电弧炉中熔化炉料的方法技术

一种通过给炉料提供熔化能量使其熔化的方法，其中，炉料熔化过程中产生一些气体，其中至少有一种可燃性气体，尤其是一氧化碳；在该方法中，至少在一定时间内喷入氧的体积含量超过２５％的助燃气体，以实现所述可燃气体、特别是一氧化碳的完全燃烧；其特征是，在实现完全燃烧的时间内，将助燃气体低速喷到炉料的下方，喷入形式为至少一个助燃气流，每个气流的流量约为５０－１２００Ｎｍ↑［３］／ｈ，喷入炉中的速度大约为５米／秒至１５０米／秒。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种通过给炉料提供能量，使炉中、特别是电弧炉中的炉料熔化的方法；在炉料熔化的过程中，炉中产生一些气体，并且至少有一种可燃性气体，特别是一氧化碳；在该方法中，在一定时间内注入氧的体积含量超过25％的助燃气体，以实现可燃气体的完全燃烧。“氧的体积含量超过25％的助燃气体”指在标准温度和压力条件下至少含25％体积氧气的气体，尤其是含氧超过50％体积的富氧空气，但最好是工业纯度的氧气，也就是说含氧体积至少为88％，其中特别包括用VSA型(真空开关吸收)吸收装置或其它工业纯度氧发生器、包括使用膜的系统产生的氧气。在电弧炉中，特别是炼钢用的熔化废金属的电弧炉中，主要通过炉子的石墨电极给炉料提供能量使废金属熔化，使强大的电流通过这些电极，产生足以使炉中的废金属熔化的能量。现在，越来越多地用矿物能量来提高炉子的生产能力。因此，利用吊斗装煤，或通过喷嘴将煤喷入就可以使用矿物能量。这种能量由于煤的燃烧不完全，只能部分地利用。这样，通过碳的氧化释放出大量的一氧化碳CO。对电弧炉，这种一氧化碳按照称为完全燃烧的方法在炉中的氧气中燃烧，例如专利US5166950和EP-A-127492。申请人的专利US5166950描述了一种熔化废金属和炼钢用的电弧炉中的炉料熔化的方法和装置，给炉料提供熔化能量，并向炉料上方的炉子空间注入含氧气体，使烟气完全燃烧。在所述的方法中，用氧气喷射器在炉料上方的炉子空间产生向相反方向旋转的气流。因此，用这种方法保证了含氧助燃气体与炉内的可燃气体以及从炉料产生的一氧化碳或氢气的有效混合，使炉中这些气体均匀地完全燃烧，完全燃烧与垂直分布在炉子的垂向轴周围和附近的电极合作，使炉料熔化。专利US5373530(以及EP-A-127492)描述了一种穿过炉子外壳的含氧气体喷射器，这种喷射器穿过炉子外壳喷入相对炉轴非径向的含氧气体流。从P.Mathur和G.Daughtridge的文章“用于电弧炉中的有效完全燃烧的注氧”中可以了解到一种以超音速(一般大于300米/秒)向炉池上方喷射氧气的电弧炉完全燃烧方法；在这种方法中氧气撞击熔化了的金属池表面(炉渣)，使铁氧化成氧化铁FeO，即铁与存在的二氧化碳氧化生成氧化铁和一氧化碳，以及碳与二氧化碳反应生成一氧化碳。因此，超音速注入氧通过上述反应产生带有一定量二氧化碳和一定量一氧化碳的气体混合物。因此，这种工艺的缺点在于没有充分利用炉中一氧化碳所产生的能量的可能性。本专利技术方法的目的在于通过同时使完全燃烧释放的能量及向金属池传递的能量最大化来提高完全燃烧的效率，同时保证炉子的耐火材料衬里的寿命，又不使电极过度氧化。为此，本专利技术的方法最大限度地促进一氧化碳与氧的反应，以形成二氧化碳，破坏其它不需要的反应，尤其是铁与氧的氧化反应()和二氧化碳与铁的反应()。根据本专利技术，炉料在炉中熔化方法的特点是，在实现完全燃烧的时间内，将助燃气体低速喷到炉料下方，喷入形式为至少一个助燃气体流，每个气体流的流量约在50至1200Nm3/h之间，喷入炉中的速度为5米/秒至150米/秒之间，最好在50米/秒至125米/秒之间。在本专利技术的一个优选实施例中，炉子为电弧炉，本专利技术方法的特点是每个可燃气体流的喷射方向与电弧火焰产生的主气流基本重合，最好是对流。根据本专利技术的另一个实施例，在炉内不发生完全燃烧的一定时间内，向炉内喷射助燃气保持流量，喷射速度约为5米/秒至20米/秒，以避免或减少助燃气体喷射器堵塞。