专利名称：用于直接熔融还原炼铁的喷枪及其动态多枪炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及冶金工业，具体地涉及一种用于直接熔融还原炼铁的喷枪及其动态多枪炉。
背景技术：
在现有的冶金工业中，熔炉中采用静态喷枪。由于喷枪无法运动，因此喷射面积较小，不利于传热、搅拌和还原。为了弥补上述缺点，静态喷枪通常采用较大的喷射气流量，但是这样又带来了更多的喷溅废尘。
综上所述，本领域缺乏一种喷射面积大、并降低喷溅强度的多枪炉。因此，本领域迫切需要开发这样一种能提高喷射面积大、并降低喷溅强度的多枪炉。
发明内容
本发明的目的在于获得喷射面积大、并降低喷溅强度的多枪炉。
本发明的另一目的在于获得一种喷射面积大、并降低喷溅强度的多枪炉用喷枪。
本发明的再一目的在于获得一种直接熔融还原炼铁的方法。
本发明还有一个目的在于获得一种多枪炉的用途。
本发明还有一个目的在于获得一种多枪炉用喷枪的用途。
在本发明的第一方面，提供了一种用于直接熔融还原炼铁的多枪炉，所述多枪炉包括炉体、炉腔和部分设置在炉体外的喷枪，其中，所述炉体的顶部设有开口，且所述部分喷枪通过所述开口；所述开口上围绕所述喷枪设置一个或多个氧喷枪；其中，所述喷枪的上端设有活动装置。
在本发明中“喷枪的一部分通过所述开口”，其含义是，以开口所在平面为分界线，喷枪枪体的一部分设在开口平面以上，一部分设在开口平面以下。
在本发明的一个实施方式中，开口平面以上的枪体部分的长度占枪体总长度的比例包括但不限于10-90％，优选40-60％。
在本发明的一个优选实施方式中，所述活动装置为万向节。
在本发明的一个优选实施方式中，所述炉腔包括三个操作区(一)燃烧区；(二)在燃烧区的下方为还原区；(三)在所述还原区的下方为铁水区。
在本发明的一个优选实施方式中，所述喷枪周围设有机械装置，所述喷枪穿过所述机械装置，且所述机械装置设置设置在所述活动装置和所述开口之间的平面上。
在本发明的优选实施方式中，机械装置与开口所在平面的垂直距离占所述喷枪的枪体上部长度的比例包括但不限于10-90％，优选30-70％，最优选35-40％。所述枪体上部长度是指，从喷枪枪体的顶端到开口所在平面的垂直距离。
在本发明的一个优选实施方式中，所述开口的周围设置密封装置。
在本发明的一个优选实施方式中，所述喷枪为动态喷枪，且所述动态喷枪的运动方式包括机械运动和/或自由运动。
在本发明的一个实施方式中，所述机械运动的运动方式包括喷枪的底端围着炉轴作圆周运动；和/或喷枪的底端作横向的直线运动；和/或喷枪沿着炉轴作上下运动；和/或或上述运动方式的组合。
在本发明的一个实施方式中，所述自由运动的运动方式是指，自由运动喷枪的运动是由于自身的气体喷射而不借助于外部的机械装置。由于自由运动喷枪的底端在液体中，而顶端联着万向节，因此在自身的气体喷射影响下，喷枪的底端将会运动，而且喷枪的运动受到顶端万向节和下端炉体开口直径的限制，在此范围内随机运动。
喷枪的可以是单孔喷口或多孔喷口。例如，一个喷口喷出气体、一个喷口喷出固体。固体包括铁矿和/或煤粉。所述铁矿和/或煤粉可以混合后在一个或多个喷口喷出。铁矿和煤粉的重量比例可以根据冶金领域的公知的炼铁方法进行确定。
所述喷口的位置较佳地设在枪体的底端。
本发明还有一个方面提供一种多枪炉用喷枪，所述喷枪部分设置在多枪炉的内部；所述喷枪的上端设置有活动装置。
在本发明的一个实施方式中，所述喷枪可以是单孔喷口或多孔喷口在本发明的一个实施方式中，所述喷枪进行机械运动和/或自由运动。
在本发明的一个实施方式中，所述喷枪的机械运动的运动方式包括喷枪的底端围着炉轴作圆周运动；和/或喷枪的底端作横向的直线运动；和/或喷枪沿着炉轴作上下运动；和/或上述运动方式的组合。
