和精煉步驟的開始的時刻，并提 供相應的信號作為輸出，和/或其確定熔融步驟的進展程度和/或與所述熔融步驟的進展 程度相關聯的金屬原料堆的近似幾何形狀，并提供相應的信號作為輸出。
控制裝置優選地還包括CO傳感器，其用于檢測爐氣氛中的CO濃度水平，優選用 于爐中氣氛的CO濃度水平的實時檢測。該CO傳感器特別地可通過光學裝置、特別是使用 可調二極管激光器檢測爐氣氛中的CO濃度水平，如例如由W0-A-0233200、W0-A-03046522、 W0-A-03060480、W0-A-03060491、US-A-2003218752、W0-A-2996061081 可知。或者，CO傳感器可通過在爐的彎管間隙或滑移間隙(slip gap)測量煙氣或廢氣 的溫度來間接地檢測爐氣氛中的CO濃度水平。這樣的彎管間隙或滑移間隙通常在電弧爐 的煙氣提取系統中存在于安裝在電弧爐頂部中的廢氣彎管與位于所述彎管下游的通常為 水冷的下游廢氣管道之間。通過此間隙，一定量的環境空氣隨煙氣被吸入水冷管道。由 Januard等人在伯明翰舉行的2005EEC會議上發表的論文“Dynamic control of fossil fuel injections in EAF through continuous fumes monitoring”可知，由于離開爐的 CO 與在此處侵入的空氣燃燒，因此，在彎管間隙或滑移間隙處的溫度是對離開爐的CO濃度的 度量。爐內有效的后燃燒導致離開爐的CO減少，因而在間隙處產生更少的煙氣或更低的廢 氣溫度。控制裝置可同時包括用于通過光學裝置檢測CO濃度的CO傳感器和用于在彎管間 隙或滑動間隙測量煙氣溫度的CO傳感器，從而，例如，用于在所述間隙測量煙氣溫度的CO 傳感器可以作為后備來驗證用于通過光學裝置檢測CO濃度的CO傳感器是否工作良好。由于只有超過燃料燃燒所需氧量的噴射氧量有助于后燃燒，所以，爐氣氛中的CO 濃度或者反映爐氣氛中的CO濃度的參數是對于控制熔融工藝有用的輸入參數，因為其使 得控制裝置能通過根據經檢測的CO濃度水平和由燃燒器噴入爐中的燃料量控制由噴槍和 /或燃燒器噴入爐中的氧的流量來控制爐中使CO轉變為CO2的后燃燒并使其最優化。為了 在爐中噴射的燃料燃燒而需要的氧的量稱為理想配比量。根據本發明的方法的一個優選實施例，致動氣體為含氧氣體，在熔融步驟期間，該 控制裝置·控制到燃燒器的燃料和氧化劑的流量以及到噴槍的致動氣體的流量，從而隨著 熔融步驟的進行和金屬原料堆的幾何形狀的改變，由燃燒器產生的火焰通過與噴槍噴射的 致動氣體射流之間的流體相互作用相對于所述堆保持最佳傾度，以及 通過調節氧的量使后燃燒最優化，所述氧作為氧化劑(的一部分)由燃燒器以及 作為致動氣體(的一部分)由噴槍噴入爐中，使得超過燃料燃燒所需氧量的由燃燒器和噴 槍噴入爐中的氧的量可用于后燃燒。本發明因而提供了一種方法，該方法用于同時(a)(通過與由噴槍噴射的致動氣 體射流的流體相互作用)控制或調節燃燒器的火焰定向和(b)通過控制分別由燃燒器和噴 槍噴射的氧的量，或者通過控制由燃燒器噴射的燃料的量和分別由燃燒器及噴槍噴射的氧 的量，控制和調節爐中的后燃燒。控制裝置還可包括用于檢測爐氣氛中的CO2濃度水平的CO2傳感器，優選地通過爐 氣氛中的CO2濃度水平的實時檢測，例如，使用光學裝置(例如可調二極管激光器之類的光 學裝置。利用由CO2傳感器檢測的爐氣氛中的CO2的濃度水平作為輸入，控制裝置可監控爐 中的后燃燒是否良好工作。控制裝置可特別地包括檢測爐中氣氛的CO濃度水平和CO2濃 度水平兩者的傳感器，例如，使用光學裝置(例如可調二極管激光器)。控制裝置還可包括用于檢測電弧爐的水冷板過熱的熱傳感器。