在電弧爐中用於相干噴射氣噴和後燃的四邊形組件的製作方法

2023-06-12 17:13:51

專利名稱：在電弧爐中用於相干噴射氣噴和後燃的四邊形組件的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及電弧爐的操作，更具體地說，涉及電弧爐中的相干噴射的操作。
因此，本發明的目的是提供一種可以非常有效地實現電弧爐的相干噴射操作和其它操作的系統。
本發明的另一方面是適合裝入電弧爐壁的四邊形組件，包括在一個向下角向電弧爐內提供氣體相干噴射的相干噴射孔；在相干噴射孔下面和/或側面的碳噴射嘴；和向電弧爐內提供多股氧化劑物流的多個後燃噴嘴，所述後燃噴嘴如此定向，以致氧化劑物流在電弧爐內會聚以形成一個氣層。
本發明又一個方面是一種向電弧爐內提供氣體的方法，包括，在第一向下角從四邊形組件的相干噴射孔將氣體的相干噴射向下送入電弧爐；以比第一向下角淺的第二向下角從四邊形組件的第一後燃噴嘴將第一後燃氧化劑物流送入電弧爐；在一定角從四邊形組件的第二後燃噴嘴將第二後燃氧化劑物流送入電弧爐，以便與第一後燃氧化劑物流會聚；以及在電弧爐內由所述的第一和第二後燃氧化劑物流形成後燃氧化劑層。
此處使用的術語「相干噴射」是指一股氣流，它的直徑沿其長度方向基本上保持不變。相干噴射一般被火焰包圍面環繞，即在火焰包圍的內部，並且一般具有超聲速度。
此處使用的術語「氣噴」是指從液體表面以上的氣流中提供氣體進入該液體內。
此處使用的術語「後燃」是指向電弧爐內提供氧化劑，用於與熔化金屬表面以上的易燃物質在該表面內燃燒。
圖2是本發明的四邊形板或組件的一個優選實施方案的頂視圖。
圖3是一個圖解本發明的後燃氧化劑層實施方案方面的簡化側視圖。
圖4是一個使用氧化劑層後燃操作的本發明的四邊形板或組件的一個優選詳細說明下面將參考附圖來對本發明進行詳細說明。參見

