用废料和加热气体的同向流动预热废钢的设备和处理系统的制作方法

专利名称：用废料和加热气体的同向流动预热废钢的设备和处理系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种经济实用、高效能、自给、密封和自装料的设备以及封闭循环的处理系统，所述设备和处理系统利用整体的倾斜式废料仓提升装置以半连续自装料的方式充填冷废钢铁料以及利用从与之相邻串联操作的冶金电弧炉中排出的热废气的化学热量和显热使所述冷废钢铁料预热并且将所述预热的废钢铁料充填到冶金电孤炉中，从而以较高的效率使所述预热的废钢铁装料快速熔化。所述设备主要结构清楚地记载在权利要求1中，所述设备和处理系统的其它附加特征记载在从属权利要求中。
通常，生铁冶炼和炼钢的冶金工艺在工业生产中是最消耗能量的。因此，冶金领域的技术人员都致力于总体能量均衡的研究。从能量生产和能量提供的角度出发，由于受到不可再生能源的限制以及对二十世纪七十年代所出现的能源危机的认识，人们已经开始寻求降低能量消耗的方法。另外，从生态保护和环境保护的角度出发，降低能量消耗也是控制工业发展的决定因素。由于生铁冶炼和炼钢的冶金工艺还会产生大量的污染空气的有毒气体以及具有危害性的固体废物，因此更有义务对生铁冶炼和炼钢的生产设备和方法进行改善以响应公众和政府关于环境治理的号召。基于上述因素，应该在全世界范围内尽可能地通过提高能量效率来改善冶金领域的能量均衡。人们已经通过更换燃料或能量类型以及采用能够更好地适应生态环境的和经济实用的特殊方法或特定步骤来努力达到改善的目的。显然，降低冶金工艺精炼和熔炼过程中主要消耗的最佳方案是尽可能地利用处理系统中诸如所排出废气中的化学热量和显热等未使用的能量损耗。显然，利用最直接合理的方法将一部分损耗的能量回收到产生废气的冶金系统中能够降低初始的能量需求，从而提高所述冶金系统的能量效率。因此，对以合理直接的方式利用排出气体中的废弃能量的设想致使人们设计出用于将预热的废料加入电弧炉的能量回收设备。但是，与人们的设想相反，所设计的与电弧炉结合使用的设备仅仅能够到达一部分人们所预期实现的效果。概括地说，初始安装费用高、机械故障、维修费用高、污染问题以及可能引起爆炸危险的安全问题是提高它们适应性的明显因素。由于从目前的废料预热设备中排出的有毒物质不符合目前法律和法规关于排放到大气中的有毒物质含量的规定，因此上述这些问题与目前和将来的环境保护法是密切相关的。
另一方面，众所周知，特别用于电弧炉废料炼钢过程中的间接节省能量的最有效方法是在将废料加入所述电弧炉中之前在一个独立的加热设备中对废金属料进行预热，该方法也被称为“预充填废料的预热处理方法”。尽管如此，由于这种用于电弧炉炼钢的废料预热设备的设计适应性不强，因此它仅仅可偶尔用于“对料斗中的废料进行预热”的方法中。
除了考虑减少能量消耗和生态保护这些因素以外，人们还需要致力于电弧炉炼钢方法中关于提高生产率以及降低成本的研究。目前用于提高生产率以及降低成本的电弧炉炼钢方法的改进方法有许多种，常见的改进方法如下通过提高用于泡沫状熔渣操作的二次电压使输入的电能进一步提高；在将炉中的可燃性气体排出之前通过使所述可燃性气体在炉中直接进行后级燃烧来瞬时回收化学能；在炉中增加用于提高和加速废料快速熔化的氧气燃料燃烧器；利用排出气体中所含有的化学能和显热结合氧气燃料燃烧器使钢铁废料在加入炉中之前得到预热；最后引入超声氧气喷管以提高脱碳和熔渣起泡漂浮的效果。
上述改进方法中的三种利用其它装置提高废料温度再使所述废料进入电孤炉的方法是利用后级燃烧方式瞬时回收所述炉中的化学能；在炉中增加氧气燃料燃烧器以及使钢铁废料在加入炉中之前得到预热。
上述第一种方法是利用氧气使废料熔化过程中所产生的废气内的可燃性成分在排出之前得到燃烧，从而瞬时地直接回收在所述炉中的化学能。这种方法可以成功地用于平炉、碱性氧化炉和能量最佳的炉子中。利用从所述容器中所排出气体的显热对富含氧气的空气预热以代替对氧气预热是该方法的一种变型。但是，这种方法用于电弧炉中时，特别在利用电弧同时熔化废料的阶段，使用该方法只能有限地提高生产率和节省电能，实际的能量节省是由废料“就地”预热所产生的。所述熔池中的后级燃烧气体的不太令人满意的热交换效率很大程度上限制了电孤炉中熔融废料的后级燃烧的使用效果，所述熔池由绝热材料和泡沫状熔渣层所覆盖。为此，因为从泡沫状熔渣中所排出废气的可燃性成分的燃烧或所谓的后级燃烧提高了在所述熔渣上方自由空间内的废气的温度和体积，所以电孤炉中熔融废料后级燃烧仍具有较高效率。因此，提高所述炉中的废气压力可以减少吸入所述炉中的外界冷空气的量。因此，当所述炉中保持所需的内部温度时，可以减少加热冷空气所需的电能，最终导致节省电能的目的。应该注意的是，与提高了成本的需要附加氧气进行后级燃烧的方法相比，这种方法能够在不提高成本的前提下通过对所述炉子进行足够的密封以防止冷空气的吸入而到达相同的节省能量的效果或更加有效地节省能量。另外，对电弧炉进行足够的密封还可以有效地减少从炉中排出的废气量。例如，在110吨的炉中，停止一个排气扇可以使排气量减少50％以上(从90000Nm3/小时减少到40000Nm3/小时)。
上述改进方法中的利用电弧以外的其它方式提高废料温度的第二种方法是通过在炉中加入氧气燃料燃烧器的方式来增强和加速废料熔化。虽然三十多年前就已通过在电弧炉中的熔渣排出通道区域中加入氧气燃料燃烧器的方式到达了这种有益效果，但是氧气燃料燃烧器很大程度上未能采用，直到已制造了带有水冷板的超高能量炉。在电极之间的“冷”区域的容器壁中有效地使用短火焰氧气燃料燃烧器可以缩短炉中所有废料的熔化时间。这种有益效果致使人们将各种燃烧器加入到电弧炉中。近年来，各种类型的可提高生产能力的氧气燃料燃烧器已用于电弧炉中。目前，这些燃烧器输入的热能在一些情况下大于初始电能输入的50％。尽管上述以低成本增加总能量输入的措施能够缩短出钢时间并提高生产率，且带来了一些工作和经济效益，但是也忽略和隐藏了其它一些严重缺陷。概括地说，这些缺陷包括废料的氧化性较高、废气量较大以及如果当燃烧器与电弧能量输入同时操作，特别是如果在加热过程中一直使用燃烧器时，则热交换效率较低。已证实，在以仅用燃烧器开始进行加热并且在原料到达大约800℃后仅用电孤加热的方式进行实际操作时可以使能量效率达到最大。这种两阶段操作方式可以节省15-20％的电能和节省10-15％的矿物燃料和氧气损耗。但是，由于两种热能分开使用使出钢时间增加了10-12％，并且从经济上考虑，虽然将氧气燃料燃烧器安装在目前炉子上的费用是较低的，但是在大多数情况下仍导致了整个排放系统的重新安装和扩大的费用大大地增加。电弧炉与极大功率的氧气燃料燃烧器结合使用以及较低的能量效率会生产出更多的包含有毒物质的废气，因此从生态保护的角度出发这也是绝对不可接受的。
上述改进方法中的利用电弧以外的其它方式提高废料温度的第三种方法是从生态保护的角度出发，如果需要的话，利用排出气体中所含有的化学能和显热结合氧气燃料燃烧器使钢铁废料在加入炉中之前得到预热。
