專(zhuān)利名稱(chēng)：可控制地將氣體噴入冶金容器的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及把氣體輸入冶金容器的方法及實(shí)現(xiàn)此方法的供氣裝置，氣體攜帶著可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的氣態(tài)和/或固態(tài)的成分并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)供氣裝置把氣體輸入冶金容器。
通過(guò)氣體噴嘴把含氧氣體如空氣或富氧空氣或工業(yè)氧氣輸入冶金容器且尤其是冶煉煤氣發(fā)生爐。為了控制過(guò)程并影響工藝，必須將可凝結(jié)或可蒸發(fā)的成分與相應(yīng)的氣體一起吹入冶金容器。這些成分通常由水或水蒸汽形成。
為由此能改變氧氣噴嘴處的火焰溫度，把水蒸汽輸入冶煉煤氣發(fā)生爐。由于水蒸汽不是一直可得到的，所以存在其它可行方案，即以霧化形式輸入液態(tài)水。在液態(tài)水狀態(tài)下，除了在任何情況都發(fā)生的吸熱的氣化反應(yīng)()外，要在吹入后獲得的蒸發(fā)熱也起到改變溫度的作用。
但在兩種措施的情況下都存在這樣的危險(xiǎn)，即凝結(jié)的或仍然是液態(tài)的水經(jīng)過(guò)噴嘴通道而一直流到冶煉煤氣發(fā)生爐的耐火材料處，在那里，它破壞了墻襯。提前霧化不能解決這個(gè)問(wèn)題，因?yàn)樗偸橇鞯絿娮焱ǖ纼?nèi)壁并在那里水形成了一層水膜。
因此，本發(fā)明的目的在于提供如權(quán)利要求1前序部分所述的方法，其中明顯降低或完全防止了損害供氣裝置的可能性。
如此實(shí)現(xiàn)該目的，即在有多個(gè)供氣裝置的情況下，在每個(gè)供氣裝置中，●在第一區(qū)域中，連續(xù)提高氣體速度，●在旋流區(qū)中，氣體與可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的成分完全混合，●含攜帶成分的氣體被吹入冶金容器。
如果使用最初成氣態(tài)的成分，則本發(fā)明的方法可靠地使由氣體相冷凝而成的液體均勻分布在氣流中，這是因?yàn)橐耗o(wú)法再沉積在旋流區(qū)中。然后，在旋流區(qū)后的液膜再沉積因已存在的流動(dòng)狀況和溫度而也無(wú)法再進(jìn)行。
此外，本發(fā)明方法允許使用液態(tài)成分，如將其噴入氣流中。通過(guò)省去單獨(dú)的蒸發(fā)步驟，可節(jié)約成本。
本發(fā)明方法的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例在于，氧氣且尤其是由空氣分餾裝置獲得的工業(yè)氧氣構(gòu)成所述氣體。
在這種情況下，可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的成分最好由水蒸汽或水形成。
根據(jù)另一個(gè)有利的實(shí)施例，在第一區(qū)域后和旋流區(qū)前的氣體速度在一段時(shí)間內(nèi)基本保持不變。
根據(jù)另一個(gè)有利的實(shí)施例，在第一區(qū)域前的氣體速度在一段時(shí)間內(nèi)基本上保持不變。
根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例，在流出部?jī)?nèi)的氣體速度基本上保持不變或只略微降低。
本發(fā)明的主題也是一種把氣體輸入冶金容器的供氣裝置，其中供氣裝置沿一條流動(dòng)通道的中心縱軸線(xiàn)地穿過(guò)并且氣體中攜帶有可凝結(jié)或可蒸發(fā)的成分。
在此供氣裝置中，應(yīng)顯著減少或完全防止工作中的損壞。
為了完成上述任務(wù)，根據(jù)本發(fā)明，這樣的供氣裝置的特征在于，從某個(gè)橫截面開(kāi)始地，該流動(dòng)通道至少具有●流動(dòng)通道的一個(gè)橫截面突然加寬部，●在氣體流向上設(shè)置在橫截面加寬部后的流出部，其中在氣體流向上的橫截面加寬部設(shè)置在一個(gè)縮小部的前面，該縮小部具有一個(gè)在氣體流向上縮小的流動(dòng)橫截面。
在這里，橫截面突然加寬部被認(rèn)為是在氣體流向上出現(xiàn)的流動(dòng)通道直徑的突然增加。結(jié)果，通過(guò)由此在氣體中發(fā)生的漩渦和紊流，在此之前仍沒(méi)有與氣體完全混合的氣體成分就完全與氣體混合了。此外，在流動(dòng)通道內(nèi)壁上的可能有的沉積液被氣體帶走并且也均勻地分布在氣體中。
無(wú)論是對(duì)本發(fā)明的方法，還是對(duì)本發(fā)明的供氣裝置來(lái)說(shuō)，都不需要在結(jié)構(gòu)上在一個(gè)噴嘴內(nèi)組合入以上和以下所述的供氣裝置部分。
因此，例如可以將第一區(qū)域或縮小部設(shè)置在噴嘴前并將流出部設(shè)置在噴嘴后。由這種并非最佳的布局產(chǎn)生的噴嘴和/或耐火材料的短使用壽命足以應(yīng)付某些應(yīng)用場(chǎng)合。
根據(jù)一個(gè)有利的設(shè)計(jì)形式，在縮小部和橫截面突然加寬部之間設(shè)置一個(gè)具有基本不變的流動(dòng)橫截面的中間部。
通過(guò)這個(gè)中間部，橫截面突然加寬部與冶煉煤氣發(fā)生爐側(cè)的供氣裝置開(kāi)口有這樣一段距離，即這段距離對(duì)于獲得最佳渦流并避免流出部?jī)?nèi)的液膜來(lái)說(shuō)是最佳的。
最好如此設(shè)計(jì)橫截面突然加寬部，即橫截面突然加寬部的流動(dòng)橫截面的增加(就流動(dòng)通道縱軸線(xiàn)而言)具有至少為60°且最好至少為75°的平均傾斜度α。
在至少60°傾斜度α下，在流動(dòng)通道內(nèi)壁上形成了一個(gè)階梯面，它保證了沉積或所攜帶的液體被充分霧化以及隨后充分進(jìn)行氣體成分的渦旋和混合。
如果橫截面突然加寬部的流動(dòng)橫截面的增加具有基本上為90°的平均傾斜度α，在著是特別有利的。
90°不代表傾斜度α的最大上限，更大的α值導(dǎo)致了在其他情況下是適當(dāng)?shù)膶?shí)施形式。雖然，更高的α值確實(shí)導(dǎo)致了更尖的輪廓邊，但α＞90°時(shí)的邊緣比比α≤90°時(shí)的邊緣更易磨損。
根據(jù)本發(fā)明供氣裝置的一個(gè)實(shí)施例，在氣體流向上，一個(gè)具有基本不變的氣體流動(dòng)橫截面的流入部設(shè)置在縮小部的前面。
具體發(fā)明的另一方面涉及把氣體輸入冶金容器的裝置，該裝置包括一個(gè)或多個(gè)本發(fā)明的供氣裝置以及通向供氣裝置的供氣管路和把可凝結(jié)或可蒸發(fā)的成分輸入供氣裝置的裝置。
為能夠利用本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，不一定要把現(xiàn)有噴嘴完全更換為本發(fā)明的供氣裝置。確切地說(shuō)，最好可以簡(jiǎn)單且廉價(jià)地把現(xiàn)有噴嘴改裝成本發(fā)明的供氣裝置。
因此，本發(fā)明的主題也是涉及改裝現(xiàn)有技術(shù)已知的噴嘴的嵌件，其噴嘴通道至少有●一個(gè)流出部，●一個(gè)設(shè)置在流出部前面的且在氣流方向上一直縮小到流出部橫截面的縮小部。
這種嵌件的特征是，沿著一條與噴嘴的中心軸線(xiàn)重合的(在嵌件裝入噴嘴的情況下)軸線(xiàn)，使一條氣流通道穿過(guò)嵌件并且通過(guò)嵌件外輪廓仿照形成縮小部?jī)?nèi)輪廓的至少一個(gè)局部區(qū)域，氣流通道的橫截面在氣流方向被設(shè)計(jì)成是縮小的并且該流出口配設(shè)有這樣的輪廓邊，即當(dāng)嵌件被裝在噴嘴中時(shí)，由此形成了氣流通道的一個(gè)在氣流方向上位于縮小部后面的橫截面突然加寬部。
按照上述實(shí)施方案，“輪廓邊”在這里被理解為是橫截面突然加寬部。
上述嵌件可輕易推入現(xiàn)有的噴嘴中，例如在已取下供氣管路時(shí)的維修期間內(nèi)。由于嵌件的外輪廓是精確匹配于噴嘴通道內(nèi)輪廓且尤其縮小部外輪廓或至少其局部地仿形而成的，所以當(dāng)噴嘴開(kāi)始工作時(shí)，嵌件通過(guò)氣壓被壓到縮小部上。
因此，嵌件外輪廓或其在氣流方向上的縮小部構(gòu)成了改裝噴嘴的縮小部，而嵌件的內(nèi)輪廓構(gòu)成噴嘴的橫截面突然加寬部。
