专利名称：煤气发生熔炉的运转方法
技术领域：
本发明涉及煤气发生熔炉的运转方法，在所述熔炉中，含铁炉料如部分还原和/或完全还原的海绵铁在通过许多个分布在煤气发生熔炉四周的氧气喷嘴输入含氧气体并加入固态碳载体的情况下也在一个由固态碳载体构成的固定床上完全还原并且在同时形成含一氧化碳和氢气的还原气体的情况下被熔炼成液态生铁或初级钢水，其中含氧气体通过气体管路被送往氧气喷嘴并从这里把含氧气体吹入固定床。本发明的主题也是执行本发明方法的煤气发生熔炉。
在上述类型的煤气发生熔炉中，含氧气体的输送是通过一条通向一个包围煤气发生熔炉的环形管路的输入管路来进行的。含氧气体从这条环形管路中被分配给通向被安装在煤气发生熔炉四周上的氧气喷嘴并且被吹入煤气发生熔炉或在其中由固态碳载体构成的固定床。
当煤气发生熔炉工作时，出现了固定床的透气性波动，这阻碍了或使得从四周均匀进行的气体输入和进而的能量输入变得困难了。在这种情况下，在这些氧气喷嘴上出现了不均匀的气流分配，这相应地不利地影响了熔炼并产生煤气的过程。
由于在煤气发生熔炉中由固态碳载体并通过借助含氧气体的气化而获得了还原气体并进而获得了熔炼海绵铁所需的能量，所以，能量供应也总是与含氧气体的输送相关，在这里，“能量供应”或“能量输入”也被理解为把含氧气体供应或吹入煤气发生熔炉中。
当上述透气性波动如此强而以至出现了一些喷嘴的气流很短暂地中断时，液渣和/或液态生铁可以进入设置在氧气喷嘴前的孔道或一直流到氧气喷嘴并由此阻塞了气流并损坏了氧气喷嘴。这样的工作故障经常需要停止煤气发生熔炉，以便维修进渣或受损的喷嘴。
在DE3742156C1中，公开了一种煤气发生熔炉的运转方法，其中，当出现氧气输送故障或降低时，如此防止喷嘴堵塞或受损，即禁止可能还在进行的氧气输送并代之以通过氧气喷嘴把惰性气体吹入煤气发生熔炉中。
这种方法确实适用于在反正要出现的工作故障的情况下减少其它不利的结果或者说氧气喷嘴受损，但在按规定工作时，由于存在透气性波动而无法防止出现的结渣和受损现象。
因此，本发明的任务是提供一种煤气发生熔炉的运转方法以及一种相应的煤气发生熔炉，其中防止了在工作中出现的氧气喷嘴的结渣和受损。由此一来，该方法应总的需要更短的停机时间并因而能够实现更高的生产率并节约成本。
根据本发明，在上述类型的方法中如此完成所提出的任务，即调节在许多气体管路中把含氧气体送往氧气喷嘴的输送，以便在这些气体管路中或与之对应的氧气喷嘴中调节出含氧气体的预定体积流量或物料流量。
借助本发明的方法，第一次可以单独调节送往氧气喷嘴的含氧气体的各自流量并且明确地影响在煤气发生熔炉中的气体分布。
迄今为止，在输入管路中的约为8巴的压力在环形管路前借助一个流量调节机构被缩小到约为5巴的环形环路压力，这个压力因而也存在于通往氧气喷嘴的气体管路中和氧气喷嘴上。煤气发生熔炉的工作压力约为4巴，因而喷嘴上的压降只约为1巴。
通过本发明的方法，现在不再需要在环形管路前降低压力，从而8巴的高供应压力现在也存在于环形管路中，这随后就在每个氧气喷嘴前被减小到5巴。此外，喷嘴上的压降约为1巴。
这种说明首先只适用在可均匀透气的固定床中。只要在没有出现固定床的透气性波动，则均匀分布在煤气发生熔炉四周上地进行含氧气体的输入。
当现在出现所述的透气干扰时，可以通过本发明的方法如此克服这种干扰，即根据所许的流通量，或多或少地明显降低在各气体管路中的压力，如从8巴到5巴或只到6巴。在改变压力时，在目前的方法中牵涉到所有的氧气喷嘴，由于在煤气发生熔炉周向上的固定床透气性波动，所以，出现了所有氧气的不均匀分布并进而出现了能量不均匀地输入这些氧气喷嘴，可以通过本发明的解决方案第一次局部影响氧气输入并通过单独调节流量来确保均匀的分布。
