用于在工業爐中加熱金屬材料的方法
【技術領域】
[0001] 本發明設及一種用于在工業爐中加熱金屬材料的方法。本發明還設及一種對用空 氣燃燒器加熱的工業爐進行升級來增加燃燒效率的方法。
【背景技術】
[0002] 諸如厚板、巧料和鋼巧的金屬材料通常在使用空氣燃燒器加熱的工業爐中進行加 熱，其中燃料的燃燒在由燃燒器供應的空氣下進行。在逆流爐中，燃燒產物向相對于金屬材 料輸送方向的上游流動，從而加熱接近空氣燃燒器的材料。在該種爐中，常規存在一個所謂 的暗區，負載的金屬材料在該暗區中被逆流流動的燃燒氣預熱，然后進入爐的一個或多個 加熱區中。
[0003] 問題在于空氣燃燒效率低，因為在此過程中大體積的氮氣會被加熱。因此，在上述 爐中需要使用高氧氧化劑來代替空氣。
[0004] 對于該種爐子而言，建議了用所謂的氧燃料燃燒器來代替空氣燃燒器，氧燃料燃 燒器即進料高氧氧化劑而非空氣的燃燒器。然而，該種燃燒器除了安裝昂貴W外，還導致較 小體積的燃燒產物流經爐和暗區，因此，負載的金屬產物會較低效率地預熱。為了解決該個 問題，建議降低暗區中的頂板（ceiling)，由此減小暗區的容積并改善每單位體積的燃燒產 物對其中金屬產物的預熱。然而，該樣會導致暗區下游主爐空間中的壓力增加，從而增加其 中泄露的風險。
[0005] 另一種可能性是在暗區中配置附加的燃燒器。然而，該已被證明昂貴且復雜，尤其 因為許多爐相當寬，難W在將要預熱的金屬產物的整個寬度內獲得均勻加熱，而不使金屬 材料表面存在過熱的風險。
【發明內容】
[0006] 本發明解決W上所述的問題。
[0007] 因此，本發明設及一種用于在工業爐中加熱金屬材料的方法，此工業爐包含暗區 和至少一個配置在暗區下游的加熱區，此加熱區使用至少一個燃燒器來加熱，其中所述金 屬材料被輸送通過暗區，然后通過加熱區，其中燃燒氣體通過至少一個加熱區、逆流循環地 通過工業爐，然后再通過暗區，其特征在于，所述至少一個加熱區的至少一個中的燃燒入 值、即實際氧氣燃料比與化學計量氧氣燃料比的比率低于1，且特征在于，通過至少一個噴 槍向暗區中供應包含至少85重量％氧氣的氧化劑，W便使至少一股所述氧化劑的料流被 導向金屬材料，且W便暗區中的所述氧化劑使源自至少一個加熱區的可燃性氣體燃燒。
【附圖說明】
[000引下文中將參考本發明的示例性實施方案和附圖來詳細描述本發明，其中：
[0009] 圖la是使用空氣燃燒器加熱的常規工業爐的簡化的部分刪除的側視圖；
[0010] 圖化是圖la的爐的簡化的部分刪除的頂視圖；
[0011] 圖2a是配置成使用本發明的方法進行操作的工業爐的簡化的部分刪除的側視 圖訊
[0012] 圖化是圖2a的爐的簡化的部分刪除的頂視圖。
【具體實施方式】
[0013] 圖la和化使用共同的附圖標記示出了工業爐100,它由燃燒器110加熱，且包含 暗區101和兩個燃燒加熱區102、103。來自配置在加熱區102、103中的燃燒器110的熱燃 燒氣體W通常為上游方向111逆流循環通過爐100,依次通過加熱區103、通過加熱區102， 然后通過暗區101，之后通過煙道或煙畫104排出。燃燒器110可W是空氣燃燒器，該是根 據下文的升級版中的優選情形，但也可W是其它燃燒器類型，包括氧氣輔助的空氣燃燒器， 或甚至是用包含氧氣比空氣多的氧化劑直接驅動的燃燒器。該種燃燒器與空氣燃燒器的混 合形式也是可W考慮的。下文中，可W理解燃燒器110可W是該些不同的類型。
