专利名称：用于电弧炉的燃烧器和喷枪组合设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于在电弧炉中熔融金属(例如含铁材料)的燃烧器(烧嘴)和喷枪。
背景技术：
电弧炉中的熔融工艺(方法)是半间歇式工艺，在电弧炉中，每个熔融过程通过篮 或桶装填两到四次冷的金属原料，通常为金属废料。电弧熔融工艺以及其中使用氧的优点在由M. Grant和B. Allemand于2000年AISE 电弧炉会议(AlSE Electric Arc Furnace ConferenceProceedings, 2000)的论文集中发 表的文章"Efficiency of oxygentechnologies in the EAF，，中有所论述。在电弧炉中熔融金属的方法(以下称为“熔融方法”)基本上包括两个步骤 熔融步骤，和·精炼步骤。在熔融步骤期间，将固体金属原料装填入炉中，并且向炉中的固体金属原料供给 热量以便预热和熔融金属。一方面，通过电弧炉的电极或相提供热量，另一方面，通过安装 在电弧炉中的一个或多个燃烧器提供热量，所述燃烧器的火焰被导引至固体金属原料。当 向电弧炉加入一桶或一篮新的金属原料时，继续执行熔融步骤以便熔融新加入的金属原 料。在电弧炉中仅能安装有限数目的燃烧器，通常每个炉壳体安装四个燃烧器。一般而言，燃烧器安装在-AC (交流)炉上的相位之间，-熔渣门附近，以及-贮槽附近。在熔融步骤的末尾，当基本上所有的固体金属原料已经被熔融时，熔融金属进入 精炼步骤。在精炼步骤期间，对熔融金属进行精炼以便获得期望的组成。通常，使用氧的超 音速射流来穿透熔渣并为熔融钢脱碳。精炼步骤通常还包括泡沫渣工序，在该工序中氧和 煤粉一同喷射以产生泡沫渣。在新的和改装过的多功能器械的电弧炉中，将燃烧器和超音速喷枪组合至单个设 备中获得越来越多的认可。在已知的多功能器械中，设置有收缩-扩张喷嘴的燃烧器和喷枪以同轴布置相组 合。申请人将这种已知的多功能器械商业化，商标为Pyrejet 。如同常规的、非多功能器械燃烧器一样，在引入每一桶金属原料后，使用多功能器 械的燃烧器预热和熔融金属原料，特别是废料。燃烧器还能避免或消除炉中的冷区域。喷枪的主要目的是在精炼期间产生超音速流，使得所得到的集中的氧射流能够穿 透熔渣并为钢脱碳。当多功能器械还设置有喷射煤粉的装置时，喷枪还可用于在精炼期间 与煤喷射相结合以产生泡沫渣。尽管在电弧炉中使用已知的多功能器械已引起电弧炉熔融方法的能量效率显著提高，但仍需要通过可靠的装置实现更高的能量效率。已显示，在精炼期间，超音速喷嘴/超音速氧射流在电弧炉中最佳定向为相对于 熔融池(即相对于水平平面)在约40°到约45°的范围中。已发现，在熔融步骤期间，燃烧器/燃烧器火焰的最佳倾度通常为相对于水平平 面约20°。因此，考虑到在已知的多功能器械中燃烧器和喷枪之间的同轴布置，则这两个最 优范围需要进行折衷。通常认为超音速喷嘴/超音速氧射流的最优倾度优先于燃烧器/火 焰的最优倾度，且已知多功能器械通常以约45°的角度安装。因此，已知的多功能器械存在的不便在于燃烧器没有根据其最优倾度安装，因而 与常规的具有最优燃烧器倾度的非多功能器械燃烧器相比，多功能器械在熔融步骤期间的 加热效率降低。另外，电弧炉中的熔融工艺的一个重要因素是在熔融步骤期间废料或金属原料堆 的几何形状的演变。随着熔融的进行，固体金属原料堆的高度降低。另一方面，当一桶新的 金属原料被加入电弧炉时，炉中固体金属原料堆的高度突然升高。