总之，废料预热经历下面几个阶段利用从炉中排出的热废气或空气燃烧器和氧气燃料燃烧器在料斗中对废料进行批量预热；利用从炉中排出的热废气与空气燃烧器和氧气燃料燃烧器结合的方式通过倾斜式转窑或水平振动输送装置对废料进行连续预热；利用从炉中排出的反向流动的热废气和可以控制废料下落的作为炉子一个整体部分的连续立式预热机构对废料进行连续预热；以及利用不同设计的空气燃烧器和氧气燃料燃烧器与电弧同时对已经装入炉中的废料进行“就地”预热。其它一些独特的废料预热机构可与上述系统结合使用。
目前人们正逐渐改变过去对废料预热的过时的认识。由于认识到其巨大的潜力，现在人们意识到，主要利用废料进行电孤炉炼钢是未来的发展趋势，利用废料进行电弧炉炼钢可以通过缩短出钢时间来节省电能、减少电极损耗和提高生产率并且对于降低环境污染也是大有好处的。
通过对主要利用回收的废冷钢铁料进行电弧炉炼钢以达到提高能量效率目的的各种已知方法的实践，人们发现，在废料加入用于使其快速熔化的炉子中之前对其进行适当的预热是最可利用的方法。下面对一种独立式、结构简单的、坚固的废料预热设备和处理系统的特点进行部分概述，所述设备和处理系统能够极有效地利用能量并且同时可以利用一个与所述设备和处理系统串联使用的电弧炉进行废冷钢铁炼钢。这样的设备和处理系统也是本发明的目的所在，它必须保护生态环境、在安全使用性和工作环境方面也具有很大的改进。这种预热设备和处理系统的概述如下。
必须以连续或半连续的方式将用于充填到自给式废料预热设备中的所述尺寸合适的冷废钢铁料从距离和高度合适的废料供给储放区域输送到用于将所述废料充填到所述废料预热设备内的机构中。用于将所述废料充填到所述废料预热设备中的机构是所述废料预热设备结构的一部分。不能采用料斗和高架起重机将废料加入废料预热设备中。为了使独立式废料预热设备的设计和位置不会以常规方式防碍相邻电孤炉的正常工作，利用高架起重装置输送的标准料斗并且使带有摆动式炉顶的炉子顶部装料机构和所述废料预热设备绕过相邻电孤炉。当以这样绕过相邻电孤炉的方式设计时，所述废料预热设备还必须装有一个用于使从炉子中排出的热废气以间接的方式进入末级燃烧室以及使废气最后从所述废料预热设备排出的分流通道和封闭装置。
为了能够预先减少生产成本，希望所述废料预热设备能够最有效地利用从炉中所排出热废气中的显热和化学能。目前以设置在炉壁和/或炉顶中不同位置处的空气燃烧器或氧气燃料燃烧器的方式利用通常以天然气形式存在的矿物燃料能源消耗能量来提高炉中的熔炼效果。为了提高能量效率，必须将这些氧气燃料燃烧器送入合适的位置中并且作为所述废料预热设备的一部分。这样就可以更好地提高能量效率，降低从熔化炉中排出热气体的循环温度对所述废料预热设备的使用的影响，并且由于用于所述废料预热设备中的燃烧器主要是用固体管道固定的，因此可以大大地提高安全性，由于没有在所述炉壁的顶部设置燃烧器，因此可以简化所述炉壁的顶部和水冷壁板的结构，从而有利于维修保养、减少燃烧器的数量和有利于所述炉顶的更换。为了进一步减少能量损耗，需要将适量的碳含量较高的废料加入用于充填到所述废料预热设备中的冷废钢料中。
在预充填废料的预热过程中，人们希望将从所述独立式废料预热设备中排出的热废料的温度预热到650℃-800℃(1200°F-1470°F)这个范围内，这是根据废料的尺寸所计算出来的温度值，废料平均温度值为700℃(1290°F)，最好将温度值不断降低的加热气体的平均温度值控制在1050℃(1920°F)左右。另外，从所述废料预热设备和燃烧室中排出的温度值仍然不断降低的气体的温度最好在950℃-1 000℃(1740°F-1830°F)这个范围内，该温度值应高于所不需要的包括二噁烷(dioxins)和呋喃的挥发性碳氢化合物燃烧分解的临界温度。
近年来，已有多种类型的上述用于电弧炉炼钢工业的废料预热设备和方法，下面为介绍这方面的美国专利文献美国专利US4,543,124(1985.09.24)中所涉及的“连续炼钢的设备”(“Apparatus for continuous steelmaking”)，在工业中被称为“Consteel方法”(“Consteel Process”)。该方法利用炉中废气和燃料对在一个特别的水平预热通道中的一个输送装置上的预充填废料进行预热。通过炉子侧壁上的一个孔将所述废料充填到炉中。所述废气与所述废料反向流动。该EAF在出钢后保留一定的液态金属。该炉的电能消耗为350-400千瓦小时/吨，大大地高于目前的电弧炉的消耗标准。该装置自身需要很大的用于输送装置的空间，在所述输送装置上进行废料预热不能很有效地利用能量，这是因为废料主要是在上方预热。
美国专利US4,852,858(1989.08.01)中所涉及的“冶金熔炼系统中用于充填材料预热的充填材料预热装置”(“Charging MaterialPreheater for Preheatrg charging materials for aMetallurgical Smelting Unit”)，在工业中被称为“能量最佳炉”。该装置具有一定的优点并已用于生产中。然而，这种能够控制废料下落的半连续立式废料预热装置是一个不利用电能的冶金炉的一个整体部分，所述预热装置利用所述预热装置下方的炉中几乎完全后级燃烧所排出的热废气体反向流动来对废料进行预热。这种装置的设计优点使得电冶金设备的某些设计者将这一显著改进的构思应用于电弧炉中。其缺点为大量气体向单个室中不受控制的渗透以及其总体高度。
美国专利US5,153,894(1992.10.06)中所涉及的“带有可移动的轴筒式充填材料预热装置的熔炼设备”(“Smelting Plant withremovable shaft-like charging material preheater”)，在工业中被称为“轴筒式炉”。该设备是一个批量加料的带有轴筒式充填材料预热装置的熔炼设备，所述轴筒式充填材料预热装置是炉子的一个整体部分，并且热气体是反向流动的。利用所述炉和炉盖与支撑结构件之间的相对水平运动，可使所述充填材料从一个料斗直接加入到炉中或经过移动的轴筒加入到炉的不同区域中。利用所述轴筒中的一个阻隔元件可使所述充填材料留在所述轴筒中，并且在熔炼过程中得到加热。这种装置的其中一种变型具有几个主要问题，例如从轴筒将充填材料批量地充填到炉中所表现出来的复杂结构，为了进行炉顶装料或更换炉壳的两套转动系统，炉壳的倾斜式设计仅仅是为了在炉壳和炉顶之间产生一个较大的间隙而导致了热量损耗，以不受控制的方式使废料经过轴筒下降而致使大部分废料阻塞和滑动，气体不适当的反向流经轴筒而导致所述轴筒中的废料不能均匀预热，处理系统中所存在的另外两个严重问题是由于从所述轴筒中排出的废气温度较低而形成瞬间的不可控制的爆炸和排出有毒物质。另外，主要通过燃烧器对这种气体进行再次加热并且实际上使这种预热系统失去了应有的作用，无法消除排放有毒气体和爆炸的问题并且这样的情况可能随时出现在各种类型的炉中。
美国专利US5,264,020(1993.11.23)中所涉及的“带有两个并联熔化炉的熔炼系统”(“Smelting Plant with two melting furnacesarranged in juxtaposed relationship”)，在工业中被称为“双轴筒式炉”。该系统实际上将两个交替使用的轴筒式炉以并联的方式结合起来，其中将在熔炼过程中所产生的炉气分别引入其它的熔化炉中以使充填材料预热，所述每一个熔化炉是一个装有充填材料的轴筒，将在所述炉处于熔化状态下所排出的废气在另一炉子装料后自所述轴筒引出，通过另一个炉子的炉盖并且从其轴筒中排出。这样的贯穿整个熔炼过程的工序使充填材料预热并且当炉气经过充填材料时使所述气体得到过滤。由于“双轴筒式炉”实际上与“轴筒式炉”很相似，仅仅在装料设计上具有微小的差别，因此上述关于对“轴筒式炉”的问题叙述也适合于这种炉子。