根据本发明方法的有利实施形式，根据在煤气发生熔炉中的压力状况来进行把含氧气体送往每个氧气喷嘴的输送的调节，其中与氧气喷嘴有关的压力状况由固定床的各自透气性或其波动来决定。最好如此进行这种调节，即又根据预定的体积流量或物料流量来调节把含氧气体送往与各波动有关的氧气喷嘴的输送。
调节作用只适当地根据与各透气性波动有关的喷嘴来进行。
在这种情况下，尤其是采取这样的措施，即在许多气体管路中测量一个代表气体流量的特征值且尤其是体积流量和或许压力。当不同于预定理论值时，如上所述地相应调节在各自气体管路中的含氧气体压力并进而又调节出理想的气体流量。
当存在出铁问题时，本发明的方法也适用于确保适当地排出液态生铁和液渣。
当在煤气发生熔炉中进行出铁时，节流把含氧气体输送给在出铁口区域或出铁口上方区域内的氧气喷嘴，以确保足够长的出铁口长度。
作为替代方式地或者与出铁时的各种干扰无关地，增强把含氧气体送往位于出铁口区域的或出铁口上方区域内的氧气喷嘴的输送，以便缩短太长的出铁口长度。
本发明的方法也适用于，当停止煤气发生熔炉时，减小在停止装料后出铁时的床损失。为此，首先节流或调节把含氧气体送往尽量远离出铁口的氧气喷嘴的输送。
在根据现有技术地输入氧气时，在按计划断开煤气发生熔炉时总是出现氧气喷嘴被入侵的液态生铁或液渣堵塞和受损。
当煤气发生熔炉停机时，分步和/或连续地节流把含氧气体送往一些氧气喷嘴的输送，由此也通过本发明的方法可靠地避免了这样的故障。通过还有变化的本发明方法，可靠地克服了在煤气发生熔炉停机时更经常出现的固定床的透气性波动。
本发明的主题也是一种煤气发生熔炉，它具有用于固态碳载体如块煤和含铁炉料如部分还原和/或完全还原的海绵铁的装料装置；一个煤气发生熔炉，它包括一个由固态碳载体和含铁炉料构成的固定床；一个用于容纳液态生铁或初级钢水和液渣的底部；一个用于液渣和液态生铁的出铁口；许多个设置在煤气发生熔炉的外壳中的氧气喷嘴；一条环形管路，它环绕着煤气发生熔炉的外壳并且含氧气体可以从环形管路中经气体管路被供给氧气喷嘴；一条用于含氧气体的输入管路，它通入环形管路中。
根据本发明，这样的煤气发生熔炉的特点是，在这些气体管路中设置了一个用于调节含氧气体的体积流量的调节装置。
按照本发明设置调节装置主要适用于解决本发明所提出的任务，但它还产生了其它优点。
根据现有技术，氧气输入是通过在通向环形管路的输入管路中的唯一调节附件进行的。为了克服很高的气体量和气压，必须相应地设计该附件并且它只能作为特制部件获得。此外，在从8巴到5巴的压力降低时出现的噪音是如此严重，结果，可能不利地影响了设备操作人员的健康。
事实已经证明，当采用较小的可批量获得的调节装置时，尽管有许多，总体可比较的成本降低了，噪音负荷首先明显减小了。
根据一个优选实施例，当在每条气体管路中设置了一个用于调节含氧气体的体积流量的调节装置时，这是特别有利的。
为了能够在工作中时在一些喷嘴中从氧气切换到氮气，在一些气体管路中，一条氮气输入管路适当地在调节装置之前或之后通入气体管路中。
因此，当煤气发生熔炉停机或启动时，一些喷嘴可以先后被接通或断开并通入不同的氧气量或氮气量。由此一来，可以在系统压力高且氧气量少的情况下和尽管如此仍以从一开始就足够高的氧气流出速度来实现设备启动。
如果在这些气体管路中，调节装置在气流方向上紧接在氧气喷嘴的前面，则这是有利的。
在液相入侵喷嘴流道的情况下，由此造成了非常快速且仅限于有关喷嘴的氧气流控制以及特别快速的气压形成。气压形成抑制了液相并由此防止或尽可能减少了损害。
根据本发明煤气发生熔炉的一个优选设计方案，在这些气体管路中，设置了用于测量含氧气体的压力和/或体积流量的并给一个控制装置提供相应的实际信号的测量装置，其中至少可以从外界给控制装置输入用于气体管路中的压力和或体积流量的理论值，可以通过控制装置并根据理论值/实际值比较来彼此独立地分别控制调节装置。
以下，结合
图1所示的实施形式来详细说明本发明的煤气发生熔炉。
