提高輸入廢料塊內能量的方法

2024-01-20 19:07:15 1

專利名稱：提高輸入廢料塊內能量的方法
在加熱和熔化廢料中限制產出的步驟是能量向廢料塊的傳遞。結果，例如在電孤爐的情況下，熔化階段可通過安裝在側壁上的燃燒器來輔助。然而，這些燃燒器傳遞進廢料塊內的熱量有限，因為貫穿廢金屬料塊的大的空隙體積的熱傳導差。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％。
用於廢料熔化的一個已知轉爐方法藉助於用氧氣和細碎煤操作的底噴咀從下面開始來熔化廢料柱。它達到熱的燃氣體向廢料塊的最佳熱傳遞。在該方法的一個變化方式中，在加入廢料之前在轉爐底部先裝入焦炭，然後用氧氣燃燒焦炭。業已證明，在小轉爐中用該法能在焦炭消耗大約220kg下把廢料轉化成鋼水。使用一個氧氣射流通過反應氣體的燃燒而從上部把補充能量傳遞給廢料。
在另一方法中，天然氣或油-氧氣燃燒器安裝在稍高於轉爐底的側壁上。該方法確實能夠熔化廢料，但有相當量的鐵被氧化，且必須在稍高於熔點的溫度下從轉爐除去鐵水，以便在單獨的容器內進行後處理。
歐州專利0350 982 A1揭示了一種廢料塊加熱和熔化過程中提高輸入能量的方法。該方法中，用槍狀噴嘴燃燒進廢料塊內形成一個通道，然後把吹氧管插入通道內。但這種管的插入證明在實際使用中不可能實施。
總之，應注意到在所有至今已知的方法中不可能達到從礦物燃料(不論是煤、油還是天然氣)到廢料塊內的大量熱傳遞而不伴隨強烈的幹擾性副反應，並且不可能有所需的高熱效率。
本發明的目的是在高熱效率且不出現幹擾性副反應下把能量傳遞到廢料塊內。
上述目的可通過一種提高廢料塊加熱和熔化過程中輸入能量的方法而達到，該方法中，通過燃燒在廢料塊內形成一個通道並通過該通道輸入用來加熱和熔化廢料塊的補充能量，其中所說的方法的特徵在於所說的通道是藉助含氧熱氣體射流燃燒進廢料塊內的。
令人意外地已發現，含氧熱氣體射流能只在幾分鐘內燃燒進廢料塊內形成一個通道。
因而，已可能例如通過一個中心噴咀，使用一個流量為2000m3/小時、氣流溫度為1400℃、熱空氣噴咀的出口速度為600米/秒的熱空氣射流並添加100Nm3/小時的天然氣，能在3分鐘內燃燒一個直徑大約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廢料塊內。然而，通道燃燒優選地在存在礦物燃料下實施。礦物燃料可存在於廢料塊內，但優選地添加到氣體射流中。應明白兩種變化方式，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更快速地形成開口。另外，廢料塊內經常存在的可燃物質可在廢料柱內燃燒，它導致了特別有利的能量利用。
尤其優選的用天然氣作為礦物燃料。在大約2800℃時，天然氣在與氧氣的燃燒過程中發生分解，成為游離基，氣體擴散進廢料塊內並且在更低的溫度下把它們的複合能釋放給廢料。這可靠地保證了尤其良好的能量傳遞。火焰溫度應儘可能高，優選地至少2500℃。
在大約1到2分鐘的初期階段後，最有效地添加礦物燃料以保證氣體射流內最新的可能反應。因而，例如，通過噴咀添加天然氣的適宜方式應使含氧氣體射流內出現弱渦流。在煤的情況下，優選地使用細碎煤的儘可能粗的部分，即使用0.1到1mm範圍內的煤粒。然後，它們只有在氣體射流產生的通道內時才充分燃燒。
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，優選地富氧最高為30％。然而，當通過充實冷氧氣進行富氧時可提高到最高優選地60％。從噴咀的角度來看，吹入熱空氣而不是氧氣更簡單。熱空氣能用陶瓷噴咀噴射，但氧氣相反卻需要水冷噴咀。
為達到儘可能高的熱效率，儘可能高地設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。優選地氣體射流溫度為至少500℃。氧氣可相對無問題地預熱到最高1200℃。使用熱空氣及富氧熱空氣比噴射純冷氧氣有兩個主要優點由於高速度-熱空氣速度比音速兩倍還高的結果-以及由於更高的氣體數量，故比噴射純氧氣有高得多的動量。該動量保證了開口的燒入。存在的游離氧大大有利於開口的燃燒，存在的氮在一定程度上可防止熔化過程中的氧化。
然而，也可使用純熱氧氣。溫度越高則音速越高，例如，1200℃時純氧氣為大約900米/秒。因而用熱氧氣也能得到更多的動量。
通道燃入開始時的一個實際問題是具有最佳高速度的氣體射流可能在初始時被廢料塊反射。從而在顯著低的速度例如10到30％的音速，並降低到大約100米/秒的條件下操作一段短時間，可能在1分鐘或更長的範圍內，是合適的。在初期也推薦添加更多的礦物燃料。