此外，有利地根據(jù)嵌件外輪廓來(lái)仿制流出部?jī)?nèi)輪廓的一個(gè)局部區(qū)域，其內(nèi)輪廓因而構(gòu)成了改裝噴嘴的中間部。
作為替換方式或除此之外地，根據(jù)一個(gè)有利設(shè)計(jì)形式，還通過(guò)嵌件外輪廓仿制成流入部的一個(gè)局部區(qū)域。
根據(jù)該部分的哪個(gè)附加局部區(qū)是通過(guò)嵌件外輪廓仿制而成的，由此決定了在改裝噴嘴中的輪廓邊或橫截面突然加寬部的位置和/或提供了總體是堅(jiān)固的但易操作且可精確匹配地插入噴嘴中的部分。
與現(xiàn)有技術(shù)中的噴嘴相比，本發(fā)明裝置的噴嘴就在橫截面突然加寬部前面具有一個(gè)較小的橫截面。結(jié)果，與現(xiàn)有技術(shù)相比，在給噴嘴供氣的輸送管路中的入口壓提高了，因此，在供應(yīng)壓力不變的情況下，在噴嘴前方的節(jié)流機(jī)構(gòu)上的壓差更低。為所有噴嘴把在一共用的供應(yīng)管路中的供應(yīng)壓力調(diào)節(jié)到在供氣管路中的入口壓的節(jié)流機(jī)構(gòu)具有噪音生成嚴(yán)重的缺陷。由于供應(yīng)壓力和入口壓力之間的壓差現(xiàn)在變小了，所以也抑制了噪音生成。
本發(fā)明的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于，整個(gè)系統(tǒng)總體上講是更剛性的，即就在最窄的噴嘴橫截面前面有一個(gè)更高的壓力，由此一來(lái)，在液相如生鐵水進(jìn)入時(shí)，快速地使噴嘴不讓液相接觸到并因此抑制了噴嘴受損。
下面，參件

圖1-圖5所示的模范實(shí)施例來(lái)更詳細(xì)地描述本發(fā)明。
圖1是經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴的橫截面圖；圖2是經(jīng)過(guò)本發(fā)明噴嘴的橫截面圖；圖3是經(jīng)過(guò)現(xiàn)有技術(shù)的噴嘴的橫截面圖，但這個(gè)噴嘴通過(guò)嵌件而經(jīng)過(guò)改造；圖4表示橫截面加寬部的變型設(shè)計(jì)方式；
圖5示意表示整個(gè)氣體吹送裝置的一部分。
在圖1中，噴嘴1穿過(guò)冶金容器如冶煉煤氣發(fā)生爐的外殼2。噴嘴1由水冷噴嘴體13形成。一條噴嘴通道6穿過(guò)噴嘴體13，它由許多部分3、4和5構(gòu)成并相對(duì)噴嘴通道6的中心縱軸線(xiàn)7大致是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱(chēng)的。
在這里，流入部3具有基本不變的橫截面，橫截面在氣體流向12上在隨后的縮小部4中連續(xù)縮小。在氣體流入冶煉煤氣發(fā)生爐之前，流動(dòng)橫截面在流出部5基本上保持不變。
在流入部3處存在著入口壓P1，它在噴嘴通道6的其余長(zhǎng)度范圍內(nèi)降低了壓差ΔP1地降至系統(tǒng)內(nèi)壓Psystem。
圖2所示的噴嘴1’也具有一個(gè)流動(dòng)橫截面基本不變的流出部3，橫截面在氣流方向12上在一縮小部4處連續(xù)縮小。在這種情況下，縮小部4與具有相同橫截面的中間部8相連。在圖中成在噴嘴內(nèi)壁上的直角凹進(jìn)部9形式的橫截面突然加寬部9緊接在中間部8后面。在這種情況下，由凹進(jìn)部9形成的階梯部不應(yīng)該太高是很重要的，因而，在凹進(jìn)部9前面和后面兩個(gè)直徑的差不應(yīng)太大，以使壓力損耗不會(huì)太高。此外，為保證充分霧化而給凹進(jìn)部9配設(shè)尖銳的輪廓邊是很重要的。
事實(shí)證明，1∶1.05-1∶1.25兩直徑比是尤其有利的。
橫截面突然加寬部9與又具有大致不變的橫截面的流出部5相連，在這里，直接與橫截面突然加寬部9相連的區(qū)域是旋流區(qū)10，氣體在這個(gè)區(qū)域中與所攜帶的成分完全混合。
在這里，入口壓P2位于流入部3上，這個(gè)入口壓在噴嘴通道6的整個(gè)其余長(zhǎng)度范圍內(nèi)降低了壓差ΔP2地降至系統(tǒng)內(nèi)壓Psystem。但是，ΔP2大于ΔP1，所以因此P2＞P1并因而P2同供應(yīng)壓力(在兩種情況下，它和Psystem一樣是相同的)之間的壓差比現(xiàn)有技術(shù)中的情況小。