图1表示煤气发生熔炉1的垂直截面图，借助装料装置2、3从上面把固态碳载体4和含铁炉料5加入该熔炉中。碳载体4最好由块煤和/或焦碳和/或煤饼构成，而含铁炉料最好由部分还原和/或完全还原的块状和/或细颗粒状海绵铁构成。
通常，在煤气发生熔炉1上方设置了还原装置如直接还原竖井，在直接还原竖井中，含铁材料借助在煤气发生熔炉1中产生的还原气体被还原成部分还原和/或完全还原的海绵铁。该海绵铁从还原竖井中被送出并被交付给煤气发生熔炉1。
在煤气发生熔炉1的熔炼气化区6内，形成了一个由固态碳载体4构成的固定床7。在固定床7中，通过氧气喷嘴8吹入含氧气体且最好是工业氧气，如从空气分解设备中得到的氧气。在这种情况下，在同时形成还原气体的情况下，含铁炉料5被熔炼成液态生铁9和液渣10。所形成的还原气体通过一条还原气体输出管路11从煤气发生熔炉中被抽出。
液态生铁9和液渣汇集在煤气发生熔炉1的底部12内并通过出铁口13被排出。
含氧气体首先通过一条输入管路14被供给一个成圆环形地围绕煤气发生熔炉1的环形管路15并从环形管路15中通过气体管路16被提供给氧气喷嘴8。
在这种情况下，氧气喷嘴8甚至在煤气发生熔炉1的外壳17外部区域内并且通过一条孔道与煤气发生熔炉1的内腔连通。
总共在煤气发生熔炉1的四周上设置了约20到30个氧气喷嘴8，它们分别彼此等间距地设置并且位于同一高度上，从而含氧气体被斜向下地吹入固定床7的下部区域内。
在每条气体管路16中设置了一个用于测量含氧气体的压力和/或体积流量的测量装置18。相应的测量信号被提供给一个控制装置19，可以至少为这个控制装置输送体积流量的理论值20。
在具有如100吨生铁/小时生产率、100吨碳/小时的用碳量、26个氧气喷嘴以及5巴的氧气喷嘴所受预压的煤气发生熔炉中，经过每条气体管路16的体积流量理论值例如约为1600Nm3/h。
总是在测量装置18的前面，在每条气体管路16中布置了一个调节装置21如一个阀或一个可调闸板。
当体积流量的测量值不同于预定的理论值时，控制装置19又借助调节装置调节出理想的体积流量。
根据现有技术，借助在图中虚线所示的附件22来调节含氧气体的输送。
为了把吹氧切换到吹氮，在其中一条气体管路16中，在调节装置21后面紧接着设置了一条氮气输入管路23。
本发明不局限于图1所示的实施例，而是也包括所有技术人员熟悉的措施，这些措施可以被考虑用于实施本发明。
例如，在一些或所有气体管路16中，可以在调节装置21前或后接入氮气输入管路23。
以下，详细说明本发明方法以及本发明煤气发生熔炉的其它作用和优点，如果上文还没有对其进行过说明。
·透气性偏差的修正通过局部调节氧气量，改变了在该区域内在气化碳载体时产生的气体量。通过由此造成的布料中的气体速度变化，可以修正和消除透气性扰动如气体通道、流化区等等。
此外，与之同时地进行渗透深度的单独调节。因此，当系统压力保持不变时，根据所出现的透气性扰动来局部调整氧气流渗入固定床的渗透深度和进而在紧邻喷嘴区内的能密度和气体分布。
·能量输入-局部调整能量输入由于不均匀装料如使海绵铁螺旋输送机卸料功率适应于竖井环境、海绵铁螺旋输送机故障、偏析现象等，在煤气发生熔炉中出现了局部不一样的能量需求。通过独立调节送给喷嘴的氧气量，可以局部相对确定能量需求和能量输入。
-不同喷嘴几何形状的修正在煤气发生熔炉的各个区域内，长期局部地调节出能量输入偏差可能是有意义的。在这种情况下，为了保持最佳的氧气流出速度，使用了具有协调的氧气流道直径的喷嘴。因此，例如在出铁口区域内，经常安装流到较细的喷嘴，以便通过少量能量输入形成稳定的长出铁段。当发生工作故障时，可能需要调整减小的能量输入。通过独立的氧气量调节，可以不更换喷嘴并因而没有与之相关的停机时间地随时可逆地进行能量输入。