在這種情況下，熱傳感器可通過檢測一個或多個板的冷卻水的溫度、特別是其中安裝有燃燒器和噴槍的一個 或多個板的冷卻水的溫度何時超過預定值來檢測襯套的過熱，溫度超過預定值是過熱的特 點。如果熱傳感器檢測到一個或多個水冷板的過熱，則此信息可被控制裝置用作信號來減 少噴入爐中的氧和/或燃料的數量，以便減少由燃燒和/或后燃燒向爐中釋放的熱量。為了保護燃燒器使其免于污染物、熔渣或金屬的沉積，在熔融工藝過程中，控制裝 置還有利地確保 到燃燒器的氧化劑和/或燃料的流量保持在最小的或輔助的(實驗性的，pilot) 燃燒器流量以上，和·到噴槍的氣體流量保持在最小的或輔助的噴槍流量以上。下面是根據本發明的熔融工藝的非限制性示例。·在熔融步驟開始時-設備的燃燒器快速地從其低功率的輔助模式或待用模式轉換至其額定功率燃燒 器模式，該額定功率燃燒器模式具有介于2MW和6MW之間的功率，-同時，噴槍保持在輔助模式下，或者在這種情況下，噴槍被用來噴射低水平的致 動流以使火焰保持接近最優構型(約20° )。當致動流為氧流時，氧作為達到火焰理想配 比的補充氧和/或作為用于后燃燒的附加氧。例如，這些流量可以通過控制裝置基于廢氣 分析儀器來控制。鑒于電弧爐內高污染和強腐蝕性的氣氛，作為一個原則，安裝在電弧爐中 的燃燒器和噴射器在熔融工藝過程中通常不完全關閉。即使當燃燒器沒有產生向金屬原料 爐料傳遞熱量的火焰時(即當燃燒器未處于操作中時)，燃燒器仍保持在輔助或維持或保 持點火(hold fire)模式下，在此期間，向燃燒器供應有限的和受控的燃料和/或氧化劑 流(也稱為預定的最小燃燒器流量)以便保護燃燒器，特別是使其免于濺落在燃燒器上的 污染物或熔渣或金屬的沉積，所述沉積會阻塞燃燒器或者限制燃燒器的良好工作。同樣地， 即使當噴槍在精煉步驟期間沒有用于噴射超音速氣流、特別是用于脫碳或用于產生泡沫渣 時，或者當根據本發明在熔融步驟期間噴槍沒有用于噴射致動流時，噴槍仍保持在輔助模 式或維持模式下，在此輔助模式或維持模式期間，向噴槍提供有限的和受控的氣流(也稱 為預定的最小噴槍流量)以便保護燃燒器。·隨著熔融步驟的進行-燃燒器保持在其額定功率燃燒器模式，且-鑒于廢料堆的塌陷，致動流逐漸增加從而使火焰偏向并保持火焰相對于水平平 面的角度盡可能最佳例如從20°上升至45°。另外，致動流可作為達到火焰理想配比的 補充氧(可能伴隨有到燃燒器的燃料流量的下降)和/或作為用于后燃燒的附加氧。例如， 這些流量可根據爐氣氛的分析、特別是根據所述氣氛的CO含量來控制。所得到的火焰相對于水平平面的角度θ特別地根據來自燃燒器的燃料和氧化劑 的質量流量和來自噴槍的致動氣體的質量流量而變化。在氣態燃料的情況下θ=f(m激勵氣體射流/m燃料+m氧化劑) 其中m是相關氣體的質量流量。
當汝激勵氣體射流=0時，θ是未發生偏向的火焰相對于水平平面的角度，其通常 與燃燒器軸線相對于水平平面的角度β相一致。 在精煉步驟期間-燃燒器返回其輔助模式或待用模式，且-噴嘴被轉換至超音速模式以便將超音 速氧射流噴入電弧爐中，以及_在熔融步驟期間保持在待用模式的煤粉噴射器被用來將煤 粉噴入電弧爐中。控制超音速氧和煤噴射以便產生泡沫渣。為了達到泡沫渣工序的最優效 率，通過控制系統基于用于廢氣分析、電參數測量的傳感器或現有技術中描述的任何等同 傳感器使用閉環控制來控制超音速氧和煤噴射。
權利要求
一種用于電弧爐中的設備(1)，包括用于燃燒燃料和氧化劑的燃燒器(2)，所述燃燒器具有燃燒器軸線(22)和燃燒器出口孔(21)，以及具有噴槍軸線(32)和噴槍出口孔(31)的噴槍(3)，所述噴槍設置有收縮 擴張噴嘴(36)，所述收縮 擴張噴嘴包括具有直徑d的音速喉道，其特征在于所述噴槍出口孔(31)和所述燃燒器出口孔(21)不同心，并且設置成彼此相距一距離D，其中，D≤20×d，優選D≤10×d，以及所述噴槍軸線(32)與所述燃燒器軸線(22)形成一角度α，所述角度α在從10°到40°、優選地從15°到30°的范圍內。