在本发明的一个实施方式中，所述自由运动的运动方式是指，自由运动喷枪的运动是由于自身的气体喷射而不借助于外部的机械装置。由于自由运动喷枪的底端在液体中，而顶端联着万向节，因此在自身的气体喷射运动影响下，喷枪的运动仅受到顶端万向节和下端炉体开口半径的限制，在此范围内随机运动。
在本发明的一个优选实施方式中，所述活动装置为万向节。
本发明再有一个方面提供一种直接熔融还原炼铁的方法，包括如下步骤，(a)提供铁水层和炉渣层；(b)在步骤(a)得到的铁水层和炉渣层中，采用本发明所述的喷枪喷入铁矿粉、煤粉，和/或采用氧喷枪喷入含氧气体；所述铁矿粉还原后得到铁水和炉渣；所述喷枪的底端接触炉渣层。
在一个
具体实施例方式
中，所述铁水层和炉渣层的重量属于本领域的公知常识。
在本发明的一个具体实施方式
中，所述喷枪的底端接触炉渣层，其中喷枪底端浸入矿渣层总厚度的比例根据实际情况而定，这属于本领域的公知常识。
在本发明的一个优选实施方式中，所述铁矿粉的颗粒直径和煤粉的颗粒直径根据本领域的公知常识。
在本发明的一个优选实施方式中，所述铁矿粉与煤粉混合后进行喷加，二者按重量计的混合比例可以由本领域技术人员根据公知技术添加。
所述铁矿粉和煤粉的成分属于本领域技术人员的公知技术。
所述含氧气体的含氧量为本领域的公知技术。含氧气体的气流量也可以根据现有技术添加。含氧气体的含氧量、铁矿粉含铁量、煤粉含碳量的重量比例由本领域技术人员按照现有技术添加。
在本发明的一个优选实施方式中，所述喷枪进行机械运动和/或自由运动。
在本发明的一个优选实施方式中，氧喷枪进行机械运动和/或自由运动。
本发明再有一个方面提供一种本发明的多枪炉的用途，其用于直接熔融还原炼铁。
本发明再有一个方面提供一种本发明的喷枪的用途，其用于冶金工业中的气体喷射和/或固体颗粒喷射。
图1为本发明的多枪炉的结构示意图。
具体实施方式
本发明人经过广泛而深入的研究，通过改进工艺，获得了能提高喷射面积、并降低喷溅强度的多枪炉。在此基础上完成了本发明。
本发明的喷枪由于设置在炉顶开口的中央，因此也称为中央喷枪。
多枪炉所述多枪炉包括炉体、炉腔和设置在炉体外的喷枪；所述炉体的顶部设有开口，且所述喷枪的部分通过所述开口；所述开口上围绕所述喷枪设置一个或多个氧喷枪；其中，所述喷枪的上端设有活动装置。
在本发明中喷枪的一部分通过所述开口，其含义是，以开口所在平面为分界线，枪体的一部分在开口平面以上，一部分在开口平面以下。其中，开口平面以上的枪体一部分占枪体长度的20-70％。
自由运动喷枪的自由运动可用于冶金工业中不同的气体喷射和固体颗粒喷射。在本发明的一个实施方式中，所述自由运动的运动方式是指，自由运动喷枪的运动是由于自身的气体喷射而不借助于外部的机械装置。由于自由运动喷枪的底端在液体中，而顶端联着万向节，因此在自身的气体喷射影响下，喷枪的底端将会运动，且喷枪的运动仅受到顶端万向节和下端炉体开口半径的限制，在此范围内随机运动。
机械运动用于喷射矿粉的中央喷枪可作下列机械运动a)喷枪的底端围着炉轴作圆周运动。
b)喷枪的底端作横向的直线运动。
c)喷枪沿着炉的中心轴作上下运动。
d)上述运动的混合运动。
喷枪的机械运动可用于冶金工业中不同的气体喷射和固体颗粒喷射。
中央喷枪和氧喷枪本发明的中央喷枪属于可进行机械运动和/或自由运动的动态喷枪。
作为自由运动喷枪进行运动时，是由于自身的气体喷射进行运动，而不是借助于外界的机械装置。
