一种烧结用的多自由度式喷吹装置及烧结装置的制作方法

本实用新型涉及一种喷吹装置及包括它的烧结装置，特别涉及一种多自由度式喷吹装置及其使用方法，属于烧结领域。

背景技术：

烧结工艺是炼铁流程中的一个关键环节，其原理是将各种粉状含铁原料，配入适量的燃料和熔剂，加入适量的水，经混合和造球后在烧结设备上使物料发生一系列物理化学变化，烧结成块，从而送往高炉进行下一步工序。

为了降低高炉炼铁的焦比和冶炼成本，高炉对烧结矿的要求往往是高强度和高还原性。烧结工序中，一般要求烧结矿具有较高的强度、高成品率、较低的返矿率，以及较低的燃料消耗。高强度和高还原性的烧结矿在高炉冶炼过程中消耗较少的焦炭，从而降低二氧化碳的排放。从长远角度考虑，二氧化碳减排要求将成为制约钢铁工业发展的瓶颈之一。据相关资料介绍，烧结与高炉工序二氧化碳排放量约占工业排放总量的60％。因此，无论从企业降低成本考虑还是从环境保护角度考虑，减少烧结固体燃料消耗比例与降低高炉炉料的燃料比成为炼铁技术的迫切之需。

在此大环境下，日本JFE公司开发的“烧结料面气体燃料喷吹技术”应运而生，其原理是通过在点火炉后一段距离的烧结料面上方喷吹稀释到可燃浓度下限以下的气体燃料，使其在烧结料层内燃烧供热，从而降低烧结矿生产中的固体碳用量以及CO₂排放量。同时，由于气体燃料的燃烧加宽了烧结料层在生产时的高温带宽度，所以使得1200～1400℃的烧结矿温度时间得到延长，从而使得烧结矿的强度以及5～10mm孔隙率得到有效加强。目前看来该技术具有较好的节能减排提质效果。

现有技术中的喷吹装置存在以下不足：

1.自由度不高：装置在高度、长度(沿烧结机运行方向)方向上均为固定结构，且无法改变装置的安装位置(距离点火炉尾端距离)，倘若工况改变，无法实现自由调节；

2.适应性差：由于自由度不高，故喷吹装置只能适应单一工况条件，而无法适应某些更换料种频繁或是机速变动频繁的烧结厂企业。

3.使用寿命短：由于喷吹装置无法改变高度，而料面高度是根据工况因素变化而实时变化的，故在实际生产时，装置喷吹管下沿距离料面上沿的距离很难保证在合理范围内，一旦出现距离过近的情况，则极易引起喷吹管被高温料面烧坏。

4.安全性能低：由于喷吹装置无法改变高度，而料面高度是根据工况因素变化而实时变化的，故在实际生产时，装置喷吹管下沿距离料面上沿的距离很难保证在合理范围内，一旦出现装置喷吹管下沿距离料面过近的情况，还有可能引起气体燃料在喷吹管内燃烧，从而引发安全事故。

5维护成本高：由于喷吹装置无法改变高度，而料面高度是根据工况因素变化而实时变化的，故在实际生产时，装置喷吹管下沿距离料面上沿的距离很难保证在合理范围内，由于喷吹管极易被高温料面烧坏，使得生产企业不得不频繁更换喷吹管，从而大幅提高了维护成本。

技术实现要素：

本实用新型提供一种可随料种、料面高度、烧结机机速等多方面工况因素变化而变化的智能型喷吹装置及其操作方法，以求弥补现有技术的缺陷，提高生产的稳定性、经济性与安全性。

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种多自由度式喷吹装置：

一种烧结用的多自由度式喷吹装置，包括支柱、支架、燃料输送管、燃料支管、喷吹管和烧结机台车。支柱位于烧结机台车的两侧，支架设置在烧结机的上方。支架设置在支柱上。燃料支管与燃料输送管连接。喷吹管与燃料支管连接。喷吹管设置在支架上。喷吹管为2节或2节以上(例如3节)的喷吹套管。喷吹套管采用伸缩式套管的结构。喷吹套管上设有喷吹孔。优选，每节的喷吹套管上都设有喷吹孔。