2.根據權利要求1所述的設備，其特征在于，還包括水冷板(4)，所述燃燒器(2)和所 述噴槍(3)安裝在所述水冷板(4)中。
3.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，還包括煤粉噴射器。
4.根據前述權利要求中任一項所述的設備，其特征在于，所述設備安裝在電弧爐中。
5.根據權利要求5所述的設備，其特征在于，所述燃燒器軸線(22)關于水平平面形成 從10°到40°、優選地從15°到30°的角度β。
6.根據權利要求5或6所述的設備，其特征在于，所述噴槍軸線(32)關于水平平面形 成從30°到60°、優選地從35°到45°的角度Y。
7.一種在電弧爐中熔融含鐵的金屬原料的方法，該方法包括熔融步驟，和精煉步驟，其中所述電弧爐設置有根據權利要求4-6中任一項所述的設備(1)，在至少部分的熔融步驟期間使用所述燃燒器(2)在所述電弧爐內燃燒燃料和氧化劑 以產生火焰，以及在至少部分的精煉步驟期間使用所述噴槍(3)產生超音速射流，其特征在于在至少部分的熔融步驟期間，使用所述噴槍(3)將致動氣體的射流(35)噴入所述電弧 爐中，而使用所述燃燒器燃燒燃料和氧化劑并產生火焰(32)，從而所述致動氣體的射流使 由所述燃燒器產生的火焰偏向。
8.根據權利要求7所述的方法，其特征在于，所述金屬原料是含鐵的金屬原料。
9.根據權利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述致動氣體的射流(35)具有按體 積計至少25%、優選至少50%、更優選至少90%的氧含量。
10.根據權利要求7至9中任一項所述的方法，其特征在于，所述電弧爐還設置有控制 裝置，該控制裝置控制到所述燃燒器的燃料和氧化劑的流量以及到噴槍的氣體流量。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，所述致動氣體是含氧氣體，在所述熔融 步驟期間，所述控制裝置控制到所述燃燒器的燃料和氧化劑的流量以及到噴槍的致動氣體 的流量，使得由所述燃燒器產生的火焰(23)通過所述火焰(32)和由所述噴槍(3)噴射的 致動氣體射流(35)之間的流體相互作用保持在相對于所述金屬原料的最佳傾度。
12.根據權利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述致動氣體為含氧氣體，在所述熔融步驟期間，所述控制裝置控制由所述燃燒器(2)以及由所述噴槍(3)噴入所述爐中的氧的量。
13.一種電弧爐，包括至少一個根據權利要求4至6中任一項所述的設備。
14.根據權利要求25所述的電弧爐，還包括根據權利要求10至12中任一項所限定的 控制裝置。
全文摘要
本發明涉及用于在電弧爐中使用可變方向的火焰熔融原料的方法和設備，該設備包括燃燒器和噴槍，其中，噴槍出口孔(31)和燃燒器出口孔(21)不同心，并且設置成彼此相距一距離，噴槍軸線(32)與燃燒器軸線(22)形成一角度α，該角度α在從10°到40°的范圍內。
文檔編號C21C5/52GK101910768SQ200980101840
公開日2010年12月8日 申請日期2009年1月6日 優先權日2008年1月8日
發明者B·拉貝戈爾, F·賈努埃德, J·洛朗, M·G·K·格蘭特, Y·約馬尼 申請人:喬治洛德方法研究和開發液化空氣有限公司