根据本专利技术的另一实施例，该方法的特点是，至少喷入一个与炉壁相切的助燃气流，角度在250°至40°之间，最好在30°左右。根据本专利技术的另一实施例，该方法的特点是，至少从炉子的侧壁自上至下注入一个助燃气流，角度为10°至20°，最好与水平方向成15°角。同样，最好用三个、甚至至少四个喷射器喷入助燃气体，喷射器最好是均匀分布在炉子的侧表面。但是，如果炉子上有足够的地方，最好设置更多的喷射器，例如六个、甚至11个喷射器。每个助燃气流的流量最好是80-850Nm3/h，喷射器的出口速度约为50-125米/秒，最好为100米/秒左右。应连续分析炉子的烟气，并根据分析的结果调整助燃气的流量，存在的可燃气体越多，则应喷入更多的氧气，但是喷氧应分阶段进行，以使喷射器附近的温度限制在与炉子的侧板的热稳定性相适合的数值上(用水冷却的侧板分布在炉子的周围。因此，一般说来，在浇铸期间助燃气的流量是可变的。烟气的分析在于测量烟气中一氧化碳的浓度(如4％体积的CO)。另外，还可以使用多组喷射器，喷射器出口具有与炉子的垂向轴相切的分量，各组喷射器可以安排在同一水平，也可以安排在不同水平上。根据本专利技术的另一种实施例，炉中的保持流量也可以用空气。同样可以并且有时最好在将助燃气喷入炉中前使其预热。为此，可以使含氧体积25％以上的助燃气预热，例如用与炉子进行间接热交换的方式。还可以至少使炉中排出的部分烟气和助燃气混合，然后一起喷入炉中。在这种情况下，助燃气(烟+助燃气的混合物)可能含不到25％、甚至不到21％体积的氧。关于喷射器的数量，最好至少用六个。因为在一般规律下，使用的喷射器数量越多，得到的结果越好。这些喷射器最好都位于炉子的上半部，并且最好是金属面以上的上半部。借助于下述非限制性的实施例并结合下述附图可以更好地理解本专利技术-附图说明图1是实施本专利技术的电炉的垂直剖视示意-图2是沿图1II-II线的横向剖视示意图；-图3是炉子的氧喷射器的更详细的放大纵剖视图；-图4是炉子下部的示意图；-图5是现有技术与本专利技术的比较示意图；-图6是考虑使用喷射器数量的单位耗电随单位耗氧的变化曲线图；-图7是通过调节一氧化碳实施在两个水平之间的喷氧的实施例。图1、2中所示的电弧炉用于熔化废金属以生产钢。该炉子包括一个炉底2、一个带排渣门4的炉壁3和一个熔化物的流出口5以及炉顶6，该炉顶还支撑着三个电极7、8、9，这些电极均匀分布在垂向轴X-X的周围。炉顶还包括一个烟气出管10。炉子1至少配备两组分层的(至少为两层，典型的至少为三层)含氧气体喷射器，分别为11和12。第一组喷射器11位于N1处，大约是炉底2的最低点2′和炉顶6的最高点6′间的高度H的一半，而第二组喷射器12位于N2处，大约为此高度H的3/4。因而喷射器11和12位于两个水平面上，两个水平面的垂直高差大约为炉顶最大高度的1/4。每个喷射器的方向有一个主切线分量和一个向心的径向分量。从上向下看时，处在N1＝H/2处的下面一组喷射器11的出口为反时针方向，以形成反时针方向旋转的下部气流(图2)。N2＝3H/4处的上组喷射器12的出口，从上面看时，为顺时针方向，以形成顺时针方向旋转的上部气流。分别通过管线14从气源13(图2)给喷射器提供纯度至少为90％的氧气，管线14上分别装有调节元件15。炉子还包括一个分析管10排出的烟气中一氧化碳(CO)含量的分析器16，该分析器具有调节喷射器11、12供气的控制元件15的控制装置，根据测量结果连续进行实时控制。现在参照图3，示出喷射器11、12中的某一个、例如11，包括一个头17，位于炉壁3的厚度中，并且有一个柱形轴向气体通道18，18与轴19间的倾角为α，轴19与图1中的垂直轴X-X成径向关系。头17在一般为柱状的主体20的端部本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：弗兰克·斯洛特曼，尼古拉斯·佩林，弗雷德里克·维拉兹，
申请(专利权)人：液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司，
类型：发明
国别省市：