專利名稱：冶金豎爐鼓風方法及其設備的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種噴吹含碳物料的冶金豎爐的鼓風方法及其設備，特別是向噴吹煤粉的高爐內鼓風的方法和設備。
現有技術中，大多數高爐均采用在直吹管中插入煤槍的方法，由高爐風口噴入一部分含碳可燃物料，代替爐內焦碳，以降低高爐的生產成本。該方法由于受供風氧濃度、燃燒時間、燃燒空間的限制，影響氣體與煤粉的混合程度，因而燃燒率一般低于80％，同時由于燃燒不充分造成環境污染。為此，目前在有些高爐上采用了“雙槍技術”、“氧煤槍技術”等，以期通過改進氣體與煤粉的宏觀混合狀態，提高煤粉的燃燒率。這兩種方法由于其在微觀上不能有效破壞燃燒產物CO2在煤粉表面的覆蓋層，造成提高燃燒率的效果有限。日本專利昭45-403公開了一種高爐脈動送風方法，在高爐熱風爐前的冷風主管內，使冷風產生0.25～5Hz的低頻脈動。其目的是為了使高爐內氣體壓力發生周期性變化，促進礦石還原反應，提高高爐操作效率。
本發明的目的是提供一種能夠同時改變氣體與煤粉的宏觀與微觀混合狀態的冶金豎爐鼓風方法及其設備，大幅度增加煤粉的燃燒率，節焦降耗，降低煉鐵成本，保護環境。
本發明的目的是通過以下技術解決方案實現的。
一種冶金豎爐鼓風方法，在直吹管中插入煤槍，由風口向爐內送入熱風并噴入含碳可燃物料，在進入直吹管之前，使熱風產生20～300Hz的壓力脈動頻率。
壓力脈動頻率最好為50～150Hz。
熱風進入直吹管后，在具有與其壓力脈動頻率相近的固有氣體壓力脈動頻率的諧振管狀態下輸送至風口。
為實現上述鼓風方法所設計的冶金豎爐鼓風設備，具有與豎爐風口相連接的直吹管，煤槍插入直吹管內，直吹管的熱風輸入端安裝有一個脈動閥，脈動閥由電機、轉軸、殼體、殼體內的閥芯和旋轉閥門組成，殼體上有熱風輸入口，閥芯和旋轉閥門均為桶狀，旋轉閥門與閥芯同軸線套裝于其外，通過轉軸與位于殼體外的電機相連，旋轉閥門與閥芯上的垂直于軸線的相對應的圓周上各開設有1～8個進氣孔，閥芯內徑與直吹管的內徑相同，與直吹管同軸線相連于其熱風輸入端。
閥芯和旋轉閥門上的進氣孔的直徑為10～200mm，脈動閥最大開度時的流通截面小于等于直吹管截面積。
風口呈向爐內收縮的錐形，其與直吹管連接的輸入口處的直徑為直吹管的1.5～2倍。
閥芯至風口的同軸線且等內徑部分構成管長為L的諧振管，其固有壓力脈動頻率與脈動閥使熱風產生的壓力脈動頻率相近，諧振管長度與固有壓力脈動頻率的關系由以下壓力脈動計算公式給定f=c/4L式中f-諧振管的固有壓力脈動頻率，c-諧振管中熱風的平均聲速，c=20.1T，T為熱風溫度，以開氏溫度K為單位，L-諧振管長度。
脈動煤粉燃燒實驗表明，脈動氣流除可增加氣相紊流程度，改善煤粉與氣流的混合外，還可大大改變煤粉的微觀燃燒狀態，通過脈動所產生的迎風面和氣流渦結構，周期性地剝落燃燒產物CO2在煤粉表面的覆蓋層，有效克服煤粒表面氣相邊界層對氧擴散的阻力，使煤粉在非富氧條件下得到很高的燃燒速度。在空氣中進行單個煤粉顆粒的振動與非振動對比實驗結果在第一階段即揮發份燃燒階段，脈動燃燒的燃燒時間可降到穩定燃燒的50～70％，在第二階段即固定碳燃燒階段，燃燒時間可下降到80％。因此，當噴入豎爐的煤粉等固體燃料在脈動氣流中燃燒時，可有效改善鼓風與噴入的含碳原料的宏觀混合狀態和微觀氧的傳質狀態，提高燃燒率。