作为优选，燃料支管和燃料输送管通过金属软管连接。

作为优选，支柱下端设有行走轮。更优选，每根支柱下端设有行走轮。

作为优选，支柱包括固定支撑立腿和升降装置，更优选，升降装置为电动螺杆式升降装置或液压升降装置。

作为优选，支柱的底部配有定位挡块装置。尤其当固定支柱的位置时，利用定位挡块装置来固定支柱的位置。

作为优选，在喷吹装置的前端设有料面高度检测装置。

作为优选，喷吹管为多节(例如2节或2节以上，例如3节或4节)的喷吹套管。多节喷吹套管为伸缩式套管结构。喷吹套管的每一节上设有喷吹孔。

在本实用新型中，燃料输送管的一侧或两侧设有燃料支管。

在本实用新型中，燃料输送管上设有1-40根燃料支管，优选2-30根燃料支管，更优选为3-20根燃料支管。

在本实用新型中，燃料支管的一侧或两侧设有喷吹管。

在本实用新型中，每一根燃料支管上设有1-60根喷吹管，优选2-40根喷吹管，更优选为3-20根喷吹管。

作为优选，燃料支管上设有流量调节装置。

作为优选，燃料支管上设有流量检测装置。

作为优选，该装置还包括控制系统。控制系统与升降装置、行走轮、料面高度检测装置、流量调节装置、流量检测装置连接。控制系统控制升降装置、行走轮、料面高度检测装置、流量调节装置和流量检测装置的操作。

一般，沿着烧结台车的运行方向，烧结机可分为点火段和烧结段。上述多自由度式喷吹装置被设置在烧结机台车的上方并且在点火段(它位于台车运行方向的前端)之后。

根据本实用新型提供的第二种实施方案，提供一种多自由度式喷吹装置的使用方法或采用上述装置的燃料喷吹方法(即，在烧结台车的物料上方喷吹燃料的方法)，该方法包括以下步骤：

(1)根据烧结矿料需要，设定喷吹套管的节数；调节行走轮，设定喷吹装置的位置，放置定位挡块装置来固定支柱的位置；

(2)烧结台车布料并点火运行，料面高度检测装置检测料面高度；控制系统控制支柱上的升降装置，调节喷吹装置的高度；

(3)通入燃料，开始在物料(即烧结矿料)的上方喷吹燃料；

(4)流量检测装置检测流量的大小，控制系统控制流量调节装置。

根据本实用新型提供的第三种实施方案，提供一种具有烧结台车的烧结装置，其中在烧结台车的上方在点火段之后设有以上所述的多自由度式喷吹装置。

在本实用新型中，支柱设置在地面上，或者设置在烧结机的固定部件上。支柱设置在烧结机的一侧或两侧(以烧结机台车运行的方向为正方向)。根据烧结机的长度和喷吹装置的重量，相邻支柱间的间隙为1～10米，优选1～3米，优选1.5～2.5米。整个喷吹装置设有4～50根支柱，6～40根支柱，优选10～30根支柱，优选12-24根支柱。

在本实用新型中，支架设置在烧结机的上方，也就是说支架设置在烧结机台车的上方，平行与台车运行的方向。支架可以是钢支架或其他材料的支架，只需要能够耐高温的硬质材料均可。支架用于制成喷吹管。支架通过焊接、螺丝连接、铆接或其他方式固定在支柱上。支架的结构可以是任意形状，在支架中间可以设有加强筋，用于加固支架。

在本实用新型中，燃气输送管与燃料支管通过金属软管连接，金属软管可以在一定范围内上下、左右变形，并且能够保证燃料的正常输送。喷吹管与燃料支管连接并相通，燃料从燃料支管进入喷吹管。喷吹管设置在支架上，可以是固定设置，也可以活动设置。

在本实用新型中，喷吹管为喷吹套管。喷吹管为2节或2节以上的喷吹套管，优选为2-10节的喷吹套管，更优选为3-8节的喷吹套管。喷吹套管的每一节上均设有喷吹孔。根据需要，多节喷吹套管可以收缩成一节的长度，收缩后，每一节上的喷吹孔重叠在一条直线上。根据需要，多节喷吹套管可以伸长为2节或多节的长度，且每一节都与相邻的下一节连接。例如，喷吹套管为3节，其中第1节(与燃料支管连接的一节)直径最大并且第1节的首端连接在燃料支管上，第2节次之，第3节最小。当只需要1节长度喷吹时，第2节与第3节均被套在第1节内，每一节上喷吹孔重叠在一条直线上。当需要喷吹长度延长时，第2节和/或第3节伸出第1节外，第2节首端与第1节末端连接，第3节首端与第2节末端连接，并参与喷吹。也可以第1节(与燃料支管连接的一节)直径最小并且第1节的首端连接在燃料支管上，第2节较第1节大，第3节最大。当只需要1节长度喷吹时，第2节与第3节均被套在第1节外，每一节上喷吹孔重叠在一条直线上。当需要喷吹长度延长时，第2节和/或第3节伸出第1节外，第2节首端与第1节末端连接，第3节首端与第2节末端连接，并参与喷吹。喷吹套管的最大内径为60mm。最小内径为10mm。即，喷吹套管的内径为10-60mm，优选，15-50mm。所有节数喷吹套管都伸出后，整个喷吹管的长度小于或等于相邻燃料支管间的间隙宽度。