應當指出氣體噴咀正前方形成了一個冷區，這可能是因為吸入了周圍空氣。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後，重要的是帶入通道內儘可能多的能量。這優選地通過儘可能高的火焰溫度來達到，例如通過使用火焰溫度為2800℃的天然氣和熱空氣。
氣體射流的高速度也是一個重要的因素，氣體射流的速度應至少300米/秒。當使用氧氣射流時，速度應至少500米/秒。氣體射流的出口速度優先地為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。
根據本發明的方法的一個有利應用是主要在廢料熔化期內向電孤爐供給足夠量的補充能量。因而，例如，三個直徑為80mm的熱氣流噴咀安裝在100噸電孤爐內的側壁上部區域。在熔化期和隨後的精煉期過程中，這些噴咀在每隻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冷態氧氣補充添加到熱氣流中。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後只有反應形成的氣體仍被熱空氣射流吸入，因而不必進一步向熱氣流添加燃料。噴咀排列的方式應使它們吹進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，在那裡會最快速地形成鋼水。如果在燃燒並穿透廢料塊後射流擊到耐火材料上，該材料將在很短時間內熔化掉。這對於電孤爐的水冷側壁也同樣適用。
一般說來，引氣噴咀可安裝在任何地方，但優選地安裝在熔池液面之上至少30cm-當使用氧氣時，熔池液面之上至少80cm。
在一個裝備有根據本發明的裝置的電孤爐中，電能的消耗從480千瓦時降低到280千瓦時，同時熔化時間從58分鐘降至42分鐘。
另一適宜實施方案包括在通道內使用以相反方向吹入的兩個熱氣流而不是一個噴咀，結果側壁上的三個噴射位置共產生6個噴射流。
根據本發明的方法不僅適用於電孤爐。根據本發明的方法不補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，一部分煤就可通過噴咀吹入。熔化後射流將以已知方式作為用於補充輸入能量的後燃氣流以便達到所需的出爐溫度。
有利地使用專門為該目的設計的設備產生熱空氣，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，該方法通過燃燒在廢料塊內形成一個通道並通過該通道輸入用來加熱和熔化廢料塊的補充能量，其特徵在於該通道是藉助熱的含氧氣體射流燃燒進廢料塊內的。
2根據權利要求1的方法，其特徵在於該通道是在礦物燃料存在下燃燒進廢料塊內的。
3根據權利要求1或2的方法，其特徵在於礦物燃料加到該氣體射流中。
4根據權利要求1到3任一項的方法，其特徵在於用熱空氣射流作為該氣體射流。
5根據權利要求1到4任一項的方法，其特徵在於使用含高達30％的氧的熱空氣射流作為該氣體射流。
6根據權利要求1到4任一項的方法，其特徵在於通過充實冷氧氣使富氧高達60％的熱空氣射流作為該氣體射流。
7根據權利要求1到6的任一項方法，其特徵在於該氣休射流的溫度為至少500℃。
8根據權利要求1到7任一項的方法，其特徵在於該氣體射流溫度為1000℃到1600℃。
9根據權利要求1到8任一項的方法，其特徵在於該氣體射流的出口速度為50到100％的音速。
10根據權利要求1到9任一項的方法，其特徵在於該氣體射流的速度為至少300米/秒。
11根據權利要求1到10任一項的方法，其特徵在於氧氣射流的速度為至少500米/秒。
12根據權利要求1到11任一項的方法，其特徵在於該氣體射流在初期的速度為10到30％的音速。
13根據權利要求1到12任一項的方法，其特徵在於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生的通道內時才充分燃燒。
全文摘要
一種提高廢料塊加熱和熔化過程中輸入能量的方法,該方法中一個通道被燃燒進廢料塊內並通過該通道輸入用來加熱和熔化廢料塊的補充能量,其中所說方法的特徵在於所說通道是藉助一個含氧氣體射流燃燒進廢料塊內的。
文檔編號F27B3/20GK1187856SQ96194755
公開日1998年7月15日 申請日期1996年6月11日 優先權日1995年6月13日
發明者D·狄羅赫, K·布霍茨曼 申請人:空氣液體股份有限公司