本發明鼓風設備采用了四分之一波形脈動燃燒器的工作原理，電機旋轉驅動脈動閥周期性開閉，使進入直吹管的熱風產生壓力脈動，提高煤粉的燃燒率。特別是諧振管的配合使用，避免了熱風壓力脈動沿直吹管的衰減，使由脈動閥產生的熱風壓力脈動在諧振管出口處產生激烈的速度脈動和聲脈動，從而引起噴入的固體燃料與熱風更強烈的混合和相對運動，進一步提高固體燃料的燃燒率。
本發明與現有技術相比所具有的優點在于本發明的采用能夠同時改變氣體與煤粉的宏觀與微觀混合狀態，大幅度增加煤粉的燃燒率，節焦降耗，降低煉鐵成本。同時降低因燃燒不充分造成的污染，保護環境。
下面結合附圖對本發明的實施例進行詳細論述。
圖1為本發明冶金豎爐鼓風設備的一個實施例的結構示意圖。
圖2為本發明冶金豎爐鼓風設備的另一個實施例的結構示意圖。
一種冶金豎爐鼓風方法，在直吹管中插入煤槍，由風口向爐內送入熱風并噴入含碳可燃物料，在進入直吹管之前，通過脈動閥使熱風產生93Hz的壓力脈動頻率，熱風進入直吹管后，在具有與其壓力脈動頻率相近的固有氣體壓力脈動頻率的諧振管狀態下輸送至風口。
圖1所示，為實現上述鼓風方法所設計的高爐鼓風設備，具有與高爐風口6相連接的直吹管7，煤槍5插入直吹管7內風口6前，直吹管7的熱風輸入端安裝有一個脈動閥。脈動閥由電機1、轉軸2、殼體4、殼體4內的閥芯3和旋轉閥門8組成，殼體4上有熱風輸入口9，閥芯3和旋轉閥門8均為桶狀，旋轉閥門8與閥芯3同軸線套裝于閥芯3外，通過轉軸2與位于殼體4外的電機1相連，旋轉閥門8與閥芯3上的垂直于軸線的相對應的圓周上分別開設有2個和1個進氣孔，進氣孔的直徑均為50mm。閥芯3內徑與直吹管7的內徑相同，且與直吹管7同軸線相連于其熱風輸入端。本實施例中，閥芯3與直吹管7制成一體，成為直吹管7的一部分。旋轉閥門8與殼體4之間、轉軸2與殼體4之間，均采用公知的密封結構。
閥芯3、直吹管7與風口6同軸線且內徑均相等，共同構成管長為L的諧振管，其固有氣體壓力脈動頻率也即諧振頻率與脈動閥門使熱風產生的壓力脈動頻率相近，諧振管長度與固有壓力脈動頻率的關系由以下壓力脈動計算公式給定f=c/4L式中f-諧振管的固有壓力脈動頻率，c-諧振管中熱風的平均聲速，c=20.1T，T為熱風溫度，以開氏溫度K為單位，L-諧振管長度。實際生產中熱風溫度在800～1300℃范圍內變化時，諧振管中熱風傳遞速度c在695～798m/s之間，1K=273.15℃。為使諧振管具有的固有氣體壓力脈動頻率與脈動閥門使熱風產生的壓力脈動頻率相近，即使f接近93Hz，則根據上式取諧振管長度L=2m。
工作時，電機1帶動旋轉閥門8圍繞閥芯3旋轉，使旋轉閥門8上的進氣口與閥芯3上的進氣口的相對位置周期性變化，由熱風輸入口9輸入的熱風周期性地輸入直吹管7中，產生壓力脈動，壓力脈動的頻率通過調節電機1的轉速進行調節。由煤槍噴入的煤粉在脈動氣流中燃燒，可有效提高其與熱風的換熱速度和傳質燃燒速度。現場實驗結果表明，燃燒率一般可提高10％以上。