圖3所示的噴嘴1具有用于將如圖1所示的噴嘴改裝成本發(fā)明噴嘴1’的嵌件11。
通過(guò)嵌件11的外輪廓，精確匹配地仿造出整個(gè)原始縮小部4的內(nèi)輪廓和流入部3和流出部5的各自一部分。嵌件11的內(nèi)輪廓是如此設(shè)計(jì)的，即它又具有一縮小部4’和一中間部8。
在冶煉煤氣發(fā)生爐維修期間內(nèi)，可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行噴嘴1的改裝，其中在在取下輸送管路的情況下從外面將嵌件推入噴嘴通道6。
圖4具體表示橫截面加寬部的兩個(gè)變型設(shè)計(jì)放案，其中在圖4a中，流動(dòng)橫截面的增加相對(duì)縱軸線(xiàn)7地具有一個(gè)90°的傾斜度α，而在圖4b中，它相對(duì)縱軸線(xiàn)7具有70°的傾斜度α。
在圖5中，舉例示出了20～30個(gè)氧氣噴嘴噴嘴中的兩個(gè)噴嘴1’，這些噴嘴在一定的高度區(qū)內(nèi)相互均勻間隔地穿過(guò)冶煉煤氣發(fā)生爐外殼。每個(gè)噴嘴1’配備有至少一條輸氣管路14，通過(guò)所述管路給噴嘴1’供應(yīng)氧氣或含氧氣體。
在一條共用的供氣管路15中，通過(guò)節(jié)流機(jī)構(gòu)16把供氧氣壓調(diào)節(jié)到位于環(huán)形管路17和輸氣管路14中的入口壓并因而是P2。隨后，環(huán)形管路17也給所有的其它輸氣管路(此圖中未顯示)或噴嘴供氧。噴嘴1’配備有輸入水或水蒸汽的裝置18。在最簡(jiǎn)單的情況下，此裝置18被設(shè)計(jì)成通入噴嘴通道的水或水蒸汽管路的形式。
輸入水或水蒸汽的方向可以適當(dāng)?shù)嘏c噴嘴通道內(nèi)的氣流方向相反或垂直地實(shí)現(xiàn)。水最好按照噴嘴通道內(nèi)的氣流方向被噴入噴嘴通道。
本發(fā)明不局限于如圖所示的實(shí)施例，而是也包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所知的且可被用于實(shí)施本發(fā)明的所有手段。
權(quán)利要求
1.一種把氣體輸入冶金容器的方法，其中所述氣體攜帶有可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的氣態(tài)和/或固態(tài)成分并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)供氣裝置把所述氣體輸入該冶金容器，其特征在于，在有多個(gè)供氣裝置的情況下，在每個(gè)供氣裝置中在第一區(qū)域中連續(xù)提高氣體速度；在一個(gè)旋流區(qū)使所述氣體與可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的成分充分混合；通過(guò)一個(gè)流出部把所述的與所攜帶成分充分混合的氣體吹入該冶金容器。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，氣體由含氧氣體且尤其是工業(yè)氧氣構(gòu)成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，可凝結(jié)或可蒸發(fā)的成分由水蒸汽或水形成。
4.如權(quán)利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，在第一區(qū)域后面且該旋流區(qū)前面，氣體速度在一段時(shí)間內(nèi)保持基本上不變。
5.如權(quán)利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在第一區(qū)域前面，氣體速度在一段時(shí)間內(nèi)保持基本上不變。
6.如權(quán)利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，流出部處的氣體速度在一段時(shí)間內(nèi)保持不變或略微降低。