自由运动喷枪是相对用于喷射的静态喷枪而发明。自由运动喷枪的底端在液体中，而顶端联着万向节。自由运动喷枪的运动是由于自身的气体喷射而不借助于外部的机械装置。当气体从喷枪射入液体时，沿着自由运动喷枪上升的气液流将推动自由运动喷枪的运动。由于自由运动喷枪的顶端连着万向节10，自由运动喷枪的底端将偏离中心线位置。来自气液流的推力将被喷枪自身的重力平衡和联合，以使喷枪回复到垂直位置。气流的推力和喷枪的重力一直在改变方向，导致了自由运动喷枪在液体中的无规则运动。相对于静态喷枪而言，自由运动喷枪的喷射面积扩大了。自由运动喷枪的喷溅强度将会减少。从水模型的试验中发现喷枪流速60m/s时，自由运动喷枪的喷溅强度比静态喷枪在相同的条件下减少30％。
用于机械运动和自由运动的喷枪可以是单孔喷口或多孔喷口。
中央喷枪和氧喷枪可作连续的自由运动。自由运动是由于自身的气流喷射，而不借助于外部机械装置。
自由喷枪的运动范围和强度和喷射气流的大小成正比。特别是，从水模型的实验中，当气体流速达到50-60m/s时，自由喷枪就作大幅度运动。在多枪炉中，喷枪的气体流速将接近100m/s，甚至更高。而在炼钢转炉吹氧除炭工艺中，喷气流速达到400/s。如此大的气流动能将在一定程度推动喷枪运动。
以下结合具体实施例，进一步阐明本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。比例和百分比基于重量，除非特别说明。
参见图1，是有关动态多枪熔炉的直接还原炼铁。多枪炉1是一个直立的圆柱型熔炉并带有一个中央喷枪4和两个氧喷枪5。当然，氧喷枪的个数可以根据需要进行选择。
中央喷枪4设于熔炉的中央并在动态中喷射铁粉和煤粉的混和物。如图1所示，中央喷枪4的枪体上设有供固体物质和气体进入的入口15。所述固体物质例如铁粉、煤粉。
氧喷枪5围绕中央喷枪4放置并在动态中喷射含氧气体。在本实施例中，氧喷枪5的个数为2个，对称设置在中央喷枪4的两侧。
氧喷枪5的底端喷口位于中央喷枪4喷口的上方。熔炉的炉顶为每一个喷枪设有一个开口，如图所示，中央喷枪4通过开口13，也即，中央喷枪4的枪体的上部设在多枪炉1的炉体16外，而下部伸入多枪炉1的炉腔17内。
开口13周围的密封装置14用于减少炉气的通过。此外，熔炉设有排放烟气的出口9和铁水、炉渣的出口8。
动态的中央喷枪将有助于熔池的搅拌，热能的传递和二次燃烧。动态喷枪可分为机械运动和自由运动。连续的喷枪运动是该过程的明显特征以区别于静态喷枪。
在工作中，动态多枪炉可分为三个操作区。
燃烧区6-在氧喷枪5的喷口下方，接近炉渣层3。氧气将燃烧CO，H2和煤焦以提供热能。氧喷枪5的运动将有助于气体的混合和燃烧。
还原区7-在中央喷枪4口的下方，接近炉渣的下层，FeO被煤焦，Fe-C中的炭和还原气还原。连续的中央喷枪4运动将有助于FeO的快速还原。
铁水层2-还原的铁水在熔炉的底层准备出料。中央喷枪4的运动在一定程度上可影响铁水层的搅动。
炉渣层的下层为还原区，炉渣层的上层接近燃烧区。
在工作中，中央喷枪4在机械装置11的作用下可作下列机械运动(1)当喷枪的上端连着万向节10，喷枪的底端可绕熔炉的中心轴作圆周运动。
(2)中央喷枪4可以机械地上下运动。
(3)中央喷枪4的底端可作直线运动，而上端连着万向节10。
中央喷枪4的底端接触炉渣层3。当中央喷枪4进行运动时，其运动直接传递到炉渣层3。所有这些机械运动将改变溶池的流向。
同时，中央喷枪4的运动还能改变喷射的固体颗粒和液体的相互作用。同静态喷枪相比，铁矿粉和煤粉将被喷射到更大的范围。冷的固体颗粒将有效地被热的溶池溶化。
氧喷枪也可作上述的机械运动，以便增强气体搅拌、二次燃烧和热传递。
本发明的喷枪4除了进行机械运动以外，还可进行自由运动。例如，如图1中所示的虚线所示意。
