專利名稱：提高輸入廢料塊內(nèi)能量的方法
在加熱和熔化廢料中限制產(chǎn)出的步驟是能量向廢料塊的傳遞。結(jié)果，例如在電孤?tīng)t的情況下，熔化階段可通過(guò)安裝在側(cè)壁上的燃燒器來(lái)輔助。然而，這些燃燒器傳遞進(jìn)廢料塊內(nèi)的熱量有限，因?yàn)樨灤U金屬料塊的大的空隙體積的熱傳導(dǎo)差。從而燃燒器引入的能量局限在最高為廢料熔化所需總能量的10％。
用于廢料熔化的一個(gè)已知轉(zhuǎn)爐方法借助于用氧氣和細(xì)碎煤操作的底噴咀從下面開(kāi)始來(lái)熔化廢料柱。它達(dá)到熱的燃?xì)怏w向廢料塊的最佳熱傳遞。在該方法的一個(gè)變化方式中，在加入廢料之前在轉(zhuǎn)爐底部先裝入焦炭，然后用氧氣燃燒焦炭。業(yè)已證明，在小轉(zhuǎn)爐中用該法能在焦炭消耗大約220kg下把廢料轉(zhuǎn)化成鋼水。使用一個(gè)氧氣射流通過(guò)反應(yīng)氣體的燃燒而從上部把補(bǔ)充能量傳遞給廢料。
在另一方法中，天然氣或油-氧氣燃燒器安裝在稍高于轉(zhuǎn)爐底的側(cè)壁上。該方法確實(shí)能夠熔化廢料，但有相當(dāng)量的鐵被氧化，且必須在稍高于熔點(diǎn)的溫度下從轉(zhuǎn)爐除去鐵水，以便在單獨(dú)的容器內(nèi)進(jìn)行后處理。
歐州專利0350 982 A1揭示了一種廢料塊加熱和熔化過(guò)程中提高輸入能量的方法。該方法中，用槍狀噴嘴燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)形成一個(gè)通道，然后把吹氧管插入通道內(nèi)。但這種管的插入證明在實(shí)際使用中不可能實(shí)施。
總之，應(yīng)注意到在所有至今已知的方法中不可能達(dá)到從礦物燃料(不論是煤、油還是天然氣)到廢料塊內(nèi)的大量熱傳遞而不伴隨強(qiáng)烈的干擾性副反應(yīng)，并且不可能有所需的高熱效率。
本發(fā)明的目的是在高熱效率且不出現(xiàn)干擾性副反應(yīng)下把能量傳遞到廢料塊內(nèi)。
上述目的可通過(guò)一種提高廢料塊加熱和熔化過(guò)程中輸入能量的方法而達(dá)到，該方法中，通過(guò)燃燒在廢料塊內(nèi)形成一個(gè)通道并通過(guò)該通道輸入用來(lái)加熱和熔化廢料塊的補(bǔ)充能量，其中所說(shuō)的方法的特征在于所說(shuō)的通道是借助含氧熱氣體射流燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)的。
令人意外地已發(fā)現(xiàn)，含氧熱氣體射流能只在幾分鐘內(nèi)燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)形成一個(gè)通道。
因而，已可能例如通過(guò)一個(gè)中心噴咀，使用一個(gè)流量為2000m3/小時(shí)、氣流溫度為1400℃、熱空氣噴咀的出口速度為600米/秒的熱空氣射流并添加100Nm3/小時(shí)的天然氣，能在3分鐘內(nèi)燃燒一個(gè)直徑大約20cm，深3m的通道。
通道能在不添加礦物燃料而只使用含氧熱氣體射流下燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)。然而，通道燃燒優(yōu)選地在存在礦物燃料下實(shí)施。礦物燃料可存在于廢料塊內(nèi)，但優(yōu)選地添加到氣體射流中。應(yīng)明白兩種變化方式，即把礦物燃料添加到廢料塊中和添加到氣體射流中，可以各自或同時(shí)使用。
使用的礦物燃料主要是天然氣，也可以是石油、煤和焦炭。
礦物燃料的添加量有利地保持足夠低以使氣體射流中仍有游離氧。游離氧保證了在廢料塊內(nèi)更快速地形成開(kāi)口。另外，廢料塊內(nèi)經(jīng)常存在的可燃物質(zhì)可在廢料柱內(nèi)燃燒，它導(dǎo)致了特別有利的能量利用。
尤其優(yōu)選的用天然氣作為礦物燃料。在大約2800℃時(shí)，天然氣在與氧氣的燃燒過(guò)程中發(fā)生分解，成為游離基，氣體擴(kuò)散進(jìn)廢料塊內(nèi)并且在更低的溫度下把它們的復(fù)合能釋放給廢料。這可靠地保證了尤其良好的能量傳遞?；鹧鏈囟葢?yīng)盡可能高，優(yōu)選地至少2500℃。
在大約1到2分鐘的初期階段后，最有效地添加礦物燃料以保證氣體射流內(nèi)最新的可能反應(yīng)。因而，例如，通過(guò)噴咀添加天然氣的適宜方式應(yīng)使含氧氣體射流內(nèi)出現(xiàn)弱渦流。在煤的情況下，優(yōu)選地使用細(xì)碎煤的盡可能粗的部分，即使用0.1到1mm范圍內(nèi)的煤粒。然后，它們只有在氣體射流產(chǎn)生的通道內(nèi)時(shí)才充分燃燒。
含氧熱氣體可以用熱空氣、富氧熱空氣以及純氧。在富氧氣體射流的情況下，優(yōu)選地富氧最高為30％。然而，當(dāng)通過(guò)充實(shí)冷氧氣進(jìn)行富氧時(shí)可提高到最高優(yōu)選地60％。從噴咀的角度來(lái)看，吹入熱空氣而不是氧氣更簡(jiǎn)單。熱空氣能用陶瓷噴咀噴射，但氧氣相反卻需要水冷噴咀。
為達(dá)到盡可能高的熱效率，盡可能高地設(shè)定含氧氣體射流的溫度。在熱空氣的情況下，已證明1000℃和1600℃之間的溫度尤其有利。然而也能有利地使用具有更高溫度的氣體射流。優(yōu)選地氣體射流溫度為至少500℃。氧氣可相對(duì)無(wú)問(wèn)題地預(yù)熱到最高1200℃。使用熱空氣及富氧熱空氣比噴射純冷氧氣有兩個(gè)主要優(yōu)點(diǎn)由于高速度-熱空氣速度比音速兩倍還高的結(jié)果-以及由于更高的氣體數(shù)量，故比噴射純氧氣有高得多的動(dòng)量。該動(dòng)量保證了開(kāi)口的燒入。存在的游離氧大大有利于開(kāi)口的燃燒，存在的氮在一定程度上可防止熔化過(guò)程中的氧化。
然而，也可使用純熱氧氣。溫度越高則音速越高，例如，1200℃時(shí)純氧氣為大約900米/秒。因而用熱氧氣也能得到更多的動(dòng)量。
通道燃入開(kāi)始時(shí)的一個(gè)實(shí)際問(wèn)題是具有最佳高速度的氣體射流可能在初始時(shí)被廢料塊反射。從而在顯著低的速度例如10到30％的音速，并降低到大約100米/秒的條件下操作一段短時(shí)間，可能在1分鐘或更長(zhǎng)的范圍內(nèi)，是合適的。在初期也推薦添加更多的礦物燃料。
應(yīng)當(dāng)指出氣體噴咀正前方形成了一個(gè)冷區(qū)，這可能是因?yàn)槲肓酥車諝?。任何情況下廢料甚至都不氧化。
在最佳通道形成的第一階段之后，重要的是帶入通道內(nèi)盡可能多的能量。這優(yōu)選地通過(guò)盡可能高的火焰溫度來(lái)達(dá)到，例如通過(guò)使用火焰溫度為2800℃的天然氣和熱空氣。
氣體射流的高速度也是一個(gè)重要的因素，氣體射流的速度應(yīng)至少300米/秒。當(dāng)使用氧氣射流時(shí)，速度應(yīng)至少500米/秒。氣體射流的出口速度優(yōu)先地為50到100％的音速。音速隨溫度而升高。上述高溫下的音速大約比室溫下的音速高3倍。
根據(jù)本發(fā)明的方法的一個(gè)有利應(yīng)用是主要在廢料熔化期內(nèi)向電孤?tīng)t供給足夠量的補(bǔ)充能量。因而，例如，三個(gè)直徑為80mm的熱氣流噴咀安裝在100噸電孤?tīng)t內(nèi)的側(cè)壁上部區(qū)域。在熔化期和隨后的精煉期過(guò)程中，這些噴咀在每只噴咀的熱氣流流量為2000Nm3/h和富氧為30％的條件下操作，其中300Nm3/h冷態(tài)氧氣補(bǔ)充添加到熱氣流中。熱氣流溫度為1400℃。燃料的加入方式如上述，其中在廢料基本熔化后只有反應(yīng)形成的氣體仍被熱空氣射流吸入，因而不必進(jìn)一步向熱氣流添加燃料。噴咀排列的方式應(yīng)使它們吹進(jìn)爐壁和電極之間的空間，以大約10°的角度朝下傾斜。噴咀的排列最好是能使氣體擊中底部某點(diǎn)，在那里會(huì)最快速地形成鋼水。如果在燃燒并穿透廢料塊后射流擊到耐火材料上，該材料將在很短時(shí)間內(nèi)熔化掉。這對(duì)于電孤?tīng)t的水冷側(cè)壁也同樣適用。
一般說(shuō)來(lái)，引氣噴咀可安裝在任何地方，但優(yōu)選地安裝在熔池液面之上至少30cm-當(dāng)使用氧氣時(shí)，熔池液面之上至少80cm。
在一個(gè)裝備有根據(jù)本發(fā)明的裝置的電孤?tīng)t中，電能的消耗從480千瓦時(shí)降低到280千瓦時(shí)，同時(shí)熔化時(shí)間從58分鐘降至42分鐘。
另一適宜實(shí)施方案包括在通道內(nèi)使用以相反方向吹入的兩個(gè)熱氣流而不是一個(gè)噴咀，結(jié)果側(cè)壁上的三個(gè)噴射位置共產(chǎn)生6個(gè)噴射流。
根據(jù)本發(fā)明的方法不僅適用于電孤?tīng)t。根據(jù)本發(fā)明的方法不補(bǔ)充使用其它能源也能熔化廢金屬料。這樣必須以適宜的方式引入礦物能源，例如，通過(guò)以每噸廢料約100kg煤的形式與廢料一起裝入，一旦形成液體熔池，一部分煤就可通過(guò)噴咀吹入。熔化后射流將以已知方式作為用于補(bǔ)充輸入能量的后燃?xì)饬饕员氵_(dá)到所需的出爐溫度。
有利地使用專門為該目的設(shè)計(jì)的設(shè)備產(chǎn)生熱空氣，即所謂的如PCT WO 93/923585中所述的顆粒金屬表面加熱器。顆粒金屬表面加熱器有利地直接安裝在鄰近噴咀的容器上。
權(quán)利要求
1一種提高廢料塊加熱和熔化中的輸入能量的方法，該方法通過(guò)燃燒在廢料塊內(nèi)形成一個(gè)通道并通過(guò)該通道輸入用來(lái)加熱和熔化廢料塊的補(bǔ)充能量，其特征在于該通道是借助熱的含氧氣體射流燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)的。
2根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于該通道是在礦物燃料存在下燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)的。
3根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于礦物燃料加到該氣體射流中。
4根據(jù)權(quán)利要求1到3任一項(xiàng)的方法，其特征在于用熱空氣射流作為該氣體射流。
5根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)的方法，其特征在于使用含高達(dá)30％的氧的熱空氣射流作為該氣體射流。
6根據(jù)權(quán)利要求1到4任一項(xiàng)的方法，其特征在于通過(guò)充實(shí)冷氧氣使富氧高達(dá)60％的熱空氣射流作為該氣體射流。
7根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一項(xiàng)方法，其特征在于該氣休射流的溫度為至少500℃。
8根據(jù)權(quán)利要求1到7任一項(xiàng)的方法，其特征在于該氣體射流溫度為1000℃到1600℃。
9根據(jù)權(quán)利要求1到8任一項(xiàng)的方法，其特征在于該氣體射流的出口速度為50到100％的音速。
10根據(jù)權(quán)利要求1到9任一項(xiàng)的方法，其特征在于該氣體射流的速度為至少300米/秒。
11根據(jù)權(quán)利要求1到10任一項(xiàng)的方法，其特征在于氧氣射流的速度為至少500米/秒。
12根據(jù)權(quán)利要求1到11任一項(xiàng)的方法，其特征在于該氣體射流在初期的速度為10到30％的音速。
13根據(jù)權(quán)利要求1到12任一項(xiàng)的方法，其特征在于加入到該氣體射流中的該礦物燃料只有在由該氣體射流產(chǎn)生的通道內(nèi)時(shí)才充分燃燒。
全文摘要
一種提高廢料塊加熱和熔化過(guò)程中輸入能量的方法,該方法中一個(gè)通道被燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)并通過(guò)該通道輸入用來(lái)加熱和熔化廢料塊的補(bǔ)充能量,其中所說(shuō)方法的特征在于所說(shuō)通道是借助一個(gè)含氧氣體射流燃燒進(jìn)廢料塊內(nèi)的。
文檔編號(hào)F27B3/20GK1187856SQ96194755
公開(kāi)日1998年7月15日 申請(qǐng)日期1996年6月11日 優(yōu)先權(quán)日1995年6月13日
發(fā)明者D·狄羅赫, K·布霍茨曼 申請(qǐng)人:空氣液體股份有限公司