[0014] 將待加熱的金屬材料106沿與方向111相反的通常下游方向109、在諸如傳送帶等 (見下文）的輸送裝置105上從負載點107輸送到出口點108。金屬材料優選是毛巧、厚板 或巧料的形式，且優選由鋼組成，優選是不誘鋼，優選是展示低發射率的鋼材料，諸如具有 磨光表面的鋼材料。也就是說，所述鋼因具有由本發明的方法提供的改善的熱能轉移效率 而尤其適用。爐100優選是步進梁式爐、推桿式爐或環形爐，且輸送裝置105因此具有適合 所考慮爐類型的類型。
[0015] 本文中，術語"暗區"應解釋為優選相對于金屬材料106的行進方向109,配置在 使用一個或幾個燃燒器110加熱的任何加熱區102、103上游的區域。暗區101優選如方向 109中所見配置在工業爐100中所有燃料供應點的上游。配置所述暗區101來預熱負載到 爐100中的金屬材料106,然后到達第一燃燒加熱區102。
[0016] 兩個加熱區102、103因此使用沿爐100的側壁配置的一系列燃燒器110來加熱。 燃燒器優選使用與供應的氧化劑如空氣一起燃燒的固體、液體或氣體燃料來操作，由此加 熱空間102、103。包含氮氣、二氧化碳、水等的燃燒產物沿方向111逆流循環通過爐100上 游通向出口 104。
[0017] 應意識到所述爐可W只包含一個加熱區，或多于兩個的加熱區。
[0018] 圖2a和化用共有的附圖標記示出了根據本發明的工業爐200。在適用的情形下， 相對于爐100所述的情形相對于爐200來說也是如此。因此，與爐100類似，爐200包含暗 區201和兩個加熱區202、203。金屬材料206沿通常方向209由輸送裝置205從負載入口 點207輸送到出口 208。來自配置在加熱區202、203中的一系列燃燒器210的燃燒氣體W 通常上游方向211沿爐200逆流循環，且通過煙道或煙畫204排空。與燃燒器110類似，燃 燒器210優選是空氣燃燒器，最優選只是空氣燃燒器，但也可W部分或完全由包含氧氣比 空氣多的氧化劑來驅動或由此輔助。
[0019] 下文中將描述常規爐100與根據本發明的爐200之間的區別。
[0020] 根據本發明，至少一個加熱區202、203的至少一個中的燃燒A值低于1。A值是 實際氧氣燃料比與化學計量平衡時的氧氣燃料比的比率。在圖la和化的常規工業爐100 中，平衡對燃燒器110的氧氣和燃料供應，W便在化學計量平衡下進行燃燒。然而與此相 反，對爐200的202、203區進行加熱的燃燒器210的氧氣和/或燃料供應已進行修改，W便 相對于供應的燃料量而言供應相對較少的氧氣。因此，得到的從位于最上游的加熱區202 循環并進入到暗區201中的燃燒氣體將攜帶剩余的（surplus)可燃性氣體。應意識到該些 可燃性氣體可W是由加熱區202、203中的燃料不完全燃燒產生的未燃燒燃料氣體形式和/ 或CO、&等形式的可燃性氣體。
[0021] 應了解，在燃燒器210是空氣燃燒器的優選實施方案中，通過減少供應到所述空 氣燃燒器210的空氣的量來實現所述低于1的A值。
[0022] 此外，根據本發明，通過配置成展開（openout)到暗區201中的至少一個氧化劑 噴槍212來供應包含至少85重量％、優選至少95重量％、優選工業純的氧氣的氧化劑。因 此，至少一股所述高氧氧化劑料流213被導向金屬材料206。同時，所述高氧氧化劑也將在 暗區201中燃燒上述由至少一個上游加熱區202、203產生的可燃性剩余氣體。