由于在已知的多功能器械中燃烧器具有固定的位置和倾度，因而燃烧器的位置以 及燃烧器和燃烧器火焰的定向也是折衷的结果，未主动响应于金属原料堆的几何形状，从 而又降低了燃烧器的加热效率。由US-A-2003/0075843可知，通过机械装置致动电弧炉中的多功能器械或使其枢 转。此方法在例如在电弧炉中产生的高污染环境下不耐用，因为在这种情况下驱动部件遭 受严重的机械的和化学的侵害。发明中容本发明的目的是进一步提高电弧炉中熔融工艺的能量效率。本发明能通过提供一种包括燃烧器和喷枪的设备进一步提高这种熔融工艺的能 量效率，该设备能够使由燃烧器产生的火焰的方向通过与由喷枪产生的气态射流的流体相 互作用而偏向(方向偏离，偏移，deviate)。本发明还涉及一种在设置有根据本发明的设备的电弧炉中熔融金属原料的工艺 方法，其中，在至少部分的该工艺过程期间，使用燃烧器来燃烧燃料和氧化剂并在电弧炉中 产生火焰，以及通过由喷枪喷入电弧炉中的致动)气体的射流使所述火焰偏向。因此，能量效率的提高可例如通过改变在熔融工艺过程中由燃烧器产生的火焰的 定向以考虑在熔融工艺过程中废料或金属原料堆的几何形状的演变来实现，和/或通过改 变由燃烧器产生的火焰的定向从而更好地消除炉中的冷的部位来实现。
下面参照图1至图3进一步对本发明进行详细描述，其中图1是根据本发明的设备的第一实施例的局部截面的示意性侧视图，该设备安装 在电弧炉的壁或壳体中。图2是根据本发明的设备的第二实施例的局部截面的示意性侧视图，该设备安装 在电弧炉的壁或壳体中。图3是适合用于所述设备中的喷枪的具体实施例的局部示意性剖视图。
图4是根据本发明的工艺方法，通过由喷枪产生的致动气体射流使由燃烧器产生 的火焰偏向的示意性描述。在图4所示的实施例中，喷枪出口孔位于燃烧器出口孔的竖直 上方。
具体实施例方式本发明因而提供了一种用于电弧炉中的新设备1，所述设备包括燃烧器2和喷枪 3。燃烧器2具有燃烧器出口孔21，该燃烧器出口孔在使用时打开通向电弧炉。燃烧器还限 定了燃烧器轴线22。喷枪3具有喷枪出口孔31，在使用时该喷枪出口孔打开通向电弧炉。喷枪还限定 了喷枪轴线32。喷枪设置有具有音速喉道37的收缩-扩张喷嘴36，也称为拉瓦尔(Laval) 喷嘴。这样的收缩-扩张喷嘴或拉瓦尔喷嘴设计成根据上游压力产生超音速或亚音速气体 射流如果上游压力高于喷嘴设计的额定压力，则气体以超音速离开喷嘴；如果上游压力 低于额定压力，则气体以亚音速离开喷嘴。根据本发明，喷枪出口孔31和燃烧器出口孔21不是同心的。而是彼此相距一距 离D，所述距离D最大为喷枪直径的20倍，并优选不大于音速喉道37的直径d的10倍。喷枪轴线32与燃烧器轴线22形成一角度α，所述角度α在从10°到40°、优选 从15°到30°的范围内。例如，角度α可为约25°。以这种方式，所述设备能够通过与由喷枪产生或喷射的气态射流的流体相互作用 使得由燃烧器产生的火焰的方向偏向。根据本发明的一个优选实施例，喷枪3在收缩_扩张喷嘴的下游设置有扩张喷嘴 33，从而当燃烧器2和喷枪3同时操作时，与不具有所述第二扩张喷嘴的情况相比，由喷枪 喷射的射流覆盖了由燃烧器产生的火焰外围的更大区域。可与第二扩张喷嘴相组合的另一 个选择是使喷枪3设置有一个或多个用于在喷枪出口孔31附近喷射辅助气体的辅助喷射 器34。在喷枪3的操作过程中，通过一个或多个辅助喷射器34喷射这样的辅助气体，加宽 了由喷枪喷射的射流，因此与不具有辅助气体喷射的情况相比，所述射流覆盖了由燃烧器2 产生的火焰外围的更大区域。