美国专利US5,499,264(1996.03.12)中所涉及的“一种双联炉装置以及其操作方法”(“Process and arrangement for operatinga double furnace installation”)，在工业中被称为“双壳炉”。这种装置实际上也是以并联的方式将两个独立的电弧炉的机械系统结合起来。它披露了如下内容一种双联炉装置具有管线连接的两个电弧炉、一个电源、一个用于充填原料的装置和一个气体分离和净化装置。所述双联炉装置的操作方法包括第一电弧炉与电源相连以使在该第一电弧炉中的原料熔化并且使第二电弧炉完全与电源断开的步骤。在所述第二电孤炉中充填原料并利用一个炉盖封闭所述第二电孤炉。所述封闭的第二电孤炉中的废气在装料柱上方被吸出并且通过设置在两个电弧炉之间的管线使在所述第一电弧炉中熔化的原料表面上方吸出的废气通过所述第二电弧炉。当废气从所述第二电弧炉中吸出并且同时将空气输送到所述第一电孤炉的炉盖的区域中时，终止所述第一电弧炉中的废气与所述气体净化装置的相连。通常预热气体的流动方向与废料是反向的。这种排放系统的复杂设计能够提高生产率。废料预热是不均匀的，致使氧化损耗较高。所述两个炉的炉顶装料仍然需要移开炉顶，从而导致热量损失增加。
美国专利US5,513,206(1996.04.30)中所涉及的“用于废料预热和充填的装置”(“Apparatus for Preheating and charging scrapmaterial”)。该用于废料预热和充填的装置包括一个轴筒式预热腔室和充填装置。该炉排出的气体流动方向与下落的废料方向相反。一个两步式废料推杆通过炉顶的开口将原料输送到两个DC电极之间的空间中。用于接受预热废料的具有两个电极的DC炉完全密封并且不使用水冷壁板。这种炉的结构很复杂。废料推杆的结构也很复杂。轴筒较狭窄，因此需要装有几个防搭棚(anti-bridging)装置。总的高度也是一个很大的缺陷。
美国专利US5,555,259(1996.09.10)中所涉及的“下降熔化废料的方法和装置”(“Process and device for melting down scrap”)，在工业中被称为“Contiarc”。所披露的这种炉是一个DC电弧加热轴筒式炉，该炉带有一个由环绕和保护中央石墨电极的外部容器和内部容器形成的一个环状的轴筒。利用一个在所述环状轴筒上部的合适系统以与在所述炉下部中的下降熔化速度一致的速度连续装料。在所述废料下落过程中，利用上升的气体使所述废料预热。当这些气体以较低的温度从所述废料柱的顶部离开时，它们被收集在一个环形管道中并被送出以进行废气处理。值得注意的是，由于所述废料柱的过滤效应而使从废气中排放的粉尘量较低。这种设计试图以合并的方式将电弧炉与废料预热结合起来。废料预热系统复杂，不能对废料下落进行控制，因此会出现废料搭棚(bridging)现象。该炉没有倾斜机构而使底部维修和更换变得很困难。
美国专利US5,573,573(1996.11.12)中所涉及的“用于炼钢的电弧炉”(“Electric arc furnace arrangement for producingsteel”)，在工业中被称为“Comelt”。该文献披露了一种通过熔炼废料进行炼钢的电弧炉，所述废料特别是废铁和/或海绵铁和/或生铁以及炉中的熔渣，在所述炉中的至少一个石墨电极是伸出的并可纵向移动，电弧在所述石墨电极和废料之间燃烧。为了达到较高的能量输入，倾斜的石墨电极从侧面和下部伸入所述炉的下部，在石墨电极的区域中，所述倾斜的石墨电极相对于上部具有一个向外径向突出的部分。该炉具有一个垂直延伸的轴筒并且可以通过一个输送装置连续地装冷废料。值得注意的是，使废料预热之后，在所述轴筒顶部的与下落的废料反向流动的废气仍然很热并通过稀释进行快速冷却，从而能够不放出有毒气体。在另一种变型中，可以收集气体。这种结构复杂的合并设计能够降低电能损耗。
现有技术中的上述每一种装置和处理系统以及上述关于提高能量效率的方法都具有一个主要的缺陷热废气与废料反向流动。这是现有技术中废料预热装置和处理系统提高能量效率的方法不能安全实施的主要原因。
总之，可以看出，这些已经在生产率、节省能量、污染以及安全使用方面进行了改进的主要使用现有技术中的废料预热设备利用废料进行的电孤炉炼钢方法所达到的水平在实际操作和具体实施所要求达到的“预充填”废料预热设备的实施水平之下。
本发明的一个目的是提供一种自给式、独立操作的、高效能的、减少污染和使用安全的设备和处理系统，所述设备和处理系统利用废料和加热废气体同向流动的方式以半连续自装料的和可以控制的形式对冷废钢铁料进行分级渐进预热处理并将预热的废钢铁料充填到与之相邻的串联操作的密封冶金电弧炉中，所述设备和系统能够克服上述所有缺点。
本发明的另一个目的是提供一种形状为棱形的立式主腔室，该腔室的底部为锥状渐缩形，所述腔室的顶部具有可移动的封闭盖，所述封闭盖用于以半连续装料的方式将冷废钢铁料装入所述腔室中。
本发明的另一个目的是提供一种立式主腔室，该腔室具有由耐火材料或者水冷部份构成的壁，所述壁与自支撑结构件相连。
本发明的另一个目的是提供一种独立操作式简单牢固的装料机构，该机构用于将冷废钢铁料从相邻的废料储放容器充填到所述立式主腔室的最上部，所述废料储放容器最好位于较低的位置而且无需使用装料斗或高架起重装置，所述立式主腔室的最上部中设有用于装料的并带有开口的封闭罩，所述装料机构主要包括至少一个高速倾斜式提升装置，所述提升装置装有一个固定的装料仓。
本发明的另一个目的是提供一个或多个坚固的冷废料重力下落控制机构，每个所述控制机构都包括可将所述立式主腔室体积分成至少两个部分的具有部分栅格的框架，每个部分能够随时放置不小于与之相邻的串联操作的冶金电弧炉一次加热所需标准装料量的一倍半的料，所述框架能够以可控制的方式进行顺次转动和伸缩运动。
本发明的另一个目的是在所述立式主腔室的各个部分中提供一个或多个可改变氧气/燃料比率的氧气燃料燃烧器以便使可燃性气体在通过所述立式主腔室整个高度时的燃烧得到连续控制，从而可对充填的废钢铁料渐渐预热到排出前所需要温度的过程进行控制。
本发明的另一个目的是在所述立式主腔室的各个部分和气流管道的用于即时进行气体分析和温度测量的其他位置中提供多个传感器，所述传感器用于对预热过程中所产生的可燃性气体的排放压力和燃烧程度进行瞬时调节和控制。
本发明的另一个目的是提供一种简单、牢固耐热的卸料机构，所述卸料机构能够以可控制的方式将高温预热的废料从所述立式主腔室渐缩形下部中的开口排出并通过相邻冶金电弧炉的炉壳侧壁或炉顶中的开口将所述预热的废料输送到电弧炉中，所述卸料机构主要包括用于所述立式主腔室渐缩形下部中之开口的一个滑动式封闭件和废料调整辊以及往复式倾斜提升装置，所述往复式倾斜提升装置具有一个滑车架(trolley-trough)，所述滑车架装有一个往复运动的内部顶杆。