圖1，表示具有側壁21和底壁22以及包括含熔化金屬池23的池的電弧爐20。金屬一般包括鐵或鋼。在熔化金屬池的上面也示出了渣層24，它可以是熔化物或固體，並且在渣層24的上面示出了金屬廢料層25。渣層一般包括氧化鈣、二氧化矽、氧化鎂、氧化鋁、和氧化鐵中的一種或多種。廢料層，如果存在的話，通過電極26提供的熱能將其熔化以形成熔化的金屬池23。除金屬外，熔化金屬池中還包括可氧化的物質如碳和/或烴。用尾氣導管27將尾氣從該爐中排出。
氣體從側壁送入爐中，以供氣噴或燃燒有助於熔化廢料和/或維持足夠的溫度以保證熔化的狀態。也可將氣體送入爐中供後燃。此外，含碳物質也可被送入爐中，與熔化的金屬形成混合物，以供與噴入的氧氣一起燃燒。迄今為止，這樣的操作是分開進行，即，使用單獨的組件和/或在該爐的壁面上使用非完善設置的圓柱形導管。本發明比傳統的操作具有顯著的優點。
在本發明的操作中，氣噴氣體、後燃氧化劑和含碳物質都被提供到使用四邊形組件的電弧爐中。優選地，四邊形組件具有90度夾角。一個爐中可以使用一個或多個這樣的四邊形組件。
參見圖2，四邊形組件40包括第一四邊形分部1，它在這個實施方案中是正方形，和第二四邊形分部2，它在這個實施方案中是長方形。四邊形組件40適合用來安裝到電弧爐的側壁，優選與側壁齊平，其如此定位以致可向爐中提供氣體，如圖1所示。該組件一般是水冷式的並且一般約四英寸厚。部分1的典型尺寸是12×12英寸，部分2的典型尺寸是6×12英寸，雖然也可使用任何其它合適的尺寸。部分2可位於部分1的左側、右側或上面。
相干噴射孔3被設置在四邊形組件40的部分1。組件40一般位於爐壁21，以使相干噴射孔3在熔化金屬表面以上24至50英寸處。相干噴射孔3配有相干噴射噴嘴，該噴嘴以朝向熔化金屬的第一向下角向爐內提供相干噴射41。相對於水平線，第一向下角一般在35至50度的範圍內，優選約為40度。相對於四邊形組件40的側邊來說，相干噴射41可以直噴入爐內，如圖2所示，或可以向左或向右旁移一定夾角。如果成旁移夾角，角度不應超過30度，優選地不應超過20度。例如，對於產生相干噴射的方法和結構的描述，可作為參考的是U.S.專利5,814,125和6,096,261。相干噴射噴嘴一般包括收斂/發散噴嘴和在收斂/發散噴嘴四周成環狀的火焰包圍面發生裝置。可使用任何氣體來作為形成相干噴射的氣體，例如包括純氧或富氧空氣，當這種氣體在電弧爐內被用於燃燒時特別有用，還包括惰性氣體，如氬氣，或一種或幾種惰性氣體的混合物，當這種氣體在電弧爐內被用作攪拌時特別有用。
在四邊形組件40的相干噴射孔3的下面和/或側面，優選在它的下面和側面，是碳噴射嘴4，它被用來向爐內提供含碳物質的物流42。含碳物質一般為在載氣中的粉狀煤，但也可以是液體，如油，甚至氣體，如甲烷、丙烷等。含碳物質物流42被直接噴向熔化金屬，並且優選取一定的角度以使含碳物流42和相干噴射41在大約同一位置射入熔化金屬池中。在相干噴射成旁移角時，碳噴射嘴優選地位於側面，在這裡，噴射成一角度以便使碳物流在該池中碰到相干噴射之前必須傳播的長度減至最小。
四邊形組件還包括至少一個後燃噴嘴。在圖2所示的實施方案中，用於向爐內提供後燃氧化劑的後燃噴嘴5、6和7被設置在四邊形組件40上。在圖2所示的實施方案中，多個後燃噴嘴5、6和7被設置在四邊形組件40的四邊形部分2上。每個後燃噴嘴分別提供用於爐內後燃的氧化劑物流45、46和47。氧化劑可以是空氣、富氧空氣或純氧。後燃氧化劑一般具有的氧氣濃度至少為70mol％，優選至少90mol％，最優選至少95mol％。後燃氧化劑物流一般具有超聲速度，一般在100至980英尺每秒的範圍內，典型地在0.20至0.75馬赫的範圍內。
圖2表示一個優選實施方案，其中多個後燃氧化劑物流被分別以第二向下角噴入爐內，第二向下角比第一向下角淺，並且相對於水平線一般在20至30度的範圍內。後燃氧化劑物流都能以相同的向下或旁移角噴射，儘管一般它們是以不同的向下角噴射以便更好地覆蓋產生一氧化碳的熔化金屬區。
圖3表示本發明的另一個優選實施方案，其中至少兩個後燃氧化劑物流會聚以形成後燃氧化劑層。參見圖3，第一後燃氧化劑物流50從第一後燃噴嘴51噴入爐內，並且第二後燃氧化劑物流52從第二後燃噴嘴53噴入爐內。這兩個後燃噴嘴一般相距3至8英寸，優選相距約4英寸，如圖3中L所示，並且以互成一定的角度噴射它們各自的後燃氧化劑物流，以便當兩股後燃氧化劑物流會聚時形成θ角。θ角一般在5至45度範圍內，優選在10至20度的範圍內，最優選約為12度。會聚的後燃氧化劑物流形成一個後燃氧化劑層54，以增進後燃氧化劑中的氧氣與電弧爐的頂部空間中的可氧化物質的接觸，從而提高了後燃的效率。後燃氧化劑物流會聚以形成該層，以限制每個後燃氧化劑穿入爐內，而仍然保持後燃氧化劑物流的高速度。
圖4表示使用後燃氧化劑層的本發明的操作。圖4中的附圖標記與圖2和3中的那些用於共同部件的附圖標記相同，並且不再對這些共同的部件進行詳細描述。後燃氧化劑層的向下角一般相對於水平線在10至40度的範圍內，優選在20至30度的範圍內，最優選約為25度。
雖然參考特定優選的實施方案對本發明進行了詳細的描述，但本領域的技術人員將認識到，在權利要求的精神和範圍內，還有本發明的其它實施方案。
權利要求
1.一種適合裝入電弧爐壁的四邊形組件，包括以第一向下角向電弧爐內提供氣體相干噴射的相干噴射孔；在相干噴射孔下面和/或側面的碳噴射嘴；和向電弧爐內提供至少一股氧化劑物流的至少一個後燃噴嘴，所述氧化劑物流位於第二向下角，第二向下角比所述第一向下角淺。
2.權利要求1所述的四邊形組件，包括第一四邊形部分和第二四邊形部分，所述第一四邊形部分配有相干噴射孔和碳噴射嘴，所述第二四邊形部分配有所述的後燃噴嘴。
3.權利要求1的四邊形組件，其中碳噴射嘴在相干噴射孔的下面和側面。
4.權利要求1的四邊形組件，具有多個後燃噴嘴，用以向電弧爐中提供多股氧化劑物流。
5.權利要求4的四邊形組件，其中多個後燃噴嘴中的至少兩個如此定向，以致從所述噴嘴來的各自氧化劑物流具有不同的第二向下角。
6.一種適合裝入電弧爐壁的四邊形組件，包括以向下角向電弧爐內提供氣體相干噴射的相干噴射孔；在相干噴射孔下面和/或側面的碳噴射嘴；和向電弧爐內提供多股氧化劑物流的多個後燃噴嘴，所述後燃噴嘴如此定向，以致氧化劑物流在電弧爐內會聚以形成一個氣層。
7.權利要求6所述的四邊形組件，由第一四邊形部分和第二四邊形部分組成，所述第一四邊形部分配有相干噴射孔和碳噴射嘴，所述第二四邊形部分配有所述的多個後燃噴嘴。
8.權利要求6的四邊形組件，其中碳噴射嘴在相干噴射孔的下面和側面。
9.一種向電弧爐內提供氣體的方法，包括，以第一向下角從四邊形組件的相干噴射孔將氣體的相干噴射向下地送入電弧爐；以比第一向下角淺的第二向下角從四邊形組件的第一後燃噴嘴將第一後燃氧化劑物流送入電弧爐；以一定角從四邊形組件的第二後燃噴嘴將第二後燃氧化劑物流送入電弧爐，以便與第一後燃氧化劑物流會聚，以及在電弧爐內由所述的第一和第二後燃氧化劑物流形成後燃氧化劑層。
10.權利要求9的方法，進一步包括從該四邊形組件的碳噴射嘴向電弧爐內提供含碳物質的物流。
全文摘要
一種在電弧爐壁上的四邊形組件,用來向爐內提供一股或多股相干噴射以及優選地向爐內提供多股後燃氧化劑物流,優選地用來形成後燃氧化劑層。
文檔編號F27D99/00GK1387015SQ02104709
公開日2002年12月25日 申請日期2002年1月16日 優先權日2001年5月18日
發明者P·C·馬圖爾 申請人:普萊克斯技術有限公司