在本实用新型中，支柱的下端设有行走轮，行走轮可以沿烧结机台车运行的方向行走，从而带动整个喷吹装置左右移动，从而将喷吹装置向点火炉方向(或背离点火炉方向)拉扯。行走轮可通过卷扬机钢丝绳拉扯的方式行走。

在本实用新型中，支柱包括固定支撑立腿和升降装置。控制升降装置的顶升高度，从而控制支架的上下升降，进而控制喷吹管下沿与烧结料面上沿的距离。升降装置可以为电动螺杆式升降装置。

在本实用新型中，支柱上设有定位挡块装置。当喷吹管装置定位后，通过定位挡块装置将行走轮定位锁死，防止整个喷吹装置横向移动。

在本实用新型中，燃料输送管的一侧或两侧设有燃料支管。相邻燃料支管间的间隙为2～8米，整个装置设有1～24根燃料支管，优选2～18根燃料支管，更优选4～12根燃料支管。

在本实用新型中燃料支管的一侧或两侧设有喷吹管。相邻喷吹管间的间隙为100～200mm。每一根燃料支管上设有6～20根喷吹管。喷吹管的长度为2～7米。

在本实用新型中，控制系统连接升降装置、行走轮、料面高度检测装置、流量调节装置、流量检测装置中的一个或多个。可以单独控制一个部件，也可以同时控制多个部件。

在本实用新型中，未进行阐述的装置均为现有技术中常见的装置，为本领域技术人员熟知的设备。

与现有技术相比较，本实用新型具有以下有益技术效果：

1、自由度高：采用本实用新型后，喷吹管装置可以根据现场生产工况条件的变化，做出与之适应的高度、长度方向变化，从而提高了装置的自由度与可调性；

2、适应性强：由于自由度与可调性得到了提高，故本实用新型下的喷吹管装置可以适应多种工况条件，特别适应某些更换料种频繁或是机速变动频繁的烧结厂企业。

3、使用寿命长：由于新型喷吹管装置可以根据工况实时改变高度，故有效避免了在实际生产时，装置喷吹管下沿距离料面上沿的距离在合理范围内，从而消除了因为距离过近而引起喷吹管被高温料面烧坏的安全隐患。

4、安全性能高：由于喷吹管高度可调，故不会出现由于装置喷吹管下沿距离料面过近导致的气体燃料在喷吹管内燃烧引发安全事故的情况。

5、维护成本低：由于喷吹管高度可调，故喷吹管的工作环境得到了很好的保证，从而喷吹管寿命大幅延长，降低了装置的维护成本。

6、智能化程度高：本实用新型的新型喷吹管装置把点火炉前端料面高度检测装置信号与电动螺杆式升降装置连锁，实现了系统智能化自适应式生产。

附图说明

图1为本实用新型装置结构图；

图2为本实用新型装置左视图；

图3为本实用新型喷吹管结构图；

图4为本实用新型装置俯视图；

图5为本实用新型喷吹管放大示意图；

图6为本实用新型另一种设计结构图；

图7为本实用新型包括控制系统示意图。

附图标记：

1：支柱；101：固定支撑立腿；102：升降装置；103：行走轮；104：定位挡块装置；2：支架；3：燃料输送管；4：燃料支管；401：金属软管；402：流量调节装置；403：流量检测装置；5：喷吹管；501：喷吹套管；502：喷吹孔；6：料面高度检测装置；7：控制系统；8：烧结机。

具体实施方式

根据本实用新型的第一种实施方案，提供一种多自由度式喷吹装置：

一种烧结用的多自由度式喷吹装置，包括支柱1、支架2、燃料输送管3、燃料支管4、喷吹管5和烧结机台车8。支柱1位于烧结机台车8的两侧，支架2设置在烧结机台车的上方。支架2设置在支柱1上。燃料支管4与燃料输送管3连接。喷吹管5与燃料支管4连接。喷吹管5设置在支架2上。喷吹管5为2节或2节以上的喷吹套管501。喷吹套管501采用伸缩式套管的结构。喷吹套管501上设有喷吹孔502。