这种由喷枪喷射的射流引起的加宽能提供由喷枪产生的射流 和由燃烧器产生的火焰之间的更有效或更高效的流体相互作用，从而提供更有效或更高效 的火焰偏向。该设备优选地还包括水冷板4，燃烧器2和喷枪3安装在该水冷板中或穿过该水 冷板安装。在炉中使用时，水冷板为燃烧器和喷枪提供冷却，从而提供保护避免由于过热损 坏。尽管根据本发明的设备的一个优选实施例，燃烧器和喷枪安装在单个水冷板中，但本发 明还包括了燃烧器和喷枪各自安装在单独的水冷板中的实施例。该设备通常还包括适合在精炼过程中用于泡沫渣处理的煤粉喷射器(未示出)。 在这种情况下，煤粉喷射器优选地也安装在水冷板4中或穿过水冷板4安装。在使用时，所述设备安装在电炉中，例如在交流电弧炉中的相位之间、熔渣门附近 和/或贮槽附近。该设备优选地安装在电弧炉中，使得燃烧器轴线22与水平平面形成角度β，该角 度β为从10°到40°，优选从15°到30°。角度β为这样的角度，当通过由喷枪3产生 的射流未使所述火焰偏向时，燃烧器2在该角度下将其火焰喷入电弧炉中。
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喷枪轴线32优选与水平平面形成角度Y，该角度Y为从30°到60°，优选从 35° 到 45°。喷枪出口孔31有利地位于燃烧器出口孔21所在的水平平面上方，并且可以在燃 烧器出口孔21的正上方或基本上竖直上方。当该设备包括煤粉喷射器时，此煤粉喷射器优选具有通向电弧炉中的煤喷射器 孔，该煤喷射器孔位于燃烧器出口孔21所在的水平平面下方，并且可以在燃烧器出口孔21 的正下方或基本上竖直下方。本发明还包括设置有一个或多个这种设备的电弧炉。本发明还涉及一种在电弧炉中熔融金属原料、通常为铁质金属原料(通常为金属 废料)的方法，该电弧炉设置或设置有一个或多个本发明的设备。本发明的方法包括熔融步骤和精炼步骤。在此方法中，在至少部分的熔融步骤期 间使用燃烧器2以在电弧炉内产生火焰23。在至少部分的精炼步骤期间使用喷枪3以产生 超音速射流。根据本发明，在至少部分的熔融步骤期间使用喷枪3以在燃烧器产生火焰23 时将致动气体的射流35喷入电弧炉中，从而通过火焰23和致动气体的射流35之间的流体 相互作用使得由燃烧器2产生的火焰23偏向。在本文中，术语“致动气体射流”或“致动气体的射流” 35意为在燃烧器2产生火 焰23的同时由喷枪3喷射的气体射流，使得在气体射流和火焰之间产生流体相互作用，如 图3所示，从而使火焰偏离在不存在致动气体射流时火焰所具有的方向(在图3中，在不存 在致动气体射流时获得的火焰用虚线示出)。应当认识到，本发明的一个重要优点是其允许改变由燃烧器2产生的火焰23的 定向，而不需要暴露于在电弧炉内部存在的高污染和强腐蚀性环境的额外的机械或驱动部 件。通过使用喷枪3改变火焰的定向，本发明也不需要为了使燃烧器火焰偏向而在电弧炉 中安装额外的喷枪或喷射器。有利的是，可在一桶原料熔融开始时使用燃烧器2以便预热金属原料。燃烧器2的额定功率优选在2丽和6丽之间。根据一个有利的实施例，燃烧器2为气态燃料燃烧器，例如用于燃烧天然气。根据 另一个有利的实施例，燃烧器2是液体燃料燃烧器，例如用于燃烧燃料油。在使用时，燃烧器2设置有气门机构，该气门机构一方面供应燃料，另一方面供应 氧化剂。喷枪3同样设置有用于供应气体的气门机构。当利用根据本发明的方法，由燃烧器2产生的火焰23的定向通过与致动气体的射 流35的流体相互作用而改变，从而在熔融步骤期间火焰定向能够跟随金属原料堆的几何 形状改变而动时，改善了向金属原料的热传递，并可缩短熔融金属原料所需要的时间，从而 获得提高的能量效率。