現有高爐噴吹系統中，風口結構并不象圖1所示為平坦的等直徑風口，無法與直吹管平滑連接構成諧振管的一部分。在這種情況下，諧振管的長度L僅包括閥芯和直吹管。
圖2所示，為本發明設備的另一個實施例，風口6呈向爐內收縮的錐形，其與直吹管7連接的輸入口處的直徑為直吹管7的2倍，位于爐內一側的直徑為現有技術中普通風口的直徑。熱風到達風口時，由于直徑突然增大而產生氣流旋渦，增加熱風的混亂度，進一步提高煤粉與氣流的混合程度，進而提高燃燒率。該例中，諧振管由閥芯3和直吹管7構成，也即其長度L中不包括風口6的長度。其它結構與工作過程與圖1所示的實施例完全相同。
權利要求
1．一種冶金豎爐鼓風方法，在直吹管中插入煤槍，由風口向爐內送入熱風并噴入含碳可燃物料，其特征在于在進入直吹管之前，使熱風產生20～300Hz的壓力脈動頻率。
2．根據權利要求1所述的方法，其特征在于所述的壓力脈動頻率為50～150Hz。
3．根據權利要求1或2所述的方法，其特征在于所述的熱風進入直吹管后，在具有與其壓力脈動頻率相近的固有氣體壓力脈動頻率的諧振管狀態下輸送至風口。
4．根據權利要求1所述的方法設計的冶金豎爐鼓風設備，具有與豎爐風口相連接的直吹管，煤槍插入直吹管內，其特征在于直吹管的熱風輸入端安裝有一個脈動閥，脈動閥由電機、轉軸、殼體、殼體內的閥芯和旋轉閥門組成，殼體上有熱風輸入口，閥芯和旋轉閥門均為桶狀，旋轉閥門與閥芯同軸線套裝于其外，通過轉軸與位于殼體外的電機相連，旋轉閥門與閥芯上的垂直于軸線的相對應的圓周上各開設有1～8個進氣孔，閥芯內徑與直吹管的內徑相同，與直吹管同軸線相連于其熱風輸入端。
5．根據權利要求4所述的設備，其特征在于所述的閥芯和旋轉閥門上的進氣孔的直徑為10～200mm，脈動閥最大開度時的流通截面小于等于直吹管截面積。
6．根據權利要求4所述的設備，其特征在于所述的風口呈向爐內收縮的錐形，其與直吹管連接的輸入口處的直徑為直吹管的1.5～2倍。
7．根據權利要求4、5或6所述的設備，其特征在于所述的閥芯至風口的同軸線且等內徑部分構成管長為L的諧振管，其固有壓力脈動頻率與脈動閥使熱風產生的壓力脈動頻率相近，諧振管長度與固有壓力脈動頻率的關系由以下壓力脈動計算公式給定f=c/4L式中f-諧振管的固有壓力脈動頻率，c-諧振管中熱風的平均聲速，c=20.1T，T為熱風溫度，以開氏溫度K為單位，L-諧振管長度。
全文摘要
本發明涉及一種噴吹含碳物料的冶金豎爐的鼓風方法及其設備,特別是向噴吹煤粉的高爐內鼓風的方法和設備。直吹管的熱風輸入端安裝有一個脈動閥,使熱風在進入直吹管之前,產生20～300Hz的壓力脈動頻率,使噴入豎爐的煤粉等固體燃料在脈動氣流中燃燒,有效地改善了熱風與噴入的含碳原料的宏觀混合狀態和微觀氧的傳質狀態,提高燃燒率,節焦降耗,降低煉鐵成本。同時降低因燃燒不充分造成的污染,保護環境。
文檔編號C21B7/00GK1298027SQ9912521
公開日2001年6月6日 申請日期1999年11月30日 優先權日1999年11月30日
發明者王東彥, 顧德仁 申請人:上海寶鋼集團公司