[0023] 優選的是總體燃燒、包括所有加熱區202、203和暗區201中的燃燒可合計達化學 計量平衡或至少接近化學計量平衡，W便在燃燒產物通過煙道204排空之前基本上所有燃 料都燃燒。
[0024] 通過減少通過燃燒器供應的氧氣量，并在暗區中使用噴射的高氧氧化劑代替由較 小量的氧氣產生的減少量的氧氣，氮壓載化allast)減小，該反過來使爐200的效率增加。 在噴射的氧化劑與來自加熱區202、203的可燃性氣體接觸時發生的額外的燃燒將導致暗 區中的溫度增加。該解決了如開頭討論的在只用氧燃料燃燒器代替空氣燃燒器210時暗區 201中金屬材料206的低傳熱速率的問題。
[0025] 因為暗區201中的燃燒設及比加熱區202、203中的燃燒（其直接設及上述燃料） 較低等級的燃料（即，稀釋的不完全燃燒產物），暗區201中的火焰溫度因此也將較低。該 導致形成的NOy較少。因此，此方法的總體NOy足跡與相應常規情形相比將減少。
[0026] 此外，由于高氧氧化劑朝向仍相對較冷的金屬材料206的表面噴射，因此多余的 熱被導向所述表面，由此將有效預熱金屬材料。
[0027] 金屬材料206的表面在仍處于暗區中時仍相對較冷的事實使其較不易于過熱。 [002引另一方面，噴射高氧氧化劑應優選不致使所述氧化劑與金屬材料206表面直接接 觸。根據一個優選的實施方案，一方面在噴射的高氧氧化劑中每時間單位和每個氧化劑噴 槍212噴射的氧氣的量與另一方面噴槍212的孔口與金屬材料206之間距離的關系使得噴 射的氧化劑與暗區201中存在的可燃性氣體混合，之后撞擊金屬材料206表面，W便沒有未 混合的氧化劑與金屬材料206直接接觸。換句話說，噴射氧氣的量足夠小且噴槍212的孔 口與金屬材料206之間的距離足夠大，W便所述氧化劑可與暗區201中的可燃性氣體充分 混合，從而使得基本上沒有未混合的高氧氧化劑到達金屬材料206表面。優選的是所述少 量的噴射氧氣和所述介于噴槍孔口 212與材料206之間的大距離可W在特定的應該較高的 噴射速度（參考下文）下建立，而且也可W在噴射的氧化劑中給定的氧濃度下建立。
[0029] 如沿噴槍212的方向測量，噴槍212孔口與金屬材料206之間的距離H優選為至 少1.5米，更優選為至少2米。在圖2a中，H表示垂直距離，因為噴槍212是垂直定向的。 應意識到如果噴槍傾斜，那么可W沿不垂直的方向測量距離H。
[0030] 該樣，噴射行為將使暗區201中的高溫氣體推向金屬材料206表面，因此使后者不 存在過熱的風險。相反，可沿金屬材料206的大部分或基本上整個寬度配置"軟"火焰，W 使其在通過暗區201時有效預熱。在所述附圖中，由燃燒區214來舉例說明火焰，其中在噴 射的氧化劑與不完全燃燒的氣體之間發生二次燃燒。
[0031] 為實現此目的，優選配置基本上與方向209垂直配置的至少一排、優選基本平行 的至少兩排高氧氧化劑噴槍212,且每排至少=個噴槍，由此在金屬材料206與方向209垂 直的整個寬度上實現基本上均勻的高氧氧化劑濃度。
[0032] 尤其優選的是在暗區201的頂板中配置至少一個該種噴槍212,且相關的氧化劑 料流213基本上向下導向金屬材料206的表面。然而，料流213也可W沿方向209略微傾 斜，