例如，在熔融步骤期间，可随着金属原料堆的减少逐渐降低由燃烧器2产生的火 焰23。当加入一桶新的金属原料、从而产生新的或更高的金属原料堆时，可类似地升高火 焰。本发明的一个主要优点是，通过使用喷枪3产生致动气体的射流35，可以在熔融 步骤期间通过与致动气体射流进行流体相互作用而使得由燃烧器2产生的火焰23偏向，并且与现有的多功能器械相比，不需要额外的或更复杂的气门机构来供应燃料和气体。特别地，致动气体射流35可以是空气射流或者含氮、含氩或含氧射流。优选含氧 射流。当致动气体射流是空气射流或更优选的氧射流时，其使得在熔融过程中释放的CO能 够发生后燃烧，从而进一步提高了方法的能量效率。如前所述，当喷枪在收缩_扩张喷嘴的下游设置有扩张喷嘴33时，或者如上所述， 如果喷枪设置有一个或多个用于在喷枪出口孔32附近喷射辅助气体的辅助喷射器34，则 致动气体射流35能够覆盖火焰23的更重要区域，从而增加了致动气体射流对火焰的影响， 并因此提高了致动气体射流能改变火焰的方向的效率。在精炼步骤期间，喷枪3可用作常规的喷枪器具。特别地，可在精炼步骤期间使用喷枪3以产生超音速氧射流，并同时由煤粉喷射 器向电弧炉中喷射煤粉，从而产生泡沫渣。在精炼过程中，喷枪3还可用于产生混合或搅拌熔融金属的超音速射流。所述超 音速射流可以是空气射流，或者含氮、含氩或含氧射流，或者含有氮和氧的组合的射流。优 选含氧射流。当使用喷枪3产生超音速射流时，所述超音速射流的流量可有用地在800Nm3/h和 4000Nm3/h 之间，优选在 1200Nm3/h 和 3000Nm3/h 之间。根据本发明的一个具体实施例，喷枪3本身可设置有用于改变气体射流的定向的 装置，该气体射流为喷枪喷入电弧炉中的气体射流，即在熔融步骤期间由喷枪喷射的致动 气体射流和/或在精炼步骤期间由喷枪喷射的超音速射流。这种装置可以是例如用于提供 额外的气流以冲击喷枪内(即在喷枪出口孔31的上游、在喷枪出口孔31处或者紧接喷枪 出口孔31的下游)的射流的装置，从而能通过与所述额外的气流的流体相互作用改变由喷 枪3喷入电弧炉的气体射流的定向。特别地，当喷枪在喷枪出口孔31附近设置有一个或多 个用于喷射辅助气体的辅助喷射器34时，能使用辅助气体来改变由喷枪喷射的气体射流 的定向。由喷枪喷射的致动气体射流35优选地为含氧射流。致动气体的射流35有利地具 有按体积计至少25%、优选按体积计至少50%、更优选按体积计至少90%的氧含量。同样地，由喷枪喷射的超音速射流有利地为含氧射流，该含氧射流有利地具有按 体积计至少25%的、优选按体积计至少50%、更优选按体积计至少90%的氧含量。根据本发明，电弧炉通常还设置有控制装置，该装置用于·在熔融步骤期间控制到燃烧器的燃料和氧化剂的流量以及到喷枪的致动气体 的流量，以及·在精炼步骤期间控制到喷枪的气体的流量。当喷枪设置有一个或多个用于喷射辅助气体的辅助喷射器34时，控制装置通常 也控制通过一个或多个辅助喷射器的辅助气体的流量。当所述设备设置有煤粉喷射器时，控制装置通常也控制在精炼步骤期间到煤粉喷 射器的煤粉的质量流(量)。特别地，电弧炉可设置有控制系统，该控制系统用于·基于熔融步骤的燃烧器理想配比法控制对熔融步骤进行开环控制和/或·基于金属原料堆几何形状演变对熔融步骤进行闭环控制，例如根据