7.用于實(shí)現(xiàn)如權(quán)利要求1-6之一或多項(xiàng)所述的方法的且用于把氣體輸入冶金容器的供氣裝置(1’)，其中使供氣裝置(1’)沿一個(gè)流動(dòng)通道(6)的一條中心縱軸線(xiàn)(7)穿過(guò)，所述氣體攜帶有可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的成分，其特征在于，從某個(gè)橫截面起，該流動(dòng)通道(6)至少具有流動(dòng)通道的一個(gè)橫截面突然加寬部(9)，它用于產(chǎn)生渦旋并使可凝結(jié)或可蒸發(fā)的液體與氣體充分混合；一個(gè)在氣體流向(12)上設(shè)置在橫截面突然加寬部(9)后面的流出部(5)；其中一個(gè)縮小部(4)在氣體流向(12)上設(shè)置在橫截面突然加寬部(9)前面，該縮小部具有一個(gè)在氣體流向(12)上縮小的流動(dòng)橫截面。
8.如權(quán)利要求7所述的供氣裝置(1’)，其特征在于，一個(gè)具有基本上不變的流動(dòng)橫截面的中間部(8)設(shè)置在縮小部(4)和橫截面突然加寬部(9)之間。
9.如權(quán)利要求7或8所述的供氣裝置(1’)，其特征在于，在橫截面突然加寬部(9)處的流動(dòng)橫截面的增大相對(duì)流動(dòng)通道(6)的縱軸(7)線(xiàn)地具有至少為60°并最好是至少75°的平均傾斜度α。
10.如權(quán)利要求9所述的供氣裝置(1’)，其特征在于，在橫截面突然加寬部(9)處的流動(dòng)橫截面的增大具有大致為90°的平均傾斜度α。
11.一種把氣體輸入冶金容器的裝置，該裝置包括一個(gè)或多個(gè)如權(quán)利要求1-10之一所述的供氣裝置(1’)和通向供氣裝置(1’)的輸氣管路(14)以及將可凝結(jié)或可蒸發(fā)的成分輸入供氣裝置(1’)的裝置(18)。
12.一種用于改裝噴嘴(1)的嵌件(11)，它至少有一個(gè)流出部(5)；設(shè)置在流出部(5)前面的沿氣體流向(12)一直縮小到流出部(5)橫截面縮小部(4)，其特征在于，沿著一條其在嵌件(11)被裝入噴嘴(1)中時(shí)與噴嘴(1)的中心縱軸線(xiàn)(7)重合的軸線(xiàn)，使一條氣流通道穿過(guò)嵌件(11)，其中通過(guò)嵌件外輪廓仿制出縮小部(4)內(nèi)輪廓的至少一個(gè)局部區(qū)域，該氣流通道的橫截面在氣體流向(12)上被設(shè)計(jì)成是縮小的并且該氣流通道的流出口配設(shè)有一個(gè)輪廓邊，由此一來(lái)，在嵌件(11)被插入噴嘴(1)中的情況下，形成了該氣流通道的一個(gè)在氣體流向上位于縮小部(4)后面的橫截面突然加寬部。
13.如權(quán)利要求12所述的嵌件(11)，其特征在于，通過(guò)嵌件(11)的外輪廓，還仿制出流出部(5)內(nèi)輪廓的一個(gè)局部區(qū)域。
14.如權(quán)利要求12或13所述的嵌件(11)，在氣流方向上在縮小部(4)前面設(shè)置一個(gè)流入部(3)，其特征在于，通過(guò)嵌件(11)的外輪廓，還仿制出流入部(3)內(nèi)輪廓的一個(gè)局部區(qū)域。
全文摘要
本發(fā)明涉及把氣體輸入冶金容器的方法以及用于實(shí)現(xiàn)此方法的供氣裝置，所述氣體攜帶有可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的氣態(tài)和/或固態(tài)成分并且通過(guò)一個(gè)或多個(gè)供氣裝置把該氣體輸入冶金容器，其中在有多個(gè)供氣裝置的情況下，在第一區(qū)域內(nèi)連續(xù)提高氣體速度，在旋流區(qū)內(nèi)，使氣體與可凝結(jié)和/或可蒸發(fā)的成分充分混合，流出部處的氣體速度保持基本不變且與所攜帶成分充分混合的氣體被吹入冶金容器。本發(fā)明的方法和本發(fā)明的供氣裝置使得防止或減小噴嘴受損成為可能。
文檔編號(hào)C21B7/00GK1413266SQ00817516
公開(kāi)日2003年4月23日 申請(qǐng)日期2000年11月7日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月20日
發(fā)明者K·維德?tīng)? J·沃姆, M·T·埃爾-拉耶斯 申請(qǐng)人:沃斯特-阿爾派因工業(yè)設(shè)備制造股份有限公司