自由运动的喷枪4是相对用于喷射的静态喷枪而发明。自由运动的喷枪4的底端在液体中，而顶端联着万向节10。自由运动喷枪4的运动是由于自身的气体喷射而不借助于外部的机械装置。当气体从喷枪4射入液体时，沿着自由运动喷枪4上升的气液流将推动自由运动喷枪4的运动。由于自由运动喷枪4的顶端连着万向节10，自由运动喷枪4的底端将偏离中心线位置。来自气液流的推力将被喷枪4自身的重力平衡和联合，以使喷枪4回复到垂直位置。气流的推力和喷枪4的重力一直在改变方向，导致了自由运动喷枪4在液体中的无规则运动。
相对于静态喷枪而言，自由运动喷枪的喷射面积扩大了。自由运动喷枪的喷溅强度将会减少。从水模型的试验中发现自由运动喷枪的喷溅强度比静态喷枪在相同的条件下减少30％。
在多枪炉中，自由运动喷枪可用于中央喷枪喷射铁矿粉和煤粉。自由运动喷枪的运动将把冷的矿、煤粉喷入到更大的范围，这会有助于传热、搅拌和还原。自由运动喷枪的低喷溅强度有利于减少喷溅废尘。
在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲授内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
权利要求
1.一种用于直接熔融还原炼铁的多枪炉，其特征在于，所述多枪炉(1)包括炉体(16)、炉腔(17)和部分设置在炉体(16)外的喷枪(4)，其中，所述炉体(16)的顶部设有开口(13)，且所述部分喷枪(4)通过所述开口(13)；所述开口(13)上围绕所述喷枪(4)设置一个或多个氧喷枪(5)；其中，所述喷枪(4)的上端设有活动装置(10)。
2.如权利要求1所述的多枪炉，其特征在于，所述喷枪(4)周围设有机械装置(11)，所述喷枪(4)穿过所述机械装置(11)，且所述机械装置设置(11)设置在所述活动装置(10)和所述开口(13)之间的平面上。
3.如权利要求1所述的多枪炉，其特征在于，所述喷枪为动态喷枪，且所述动态喷枪的运动方式包括机械运动和/或自由运动。
4.一种多枪炉用喷枪，所述喷枪(4)部分设置在多枪炉(1)的内部；其特征在于，所述喷枪(4)的上端设置有活动装置(10)。
5.如权利要求1所述的喷枪，其特征在于，所述活动装置(10)为万向节。
6.一种直接熔融还原炼铁的方法，其特征在于，包括如下步骤(a)提供铁水层(2)和炉渣层(3)；(b)在步骤(a)得到的铁水层(2)和炉渣层(3)中，采用权利要求4所述的喷枪(4)喷入铁矿粉、煤粉，和/或采用氧喷枪(5)喷入含氧气体；所述铁矿粉还原后得到铁水和炉渣；所述喷枪(4)的底端接触炉渣层(3)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述喷枪(4)进行机械运动和/或自由运动。
8.如权利要求6所述的方法，其特征在于，氧喷枪(5)进行机械运动和/或自由运动。
9.一种如权利要求1所述的多枪炉的用途，其特征在于，用于直接熔融还原炼铁。
10.一种如权利要求4所述的喷枪的用途，其特征在于，用于冶金工业中的气体喷射和/或固体颗粒喷射。
全文摘要
本发明提供了一种用于直接熔融还原炼铁的多枪炉，所述多枪炉包括炉体、炉腔和设置在炉体外的喷枪；所述炉体的顶部设有开口，且所述喷枪的部分或全部通过所述开口；所述开口上围绕所述喷枪设置一个或多个氧喷枪；其中，所述喷枪的上端设有活动装置。本发明还提供了一种直接熔融还原炼铁的方法。本发明的多枪炉喷射面积大、并降低喷溅强度。本发明的喷枪分为机械运动喷枪和自由运动喷枪，连续的喷枪运动是该过程的明显特征以区别于静态喷枪。
文档编号C22B5/12GK1916189SQ20061012918
公开日2007年2月21日 申请日期2006年9月7日 优先权日2005年9月8日
发明者范全荣 申请人:范全原