·在喷嘴束上方形成沉积在喷嘴束上方的熔炼相区域内，由于气化冷却系统而出现了沉积成形。一方面，人们希望这些沉积物能保护炉墙结构和冷却系统，另一方面，如果沉积太多，则会出现工作故障。通过局部调节能量输入(输入量，渗透深度)，可以目的明确地影响温度截面图形的位置。一方面，有害的沉积物被熔化掉，另一方面，目的明确地形成了保护层。
·炉床吹送工作周期主要由炉床中的炉墙的耐用性决定。长使用寿命只能通过“自加衬”获得。用热元件指明自加衬随时间而逐渐磨损并且在出铁口区域内通过出铁段缩短指明了这种磨损。与在喷嘴上方控制沉积时相似地，可以在关键区域内通过局部调节能量输入来形成或获得保护层。另一方面，可以通过局部增强的能量输入重新活化炉床的非活性区。因而，例如在冷炉床的情况下，可以加强利用就在出铁口上方的对排出液相很重要的膛区。
·出料问题-出铁段的形成/分解在出铁区内，因液体流动而出现了炉墙的强烈磨损，一般通过出铁口材料压入来补偿这种磨损。尽管如此，出现了出铁段缩短，可以通过减少利用炉膛喷嘴的能量输入来局部减小炉床吹送量并且有利于形成足够长的出铁段。使液相流出变困难的太长的出铁段可以通过提高出铁口中的能量输入来缩短。
-出铁区的气压降低由于气体在出铁区内太多地流出，出现了对均匀、受控制的平静液体流出的干扰以及严重的耐火性损害。在极端情况下，可能无法再保持设备工作。气体化合物最好在出铁前在膛区内形成。通过明确地使氧气回撤到有关喷嘴中，可以减小出铁口处气压。
·喷嘴损害喷嘴受损的一个常见理由就是液相渗入氧气流道。为此，液体压力必须能在喷嘴前至少暂时地抑制出现的氧气流。
-在透气性干扰时保持流入脉冲通过床的透气性波动或者喷嘴前的高液体压力，减小了有关喷嘴氧气量并进而减小了流入脉冲。这些喷嘴容易让液相进入氧气流道中。在独立调节时，与喷嘴状态无关地控制每个喷嘴的氧气量，流入脉冲由此尽可能保持不变。
-在氧气流道扩大时的氧气量控制如果液相在进入喷嘴后又被氧气流挡住，则氧气流道在大多数情况下具有不理想的较大尺寸。因此，在共同调节时，利用受损喷嘴的氧气量增大了。当独立调节时，可以与受损形态无关地使这个氧气量适应于工作要求。
·液相排流当床的孔隙度太小时，在氧气喷嘴上方的区域内出现了不希望有的液相聚集。这些液体可能通过局部的、时间有限的并或许是周期性的回收氧气量并进而回收阻止液相流出的气体量并轻易地被送入喷嘴下方的炉床中。
如果在喷嘴下方局部没有充分确保排流，则可以通过减少氧气来抑制液相进入该区域并进而防止喷嘴损坏和工作故障。
·床中悬浮在气体/布料对流式反应容器中，知道了在超过临界参数时(速度、颗粒范围等)时的材料流干扰(悬浮)。可想象到的是，这样的床中悬浮出现在喷嘴上方，它们导致了炉气分布的明显不均匀、床不均匀的降低和进而不稳定的工作过程。局部的、时间有限的且或许是周期性的氧气量的回收可以如此减少所产生的气体量，即早期消除悬浮现象并且可以避免更严重的工作故障。
·水/蒸汽的喷入喷嘴前的温度剖面形状的调节可行方式是水/蒸汽喷入。根据工作环境，均匀或单独地把水/蒸汽量分配给一些喷嘴。在单独调整氧气量时，可以根据水/蒸汽喷入速度来相应调节能量输入。
权利要求
1.一种煤气发生熔炉的运转方法，在所述熔炉中，含铁炉料如部分还原和/或完全还原的海绵铁在通过许多个分布在煤气发生熔炉四周的氧气喷嘴输入含氧气体并加入固态碳载体的情况下也在一个由固态碳载体构成的固定床上完全还原并且在同时形成含一氧化碳和氢气的还原气体的情况下被熔炼成液态生铁或初级钢水，其中含氧气体通过气体管路被送往氧气喷嘴并从这里把含氧气体吹入固定床，其特征在于，单独调节在许多气体管路中把含氧气体送往氧气喷嘴的输送，以便在这些气体管路中或与之对应的氧气喷嘴中调节出含氧气体的预定体积流量或物料流量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，当在煤气发生熔炉内出现固定床透气性局部波动和由此在一些气体管路中产生压力波动和流量波动时，又根据预定的体积流量或物料流量来调节把含氧气体送往与各自波动有关的氧气喷嘴的输送。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在许多气体管路中测量一个代表气体流量的特征值且尤其是体积流量和或许压力，当不同于预定理论值时，提高或降低在各自气体管路中的含氧气体压力。