自熔融步骤开始起消耗的时间或者通过电极供应的电能或者通过光学装置(例 如激光器)进行评估。如上所述，当致动气体射流35为含氧气体(例如空气射流或更优选地氧射流) 时，可通过在CO转变为CO2的高度放热的CO后燃烧中使用含氧致动气体射流35来提高所 述方法的能量效率，所述CO在熔融过程期间被释放。由于电弧炉中的气氛，特别是所述气氛中的CO含量可快速变化，后燃烧的有效使 用需要快速响应控制。如果喷入炉中的氧不够，则由于在熔融过程期间释放的CO的一部分 将以废气从炉中逸出，后燃烧和相应的能量节省将会是不完全的。另一方面，如果喷入炉中 的氧过多，则将导致石墨电极的氧化并导致由于金属氧化产生的金属损失增大，这两种情 况均产生了显著的额外损耗。另外，当向炉中喷射显著过量的氧时产生的热部位可使覆盖 炉内部的耐火材料的退化加速。最后，喷射的过量氧还会与熔融金属池发生反应并因而影 响放出的熔融金属的质量。因此，本发明还涉及可以一种在熔融步骤期间能够通过以下方式使金属的熔融最 优化的控制装置 通过在熔融工艺过程中控制由燃烧器产生的火焰的倾度以使向金属原料炉料的 热传递最优化，或·通过控制喷入炉中的氧的总体流量以便使后燃烧最优化，或·优选地，通过同时控制火焰的倾度和氧的喷射。根据本发明的方法优选地在设置有这样的控制装置的电弧炉中进行，该控制装置 控制到燃烧器的燃料和氧的流量以及到喷枪的气体的流量。根据第一实施例，控制装置包括测量自熔融工艺开始(金属原料的加热开始)起 消耗的时间的仪器或时钟。根据一个更优选的实施例，控制装置包括测量自熔融步骤开始 起经由电极或相位供应的电能的量的仪器或仪表。所供应能量的量通常以kWh/吨装填的 金属原料(千瓦时每吨装载的金属原料)表示。这两个参数(特别是经由电极提供的能量的量)是用于熔融工艺控制的有用的输 入参数。事实上，对于给定的金属原料装填量，消耗的时间、特别是经由电极供应的能量使 得能(至少近似地)确定熔融步骤的结束和精炼步骤的开始，因而能例如被控制装置用作 输入来确定何时控制到喷枪的气体流量以便为脱碳产生超音速射流、和/或确定何时控制 到喷枪的气体流量以及到煤粉喷射器的煤粉的质量流(量)以便在炉中产生泡沫渣。对于给定的金属原料的装填量，消耗的时间或经由电极提供的能量还使得能确定 熔融步骤的进展程度和相应的金属原料堆的几何形状，因而能例如被控制装置用作输入来 控制到喷枪的致动气体的流量和到燃烧器的氧和燃料的流量，使得随着熔融步骤进行以及 金属原料堆几何形状改变，由燃烧器产生的火焰通过火焰和致动气体之间的流体相互作用 保持在最佳倾度。控制系统可特别包括操作系统，该操作系统接收作为输入的自熔融工艺开始起消 耗的时间或优选地自熔融步骤开始起经由电极或相位提供的电能的量，其中，所述操作系 统使用软件(也称作“模型”)确定对应于熔融步骤的结束和精炼步骤的开始的时刻，并提 供相应的信号作为输出，和/或其确定熔融步骤的进展程度和/或与所述熔融步骤的进展 程度相关联的金属原料堆的近似几何形状，并提供相应的信号作为输出。
控制装置优选地还包括CO传感器，其用于检测炉气氛中的CO浓度水平，优选用 于炉中气氛的CO浓度水平的实时检测。该CO传感器特别地可通过光学装置、特别是使用 可调二极管激光器检测炉气氛中的CO浓度水平，如例如由W0-A-0233200、W0-A-03046522、 W0-A-03060480、W0-A-03060491、US-A-2003218752、W0-A-2996061081 可知。或者，CO传感器可通过在炉的弯管间隙或滑移间隙(slip gap)测量烟气或废气 的温度来间接地检测炉气氛中的CO浓度水平。这样的弯管间隙或滑移间隙通常在电弧炉 的烟气提取系统中存在于安装在电弧炉顶部中的废气弯管与位于所述弯管下游的通常为 水冷的下游废气管道之间。通过此间隙，一定量的环境空气随烟气被吸入水冷管道。由 Januard等人在伯明翰举行的2005EEC会议上发表的论文“Dynamic control of fossil fuel injections in EAF through continuous fumes monitoring”可知，由于离开炉的 CO 与在此处侵入的空气燃烧，因此，在弯管间隙或滑移间隙处的温度是对离开炉的CO浓度的 度量。炉内有效的后燃烧导致离开炉的CO减少，因而在间隙处产生更少的烟气或更低的废 气温度。控制装置可同时包括用于通过光学装置检测CO浓度的CO传感器和用于在弯管间 隙或滑动间隙测量烟气温度的CO传感器，从而，例如，用于在所述间隙测量烟气温度的CO 传感器可以作为后备来验证用于通过光学装置检测CO浓度的CO传感器是否工作良好。由于只有超过燃料燃烧所需氧量的喷射氧量有助于后燃烧，所以，炉气氛中的CO 浓度或者反映炉气氛中的CO浓度的参数是对于控制熔融工艺有用的输入参数，因为其使 得控制装置能通过根据经检测的CO浓度水平和由燃烧器喷入炉中的燃料量控制由喷枪和 /或燃烧器喷入炉中的氧的流量来控制炉中使CO转变为CO2的后燃烧并使其最优化。为了 在炉中喷射的燃料燃烧而需要的氧的量称为理想配比量。根据本发明的方法的一个优选实施例，致动气体为含氧气体，在熔融步骤期间，该 控制装置·控制到燃烧器的燃料和氧化剂的流量以及到喷枪的致动气体的流量，从而随着 熔融步骤的进行和金属原料堆的几何形状的改变，由燃烧器产生的火焰通过与喷枪喷射的 致动气体射流之间的流体相互作用相对于所述堆保持最佳倾度，以及 通过调节氧的量使后燃烧最优化，所述氧作为氧化剂(的一部分)由燃烧器以及 作为致动气体(的一部分)由喷枪喷入炉中，使得超过燃料燃烧所需氧量的由燃烧器和喷 枪喷入炉中的氧的量可用于后燃烧。本发明因而提供了一种方法，该方法用于同时(a)(通过与由喷枪喷射的致动气 体射流的流体相互作用)控制或调节燃烧器的火焰定向和(b)通过控制分别由燃烧器和喷 枪喷射的氧的量，或者通过控制由燃烧器喷射的燃料的量和分别由燃烧器及喷枪喷射的氧 的量，控制和调节炉中的后燃烧。控制装置还可包括用于检测炉气氛中的CO2浓度水平的CO2传感器，优选地通过炉 气氛中的CO2浓度水平的实时检测，例如，使用光学装置(例如可调二极管激光器之类的光 学装置。利用由CO2传感器检测的炉气氛中的CO2的浓度水平作为输入，控制装置可监控炉 中的后燃烧是否良好工作。控制装置可特别地包括检测炉中气氛的CO浓度水平和CO2浓 度水平两者的传感器，例如，使用光学装置(例如可调二极管激光器)。控制装置还可包括用于检测电弧炉的水冷板过热的热传感器。在这种情况下，热传感器可通过检测一个或多个板的冷却水的温度、特别是其中安装有燃烧器和喷枪的一个 或多个板的冷却水的温度何时超过预定值来检测衬套的过热，温度超过预定值是过热的特 点。如果热传感器检测到一个或多个水冷板的过热，则此信息可被控制装置用作信号来减 少喷入炉中的氧和/或燃料的数量，以便减少由燃烧和/或后燃烧向炉中释放的热量。为了保护燃烧器使其免于污染物、熔渣或金属的沉积，在熔融工艺过程中，控制装 置还有利地确保 到燃烧器的氧化剂和/或燃料的流量保持在最小的或辅助的(实验性的，pilot) 燃烧器流量以上，和·到喷枪的气体流量保持在最小的或辅助的喷枪流量以上。下面是根据本发明的熔融工艺的非限制性示例。