专利名称：在炼钢电弧炉中产生－泡沫炉渣层的方法
技术领域：
本发明涉及一种在炼钢电弧炉内产生一种浮在被冶炼的含铁熔化物上的泡沫状炉渣的方法。本发明尤其涉及这样一种方法，即在这种方法中将含碳的颗粒状添加料夹带在喷射到泡沫状炉渣上的喷射火焰中，使火焰加热泡沫炉渣，而且含碳颗粒产生小的一氧化碳气泡，使炉渣发泡并将任何氧化铁还原成铁。
把废钢铁和各种等级的铁之类的钢铁放入电弧炉内进行冶炼，这种电弧炉具有一个或多个电极以产生电弧而加热金属。众所周知，在这样的炉子中在金属熔化物上形成一层泡沫状的炉渣。含有小的一氧化碳气泡的泡沫炉渣可以埋盖和隔绝电极而防止热损失和熔化物中的铁氧化，还能防止电极的氧化。为了产生这样的泡沫炉渣，一般的做法是把高纯度的碳加到电弧炉中。廉价的煤炭不能用作这种碳源，因为它含有会发生吸热反应的各种煤焦油之类的挥发性物质。在所加碳的任何碳源中，碳必定被金属熔化物加热，这种加热会使电弧炉炼钢的热力效率降低。
如所要讨论的，本发明提供一种产生泡沫炉渣的方法，这种方法是，预加热含碳材料，事实上，这种含碳材料可由诸如煤炭之类的含炭材料形成。
本发明提供一种在一个炼钢的电弧炉内产生一种浮在被冶炼的含铁金属熔化物上的泡沫状炉渣的方法。根据该方法，一种燃料在一氧化剂中燃烧，用以产生喷射火焰。关于这一点，在本说明书和权利要求书中所用的术语“喷射”的意思是从其原点向前冲的火焰。喷射火焰指向炉渣，因而冲撞到炉渣上而把它加热。在此和权利要求书中所用的术语“冲撞到”的意思是火焰至少接触了泡沫炉渣，而且最好是冲入炉渣以使炉渣受到扰动。将含碳的颗粒夹带在火焰中，使颗粒由火焰加热，并喷射入炉渣，以形成和维持一种泡沫状的炉渣。
泡沫炉渣是由碳与炉渣起反应生成小的一氧化碳气泡而形成的，这对电炉炼钢有助于隔绝和还原作用。例如，一氧化碳能够起到把存在于泡沫炉渣内的氧化铁还原成铁的作用。在本发明的一较佳实施例中，含碳颗粒是由含挥发性物质的煤制成的。根据这样的较佳方法，令含碳颗粒驻留在火焰中一段足够长的时间，使大部分挥发性物质燃烧掉并有助于加热颗粒，而由煤提供的碳又不被明显地氧化。在这方面，在此和权利要求书中所用的术语“明显地”的意思是指当含碳材料暴露于燃烧着燃料时含碳材料的不可避免的一些氧化。但是，氧化的程度是很小的，大约小于15％，还有足够量的碳保留着以形成和维持泡沫炉渣。大部分煤的挥发物质一般是大于50％小于95％。
由于燃烧的燃料把热量加到含碳的颗粒中，在泡沫炉渣内加热颗粒时就没有热量损失。因此，本发明可达到现有技术不曾达到的热力效率。此外，由于含碳颗粒是由煤形成，进一步降低了成本，在这方面，煤中的大部分挥发物质被烧掉，而同时用来加热余下的碳。
虽然本说明书将以权利要求书而结束，而该权利要求书清楚地指出了本申请人所认为的他的发明主题，但可以相信，结合本发明的附图能更好地理解本发明，附图中
图1是实施本发明之一个方法的一装置的剖面示意图；以及图2是图1的部分放大图。
参阅图1，熔化物10在一电弧炉12内加热。电弧炉12设有一通过电弧加热熔化物10的电极14。
为了形成泡沫炉渣15，设置了一个燃烧器16，该燃烧器16设计成在含氧、最好是高纯度氧即纯度约为90％的氧的气体中燃烧甲烷。甲烷的燃烧产生一喷射火焰17。将一种含有煤炭的载运气体夹带在喷射火焰17中。煤炭和载运气体是把煤炭磨碎成煤粉并把它夹带进可以是氮、甲烷、一氧化碳或氢的载运气体中形成的。这种夹带是通过本领域中众所周知的稠密状态输送来实现的。如图所示，燃烧器16用循环的冷却水冷却。
另外参阅图2，燃烧器16可以是具有同轴通道的那种类型的，其中的一内通道供应含氧气体，一中间通道供应甲烷，一外通道供应煤粉和作为一喷射流18的载运气体。可以设置冷却水循环通道，从而冷却燃烧器18。也可以一种已知的方式设计燃烧器16，使喷射火焰17具有很高的速度，并因此具有一降低的比载运喷射流低的静压力。结果，载运喷射流18被吸入喷射火焰17中。可以理解，上述的喷嘴18虽然是较佳的，但仅是实施本发明的许多方法中的一种。例如，可根据本发明有利地采用若干管子并排的既简单有便宜的布置。可用一根管子喷出含有氧气和燃料的混合物的高速喷射流，另一根管子同时排放出一种高压稠密状态输送的煤粉颗粒。喷射流将被点燃而形成喷射火焰，高压稠密输送将形成一种会被吸入喷射火焰中的相邻载运喷射流。