作为优选，燃料支管4和燃料输送管3通过金属软管401连接。

作为优选，支柱1下端设有行走轮103。

作为优选，支柱1包括固定支撑立腿101和升降装置102，更优选，升降装置102为电动螺杆式升降装置。

作为优选，支柱1的底部配有定位挡块装置104。

作为优选，在喷吹装置的前端设有料面高度检测装置6。

作为优选，喷吹管5包括3节喷吹套管501。3节喷吹套管501为伸缩式套管结构。

在本实用新型中，燃料输送管3的一侧或两侧设有燃料支管4。

在本实用新型中，燃料输送管3上设有1-40根燃料支管4，优选2-30根燃料支管4，更优选为3-20根燃料支管4。

在本实用新型中，燃料支管4的一侧或两侧设有喷吹管5。

在本实用新型中，每一根燃料支管4上设有1-60根喷吹管5，优选2-40根喷吹管5，更优选为3-20根喷吹管5。

作为优选，燃料支管4上设有流量调节装置402。

作为优选，燃料支管4上设有流量检测装置403。

作为优选，该装置还包括控制系统7。控制系统7与升降装置102、行走轮103、料面高度检测装置6、流量调节装置402、流量检测装置403连接。控制系统7控制升降装置102、行走轮103、料面高度检测装置6、流量调节装置402和流量检测装置403的操作或运转。

根据本实用新型提供的第二种实施方案，提供一种多自由度式喷吹装置的使用方法：

一种烧结用的多自由度式喷吹装置的使用方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据烧结矿料需要，设定喷吹套管501的节数；调节行走轮103，设定喷吹装置的位置，放置定位挡块装置104；

(2)烧结台车布料并点火运行，料面高度检测装置6检测料面高度；控制系统7控制支柱1上的升降装置102，调节喷吹装置的高度；

(3)通入燃料，开始在烧结台车的物料的上方喷吹燃料；

(4)流量检测装置403检测流量的大小，控制系统7控制流量调节装置402。

根据本实用新型提供的第三种实施方案，提供一种具有烧结台车的烧结装置，其中在烧结台车的上方在点火段之后设有以上所述的多自由度式喷吹装置。

实施例1

一种烧结用的多自由度式喷吹装置，包括支柱1、支架2、燃料输送管3、燃料支管4、喷吹管5和烧结机8。支柱1位于烧结机8的两侧，支架2设置在烧结机的上方。支架2设置在支柱1上。燃料输送管3与燃料支管4连接。喷吹管5与燃料支管4连接。喷吹管5设置在支架2上。喷吹管5为2节的喷吹套管501。喷吹套管501采用伸缩式套管的结构。喷吹套501管上设有喷吹孔502。

燃料输送管3的一侧设有20根燃料支管4。燃料支管4的一侧设有10根喷吹管5。

实施例2

重复实施例1，只是燃料支管4和燃料输送管3通过金属软管401连接。支柱1下端设有行走轮103。

实施例3

重复实施例1，只是燃料支管4和燃料输送管3通过金属软管401连接。支柱1包括固定支撑立腿101和升降装置102。升降装置102为电动螺杆式升降装置。

实施例4

重复实施例3，只是支柱1下端设有行走轮103。

实施例5

重复实施例3，只是支柱1上设有定位挡块装置104。

实施例6

重复实施例3，只是在喷吹装置的前端设有料面高度检测装置6。燃料支管4上设有流量调节装置402。燃料支管4上设有流量检测装置403。

实施例7

重复实施例3，只是燃料输送管3的两侧各分别独立设有20根燃料支管4。燃料支管4的两侧各分别独立设有20根喷吹管5。

实施例8

重复实施例3，只是喷吹管5为3节的喷吹套管501。

实施例9

重复实施例3，只是喷吹管5为5节的喷吹套管501。

实施例10

重复实施例3，只是该装置还包括控制系统7。控制系统7与升降装置102、行走轮103、料面高度检测装置6、流量调节装置402、流量检测装置403连接。控制系统7控制升降装置102、行走轮103、料面高度检测装置6、流量调节装置402和流量检测装置403。

实施例11

使用实施例10的方法，该方法包括以下步骤：

(1)根据烧结矿料需要，设定喷吹套管501的节数；调节行走轮103，设定喷吹装置的位置，放置定位挡块装置104；

(2)烧结台车布料并点火运行，料面高度检测装置6检测料面高度；控制系统7控制支柱1上的升降装置102，调节喷吹装置的高度；

(3)通入燃料，开始在烧结台车的物料的上方喷吹燃料；

(4)流量检测装置403检测流量的大小，控制系统7控制流量调节装置402。