·在熔融步骤开始时-设备的燃烧器快速地从其低功率的辅助模式或待用模式转换至其额定功率燃烧 器模式，该额定功率燃烧器模式具有介于2MW和6MW之间的功率，-同时，喷枪保持在辅助模式下，或者在这种情况下，喷枪被用来喷射低水平的致 动流以使火焰保持接近最优构型(约20° )。当致动流为氧流时，氧作为达到火焰理想配 比的补充氧和/或作为用于后燃烧的附加氧。例如，这些流量可以通过控制装置基于废气 分析仪器来控制。鉴于电弧炉内高污染和强腐蚀性的气氛，作为一个原则，安装在电弧炉中 的燃烧器和喷射器在熔融工艺过程中通常不完全关闭。即使当燃烧器没有产生向金属原料 炉料传递热量的火焰时(即当燃烧器未处于操作中时)，燃烧器仍保持在辅助或维持或保 持点火(hold fire)模式下，在此期间，向燃烧器供应有限的和受控的燃料和/或氧化剂 流(也称为预定的最小燃烧器流量)以便保护燃烧器，特别是使其免于溅落在燃烧器上的 污染物或熔渣或金属的沉积，所述沉积会阻塞燃烧器或者限制燃烧器的良好工作。同样地， 即使当喷枪在精炼步骤期间没有用于喷射超音速气流、特别是用于脱碳或用于产生泡沫渣 时，或者当根据本发明在熔融步骤期间喷枪没有用于喷射致动流时，喷枪仍保持在辅助模 式或维持模式下，在此辅助模式或维持模式期间，向喷枪提供有限的和受控的气流(也称 为预定的最小喷枪流量)以便保护燃烧器。·随着熔融步骤的进行-燃烧器保持在其额定功率燃烧器模式，且-鉴于废料堆的塌陷，致动流逐渐增加从而使火焰偏向并保持火焰相对于水平平 面的角度尽可能最佳例如从20°上升至45°。另外，致动流可作为达到火焰理想配比的 补充氧(可能伴随有到燃烧器的燃料流量的下降)和/或作为用于后燃烧的附加氧。例如， 这些流量可根据炉气氛的分析、特别是根据所述气氛的CO含量来控制。所得到的火焰相对于水平平面的角度θ特别地根据来自燃烧器的燃料和氧化剂 的质量流量和来自喷枪的致动气体的质量流量而变化。在气态燃料的情况下θ=f(m激励气体射流/m燃料+m氧化剂) 其中m是相关气体的质量流量。
当汝激励气体射流=0时，θ是未发生偏向的火焰相对于水平平面的角度，其通常 与燃烧器轴线相对于水平平面的角度β相一致。 在精炼步骤期间-燃烧器返回其辅助模式或待用模式，且-喷嘴被转换至超音速模式以便将超音 速氧射流喷入电弧炉中，以及_在熔融步骤期间保持在待用模式的煤粉喷射器被用来将煤 粉喷入电弧炉中。控制超音速氧和煤喷射以便产生泡沫渣。为了达到泡沫渣工序的最优效 率，通过控制系统基于用于废气分析、电参数测量的传感器或现有技术中描述的任何等同 传感器使用闭环控制来控制超音速氧和煤喷射。
权利要求
一种用于电弧炉中的设备(1)，包括用于燃烧燃料和氧化剂的燃烧器(2)，所述燃烧器具有燃烧器轴线(22)和燃烧器出口孔(21)，以及具有喷枪轴线(32)和喷枪出口孔(31)的喷枪(3)，所述喷枪设置有收缩 扩张喷嘴(36)，所述收缩 扩张喷嘴包括具有直径d的音速喉道，其特征在于所述喷枪出口孔(31)和所述燃烧器出口孔(21)不同心，并且设置成彼此相距一距离D，其中，D≤20×d，优选D≤10×d，以及所述喷枪轴线(32)与所述燃烧器轴线(22)形成一角度α，所述角度α在从10°到40°、优选地从15°到30°的范围内。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括水冷板(4)，所述燃烧器(2)和所 述喷枪(3)安装在所述水冷板(4)中。
3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，还包括煤粉喷射器。