本发明的另一个目的是在所述顶部最高点设置两个入口，其中一个入口用于从所述冶金电弧炉引入含有化学热能和显热的热废气，另一个入口用于从末级燃烧室引入部分再生的热气体。
本发明的另一个目的是提供适当的负压，所述负压在所述装置的不同位置形成适当的吸力作用并使部分或所有进入立式主腔室的气体以与重力下落的废料同向流动的方式从所述顶部最高点向下流过废料层，上述气体包括从串联操作的冶金电弧炉中最初排出的热废气、从末级燃烧室排出的再生热废气、由位于各部分壁中的氧气燃料燃烧器所产生的热气体以及利用氧气、富含氧气的空气或空气使包含在所述废料中的可燃性物质氧化而产生的热气体。
本发明的另一个目的是设置一套由两个并联的末级燃烧室/除尘器和一个排放箱所组成的系统，该系统位于所述立式主腔室的渐缩形底部的正下方，热气体从所述立式主腔室渐缩形底部的两个开口中直接进入每个装有可改变燃料氧气比率的氧气燃料燃烧器的末级燃烧室/除尘器的顶部以便使可燃性物质进行最终的燃烧和温度调节，从而防止二噁烷和呋喃的生成。
本发明的另一个目的是设置多于一个、最好为两个的热废气分流管道，所述管道装有合适的能使管道打开和关闭的阀以将从串联使用的电孤炉进入预热设备的主排气管道与两个末级燃烧室/除尘器结合的上部空间相连，从而使热废气直接从电弧炉排放到末级燃烧室中，这样使热废气绕过预热设备并使电弧炉在没有废料预热设备的情况下单独工作。
本发明的另一个目的是提供一种功能先进的狭缝型文氏管除尘器(slit type Venturi scrubber)以便对热废气进行瞬间的急冷，使热废气的温度低于二噁烷(dioxins)重新合成的临界温度。另一个功能是使气体净化。
从下面的发明概述和结合附图对本发明优选实施例的描述中可以看出本发明的其它目的和特征。但是，应该理解的是，附图只起说明的作用而不是为了限定本发明的保护范围，后面的权利要求书限定了本发明的保护范围。
因此，为了克服现有技术中的废料预热设备和方法中所存在的缺陷，本发明对于废料预热提出了一种独立自给式的、自固定的、自装料和卸料的、结构简单牢固的和易于维修的与一个密封的冶金电弧炉相连的废料预热设备和处理系统，所述废料预热设备可以经济地并且不需要很大改进地与现有的和/或新电孤炉熔炼设备结合起来。通过与密封的冶金电弧炉串联工作，本发明所述废料预热设备和封闭循环的处理系统能够以高能量效率和使用安全的方式用于炼钢过程中。本发明所述废料预热设备和封闭循环的处理系统除了可以大大地减少具有污染性的有毒气体和物质的排放量以外，还特别能够减少电能和其它能量的损耗、减少电极的损耗和缩短出钢时间，提高安全性和改善工作环境，总之，可以全面提高适应性和实用性。
本发明能够采用物理或化学方法以新颖独特的方式利用冷废钢铁料在电孤炉炼钢过程中与其直接或间接相关的不同热源进行生热和热交换，并且加入了新颖的、更先进和适用性较强且功能性较强的结构和部件。
当在使用常规的通过一个或多个料斗利用炉顶装料的冷废钢铁料进行炼钢的电弧炉时，从炉中排出的废气量取决于下列几个因素。这些因素包括原料成分、所使用石灰和其它添加物的加入量和质量、由氧气燃料燃烧器所产生的气体量以及熔渣起泡漂浮所引入的碳和氧气量等等，并且最重要的因素是吸入炉子中的周围冷空气量。如果炉子不能密封，即实现炉子的气密性，那么即使通过炉顶四个孔进行所谓的直接排气，生产每一吨钢的排气量可达到350-450立方米。如果使炉子密封而不使冷空气进入炉中，在不使用脱碳氧气喷管的情况下，通过炉顶的四个孔进行排气，生产每一吨钢所排出的热废气量为90-120立方米。如果使用脱碳氧气喷管，排气量与喷入的脱碳氧气量成比例地增加，生产每一吨钢所排出的热废气量为200-220立方米。
另外，所排出的热废气含有大量的有害的副产物。当空气吸入炉中时，由四个孔排出的热废气中的一些杂质表示在表l中。电孤周围很高的温度和炉中的高温通常产生大量的二氧化碳以及下列微量的副产物二氧化氮、二氧化硫、氰化物、氟化物、二噁烷和呋喃。所述气体中的二氧化氮和氰化物的浓度主要取决于吸入炉子内的冷空气中的含氮量、电弧的能量以及炉子中的氮分子的分解程度。所述气体中的二氧化硫量通常不是很大。所述气体中的氟化物的浓度也很低并且直接取决于熔渣中的氟化物的含量。二噁烷和呋喃的含量取决于所充填的废料中的可燃性成分的含量，它们的产生和分解可由废气温度来控制。
从电孤炉排出的热废气中的有害气态物质的含量表1有害物质平均浓度每生产一吨钢所排出的副产(毫克/立方米) 物的量(克/吨)二氧化碳13500.0 1350.0二氧化氮 550.0 270.0二氧化硫5.0 1.6氰化物 60.028.4氟化物 1.2 0.56从炉中和气体一起排出的粉尘中60-70％是直径小于3微米的颗粒。在加热过程中随着吸入炉中的空气所产生的粉尘含有大量的三氧化二铁。
当考虑到目前的环境污染问题时，使工业生产中所产生的有害物质降至最少是很重要的。但是，这个问题必须由适用于工业中的装置来解决。要减少工业生产中所产生的污染物质就必须利用严格的经济方针使其重建，因此这些必须也能够带来经济效益并且能够提供更安全和改善的工作环境。
概括地说，本发明所述的用于熔炼冶金炉中的利用废料和加热气体同向流动的方式对废钢铁进行分步式预热的设备和处理系统包括大量的主要和次要的功能性和处理系统的操作特征和参数，所述这些特征和参数已经结合在一个实施例中，本发明的效果在于-使整个废料预热设备和处理系统与现有熔炼车间中的电孤炉结合起来，并且可以缩短成本回收时间；-使整个废料预热设备和处理系统与大部分冶金电弧炉串联使用，最好与利用冷废钢铁料进行炼钢的气密电弧炉串联使用；-通过完全取消氧气燃料燃烧器和取消在炉中的所谓的“后级燃烧”的方法来大大降低从炉中排出的热气体量；-通过使所述废料预热设备与电弧炉串联使用和取消炉壁中的能量效率不高的氧气燃料燃烧器而将它们放置在所述废料预热设备中来提高能量效率；-通过取消在电弧炉中的所谓“后级燃烧”的方法和在所述废料预热设备的各个部分中利用从电弧炉排出的热废气中的显热和化学热能使气体与废料之间具有几乎双倍的热交换效率来提高能量效率；-消除每次通过移动电弧炉炉顶进行装料的需要而利用高架起重设备和料斗将废料装入电弧炉中，因此使能量效率得到提高；-消除利用高架装料起重设备和料斗进行装料的需要而利用整体的、半连续的、自装料废料仓提升机构进行自装料，因此使能量效率得到提高；-利用常规的高度较低的废料水平移动输送装置或轨道式废料输送控制装置使整体的、半连续的废料仓提升机构的废料仓结构简单并可自由地装料和卸料；-使半连续地装入所述废料预热设备顶部的冷废钢铁料在从所述废料预热设备的底部排出时能够有效地预热到预定温度，使加入到所述废料预热设备中的可燃性物质尽可能地燃烧并且在所述废料预热设备中的不同位置处提供适当的抽吸作用，最重要的是，使进入立式主腔室中的部分和所有气体一起从所述顶部的最高点以与重力下落的废料相同的方向向下流经所述废料，所述热气体包括从冶金电弧炉中排出的热废气、从未级燃烧室中再生的热气体、由位于各个部分的壁部中的氧气燃料燃烧器所产生的热气体以及利用通入氧气、富含氧气的空气或空气使废料中的可燃性物质氧化所产生的热气体。
