预热废铁的设备及其所用的方法

专利名称：预热废铁的设备及其所用的方法
技术领域：
本发明涉及一种用于预热准备回收的废铁的预热设备。本发明还涉及一种用于在预热设备中预热废铁的预热方法。本发明特别地涉及一种用于预热废铁的预热设备，其中，在一个回转窑式预热炉和一个竖炉式预热炉中预热废铁，这些炉子在熔化炉的前段中彼此平行地布置，经过如此预热的废铁被送入熔化炉中，并借助于电弧加热或顶吹氧气的方法加热，以使废铁可以在炉中被熔化。本发明还涉及一种用于在预热设备中预热废铁的方法。
当钢在电炉或转炉中被精炼时，作为铁的来源被送入炉中的废铁要预先被加热。而在此预热过程中，需要大量的热能。因此，从运行成本的观点来看，废铁的预热对降低成本并没有显现出太多的好处，此外，为了提供预热设备，要增加设备成本。最近，根据回收资源的观点，废铁的回收已变得非常重要。为了有效地进行废铁回收，以便从将废铁作为铁的来源而付诸到实际生产中的观点而有效地利用废铁，以及为了在使用废铁时节约能源，已经希望开发一种用于预热废铁的预热技术，由此可以尽可能多地减少精炼所需的总能量，并可降低生产成本。
在熔化废铁的技术领域中，在“用于普通钢的电炉的战略”中公开了一种先有技术，该文献刊登在由日本钢铁学会于1994年10月发行的“电炉”上并在第27、28届shiraishi纪念报告会上宣读。根据上述先有技术，当废铁被熔化时，它需要消耗大量的电能，从而使运行成本升高。根据对上述先有技术的描述，提高运行成本的原因为热效率在平溶池步骤之后(在熔化完毕时期)降低。就在转炉式炉中熔化废铁的方法而论，在“钢和铁”(由日本钢铁学会发行)的79卷(1992)第520页上有一篇报告。根据此报告，为了处理大量的废气，要增加设备费用，而且，由于废铁要被精炼成熔化的铁，需要在后期工艺中设置一个转炉。根据美国专利No.4852858，公开了一种当在金属精炼炉的上部设置一竖炉形材料容纳容器时由从精炼炉排出的废气预热材料的方法。不过，按照上述技术，难于经常地控制预热条件。因此，精炼条件势必会大大波动。其结果为，难以稳定产品品质。日本经过审查的专利公报(Kokoku)No.6-46145公开了另一种竖炉式预热炉。按照此竖炉式预热炉，虽然其热效率高，但是炉子的下部暴露在高温气体中。因此，废铁块彼此熔合在一起。这样，需要用氧气切割将已经彼此熔合在一起的废铁块切开。此外，还公开了下列情况。当设置用水冷却的炉篦时，为了保证水冷炉篦在其中工作的空间，装料比要降低。因此，使热效率降低。
就用于预热废铁的回转窑而言，日本未经审查的专利公报(Kokai)No.6-228662披露了由于回转窑总是旋转的，以使废铁块在其中移动，因此难于使废铁块彼此熔合在一起，但是，废铁的装料比低，因而热效率降低。通常不包含有机材料的废铁在用于预热废铁的上述回转窑中被加热。因此，需要对废铁进行预先处理(分类)。其结果为，增加了生产成本。
由于上述回转窑总是旋转的，以致废铁可以在其中摆动，因此可以以较高的温度将气体送入回转窑中，同时又避免废铁块熔合。就含有可燃成分如CO和H2的废气而言，可以通过引入空气或氧气，从而可使可燃成份被燃烧而将潜热变成显热。不过，由于炉子中废铁的装料比低，热交换效率至多为30％-40％，这是低的。这种低的热交换效率是最大的问题。此外，当将大而粗的废铁块和重的废铁块装入回转窑式预热炉中时，预热炉的内耐火材料有可能被损坏。