4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其特征在于，所述设备安装在电弧炉中。
5.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述燃烧器轴线(22)关于水平平面形成 从10°到40°、优选地从15°到30°的角度β。
6.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于，所述喷枪轴线(32)关于水平平面形 成从30°到60°、优选地从35°到45°的角度Y。
7.一种在电弧炉中熔融含铁的金属原料的方法，该方法包括熔融步骤，和精炼步骤，其中所述电弧炉设置有根据权利要求4-6中任一项所述的设备(1)，在至少部分的熔融步骤期间使用所述燃烧器(2)在所述电弧炉内燃烧燃料和氧化剂 以产生火焰，以及在至少部分的精炼步骤期间使用所述喷枪(3)产生超音速射流，其特征在于在至少部分的熔融步骤期间，使用所述喷枪(3)将致动气体的射流(35)喷入所述电弧 炉中，而使用所述燃烧器燃烧燃料和氧化剂并产生火焰(32)，从而所述致动气体的射流使 由所述燃烧器产生的火焰偏向。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述金属原料是含铁的金属原料。
9.根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述致动气体的射流(35)具有按体 积计至少25%、优选至少50%、更优选至少90%的氧含量。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述电弧炉还设置有控制 装置，该控制装置控制到所述燃烧器的燃料和氧化剂的流量以及到喷枪的气体流量。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述致动气体是含氧气体，在所述熔融 步骤期间，所述控制装置控制到所述燃烧器的燃料和氧化剂的流量以及到喷枪的致动气体 的流量，使得由所述燃烧器产生的火焰(23)通过所述火焰(32)和由所述喷枪(3)喷射的 致动气体射流(35)之间的流体相互作用保持在相对于所述金属原料的最佳倾度。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述致动气体为含氧气体，在所述熔融步骤期间，所述控制装置控制由所述燃烧器(2)以及由所述喷枪(3)喷入所述炉中的氧的量。
13.一种电弧炉，包括至少一个根据权利要求4至6中任一项所述的设备。
14.根据权利要求25所述的电弧炉，还包括根据权利要求10至12中任一项所限定的 控制装置。
全文摘要
本发明涉及用于在电弧炉中使用可变方向的火焰熔融原料的方法和设备，该设备包括燃烧器和喷枪，其中，喷枪出口孔(31)和燃烧器出口孔(21)不同心，并且设置成彼此相距一距离，喷枪轴线(32)与燃烧器轴线(22)形成一角度α，该角度α在从10°到40°的范围内。
文档编号C21C5/52GK101910768SQ200980101840
公开日2010年12月8日 申请日期2009年1月6日 优先权日2008年1月8日
发明者B·拉贝戈尔, F·贾努埃德, J·洛朗, M·G·K·格兰特, Y·约马尼 申请人:乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司