如前所述，控制火焰的驻留时间(Residence time)，以使脱去挥发成份达到理想的程度。煤粉颗粒所需的驻留时间基本上是其颗粒直径的一个函数。下列等式可为需要的驻留时间提供粗略的指导t＝d0.75/635在上述等式中，“d”是以毫米为单位的颗粒直径，“t”是以秒度量的颗粒在火焰中的驻留时间。这个近似的驻留时间要求可用于估算从喷射火焰的原点到金属熔化物的、作为火焰速度和煤粉颗粒尺寸的一个函数的距离。
虽然已结合一较佳实施例描述了本发明，但在不脱离本发明的基本精神和范围的情况下，本领域的技术人员可对本发明进行多种改变、添加和省略。
权利要求
1.一种在一个炼钢的电弧炉内产生一层浮在含铁的熔化物上的泡沫状炉渣的方法，所述方法包括燃烧一种在氧化剂内的燃料以产生一喷射火焰；令所述喷射火焰指向所述炉渣，以使所述火焰冲入所述炉渣而加热所述炉渣；以及将含碳的颗粒夹带在所述火焰中，使所述颗粒由所述火焰加热并喷射入所述炉渣内，以形成和维持一种泡沫状的炉渣。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述喷射火焰有一个能将所述含碳颗粒夹带进所述火焰中的降低了的静压力。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述含碳颗粒夹带在一载运气体内，使之形成一其压力比所述喷射火焰的所述降低了的静压力高的载运喷射流，并且所述载运喷射流与所述火焰指向同一方向并相邻，以使所述火焰能吸引所述载运喷射流并因此把所述含碳颗粒吸入到所述火焰中。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述含碳颗粒由含有挥发性物质的煤制成，并且所述含碳颗粒驻留在所述火焰中一段足够长的时间，使所述挥发物质基本上烧掉而有助于加热所述颗粒，所述煤颗粒中含有的碳又不被明显地氧化。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述含碳颗粒夹带在一载运气体内，使之形成一其压力比所述喷射火焰的所述降低了的静压力高的载运喷射流，并且所述载运喷射流与所述火焰指向同一方向并相邻，以使所述火焰能吸引所述载运喷射流并因此把所述含碳颗粒吸入到所述火焰中。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述火焰和所述载运喷射流同轴，并且所述载运喷射流包围着所述火焰。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述火焰的速度是超音速的。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述燃料包括甲烷，所述氧化剂包括高纯度的氧。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述载运气体是氮、甲烷、一氧化碳或氢。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，所述载运气体是氮、甲烷、一氧化碳或氢。
全文摘要
一种产生泡沫状炉渣的方法,其通过在一氧化剂内燃烧如甲烷的燃料产生喷射火焰,并使火焰喷向、冲入炉渣而加热泡沫炉渣。将含碳颗粒夹带在火焰中,使颗粒被火焰加热并喷射入炉渣内以形成和维持一种泡沫状的炉渣。含碳颗粒有含有挥发物质的煤制成,并且令含碳颗粒驻留在火焰中一段足够长的时间,使挥发物质基本上被烧掉,以有助于加热颗粒,而煤颗粒中所含的碳又不会被明显地氧化。
文档编号C21C5/52GK1195705SQ9810439
公开日1998年10月14日 申请日期1998年1月26日 优先权日1997年1月29日
发明者唐纳德·普伦蒂斯·塞切尔 申请人:波克股份有限公司