另一方面，当采用竖炉式预热炉时，有可能达到高的热交换效率，这是因为将废铁加入预热炉中，而热交换是在废铁与废气之间进行的。不过，随着气体温度的降低，热交换效率降低。因此，实际上热交换效率最多为70％左右。当小块的废铁在炉底中暴露于高温气体中时，它们被加热至不低于800℃的温度，以致废铁块彼此熔合在一起或者在各废铁块之间形成的空间被填以灰尘。其结果为，加大了压力损耗。在一个例子中，为了避免废铁块的熔合，设置了水冷的炉篦，并将废铁块放在炉篦上预热。但是，在上述例子中，为了保证炉篦在其中工作的操作空间，使废铁在炉子中的熔化比减小，并且使热交换效率降低。为了解决上述问题，日本未经审查的专利公报(Kokai)No.7-180975公开了一个例子，其中，废铁块的尺寸是如此之小，以致它们在被预热时可能彼此熔合在一起，将这种废铁块从一个专用的加料口中装入电弧炉中，不必预热，从而可以防止发生熔合。但是，这个例子产生这样一个问题，即有一部分废铁未经预热就被装入炉中。
如上所述，回转窑式预热炉和竖炉式预热炉都有优点和缺点。因此，本发明的一个目的是提供一种用于有效地预热废铁的预热设备，其中，上述优点可以得到加强而缺点可以被减少，也就是说，本发明的一个目的是提供一种用于有效地预热各种尺寸和形状的废铁块同时又避免废铁块熔合的预热设备。本发明还有一个目的是提供一种用于在预热炉中预热废铁的预热方法。
本发明提供了一种用于在使废铁在熔化炉中熔化以前预热废铁的预热设备，其特征为在熔化炉的前段中彼此相互平行地布置一回转窑式预热炉和一竖炉式预热炉；将被两个预热炉预热并从这两个预热炉送出的废铁装入熔化炉中；在竖炉式预热炉和熔化炉之间设置一闸板，从而可以防止从熔化炉中排出的废气直接进入竖炉式预热炉，也就是，从熔化炉中排出的废气可以被送入回转窑式预热炉中；将经过回转窑式预热炉的废气送入竖炉式预热炉中。最好采用这样一种布置，即在其中，使经过回转窑式预热炉的废气从竖炉式预热炉的上部送入竖炉式预热炉中并从其下部排出。最好设置一空气或氧气输入口，用于燃烧包含在回转窑式预热炉和/或竖炉式预热炉的废气中的可燃成分。在竖炉式预热炉中可以设置一推杆型输送机构或炉篦打开和关闭型输送机构。
本发明还提供了一种用于在使废铁在熔化炉中熔化以前预热废铁的预热方法，其特征为同时在回转窑式预热炉和竖炉式预热炉中预热废铁；将经过预热的废铁装入熔化炉中；防止从熔化炉中排出的废气直接流入竖炉式预热炉中；将从熔化炉中排出的废气送入回转窑式预热炉中；以及将经过回转窑式预热炉的废气送入竖炉式预热炉中。经过回转窑式预热炉的废气最好从竖炉式预热炉的上部被送入竖炉式预热炉中并从其下部排出。最好将空气或氧气送入回转窑式预热炉和/或竖炉式预热炉，从而可以使废气中所含的可燃成分燃烧，将废气的潜热转变成显热。
附图的简要说明

图1是表示用于本发明的废铁的预热设备的一个例子的示意图。
图2是表示用于本发明的废铁的预热设备的另一个例子的示意图。
图3是一曲线图，它示出了在本发明的炉子中废气的二次燃烧比与回转窑式炉子中废气的燃烧比之间的关系。
图4是表示本发明例子的预热温度和比较性例子的预热温度的曲线图。
下面详细说明本发明的特征和其限制原因。
按照本发明，设置了在熔化炉的前段中彼此相互平行地布置的一个回转窑式预热炉和一个竖炉式预热炉。如上所述，当将大尺寸的废铁块装入回转窑式预热炉中时，炉子的内耐火材料可能会被损坏。但是，当将大尺寸的废铁块装入竖炉式预热炉中时，有可能提供良好的通风，而且加入的大尺寸的废铁块难于彼此熔合。另一方面，当将小尺寸的废铁块装入竖炉式预热炉中时，不可能提供良好的通风，进而会有一种可能性，即使装入的废铁块彼此熔合。但是，当将小尺寸的废铁块装入回转窑式预热炉中时，内耐火材料不可能被损坏。此外，当废铁块在回转窑式预热炉中始终都在摆动时，它们可以被合适地预热。因此，当回转窑式预热炉和竖炉式预热炉像本发明所规定的那样彼此平行地布置在熔化炉的前段中时，就有可能根据像废铁的尺寸和形状等的特性选择最适当的预热炉。因此，有可能避免只用一种炉子预热时会发生的问题。
就以熔化炉排出的废气而言，在竖炉式预热炉与熔化炉之间设置一闸板，从而可以防止从熔化炉排出的废气直接流入竖炉式预热炉，并且将该废气送入回转窑式预热炉中。当从高温的熔化炉排出的废气被直接送入竖炉式预热炉时，在竖炉式预热炉底部的废铁将如上所述地被加热至不低于800℃的温度，并且有可能使废铁块彼此熔合。出于上述原因，为了防止废气流入竖炉式预热炉，设置了闸板。另一方面，在回转窑式预热炉中，由于它始终转动，废铁块不可能彼此熔合。此外，回转窑式预热炉有这样一个缺点，即热交换率低，说得具体一些，热交换率为30％-40％，这个缺点在回转窑式预热炉中可以通过将高温的废气直接送入回转窑式预热炉而得到补偿，因而有可能将废铁预热至高温。
在废气已经经过回转窑式预热炉以后，将废气送入竖炉式预热炉中。由于上面的情况，因为废气在回转窑式预热炉中预热了废铁，因此其温度下降，即使将它送入竖炉式预热炉中，也很少产生废铁熔合的问题。由于竖炉式预热炉的热交换率高，即使采用了低温的排气，也可能在竖炉式预热炉中将废铁加热至足够高的温度。
就将废气送入竖炉式预热炉的方法而言，通常都将废气送入竖炉式预热炉的炉底并从炉顶将其排出。但是，从竖炉式预热炉的上部送入废气并从下部排出是有利的，这是因为，在炉底部分中的废铁不会被加热至非常高的温度，并且可以可靠地防止由废铁的熔合和灰尘的堵塞引起的压力损耗加大。也就是说，在废气被送入炉底并从炉顶排出的逆流的情况下，在炉底部分中的废铁被加热至非常高的温度，提高了废铁熔合的可能性。此外，废气中所含的灰尘会试图聚集在作为废气输入区的炉底，而废气是从废气输入区被送入预热炉的装科层中的。因此，压力损失趋向于增加。另一方面，当从竖炉式预热炉的上部送入废气时，高温的废气与低温的废铁接触，然后在顺流的情况下进行热交换。因此，不会将废铁加热到非常高的温度。此外，灰尘易于聚集的位置也与废铁被加热至最高温度的位置不同。因此，可以可靠地防止由废铁的熔合和灰尘的堵塞引起的压力损耗的加大。
当在回转窑式预热炉或竖炉式预热炉中设置一个空气送入口时，可以提供下列优点。在只通过废气中所含的显热不能将废铁预热至足够高的温度的情况下，从此空气送入口送入空气或氧气，从而使废气中所含的可燃成分如CO和H2能被燃烧。这样，废气中的潜热就被变换成显热，以致可以有效地利用废气中所含的可燃成分。特别是，在回转窑式预热炉中，有可能将废铁预热至1200℃的温度而不引起废铁的熔合。因此，上述措施是有效的。
下面进一步说明在预热炉中进行的二次燃烧。
当从熔化炉中排出的废气中含有大量的可燃气体如CO、H2等时，使全部可燃气体或一部分可燃气体在预热炉中被燃烧。由于上述情况，不仅是废气中的显热，而且还有潜热，都可以被有效地用于预热废铁。最好使空气或氧气被送入的送入位置位于可以保证燃烧空间的回转窑的气体送入位置附近。在多级燃烧的情况下，竖炉式预热炉是有效的。
最好在考虑下列各点时确定欲被燃烧的气体的量。
回转窑的耐火材料表面上的温度和炉壳上的温度要保持在可允许的范围内。
例如，耐火材料表面上的温度≤1300℃，并且炉壳上的温度≤300℃。
