专利名称:电炉用自燃式煤-氧喷枪及其喷吹工艺的制作方法
本发明属于电炉冶炼新工艺。主要适用于电炉熔化助熔。
电炉冶炼需消耗大量电能，特别是熔化期，电耗约占整个冶炼过程的三分之二，时间约占整个冶炼周期的二分之一。因此，缩短熔化期时间，是降低电炉冶炼电耗，提高生产效率的关键环节。
过去，在电炉熔化期一般采用吹氧助熔。熔化期吹氧1NM3/吨钢，可节电3-5度/吨钢。但大量用氧会造成铁损增高。为避免铁损增加现象，日本采用在炉内添加碳素材料的方法。一是加料前先加入2～6公斤/吨钢的碳质材料，该材料的主要成分为40～65%半焦、20～50%无烟煤、3～7%氧化铁粉末，装料后给电，炉温上来后开始吹氧(专利号J55125-2.9);第二种方法是采用氧气或富氧气和煤粉混合喷入炉内，可以降低电耗和铁损(专利号59215-427A)。欧美等国还采用燃料(油或天燃气)+氧气助熔的工艺，达到节电的效果。1982年3月，美国气体研究院和英国GRI公司合作所研制成氧气-天然气燃烧器，用于电炉熔化期助熔(专利号US4473350)。采用该工艺，电炉生产可节能10%，提高生产效率20～30%。1983年，苏联开始在电炉中采用氧-油喷枪，用于熔化期助熔(专利号US831-805)。第二油喷枪安装在电炉炉盖上，氧-油燃烧所产生的高温火焰自上而下地加热炉料。
电炉采用氧气助熔通常采用消耗式氧枪，即通过插入钢液的无缝钢管把氧气吹入熔池。各种类型的氧气-燃料(天然气或油)喷枪分为两种一种是套管式，即中心通燃料，外层通氧气，最外层是水冷管;另一种为分立式，燃料和氧气单独从各自的管内喷出，在出口处混合燃烧。
上述所列举的电炉熔化期助熔工艺存在以下缺点
(1)只能在熔化的中、后期采用。因为各种喷枪本身不具备自点火装置，需要靠炉温升高到某一确定的温度(高于燃料燃点)时，才能保证氧气-燃料很好地燃烧;
(2)燃料的种类受到限制。由于喷枪本身不能点火燃烧，为了提早采用喷枪助熔，必须采用天然气或油之类燃点低、易着火的燃料，不能选用煤(特别是无烟煤)作燃料。对燃料的选择十分苛刻;
(3)不能有效地组织火焰，以达到高的热效率;不能很好地控制燃烧产物，以提高烟气黑度，提高炉内辐射传热的效率;
(4)不能根据工艺的要求，灵活调节熔池熔毕碳含量，控制熔池脱碳、增碳或维持碳含量不变。
本发明通过采用自燃式煤-氧喷枪，在电炉熔化期向炉内喷吹煤粉和氧气助熔，达到缩短熔化期时间，降低吨钢电耗的目的。
本发明的特点是煤-氧喷枪为自点火式，可在环境温度(包括电炉炉膛内温度)为常温(25℃)的条件下，喷枪就可喷出2000℃以上的高温火焰，用以加热和熔化炉料。燃料主要采用发热值高的无烟煤煤粉(烟煤亦可)，煤粉粒度小于100目，氧化剂采用纯氧。熔化期一开始，即在电极点火的同时，就开始向炉内喷吹煤粉和氧气，并一直延续到熔化期终了。
本发明是按如下方式实施的如附图1所示。当电炉1装满炉料之后，电极2下降、打弧，熔化期开始。与此同时，自燃式煤-氧喷枪开始喷吹煤-氧助熔。打开喷粉缶7的下粉阀门15，通过煤粉输送管道5向煤氧喷枪输送煤粉。通过氮气控制系统13，可以控制氮气的流量和压力，调节合适的缶压和输送氮气流量，可保证煤粉的稳定输送，并控制送粉速度。氧的输送有两个管道，即一次氧输送管4和二次氧输送管6，通过氧气控制系统14，可控制氧气流量。按予定的喷吹工艺，调节煤粉量、一次氧和二次氧流量，可保证煤粉的稳定燃烧。煤粉的称量采用电子称8。待全部炉料熔清以后，并达到工艺要求的温度，熔化期结束，煤-氧喷枪停止工作。
自燃式煤-氧喷枪结构如附图2所示。它主要由煤-氧喷射器1、外壳10、予燃室16、后盖6、二次氧通道12，水冷通道9和出口混合段14组成。煤-氧喷射器采用引射结构。它主要由腔体13、一次氧喷管2、煤粉喷管3和喷咀4组成。一次氧流从喷管2高速喷出，并引射从煤粉喷管3输送来的煤粉，充分混合后，由喷咀喷出，进入予燃室，与此同时，用明火点燃予燃室混合物。