-不使用从相邻的串联电弧炉中排出的热废气而仅仅利用所述预热设备的氧气燃料燃烧器将废钢铁料预热到所需要的额定预热温度，并且以初始增加的速度在炉“开始降温”“(cold start-up)”之前将预热的废料送入炉中，通过采用这样的做法，由于在电极下方的熔融金属熔池瞬间产生，特另是当使用氧气燃料/氧气喷管并且泡沫状熔渣过早形成时，因此可以快速达到正常的“平池(flatbath)”操作环境；-利用中间温度逐渐分步地控制废钢铁料预热且通过即时地控制氧气燃料燃烧器的能量输入和氧化剂的加入来调节气体成分可以减少废料的氧化；-利用结构简单的、牢固的和适当冷却的废料下落控制机构控制废钢铁料半连续地重力下落；
-以可靠和自由的方式将废钢铁料从渐缩形底部加入用于将所述废料送入炉中的耐热滑车架，所述耐热滑车架包括可以精确地称出每一次送入炉中的废料量的称重装置；-利用半连续的方式以电弧炉的额定熔化速度将预热的废钢铁料从所述预热装置送入与之相邻的串联电弧炉中，使电弧炉能够在不增加热金属熔池的条件下进行操作并且使电孤恒定地浸入适当厚度的泡沫状熔渣中，高热能效率地快速熔化分解浸入热金属熔池中的废料；-由于半连续地以电弧炉的额定熔化速度将预热的、预备的和尺寸适当的废钢铁料加入到电弧炉中，因此可使相邻的、串联使用的和密封的电弧炉与热金属熔池连续工作；-与传统的炉操作相比，使用冷废料的本发明装置和处理系统能够在以下方面进行改进，具体参数如下-电能输入和炉的变压器功率能够减小30-35％；-电能消耗减小25-35％；-电极损耗减小15-20％；-排出的废气量减小40-45％；-所产生的粉尘和有害物质减小20-25％；-二噁烷和呋喃减少到目前所允许的极限以下；-电压浮动减少到所允许的应注意的极限以下；-可以取消使炉子阻抗最佳的电子HV补偿装置；-出钢时间缩短15-20％；-可以使集尘室尺寸缩小25-30％；-因大大降低了循环时间和操作的输入能量波动而降低了维修要求。
-由于半连续和半自动地将预热的废料充填到炉中而提高了安全性和改进了工作环境，因此消除了炉子发生爆炸的危险、利用料斗充填湿料且有效地降低了噪声污染的程度。
为了更好地理解本发明，现结合附图详细描述本发明的一个实施例，在附图中，相同的标记代表相同的部件。


图1是沿表示本发明所述废料预热设备和与之串联使用的相邻电弧炉的图2中Ⅳ-Ⅳ线的左侧垂直纵向截面图。
图2是沿表示本发明所述废料预热设备图1中Ⅱ-Ⅱ线的右侧垂直横向截面图。
图3是沿图1中Ⅲ-Ⅲ线的表示实施例一个变型的垂直横向截面图。
图4是沿图2中Ⅰ-Ⅰ线的表示本发明废料重力控制机构的栅格的水平示意图。
图5a、图5b、图5c、图5d、图5e和图5f是按照图4中的V-V线的纵向放大剖面图，表示利用转动和伸缩运动进行控制的所述废料下落控制机构。
图6是表示当预热主腔室顶部封闭罩打开时在其顶部卸料位置处如图1所示的废料仓的局部放大图。
为了达到本发明的目的，图1以及其它附图中所示的废料预热设备和处理系统的优选实施例包括两个功能上相互关联的主要部分废料预热设备1以及处理系统，所述处理系统与相邻的电弧炉2串连并与之共同使用。另外，在图1所示的优选实施例中，自给式废料预热设备1在结构上和功能上包括三个主要部分立式的主预热腔室3、能够提升倾斜式废料仓37的自填料装置72以及用于输送和充填废钢铁料8/3的倾斜式输送填料机构57，所述倾斜式输送填料机构57能够从所述立式的主预热腔室3的渐缩形底部输送预热的废钢铁料8/3并且将预热的废钢铁料8/3送至相连的电弧炉2中。
所述废料预热设备1的主要部分是立式的主预热腔室3，所述立式的主预热腔室3被两组废料下落控制栅格4/1和4/2以及5/1和5/2分成三个部分，即顶部5、中部6和底部7。这三部分中的每一个部分都有一个特定的作用，以便对加入所述废料预热设备1中的冷废钢铁料8/1逐渐上升的温度提供最有效的控制，并且当将冷废钢铁料8/1加入所述废料预热设备1中时，利用控制栅格4/1和4/2以及5/1和5/2的移动使冷废钢铁料8/1在重力作用下半连续地下落。
在图1中，为了使所述预热设备1的整个立式的主预热腔室3以及所述顶部5的内腔38与周围的大气隔离，其封闭结构由气密的水冷壁构成。所述顶部的较短的下壁部分10的形状为矩形并且具有向内弯曲的底部，所述较短的下壁部分10与栅格4/1和4/2一起形成一个蜡烛状导向结构以便当栅格4/1和4/2下降时能够更好地控制废料8/1的下落。同时，空腔11在所述较短下壁部分10的向内弯曲底端的后面，并与在所述中部6内的废料8/2和栅格4/1与4/2的底部之间所形成的空间12一起形成了能够使废料充分混合的空间，如果需要的话，使从所述顶部5透过栅格4/1和4/2的气体和来自氧气燃料燃烧器13的气体燃烧，所述氧气燃料燃烧器13设置在耐火材料衬壁14中，所述耐火材料衬壁14用于密封所述中部6的空间。如图3中所示，所示顶部5的较长下壁部分15的底端也向内弯曲以便更好地引导废料8/1和适于图3中所示的液压缸驱动的杠杆机构16的操作，所示液压缸驱动杆机构16用于控制诸如栅格4/1和4/2的梳状结构件的移动。
在图1中，所述顶部5的较短上壁17比较靠近所述电弧炉2，所述较短上壁17垂直延伸直到其与大致水平的封闭板18相交。为了使来自电弧炉2的热废气经过方形水冷管道20进入所述顶部5中，所述较短上壁17上设有方形开口19。如果要求防止来自电弧炉2的热废气经过所述方形开口19进入所述顶部5中时，所述水冷管道20设有水冷的方形通道门32，所述通道门32在杠杆机构34和液压缸35的作用下能够绕水冷轴33(water cooled shaft)转动。所述顶部5的更短上壁21从所述炉向着中心部分向上渐缩并终止在方形开口22的底部，在以半连续的方式将废料充填到所述顶部5的空腔的过程中，所述方形开口22能使所述废料仓37中的废料进入所述顶部5的空间中。所述方形填料开口22的上端由水冷轴23确定，所述方形填料开口22与水冷轴23为曲线连接并且所述方形填料开口22在水冷封闭罩24中的投影为方形。所述水冷封闭罩24的位置由杠杆机构25和液压缸26控制。
在图2中，所述顶部5的较长上壁27从与所述较长下壁15的连接线开始先向着中心方向向内渐缩然后再垂直延伸，确定了所述方形填料口22的垂直侧边。所述较长上壁27的上部形状为弧形扇叶状。所述垂直的较长上壁27的弧形部分地与固定的和弯曲的大致为水平方向的板28相连接。所述垂直的较长上壁27之间的弧形的其余部分被一个弯曲的大致水平方向的板29覆盖，所述弯曲的大致水平方向的板29能够绕着图1中所示的水平方向的水冷轴30转动。所述弯曲的板29的长度由部分转动的废料仓37的位置所决定，即在开始将废钢铁料8从部分转动的废料仓37中排出之前所述部分转动的废料仓37的顶部方形凸边必须已经位于所述弯曲板29的端部下方。以这种方式确定所述弯曲板29的长度还可确定所述较长上壁27的远离中心的倾斜端部凸边的位置。
在图1、图3和图6中，大致垂直方向的壁板31封闭了比较靠近所述固定弯曲板29中心端部的所述垂直较长上壁27与水平方向的水冷轴23之间的空隙。在利用所述装料的废料仓37将所述冷废钢铁料8/1加入所述废料预热设备1的过程中，所述端部5的上述这种密封结构能够在所述的废料仓37装料时使该废料仓的侧边与所述垂直较长上壁27之间以及在所述废料仓37转动时使该废料仓与所述弯曲板29之间同时形成了一个可以达到暂时密封效果的空腔。
图1中所示的立式主预热腔室3的顶部5的一个作用是在规定的停留时间内开始接收适量的要求达到所需温度的废钢铁料8/1并将所述废钢铁料8/1收集在诸如栅格4/1和4/2的梳状结构件上，以半连续方式使在一个或多个快速往返的装料废料仓37中的所述冷废钢铁料8/1通过开口22被输送到所述顶部5中，所述开口22通常由所述密封罩24封闭。在将装料废料仓37中的所述冷废钢铁料8/1通过开口22输送到所述顶部5的过程中必须防止吸入大量的不希望有的空气，这是因为在排空所述装料废料仓37的过程中，所述密封罩24的打开和关闭与所述装料废料仓37的密封位置是同步的。所述顶部5的另一个作用是保证将适当的和安全的热废气从电孤炉2通过开口19输送到在所收集的适量废钢铁料8/1上方的自由空间38中，并且还将从末级燃烧室79通过管道54和55所输送的回收热气体经过开口39输送到所述顶部5的空间38中，以使由进入该空间38中的所有气体所形成的混合物适当地燃烧。利用即时电子调节系统根据由气体分析、压力和温度传感器40所得到的信息来控制标准的可改变燃料氧气比率的氧气燃料燃烧器13即可达到上述要求。在利用预先设定的适当的部分燃烧比率达到最终所得到的气体混合物所需的温度之后，使达到规定温度的气体以向下同向流动的方式流经停留在可使气体透过的栅格4/1和4/2上的废钢铁料8/1。由于废钢铁料8/1的面积和深度的比率最佳，因此所述热气体能以最适当的速率和最佳热交换效率透过所述废钢铁料8/1。
所述顶部5的最后一个作用是在一个独立的操作过程中在重力作用下通过松开所述栅格4/1和4/2使在规定停留时间内部分预热的在一定程度上混合但无需冲击的所有废钢铁料8/1输送到预先排空的所述中部6中。
所述立式主预热腔室3的中部6的作用与上述顶部5的作用类似。所述中部6的主要作用是当所述栅格4/1和4/2从位于所述废钢铁料8/1下方的位置移开时，接收在重力作用下从所述顶部5输送的所有已经部分预热的废钢铁料8/2并将所述废钢铁料8/2安全地放置在栅格5/1和5/2上。所述中部6的另一个作用是在废钢铁料8/3的温度按照预定要求提高时保证使通过所述栅格4/1和4/2排放到所述废钢铁料8/2上方自由空间11和12中的气体混合物能够进行附加的和适当的部分燃烧。这样，透过所述栅格4/1和4/2的气体混合物含有大量的气态的可燃成分，这些可燃成分主要是从包含在所述废钢铁料8/2中的可燃性杂质所产生的，并且所述大量的气态可燃成分在所述顶部5中的预热阶段中在没有氧化剂的情况下暴露在高温环境下。在所述顶部5中的预热阶段过程中，当初始温度较高的气体向下流过所述废钢铁料8/1时，所述初始温度较高的气体已经将它们的一部分热能传递到所述废钢铁料8/1上，因此必须对它们的温度进行调整。为了在气体温度提高的同时使通过所述栅格4/1和4/2排放到所述废钢铁料8/2上方自由空间11和12中的气体混合物按照要求进行附加的和适当的部分燃烧，在所述中部6中以与在所述顶部5中相同的方式使用一个标准的可改变燃料氧气比率的氧气燃料燃烧器13。以与在所述顶部5中相同的方式控制所述标准燃烧器13。在所述中部6中以与在所述顶部5中相同的方式使向下同向流动的再加热气体通过所述废钢铁料8/2，并且所述再加热气体的热交换效率也与在所述顶部5中的气体相同。通过松开所述栅格5/1和5/2使在规定停留时间内在所述中部6中温度进一步得到提高的预热废钢铁料8/2在重力作用下被输送到预先排空的所述底部7中。
所述立式主预热腔室3的所述底部7的作用与上述顶部5和中部6的作用类似。所述底部7的主要作用是接收在重力作用下从所述中部6输送的所有已经充分预热的废钢铁料8/3并将所述废钢铁料8/3安全地放置在其倒锥形腔室中。所述渐缩形锥状的底部7由耐火材料衬壁14和水冷区域41、42、44/1和44/2构成，所述耐火材料衬壁14和水冷区域41、42、44/1和44/2在它们的底部形成一个矩形开口47。所述开口47用于将预热平均温度为700℃的废钢铁料8/3排放到所述倾斜式输送一装料机构57中。所述输送一装料机构57用于将预热到所需要高温的废钢铁料8/3从所述预热设备1中通过一个开口76输送和充填到所述与预热设备1相邻的电弧炉2中，所述开口76位于所述电孤炉2的炉壳侧壁78中，并且在所述电孤炉倾斜过程中所述开口76被一个水冷通道门77封闭。所述输送一装料机构57包括部分水冷的管道58，所述管道58的截面形状为矩形并且其截面宽度与所述排放开口47的宽度匹配。所述截面形状为矩形的管道58内装有一个与之相符的矩形截面的往复式柱塞杆61。所述矩形截面的管道58内的柱塞杆61的往复运动由一个水冷的双向作用的液压缸62所控制。所述矩形截面的管道58位于辊子60上，所述辊子60能使所述管道58沿其纵轴方向移动。所述矩形截面的管道58沿其纵轴方向的移动由一个双向作用的液压缸59所控制。为了从所述排放开口47接收预热的废钢铁料，所述矩形截面的管道58的顶壁具有一个开口63，所述开口的尺寸和位置与所述排放开口47相同。在不进行装料的备用状态下，所述双向作用液压缸59回缩以将所述矩形截面的管道58从电弧炉2中拉出，但是所述柱塞杆61仍在所述管道58内处于延伸状态，因此所述柱塞杆61可以覆盖和封闭整个排放开口47以防止预热的废钢铁料落入所述装料机构57中。
为了将所述高温废钢铁料8/3输送和充填到所述电孤炉2中，所述矩形截面的管道58内的柱塞杆61回缩以使所述废钢铁料8/3落入所述矩形截面的管道58的空腔中，然后利用所述双作用液压缸59的延伸驱动使所述矩形截面的管道58在辊子60上向前移动并使所述矩形截面的管道58伸入所述电弧炉2中。所述矩形截面的管道58的向前移动使其顶壁封闭了所述排放开口47。由于所述双向作用的液压缸62和往复式柱塞杆61处于回缩位置，因此所述高温废钢铁料8/3可以在所述管道58内移动。利用所述双作用液压缸62的延伸驱动使往复式柱塞杆61向前移动，这样即可在所述矩形截面管道58的内部向前推动所述高温废钢铁料8/3。所述柱塞杆61向前移动之后，所述高温废钢铁料8/3开始落入所述电弧炉2的靠近电孤的熔池中，利用直接对流使所述高温废钢铁料8/3在所述熔池中快速熔化。虽然在所述矩形截面的管道58内部的所述高温废钢铁料8/3是被逐渐推动的，但是由于摩擦阻力较小，因此上述推动操作仅需要适当的作用力即可。
所述底部7的另一个作用是保证向下流过所述栅格5/1和5/2进入所述废钢铁料8/3上方自由空间11和12中的气体混合物进行最大可能的附加燃烧。同前面所述及的内容一样，当初始温度较高的气体向下流过所述废钢铁料8/2时，所述初始温度较高的气体已经将它们的一部分热能传到所述废钢铁料8/2上，因此必须对它们的温度进行调整。为了在气体温度提高的同时使向下流过所述栅格5/1和5/2进入所述废钢铁料8/3上方自由空间11和12中的气体混合物按照要求进行附加的和适当的最大燃烧，在所述底部7中以与在所述顶部5和中部6中相同的方式使用一个标准的可改变燃料氧气比率的氧气燃料燃烧器13。以与在所述顶部5和中部6中相同的方式控制所述标准燃烧器13。向下同向流动的重新加热气体通过所述废钢铁料8/3之后经过图3中所示的两个矩形开口45/1和45/2从所示底部7排放到分开的耐火材料衬的矩形管道48/1和48/2中，所述矩形管道48/1和48/2装有蝶形封闭阀46/1和46/2以便当在操作过程不需要使用所述预热设备1时防止气体从所述预热设备1中流出以及使来自电弧炉2的气体支流直接进入除尘的、分散的和矩形耐火材料衬管道48/1和48/2中。所述管道48/1和48/2的内腔49/1和49/2还可用作末级燃烧室79。为此，所述内腔49/1和49/2装有标准的氧气燃料燃烧器13，并以与在所述顶部5、中部6和底部7中相同的方式控制所述标准燃烧器13。所述管道内腔49/1和49/2连接在排放箱50的顶部，在所排放的气体速度放慢之后，气体中的较重粉尘颗粒51沉积在所述排放箱50的底部。总的说来，其温度高于所不需要的包括二噁烷和呋喃的挥发性碳氢化合物燃烧分解所需临界温度的气体经过位于所述排放箱50中央顶部的气体转换通道53通过开口52和管道54排出以进一步使用和处理。为了进一步提高能量再生的效率，从管道54经过管道55通过开口39将一部分热废气回收到所述顶部5中，所述管道55装有蝶形封闭阀56。
本实施例的一个重要特征是利用废钢铁料重力下落控制机械系统16(简称“下落控制机构”)对所述废钢铁料8/1和8/2的半连续重力下落进行控制，图1、图2、图3和图4中利用不同的视图和截面图对所述下落控制机构16进行了整体或部分地表示。为了更好地理解，图5a、图5b、图5c、图5d、图5e和图5f中详细地表示了所述下落控制机构16的结构和各个部件的作用，图5a、图5b、图5c、图5d、图5e和图5f是按照图4中的V-V线的纵向剖面图所示出的。所述下落控制机构16的基本功能部件为固定的、水冷式多点框架支撑件68、主旋转框架66、用于控制转动的单向作用液压缸64、栅格5/1和5/2(4/1和4/2)、用于控制栅格5/1和5/2延伸和回缩的双向作用液压缸67以及栅格5/1和5/2的连接横梁81。所述主旋转框架66是一个由多个矩形导向开口隔开的机械结构件，所述多个矩形导向开口用于每一个栅格5/1和5/2并且可使所述栅格5/1和5/2沿其纵轴移动。利用冰球状延伸件65使所述主旋转框架66转动，所述延伸件65与所述框架66相连并位于所述框架66的矩形导向开口之间的间隙中。所述主旋转框架66的另一个外侧端部在其顶部连接于辊子80上，所述辊子80在所述栅格5/1和5/2沿其纵轴移动过程中用于减小所述旋转框架66与单个栅格5/1和5/2之间的摩擦力。利用柱孔U形(rod eye-clevis)连接件82使每一个栅格5/1和5/2的一外侧端部与水平方向的横梁81相连。利用所述双作用液压缸67使横梁81与所述主旋转框架66相连。通过控制所述单向作用套筒式液压缸64的回缩或延伸使所述主旋转框架66绕其冰球状延伸件65的中心线转动，所述冰球状延伸件65可自由地插入所述固定的多点框架支撑件68的半圆形配合开口中。
如图5a中所示，在其基本操作位置处的所述诸如栅格5/1和5/2的梳状结构件水平地向内延伸到所述立式主预热腔室3中，以放置所述废钢铁料8/2并防止所述废钢铁料8/2的重力下落。这可通过对所述延伸的套筒式液压缸64进行加压来达到。当需要对所述废钢铁料8/2的重力下落进行控制时，利用对从所述液压缸64的流体释放进行控制使通常处于延伸状态的所述单向作用套筒式液压缸64开始回缩。如图5b中所示，由于所述废钢铁料8/2的质量作用使包括所述延伸的栅格5/1和5/2的所述主旋转框架66绕所述冰球状延伸件65的中心线转动，从而使所述延伸的诸如栅格5/1和5/2的梳状结构件的内侧端部向下转动。利用这种可控制的初始操作使所述废钢铁料8/2的一部分在重力作用下落入所述底部7中。为了使所有的所述废钢铁料8/2能够在重力作用下落入所述底部7中，驱动所述双向作用液压缸67。由于所述液压缸67安装在所述主旋转框架66和水平方向的横梁81之间，因此如图5c中所示，所述栅格5/1和5/2在大致垂直方向上从所述底部7中被拉出，使剩余的废钢铁料在重力作用下落入所述底部7中。为了使诸如栅格5/1和5/2的梳状结构件回到其初始的向内插入位置，如图5d和图5e中所示，所述液压缸64延伸迫使包括所述栅格5/1和5/2在内的主旋转框架66在重力作用下回到它们的水平位置。在完成上述第一个步骤之后，驱动所述双向作用液压缸67使其回缩。如图5f中所示，所述液压缸67回缩使诸如栅格5/1和5/2的梳状结构件在无载荷插入的状态下恢复到它们的初始水平位置，所述初始水平位置在所述底部7中的废钢铁料8/3上方。所述栅格5/1和5/2恢复到它们的初始水平位置之后，立刻准备接收从所述顶部5输送来的其它部分预热的废钢铁料8/1。主旋转框架66和诸如栅格5/1和5/2的梳状结构件的上述转动、回缩和延伸方式是本实施例很重要的特征。上述方案消除了延误和等待时间并减少了所述预热设备1的总体高度。这样可使所述废钢铁料预热设备1安装在现有熔炼车间中，这对于大大降低安装费用是非常重要的。
根据本发明，用于所述半连续自装料的预热设备和处理系统1中的整体倾斜式提升机构72的另一个实施例表示在图1中并且详细地表示在图6中，所述倾斜式提升机构72可以利用所述冷废料仓37提升所述废钢铁料8/1。所述废料提升机构72的主要部件是单独设计的重型冷废料仓37，所述冷废料仓37具有特定的形状和适当的容积并且装有轮71。所述轮71与坚固的U形导向件70接合，所述轮71在所述U形导向件70的引导下使所述冷废料仓37按照精确的预定路径从其底部装载位置84移动到其顶部卸载位置85，所述预定路径是由导向件70的外形所确定的。所述冷废料仓37的上升和下降是由起重装置75、钢缆73、钢缆变向滑轮82和钢缆转向滑轮74控制的。利用旋转连接件83使所述钢缆73与所述冷废料仓37的侧部相连。
现通过描述本实施例所涉及的所述倾斜式提升机构72的操作步骤来进一步说明该装置所具有的使用可靠、易于维修和结构简单的优点，该装置特别适用于熔炼车间的工作环境中。当所述起重装置75处于提升模式时，所述起重装置75提升所述已经装有适量废钢铁料8/1的冷废料仓37并利用钢缆73、滑轮82和74使所述冷废料仓37从其底部装载位置84移动到其顶部卸载位置85。为了使所述预热设备1的装料处于封闭状态，当所述冷废料仓37的方形顶部凸边到达所述预热设备1的凸边27并进入所述预热设备1顶部的方形空腔时，双向作用液压缸26使所述封闭罩24转动，完全敞开所述开口22。这样，所述预热设备1顶部方形空腔和所述冷废料仓37的方形顶部形成了适当的动态密封以防止所述顶部5的空间38与周围的大气环境相通。转动所述封闭罩24使所述冷废钢铁料8/1自由地进入所述顶部5中。从所述冷废料仓37排空所述冷废钢铁料8/1之后，所述起重装置75转换为下降模式并且所述冷废料仓37利用其质量所形成的重力开始返回直到其到达底部装载位置84。在因所述冷废料仓37的返回而使所述冷废料仓37与所述预热设备1顶部方形空腔之间的动态密封被中断之前，所述液压缸26关闭所述封闭罩24。
如果需要的话，可当驱动所述液压缸26时通过关闭方形水冷门32和打开常闭的蝶形阀46/1和46/使从所述电弧炉2中排出的热气体改变排出路径，绕过主管道20和两个支路管道86/1和86/2直接进入末级燃烧室79中。
本发明不仅仅局限于上述实施例，还可以各种方式进行改进，下面的权利要求限定了本发明的保护范围。
权利要求
1．一种预热设备，该设备主要利用从一个冶金炉的排气部分放出的热废气中回收的热量在将废钢铁料加入所述炉中之前对所述废钢铁料进行预热并且通过使热废气的向下流动方向与废料的下落方向相同来同时减少废料和热废气中的杂质，该设备包括一个腔室，该腔室包括一个顶部，所述顶部具有冷废料充填装置和一个与所述冶金炉的排气部分相通的热废气输入口，所述冷废料充填装置用于将冷废料装于所述顶部中；以及一个底部，所述底部具有加热废料排放装置和一个与用于排空剩余废气的真空装置相通的热废气出口，所述加热废料排放装置用于将经过加热的废料装于所述炉中；设置在所述腔室每一部分之间的能使气体通过的闸板装置，并且所述闸板装置能够在一个闸板关闭位置和一个闸板打开位置之间操作，所述闸板装置在所述闸板关闭位置可以同向地接收从所述冷废料充填装置中重力下落的废料，并且在一个预定的停留阶段过程中，当所述热废气从所述顶部中的热废气输入口向下通过所述充填的废料和所述关闭的闸板装置再从所述底部中的热废气出口流出时，所述闸板装置可以支撑所述充填的废料，并且当所述预定的停留阶段终止时，所述闸板装置在所述闸板打开位置可以控制所述充填的废料从所述顶部到所述底部的重力下落。
2．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述能使气体通过的闸板装置包括两个相对的镜像栅格组件，所述栅格组件伸入所述腔室中；栅格倾斜装置，所述栅格倾斜装置可以将所述栅格组件从一个水平支撑废料的关闭位置旋转到一个向下倾斜的打开位置；以及栅格轴向伸缩装置，所述栅格轴向伸缩装置可以使所述栅格组件回缩到所述腔室内的一个回收位置并且可以使所述栅格组件水平地延伸到一个延伸位置。
3．一种如权利要求2所述的预热设备，其特征在于，所述栅格组件具有多个相互间隔开的并可伸入所述腔室内的栅格。
4．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述加热废料排放装置包括一个渐缩形底部，所述渐缩形底部包括所述底部的倾斜式底壁；并且所述渐缩形底部具有一个底部开口；一个在所述底部开口和炉子之间延伸的装料管道，所述装料管道内具有加热废料积聚空间，用于接收通过所述底部开口下落的废料；以及加热废料输送装置，所述加热废料输送装置能够通过所述装料管道将废料送入所述炉中。
5．一种如权利要求4所述的预热设备，其特征在于，所述加热废料输送装置包括一个往复式推杆，所述推杆具有一个用于推动废料的推杆头，所述推杆可以在一个备用状态和一个装料状态之间操作，当所述推杆处于备用状态时，通过所述底部开口落下来的加热废料随着所述推杆头的前进而积聚，当所述推杆处于装料状态时，所述推杆将加热的废料推入所述炉中。
6．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述腔室包括至少一个中部，所述中部设置在所述顶部和所述底部之间，在所述腔室每一部分之间设置有能使气体通过的闸板装置。
7．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述每一部分都具有传感装置，所述传感装置用于监测留在所述各个部分中的废气和废料的各项指标以便对燃烧器进行控制，所述各项指标是从下列指标中选择出来的，这些指标包括气体化学组成、气体温度、气体压力以及废料温度。
8．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述每一部分都具有燃烧器，所述燃烧器可以控制留在所述各个部分中的废气和废料的燃烧速度和温度。
9．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述热废气输入口包括一个与所述热废气出口相通的分流管道和用于将所述热废气直接送入所述热废气出口的分流阀。
10．一种如权利要求l所述的预热设备，其特征在于，所述冷废料充填装置包括一个装料仓，所述装料仓可在与所述腔室相距一定距离的一个装料位置和伸入所述顶部中一个密封开口内的一个卸料位置之间往复移动。
11．一种如权利要求10所述的预热设备，其特征在于，所述密封开口包括至少一个密封的通道门，并且所述密封开口的内缘与处于卸料位置的装料仓的相邻外壁配合。
12．一种如权利要求10所述的预热设备，其特征在于，所述装料仓在一个由起重装置推动的倾斜式提升轨道上滚动。
13．一种如权利要求1所述的预热设备，其特征在于，所述热废气出口包括一个后级燃烧室，所述后级燃烧室具有一个用于减少废气中固体颗粒杂质的沉淀装置。
14．一种如权利要求13所述的预热设备，其特征在于，所述后级燃烧室包括用于使留在其中的所述废气中的可燃性物质燃烧的后级燃烧器。
15．一种如权利要求13所述的预热设备，其特征在于，所述预热设备包括一个在所述后级燃烧室与所述顶部之间连通的气体回收管道。
16．一种如权利要求13所述的预热设备，其特征在于，所述沉淀装置包括一个立式弯管。
17．一种如权利要求13所述的预热设备，其特征在于，所述沉淀装置包括一个喇叭形的扩散管道。
18．一种如权利要求13所述的预热设备，其特征在于，所述沉淀装置包括一个固体颗粒排放箱。
19．一种方法，该方法可以利用从一个冶金炉的排气部分排放出的热废气中所回收的热量在将废钢铁料加入所述炉子中之前对所述废钢铁料进行预热，并且通过使热废气的向下流动方向与废料的下落方向相同来同时减少废料和热废气中的杂质，该方法的步骤包括将需要充填的冷废钢铁料装在一个腔室顶部内的一个关闭的能使气体通过的闸板装置上，所述顶部具有一个与所述冶金炉的排气部分相通的热废气输入口；在一个预定的停留阶段过程中，当所述热废气从所述顶部中的热废气输入口通过所述充填的废料和所述关闭的闸板装置再从所述腔室底部中的热废气出口流出时，将所述充填的废料支撑在所述闸板装置上；当所述预定的停留阶段终止时，通过打开所述闸板控制所述充填废料的重力下落并使所述充填的废料从所述顶部流到所述底部；将所述加热废料从所述底部送入所述炉子中；以及以连续分阶段的方式重复上述步骤以便能够连续独立地充填废料。
20．一种如权利要求19所述的方法，其特征在于，在所述停留阶段过程中，支撑所述废料的步骤还包括利用所述每一部分中的燃烧器对所述废气和废料进行加热的步骤。
全文摘要
一种自给式密封的有装料设备和封闭循环的处理系统,用整体的倾斜式废料仓提升装置以半连续装料方式充填冷废钢铁料及利用从与之相邻的串联冶金电弧炉中排出的热废气的化学能和显热对冷废钢铁料进行分步式预热并充填到电弧炉中,热气体在棱柱形立式主腔室的顶部进入预热设备,立式主腔室具有渐缩形底部和一或多个重力下落控制机构。热气体向下排出并与下落的废料同向流动,在减少废料氧化的前提下提高热交换效率。
文档编号C22B1/00GK1224064SQ9812294
公开日1999年7月28日 申请日期1998年11月27日 优先权日1997年11月27日
发明者发明人要求不公开姓名 申请人:Sms舒路曼-斯玛公司