4.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，当在煤气发生熔炉中进行出铁时，节流把含氧气体输送给在出铁口上方区域内的氧气喷嘴，以确保足够长的出铁口长度。
5.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，当在煤气发生熔炉中进行出铁时，增强把含氧气体送往位于出铁口上方区域内的氧气喷嘴的输送，以便缩短太长的出铁口长度。
6.如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，当停止煤气发生熔炉时，首先节流或调节把含氧气体送往尽量远离出铁口的氧气喷嘴的输送。
7.一种煤气发生熔炉(1)，它具有用于固态碳载体(4)如块煤和含铁炉料(5)如部分还原和/或完全还原的海绵铁的装料装置(2，3)；一个煤气发生熔炉(6)，它包括一个由固态碳载体(4)和含铁炉料(5)构成的固定床(7)；一个用于容纳液态生铁(9)或初级钢水和液渣(10)的底部(12)；一个用于液渣(10)和液态生铁(9)的出铁口(13)；许多个设置在煤气发生熔炉(1)的外壳(17)中的氧气喷嘴(8)；一条环形管路(15)，它环绕着煤气发生熔炉(1)的外壳(17)并且含氧气体可以从所述管路中经气体管路(16)被供给氧气喷嘴(8)；一条用于含氧气体的输入管路(14)，它通入环形管路(15)中，其特征在于，在这些气体管路(16)中，设置了一个用于调节含氧气体的体积流量的调节装置(21)。
8.如权利要求7所述的煤气发生熔炉(1)，其特征在于，在每条气体管路(16)中，设置了一个用于调节含氧气体的体积流量的调节装置(21)。
9.如权利要求7或8之一所述的煤气发生熔炉(1)，其特征在于，在这些气体管路(16)中，一个氮气输入管路(23)在调节装置(21)前或后通入气体管路(16)中。
10.如权利要求7-9之一所述的煤气发生熔炉(1)，其特征在于，在这些气体管路(16)中，调节装置(21)在气流方向上紧接在氧气喷嘴(8)的前面。
11.如权利要求7-10之一所述的煤气发生熔炉(1)，其特征在于，在这些气体管路(16)中，设置了用于测量含氧气体的压力和/或体积流量的并给一个控制装置(19)提供相应的实际信号的测量装置(18)，其中至少可以从外界给控制装置(19)输入用于气体管路(16)中的压力和或体积流量的理论值(20)，可以通过控制装置(19)并根据理论值/实际值比较来彼此独立地分别控制调节装置(21)。
全文摘要
本发明涉及煤气发生熔炉的运转方法,在所述熔炉中,含铁炉料如部分还原和/或完全还原的海绵铁在通过许多个分布在煤气发生熔炉四周的氧气喷嘴输入含氧气体并加入固态碳载体的情况下也在一个由固态碳载体构成的固定床上完全还原并且在同时形成含一氧化碳和氢气的还原气体的情况下被熔炼成液态生铁或初级钢水,其中含氧气体通过气体管路被送往氧气喷嘴并从这里把含氧气体吹入固定床,其中单独调节在许多气体管路中把含氧气体送往氧气喷嘴的输送并调节出含氧气体的预定体积流量。通过具体的发明方案,可以防止氧气喷嘴受损并确保氧气或能量均匀输入到煤气发生熔炉中。
文档编号C21B13/00GK1382223SQ00814552
公开日2002年11月27日 申请日期2000年7月20日 优先权日1999年8月24日
发明者R·W·卡斯特纳, K·韦德, J·乌姆, H·米策利 申请人:沃斯特－阿尔派因工业设备制造有限公司