在由二次氧入口11进入的二次氧流的作用下，喷入予燃室的煤-氧混合物将形成迴流区。当予燃室的表面温度达到粉煤燃点以上时，粉煤中的挥发分开始和一次氧燃烧，形成火焰。燃烧所产生的热量用于予热煤粉和二次氧。二次氧由入口11进入二次氧流通道12，在流动过程中逐渐加热。在出口混合段与予燃室喷出的煤-氧火焰相迂，剧烈混合，喷出煤-氧喷枪喷口，迅速燃烧，形成高温喷焰，达到对炉料助熔的目的。
通过控制予燃室中煤粉的燃烧速度，特别是挥发分的燃烧过程，可以提高燃烧产物中的碳黑含量，从而大大提高烟气的黑度，改善电炉内幅射传热的条件，减少以致消除炉内镜反射，提高了电弧的热效率。通过控制喷入的煤-氧比，可灵活地调节熔毕碳含量，即可在熔化过程中根据工艺要求做到脱碳、增碳或碳含量基本保持不变。每吨钢煤粉消耗量为15～25公斤/吨钢，氧气消耗量Qo2根据煤的含碳量按(1)式计算。
Qo2＝0.75α.W〔C%〕米3/吨钢……(1)
式中α为氧气过剩系数，根据工艺要求(即根据脱C或增C)α为0.8-1.5;W为煤粉消耗量公斤/吨钢;〔C%〕为煤粉中固定碳含量。
控制煤-氧喷枪混合段的火焰温度，是本项发明的技术关键。出口混合段火焰温度过高，会引起喷枪本身的烧损，使一部分热量消耗在喷枪自身，降低了热效率;出口混合段火焰温度过低，出口后二次氧与煤粉燃烧不好，造成熄火。合适的喷枪出口混合段火焰温度为1100～1300℃范围。
调节氧气过剩系数α、一次氧与二次氧消耗量之比μ(μ＝Qo21/Qo22)，可控制出口混合段火焰温度。附图3是氧气过剩系数与喷枪出口混合段火焰温度的关系。附图4是一次氧与二次氧消耗量之比与喷枪出口混合段火焰温度的关系。由附图3看出，氧气过剩系数α过高或过低，均会使出口混合段火焰温度降低。氧气过剩系数α控制在0.8～1.5之间较为合理。一二次氧消耗量之比μ越高，喷枪的出口混合段温度越高，μ值控制在3～13%之间较为合理。
本发明与现有技术中的电炉助熔工艺相比，具有如下优点
1.采用无烟煤煤粉(烟煤亦可)作为主要燃料，成本降低，燃料来源容易;
2.熔化期一开始就采用煤-氧喷射助熔，可以缩短电炉稳弧的时间，缩短冶炼时间;
3.提高了烟气黑色。电炉内物料的熔化主要靠电弧的高温辐射，炉内辐射介质黑色提高，使电弧的热效率提高。
4.通过控制喷吹工艺，可以灵活控制熔毕碳含量。
附图1为本发明的工艺流程图。1为电炉炉体，2为电极，3是自燃式-氧喷枪，4是一次氧输送管道，5是煤粉输送管道，6是二次氧输送管道，7为喷粉缶，8为电子称，9为氮气控制系统，10为氧气控制系统。11、12分别为氮气主管道和氧气主管道。
附图2为自燃式煤-氧喷枪结构图。1为煤-氧喷射器，2为一次氧喷管，3是煤粉喷管，4是煤-氧喷射器喷咀，13为煤-氧喷射器腔体。5为予燃室底砖托，16为予燃室，8是予燃室内衬，7为予燃室底衬，6是后盖，10为外壳，9为冷却水通道，11为二次氧入口，12为二次氧通道，14为出口混合段。
附图3是氧气过剩系数α与喷枪出口混合段火焰温度的关系曲线。横座标为氧气过剩系数α，纵座标为喷枪出口混合段火焰温度。
附图4为一次氧与二次氧消耗量之比μ与喷枪出口混合段火焰温度的关系曲线。横座标为一次氧与二次氧消耗量之比μ，纵座标为喷枪出口混合段火焰的温度。
实施例一
在0.5吨电炉上(变压器为650千伏安)，热炉膛，加冷废钢500公斤。先后冶炼两个，一炉使用自燃式煤-氧喷枪，喷吹煤、氧助熔;另一炉不喷吹煤、氧。不喷吹煤、氧时，熔化时间为50分钟，熔化期电耗800度/吨钢;采用自燃式煤-氧喷枪喷吹煤、氧助熔时，在电极引弧，熔化期开始的同时，就开始向炉内喷吹煤氧，每吨钢喷吹煤粉20公斤，氧气消耗量31标米3/吨钢，选择的参数是α＝1.5，μ＝5%，其结果是熔化时间为20分钟，熔化期电耗300度/吨钢。与不喷吹煤、氧相比，熔化时间缩短30分钟，即缩短一半多，熔化期节电500度/吨钢。