在预热之后，废铁不由氧化而熔合或熔化。
例如，废铁在回转窑出口处的温度≤1200℃，而且废铁在竖炉出口处的温度≤800℃。
燃烧完成后的废气量不会超过气体排放能力。
在由于上述燃烧的限制而不可能进行完全燃烧的情况下，在燃烧气体已经经过回转窑以后，再次送入空气或氧气，并且有可能更有效地利用潜热。
在图3中，示出了用于说明废气的二次燃烧的曲线图。在此曲线图中，水平轴代表熔化炉中的二次燃烧速率，垂直轴代表回转窑中的燃烧速率。在此情况下，(炉子中的二次燃烧比)=(废气中CO2的浓度)/(废气中CO+CO2的浓度)，而且，(回转窑中的燃烧速率)=(在回转窑中燃烧的CO气体量)/(送入回转窑的废气中所含的CO气体量)。此外，回转窑中废气的理论燃烧温度超过1800℃的点(在完全燃烧的情况下)被定义为回转窑中燃烧的极限，并在曲线图中确定一条实线。根据本发明人所知道的情况，可以得到下列情况。炉子中二次燃烧比的最合适的范围约为10％-60％。就此而言，在回转窑中有可能将燃烧比提高到大约50％-100％。在此范围内，本发明可提供足够高的效果。也就是说，本发明的废气的较好的燃烧比在曲线图上的阴影线的区域中示出。
下面将参看附图进一步详细地说明本发明。
在图1和2中示出了本发明的用于废铁的预热设备的例子。图1示出了一个例子，其中，在竖炉式预热炉3中设置了一个推杆型输送机构11，该推杆型输送机构11推送在炉底的废铁，从而使之能被装入熔化炉1中。图2示出了一个例子，其中，在竖炉式预热炉3中设置了一个炉篦打开和关闭型输送机构12，在此，将废铁装在炉篦打开和关闭型输送机构12上并使废铁在其上被预热，该机构依次地打开和关闭，从而将废铁装入熔化炉1中。在此例子中，在多个炉篦打开和关闭型输送机构12之间形成空间。
尺寸不大于300mm的碎废铁块5a不适合被装入竖炉式预热炉3中，将这种废铁块从上部装入回转窑式预热炉2中；尺寸不小于300mm的废铁块在被装入后能保证良好的通风，将这种废铁块从炉顶装入竖炉式预热炉3中。就送至熔化炉1的废铁输送速率而言，它可以如下确定。(回转窑式预热炉)∶(竖炉式预热炉)=4∶6。将废铁连续地从回转窑式预热炉装入熔化炉中。废铁从竖炉式预热炉3被分批地或半连续地装入熔化炉中。
在本发明中，废铁要被分类成例如废铁A和废铁B。废铁A适于回转窑式预热炉，并且废铁块A由小块组成，其平均尺寸不大于300mm，其厚度不大于3mm，另一种情况为，废铁块A由小的球形块组成。废铁A的具体例子为由废块切碎机破碎的废铁、短的边角料和废罐头。当将这种废铁A装入并堆积在竖炉式预热炉中时，空隙的百分数降低，并且炉子中的通风变坏。当废铁块A较薄的时候，它们被氧化和加热，而且废铁块A趋向于彼此熔合。但是，在回转窑式预热炉中，废铁块A始终摆动。因此，可以避免发生废铁块A的熔合。
废铁B适于竖炉式预热炉，并且废铁块B由较厚的块组成，其平均尺寸不小于300mm。废铁B的例子为切头废铁、大块废钢和压缩废钢。当将这种废铁块B装入回转窑中时，会产生回转窑的内耐火材料被损坏的问题。但是，当将这些废铁块B装入竖炉式炉中时，在炉子内的通风和废铁熔合等方面不会产生问题。
闸板6设置在位于竖炉式预热炉3下部的倾斜部分4中。只有当竖炉式预热炉中的废铁块5b被图1所示的推杆型输送机构11或图2所示的炉篦打开和关闭型输送机构12输送时，闸板6才打开。在其它情况下，闸板6是关闭的。熔化炉1中的废气9被送入回转窑式预热炉2中，而经破碎的废铁5a在回转窑式预热炉2旋转时被废气9预热。此时，如果需要，可送入空气，使包含在废气9中的CO或H2燃烧，并保持经破碎的废铁块5a不会彼此熔合的目标温度1200℃。
从回转窑式预热炉2排出的废气9经由废气导管7被送入竖炉式预热炉3并从上部被送入竖炉式预热炉3。此后，从排放口8排出废气9。这样，在竖炉式预热炉3中的废铁5b可由废气9均匀地预热。
由于竖炉式预热炉3被堆积以废铁5b，因此需要控制预热温度，使之不高于800℃，从而使废铁块不能彼此熔合。因此，当炉子中的温度超过800℃时，要调节堆积的废铁5b的层高，或是调节送入回转窑式预热炉2的空气或氧气的量，从而可以将预热温度控制成不高于800℃。反之，当废气温度太低时，也要将空气或氧气送入竖炉式预热炉3中并燃烧废气9中所含的CO或H2，以便能升高预热温度。
当进行上述操作系列时，不适于竖炉式预热炉的经破碎的废铁和不适于回转窑式预热炉的大块废钢都可以被有效地预热至废铁开始熔化的温度极限。
下面说明本发明的例子。
例子当在熔化炉中以20t/h熔化废铁时，从炉中产生4000Nm3/h的废气，废气的温度为1000℃，废气的成份为(按体积计)CO,60％；CO2,30％；N2,10％，采用一个回转窑式预热炉和一个竖炉式预热炉。回转窑式预热炉的预热效率为30％，竖炉式预热炉的预热效率为50％，并且在下列工作条件下预热废铁。在此情况下，预热效率被定义为传至废铁的热量与送入废气的显热量之比。
例1回转窑式预热炉与竖炉式预热炉彼此相互平行地布置，由熔化炉产生的废气在其经过回转窑式预热炉之后被送入竖炉式预热炉中，从而可以预热废铁。就废铁而言，将废铁A以10t/h连续地送入回转窑式预热炉中，并将废铁B以10t/h连续地送入竖炉式预热炉中。在此情况下，废铁A和B都是彼此独立地被送入预热炉的。其结果为，废铁A被预热至393℃，废铁B被预热至447℃，也就是说，使废铁的温度上升得高于后面要描述的比较性例子1和2的温度。
例2在此例子中，按如下所述的方式预热废铁。在回转窑式预热炉中，通过送入空气或氧气使废气中所含的CO气体的20％燃烧。此例子中的其它条件与例1中的相同。其结果为，废铁预热温度被进一步地提高，也就是说，废铁A被预热至645℃，废铁B被预热至717℃。
比较性例子1只采用回转窑式预热炉，将废铁A以20t/h送入回转窑式预热炉中并使之在同样的条件下被废气预热。所有的废铁都被预热至208℃。
比较性例子2只采用竖炉式预热炉，将废铁B以20t/h送入竖炉式预热炉中并使之在同样的条件下被废气预热。所有的废铁都被预热至329℃。
就上述例子而言，示出了熔化炉中的燃烧比与回转窑中的燃烧比之间的关系，并且在图4中示出了各例子的废铁预热温度和比例性例子的废铁预热温度。从图4中可以看出，在例2中，废铁的温度高，即使当回转窑中的燃烧比为20％时，也能有效地进行预热。即使在废气未在回转窑中燃烧的例1中，在回转窑式预热炉与竖炉式预热炉彼此相互平行地布置的例子中，效率与只用一个预热炉进行预热的比较性例子中的效率相比，也明显地提高。
按照本发明，竖炉式预热炉与回转窑式预热炉彼此相互平行地布置。因此，各个预热炉可以彼此独立地装入废铁。此外，本发明的设备设有空气或氧气送入口，从而可以调节每个预热炉中废气的燃烧比。因此，有可能以非常高的效率进行预热，同时又避免各种类型、尺寸和形状的废铁熔合。
权利要求
1．一种用于预热废铁的设备，包括一个熔化炉，其主要原料为已经被预热的废铁；一个用于通过送入由熔化炉产生的废气预热废铁的预热装置；和一个用于处理曾经用于预热的废气的废气处理装置，其特征为，一个回转窑式预热炉与一个竖炉式预热炉彼此相互平行地布置在熔化炉的前段中，从熔化炉排出的废气首先被送入回转窑式预热炉中，将从回转窑式预热炉中排出的废气送入竖炉式预热炉中，而且废铁可以被独立地装入这两个预热炉中并被其预热，然后被送入熔化炉中。
2．如权利要求1所述的用于预热废铁的设备，其特征为，在竖炉式预热炉和熔化炉之间设置一个闸板，防止从熔化炉排出的废气直接流入竖炉式预热炉中。
3．如权利要求1或2所述的用于预热废铁的设备，其特征为，将经过回转窑式预热炉的废气从上部送入竖炉式预热炉中并从其下部排出废气。
4．如权利要求1至3中的任一项所述的用于预热废铁的设备，其特征为，竖炉式预热炉包括一推杆型输送机构。
5．如权利要求1至3中的任一项所述的用于预热废铁的设备，其特征为，竖炉式预热炉包括一炉篦打开和关闭型输送机构。
6．一种用于预热废铁的设备，包括一个熔化炉，其主要原料为已经被预热的废铁；一个用于通过送入由熔化炉产生的废气预热废铁的预热装置；和一个用于处理曾经用于预热的废气的废气处理装置，其特征为，一个回转窑式预热炉与一个竖炉式预热炉彼此相互平行地布置在熔化炉的前段中，从熔化炉排出的废气首先被送入回转窑式预热炉中，将从回转窑式预热炉中排出的废气送入竖炉式预热炉中，并且回转窑式预热炉和竖炉式预热炉中的至少一个装有一个空气或氧气送入口，它用于燃烧含在废气中的可燃成份，从而可以调节每个预热炉中的燃烧比。
7．一种用于预热废铁的方法，其中在于熔化炉中熔化废铁以前对其进行预热，该方法包括下列步骤将废铁装入一个回转窑式预热炉和一个竖炉式预热炉中，这些炉子在熔化炉的前段中彼此相互平行地布置；防止从熔化炉中排出的废气直接流入竖炉式预热炉中；将从熔化炉中排出的废气送入回转窑式预热炉中；将经过回转窑式预热炉的废气送入竖炉式预热炉中，以便预热废铁。
8．如权利要求7所述的用于预热废铁的方法，其特征为，从上部将经过回转窑式预热炉的废气送入竖炉式预热炉并从下部排出废气。
9．如权利要求7或8所述的用于预热废铁的方法，其特征为，将空气或氧气送入回转窑式预热炉和竖炉式预热炉中的至少一个中，从而可以燃烧包含在废气中的可燃成分，同时又可控制各个预热炉中的燃烧比。
10．如权利要求7至9中的任一项所述的用于预热废铁的方法，其特征为，其平均直径不大于300mm的废铁块被装入回转窑式预热炉中，而其平均直径不小于300mm的废铁块则被装入竖炉式预热炉中，以便进行预热。
11．如权利要求7至10中的任一项所述的用于预热废铁的方法，其特征为，回转窑式预热炉中的预热温度不超过1200℃，竖炉式预热炉中的预热温度不超过800℃。
全文摘要
为了高效地预热包括各种尺寸和形状的废铁块的铁基废钢,同时又避免废铁块彼此熔合,在熔化废铁的熔化炉的前段中布置彼此相互平行的一个回转窑式预热炉和一个竖炉式预热炉,并使经过预热的废铁从两个预热炉装入熔化炉中。在竖炉式预热炉与熔化炉之间设置一闸板,从而防止从熔化炉中排出的废气直接流入竖炉式预热炉并将废气送入回转窑式预热炉中。最好将经过回转窑式预热炉的废气从炉子上部送入竖炉式预热炉并从下部排出。回转窑式预热炉和/或竖炉式预热炉设有一用于燃烧废气中的可燃成分的空气或氧气送入口。
文档编号F27B7/00GK1211316SQ9719224
公开日1999年3月17日 申请日期1997年2月13日 优先权日1996年2月13日
发明者原田俊哉, 重山幸则, 武内美继 申请人:新日本制铁株式会社