专利名称：以连续、加强和组合的形式向预加热的金属材料的冶炼炉连续进料的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种以连续、加强和组合形式向预加热的金属材料的冶炼炉连续进料的系统。更确切地说，本发明涉及一种完善的用于对送入冶炼炉的金属原料进行加热的方法，以及用于实现所述方法的装置。
背景技术：
本发明优选但非必须用于本领域已知的注册商标为“Consteel”的装置和方法。
“Consteel”方法及装置例如在欧洲专利EP0190313、EP0592723和美国专利US4609400、US5406579和US6155333中有所描述，参考这些文献以对所讨论的技术领域进行必要的说明。具体地，在下文中，参考水平且连续地将金属原料(通常由废金属构成)送入电弧炉(EAF)的装置以非限制性实例的方式描述本发明。所述装置的特征在于存在两个不同的废金属原料加热阶段，其在装置的两个不同且连续的区域中实现，并且使用不同的加热装置。设在烟气抽吸点上游的第一加热区域设想实现加热系统(例如燃烧器)在该部分上的供热的最大利用，位于烟气抽吸点下游的第二加热区域连接至冶炼炉，并且设想使冶炼炉自身排放的烟气的二次燃烧反应得到最大程度的利用。这两个区域借助第三中间区域在烟气抽吸点上以可操作的方式相互连接，其中在第三中间区域中，这两个排放气流在被烟气处理系统抽吸之前进行混合。这种方案还允许在使烟气抽吸能耗最小化且无需后续在下游供热的情况下降低烟道中的热波动，以为减少污染物排放和回收烟气残余能量创建尽可能好的条件。本发明落在用于借助水平传送机连续送入冶炼炉中的金属原料的所谓预加热的方案中。在这些冶炼炉中，通过浸没在熔融金属池中来实现熔化；电弧始终在由通过恰当喷射氧气和煤而起泡的熔渣保护的“平坦池”条件下工作。在现代的钢铁工业中，以这种方式工作的冶炼炉日益普遍，因为它们使得可用功率和时间得到最佳利用，使得对供电网络的干扰和环境的冲击(包括声学上的干扰)最小化。在这些冶炼炉中，原料的预加热在以下两种技术方案下通过利用来自冶炼炉的排放烟气的感热和二次燃烧来实现有关竖直预加热器的和有关水平预加热器的。在竖直预加热器中，原料聚集在通常称做竖井的直径较大的竖直管道(其还充当烟道)中，正如例如在日本专利JP11051574中描述和示出的那样。迫使来自冶炼炉的烟气通过填充所述竖直管道的废金属，从而产生热交换效应。然而，该方案具有一系列的操作性缺陷，诸如需要高的烟气抽吸能力以克服因管道中存在废金属的通道而造成的相当大的原料损失，以及对烟气的过度冷却，这使得必须在竖井下游使用燃烧器以提高烟气的温度，这样做的唯一目的是为了确保对原料释放的污染物的完全热破坏。还存在与必须使用其尺寸落在非常窄范围内的原料以及为了利用诸如液压推进器将预加热的废金属送入冶炼炉而要求装置具有更高复杂度有关的问题。水平预加热器不存在这类问题，因为来自冶炼炉的烟气不再被迫通过原料中的间隙。例如在上述基于已知的“Consteel”装置的欧洲专利EP0190313、EP0592723中描述和示出了这类方法和装置。 “Consteel”方法基于输送原料通过振荡的通道，其在专门用于预加热原料的区域中构成通常被称做预加热烟道的、用于离开冶炼炉的烟气的管道的下部。上述专利建议利用在熔化过程中产生于冶炼炉中的CO和H2的二次燃烧(通过沿预加热烟道引入空气或氧气并且由合适的燃烧器触发)来加热原料。在这些连续进料和水平预加热系统中，已发现由过程烟气输出给原料的热量的大部分是通过烟道耐火拱顶的这一部分上的辐射传送的。由此在由传送机输送的废金属中，在暴露的上表面和下层之间形成热梯度，从而限制了获得高平均温度的可能性。如 J. Schluter> U. Falkenreck、J. Kempken> J. Bader 在 “PrimaryEnergy Melting(PEM) -A Hybrid Process using an Energy EfTicientTechnology，，(AISTech 2008Conference Proceedings, Pittsburgh (USA), 2008)中所述,相对于使用电能,利用化学能加热金属原料更为有效，且因此在经济上更为合宜。
发明内容
因此，本发明的目标是在连续进料和水平预加热系统中更多的使用化学能，以进一步降低下游熔融过程中的电耗。通过提高在原料预加热中形成的热功率(更短时间内更多能量供应)和改善加热装置(热燃烧气体)与金属原料之间的热交换来获得这一结果。借助具有在所附独立权利要求和相关从属权利要求中规定的特征的方法和装置来实现这一结果。
参考所附示意图，在下文中以说明性和非限制性方式描述和示出了根据本发明的方法的特征及能够实现所述方法的装置的实例，在附图中图1是所述装置的纵向剖面图；图2是图1的装置的平面图；图3是沿图1的所绘平面II1-1II截取的放大的剖面图；以及图4是沿图1的所绘平面IV-1V截取的放大的剖面图。
具体实施方式
在这些附图中，附图标记30总体上标示电弧冶炼炉(EAF)，废金属原料31借助(例如美国专利US5，183，143中所描述和示出的)已知类型的水平传送机32被连续送入冶炼炉中。根据本发明，所述传送机32穿过分别用于原料31的预加热和加热的第一烟道区域33和第二烟道区域34。第一烟道区域33优选但非必要具有比第二烟道区域34的高度更低的高度，这可以在附图中清楚地看到。在附图中可以清楚地看到，传送机32构成所述烟道33、34的底部，烟道33、34彼此对齐且通过中间烟气抽空区域35以可 操作的方式连接，正如下面解释的那样。简短而言，上述设备的组合(不包括EAF炉30)构成根据本发明的预加热和加热装置的大体结构，其整体上用I标示。更确切地说，示意图中示出的装置I由将废金属31引入EAF炉30的第二加热区域34、装置中存在的烟气的中间抽空区域35、以及从传统的废金属接收系统中接收废金属原料31的具有化学能的第一预加热区域33构成。具有传统的被冷却的通道8的传送机32通过振动平移原料31，并且将其传送到同样受到冷却的连接车9中，所述连接车9将废金属引入冶炼炉30中。可以在冶炼炉30和/或第二加热区域34中插入合适的注氧器28，以促进CO和H2的排放物的二次燃烧。除了废金属流动通道8之外，第一预加热区域33还包括耐火结构10，其中在靠近下方金属原料31的位置上装配有加热装置，例如燃烧器11。 所述燃烧器11优选略微倾斜地装配在耐火结构10的拱顶12上，诸如用于将燃烧烟气推向抽空通道5。所述燃烧器11被设置在靠近废金属31的位置上，以增加加热手段在废金属自身间隙中的渗透，从而提高原料底层的加热效率。为了防止金属原料的分布和/或速度上的不均匀、以及前进过程中的临时停止破坏进料通道8的底部，在进料通道8的底部下设置温度监视系统27，以便合理调节加热装置的供热。耐火结构10的拱顶12保持在与进料通道8非常接近的高度上，以增强辐射和将燃烧器11生成的热烟气18限制在尽可能靠近废金属31的区域内。在第一预加热区域33的入口处插入有适于限制外部空气流入烟道的密封装置14。冶炼炉30内的废金属排放区域2包括传统的“连接车”9和进料通道8，其装配在受到冷却的第二加热区域34内，以便更好地抵抗由冶炼炉生成的气体的集中二次燃烧施加的强大的热应力。第二加热区域34的尺寸被设计成降低离开冶炼炉的气体的速度，以提供足以完成二次燃烧反应的停留时间，以及实现其中包含的较重粉末组分的分离，其中所述较重组分卡陷在移向冶炼炉的原料中，从而实现自然循环。可以在区域2中引入开口 16来调节外部空气的进入，以帮助运输中的气体中存在的CO和H2的二次燃烧。冷却系统15可以是外部热量回收系统21的一部分。中间抽空区域35由塔19构成，所述塔19用于接收来自第一预加热区域33的烟气18以及从第二加热区域2排放的气体17。热烟气22的收集管道20离开塔19的顶部。可以在下游在管道20中插入一个或多个流出气体的组分36及温度37的分析器(例如探测器)。在冶金过程的第一阶段期间，进料区域7中的废金属通过密封装置14从进料通道8被引入预加热烟道的第一区域33中。沿振荡通道8向前移动的废金属31首先从第一区域33中的加热燃烧器11中接收热量，接着在第二加热区域34中从离开冶炼炉30的烟气中接收热量，以及从相关的二次燃烧中接收热量，从而达到充分均匀且相对高的温度。第一预加热区域33的耐火室10足够低，以便增强拱顶12的这一部分上的辐射效 应。此外，由于加热燃烧器11靠近金属原料，因此热能量能够渗入相同原料31中的间隙，从而还在深度方向上增强和加速预加热过程。在这种加热方法中，烟气18中可能存在的二恶英和氧茂的前驱物受到加热，并且保持在足以不对环境造成危害的温度上。烟气18进入中间抽空区域，与离开冶炼炉30的排放气体17发生混合，从而形成排放气体22，气体22通过管道20被送至相关的处理装置(其未示出且用23示意)。在塔19的底部区域中，利用系统24、25 (探测器)对这些排放气体进行分析以确定温度及其组分。测量系统24、25连接合适的控制系统26，其中所述系统26作用于燃烧器11、使氧气和煤进入冶炼炉、氧气进入第二加热区域34的注入系统28、以及可能地空气入口调节门16上，以便实现来自冶炼炉30的气体17的完全燃烧条件。更确切地说，上述用于离开所述中间烟气抽空区域35的烟气的温度和组分的探测器36、37被设计用于控制将二次燃烧的氧气注入和/或将外部空气送入冶炼炉和/或第一预加热区域33中。附图标记38标示用于离开所述中间烟气抽空区域35的烟气的温度和组分的探测器，其用于调节冶炼炉的熔化过程中使用的氧气和煤的流量。传送机的进料通道8将原料31送入冶炼炉30的排放区域2。在该区域中，废金属与由排放气体17的组分中的CO和H2的燃烧生成的离开冶炼炉的火焰形成接触，并且通过其得到进一步加热。通过使用装置28，能够在原料31的第二加热区域33中得到更大的加热功率。该方法证实在传统“Consteel”结构中具有较少优势，因为它不能使预加热器的整个长度完全得到利用。另一方面，这在根据本发明的装置中是有利的，因为它实现了加热装置11和来自冶炼炉的过程气体的二次燃烧能量两者的贡献的组合，从而使得对原料的预加热最大化。除了调节将氧气注入冶炼炉和第二加热区域34之外，还可以将开口 16用于传送外部空气(且因此氧气)以根据来自控制系统26的指示保证排放气体17的完全燃烧。第二加热区域34的尺寸被设计成降低排放气体17的传送速度，从而促进悬浮物中较重粉末部分的沉积。这种颗粒回落到移向冶炼炉的原料表面上，从而形成自然循环。从结合附图的上述描述中能够明白相对于现有技术中的方法和装置，根据本发明的方法和装置如何能够以创新、独创和有利的方式增强这些过程。实际上，通过有效和区别使用其它加热装置、烟道第一区域中的预加热装置、以及更好的利用来自冶炼炉的热烟气中的化学能，它们能够进一步减少冶炼炉的电耗。如上所述，这些结果的实现归功于两个连续的烟道加热区域的结合第一预加热区域，其具有处于降低高度上的加热装置，例如装配在耐火拱顶上的燃烧器，其中冶炼炉的烟气不能通过该区域，只有因使用燃烧器产生的烟气能够通过该区域；以及原料的第二加热区域，在该区域中完成来自冶炼炉的烟气中的残余CO和H2的燃烧。这两道烟气流在以可操作的方式连接两个烟道区域的中间区域中进行混合，它们从该区域中被烟气处理装置抽吸。该中间区域(所谓“承购的排放罩”)具有其大小足以降低气体速度、提供用于完成燃烧反应的时间、以及允许较重粉末颗粒沉积在废金属上从而使它们自然循环到冶炼炉中的区域。在任何预加热和连续(或半连续)进料系统(无论是水平的，还是竖直的)中，原料的最强的预加热发生在冶炼炉中的冶炼过程产生大量热气体时。为此，如果冶炼炉中的冶 炼过程不允许大量使用氧气，则很难实现良好的原料预加热温度；还因为存在增加的因不可避免的外部空气渗入造成的影响，这会通过稀释的方式降低烟气的温度。归功于第一区域中的预加热与冶炼炉中的过程无关这一事实，本发明在很大程度上改善了这些操作方面。借助本发明的方法，因此能够在熔融过程中使用更大数量的化学能，从而降低电能的百分比。在根据本发明的方法中，从冶炼炉中发出的气流与来自第一预加热区域的气流的混合自然限制了在冶炼炉中不同处理阶段之后发生混合后烟气温度的下降，从而防止最小值低于实现污染物(特别是二恶英和氧茂)的完全热破坏所需要的阈值。借助温度和组分探测器连续监测烟气排放物的趋势，其中所述探测器处于中间混合和移除区域的下游，位于适合在气体中的热化学均匀性充足且粉末含量低的条件下实现测量的位置上。在第一预加热区域提供了已知的贡献时，可以使用所有这些测量值来调节烟气的抽吸和冶炼炉的注入系统。对于保持烟气中残余氧气度处于控制之下以及允许在冶炼炉和第二加热区域中二次燃烧得到正确利用而言，这些调节是非常重要的。通过使用通道8的温度监测系统27与冶炼炉无关地控制第一预加热区域中的加热系统，以避免通道本身受到过度加热，以及适于避免原料的局部熔化状况的管理逻辑电路；根据装置的当地可用性，可以使用各种类型的加热装置(例如燃烧器)。先前关于目前技术水平提到的专利文献的文本及附图自然应当以说明性目的被视为本说明书的整体部分。由此实现在说明书前序部分提及的目标。本发明的保护范围通过所附权利要求来限定。
权利要求
1.一种用于加热通过第二水平加热区域(34)连续送入冶炼炉(30)中的金属原料(31) 的方法，其中从所述冶炼炉(30)收集的热排放烟气通过所述第二水平加热区域(34)，所述热排放烟气进行所述原料(31)的加热阶段，其特征在于就在所述金属原料在进入所述第二水平加热区域(34)之前，通过与从所述冶炼炉(30)中收集的所述热排放烟气的不同的加热装置对所述金属原料(31)实施预加热阶段。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述不同的加热装置设置在第一预加热区域(33)中，所述第一预加热区域(33)借助中间烟气抽空区域(35)与所述加热区域(34)以可操作的方式相连，来自所述第二水平加热区域(34)和第一预加热区域(33)的所述热排放烟气被传送到所述中间烟气抽空区域(35)。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所述第一预加热区域和第二水平加热区域(33，34)具有烟道结构。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于第一烟道区域(33)的高度低于第二烟道区域(34)的高度。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述与从所述冶炼炉(30)中收集的热排放烟气不同的加热装置由燃烧器(11)构成。
6.如权利要求3和5所述的方法，其特征在于所述燃烧器被设置在所述第一预加热烟道区域(33)内。
7.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于其包括用于所述热排放烟气的温度和组分探测器(24，25)，用于控制所述与从所述冶炼炉(30)中收集的热排放烟气不同的加热装置，所述温度和组分探测器(24，25)与用于抽空相同热排放烟气的所述中间烟气抽空区域(35)对应地设置在塔(19)的底部，管道(20)从所述塔(19)的顶部延伸以便收集和抽空所述热排放烟气。
8.如权利要求1所述的方法，其特征在于其包括在通道(8)中的温度监测系统(26)， 用于控制所述与从所述冶炼炉(30 )中收集的热排放烟气不同的加热装置。
9.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于其包括用于离开所述中间烟气抽空区域(35)的所述热排放烟气的温度和组分的探测器(36，37)，用于控制将二次燃烧的氧气注入和/或将外部空气送入所述冶炼炉和/或第一预加热区域(33)中。
10.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于其包括用于离开所述中间烟气抽空区域(35)的所述热排放烟气的温度和组分的探测器(38)，用于调节在冶炼炉中的熔融过程中使用的氧气和煤的流量。
11.一种用于加热通过第二水平加热区域(34)连续送入冶炼炉(30)中的金属原料(31)的装置，其中从所述冶炼炉(30)收集的热排放烟气通过所述第二水平加热区域(34)， 所述热排放烟气进行所述金属原料(31)的加热阶段，其特征在于就在所述金属原料进入所述第二水平加热区域(34)之前，通过与从所述冶炼炉(30)中收集的所述热排放烟气的不同的加热装置对所述金属原料(31)实施预加热阶段。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述不同的加热装置位于第一预加热区域(33)中，所述第一预加热区域(33)借助所述中间烟气抽空区域(35)与所述第二水平加热区域(34)以可操作的方式相连，来自所述第二水平加热区域(34)和第一预加热区域 (33)的所述热排放烟气被传送给所述中间烟气抽空区域(35)。
13.如权利要求11或12所述的装置，其特征在于所述第一预加热区域和第二水平加热区域(33，34)具有烟道结构。
14.如权利要求13所述的装置，其特征在于所述第一烟道区域(33)的高度低于所述第二烟道区域(34)的高度。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述与从所述冶炼炉(30)中收集的所述热排放烟气不同的加热装置由燃烧器(11)构成。
16.如权利要求13和15所述的装置，其特征在于所述燃烧器被设置在所述第一预加热烟道区域(33)内。
17.如权利要求11和12所述的装置，其特征在于所述装置包括用于烟气的温度和组分探测器(24，25)，用于控制所述与从冶炼炉(30)中收集的热排放烟气不同的加热装置，所述温度和组分探测器(24，25)与用于抽空相同热排放烟气的所述中间烟气抽空区域(35)对应地设置在塔(19)的底部，管道(20)从所述塔(19)的顶部延伸以便收集和抽空热排放烟气。
18.如权利要求11所述的装置，其特征在于所述装置包括在通道(8)中的温度监测系统(26 )，用于控制所述与从所述冶炼炉(30 )中收集的热排放烟气不同的加热装置。
19.如权利要求11和12所述的装置，其特征在于所述装置包括用于离开所述中间烟气抽空区域(35)的热排放烟气的温度和组分的探测器(36，37)，用于控制将二次燃烧的氧气注入和/或将外部空气送入冶炼炉和/或所述第一预加热区域(33)中。
20.如权利要求11和12所述的装置，其特征在于所述装置包括用于离开所述中间烟气抽空区域(35)的热排放烟气的温度和组分的探测器(38)，用于调节在所述冶炼炉中的熔融过程中使用的氧气和煤的流量。
全文摘要
一种用于加热通过第二水平加热区域(34)被连续送入冶炼炉(30)中的金属原料(31)的方法，其中从所述冶炼炉(30)收集的热排放烟气通过所述第二水平加热区域(34)，所述烟气进行所述金属原料(31)的加热阶段，其特征在于紧接在进入所述第二水平加热区域(34)之前，通过与从冶炼炉(30)中收集的排放烟气不同的加热装置使原料(31)经历预加热阶段。在用于所述方法的实施例的装置中，所述不同的加热装置设置在第一预加热区域(33)中，所述第一预加热区域(33)借助中间烟气抽空区域(35)以可操作的方式连接所述第二水平加热区域(34)，来自所述区域(33)和(34)的烟气被传送给所述区域(35)。所述区域(33，34)优选具有烟道结构。
文档编号F27B3/18GK103003453SQ201180034532
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月23日 优先权日2010年7月14日
发明者C·贾瓦尼, N·A·M·蒙蒂 申请人:特诺恩股份公司