实施例二
采用0.5吨电炉(变压器650千伏安)，冷炉膛，加冷废钢500公斤。先后冶炼两炉，一炉使用自燃式煤-氧喷枪喷吹煤-氧助熔;一炉不使用。采用煤-氧喷枪喷吹煤-氧时，在电极引弧，熔化期开始的同时，使用煤-氧喷枪，向炉内喷射煤、氧。每吨钢喷吹煤粉31公斤，氧气消耗量为45标米3/吨钢，选择的参数是α＝1.5，μ＝4%。结果是熔化时间为30分钟，熔化期电耗480度/吨钢，不喷吹煤-氧时，熔化时间80分钟，熔化期电耗1300度/吨钢。结果表明，使用本发明助熔，熔化时间缩短50分钟，即缩短一半多，熔化期节电820度/吨钢。
由上述实施例也说明，本发明的特征就在于在电炉电极引弧，熔化期开始的同时，就可启动自燃式-氧喷枪，向电炉炉膛喷射高温火焰，无需等炉膛内温度升到粉煤燃点以上温度时，喷吹的混合物才开始燃烧助熔，因此可以大大地缩短熔化时间，从而显著地降低了熔化期的电耗，经济效果显著。
权利要求
1、一种在电炉熔化期喷吹燃料-氧气助熔的工艺，其特征在于采用自燃式煤-氧喷枪，即使在炉膛温度为室温的条件下，在电极引弧熔化期开始的同时，就可向炉内喷射高温火焰，并通过调节煤粉耗量、氧气过剩系数α和一次氧与二次氧消耗量之比的μ值，控制煤-氧喷枪合适的出口混合段火焰温度，提高电弧的热效率，达到助熔节电的目的。
2、根据权利要求
1所述的工艺，其特征在于自燃式煤-氧喷枪由煤-氧喷射器、予燃室、二次氧通道、耐火材料保护管、水冷系统、外壳、后盖和出口混合段等组成。
3、根据权利要求
1和2所述的工艺，其特征在于煤-氧喷射器由煤粉喷管，一次氧喷管、腔体和喷咀组成。一次氧流从喷管高速喷出，并引射从煤粉喷管输送来的煤粉，充分混合后，由喷咀喷出，进入予燃室。同时用明火点燃予燃室混合物，自燃式煤-氧喷枪开始向炉膛喷射高温火焰。
4、根据权利要求
2所述的工艺，其特征在于予燃室由耐火衬砖组成，由予燃室前端，二次氧出口处和水冷通道在予燃室前端构成出口混合段。
5、根据权利要求
2所述的工艺，其特征在于二次氧通道套装在予燃室外壁，可利用衬砖传出的热量加热二次氧流。二次氧在出口混合段与予燃室喷出的火焰相迂，剧烈混合后，形成高温喷火焰。
6、根据权利要求
1所述的工艺，其特征在于通过控制喷枪出口混合段的火焰温度可得到最佳的喷吹效果，合适的喷枪出口混合段火焰温度应控制在1100～1300℃范围。通过调节氧气过剩系数α和一次氧消耗量之比值μ可控制喷枪出口混合段的火焰温度，合适的氧气过剩系数α应控制在0.8～1.5范围，一次氧与二次氧消耗量之比值μ应控制在3～13%范围。
7、根据权利要求
1和6所述的工艺，其特征在于氧气消耗量按下式计算，即
Qo2＝0.75αW(C%)标米3/吨钢
式中W为喷煤量，(C%)为煤粉中的固定碳含量，α为氧气过剩系数，它是根据熔化过程中对脱碳或增碳的要求而适当选定的;而合适的煤粉消耗量为15～25公斤/吨钢。
专利摘要
本发明系自燃式煤-氧喷枪及其喷吹工艺。主要适用于电炉熔化期助熔节电。通过自燃式喷枪，可在电炉炉膛内温度为常温的条件下，在电极引弧，熔化期开始时，就可喷出2000℃以上的高温火焰。燃料主要采用高发热值的无烟煤(烟煤亦可)，故成本低廉。通过控制合适的煤粉量和一、二次氧的消耗量，以及氧气过剩系数，可以获得适宜的喷枪出口火燃温度，提高电弧的热效率，达到助熔节电的目的。
文档编号F23D1/00GK85106668SQ85106668
公开日1986年10月29日 申请日期1985年9月6日
发明者刘浏 申请人:冶金工业部钢铁研究总院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan