用于在工业炉中加热金属材料的方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种用于在工业炉中加热金属材料的方法。本发明还设及一种对用空 气燃烧器加热的工业炉进行升级来增加燃烧效率的方法。
【背景技术】
[0002] 诸如厚板、巧料和钢巧的金属材料通常在使用空气燃烧器加热的工业炉中进行加 热，其中燃料的燃烧在由燃烧器供应的空气下进行。在逆流炉中，燃烧产物向相对于金属材 料输送方向的上游流动，从而加热接近空气燃烧器的材料。在该种炉中，常规存在一个所谓 的暗区，负载的金属材料在该暗区中被逆流流动的燃烧气预热，然后进入炉的一个或多个 加热区中。
[0003] 问题在于空气燃烧效率低，因为在此过程中大体积的氮气会被加热。因此，在上述 炉中需要使用高氧氧化剂来代替空气。
[0004] 对于该种炉子而言，建议了用所谓的氧燃料燃烧器来代替空气燃烧器，氧燃料燃 烧器即进料高氧氧化剂而非空气的燃烧器。然而，该种燃烧器除了安装昂贵W外，还导致较 小体积的燃烧产物流经炉和暗区，因此，负载的金属产物会较低效率地预热。为了解决该个 问题，建议降低暗区中的顶板（ceiling)，由此减小暗区的容积并改善每单位体积的燃烧产 物对其中金属产物的预热。然而，该样会导致暗区下游主炉空间中的压力增加，从而增加其 中泄露的风险。
[0005] 另一种可能性是在暗区中配置附加的燃烧器。然而，该已被证明昂贵且复杂，尤其 因为许多炉相当宽，难W在将要预热的金属产物的整个宽度内获得均匀加热，而不使金属 材料表面存在过热的风险。
【发明内容】
[0006] 本发明解决W上所述的问题。
[0007] 因此，本发明设及一种用于在工业炉中加热金属材料的方法，此工业炉包含暗区 和至少一个配置在暗区下游的加热区，此加热区使用至少一个燃烧器来加热，其中所述金 属材料被输送通过暗区，然后通过加热区，其中燃烧气体通过至少一个加热区、逆流循环地 通过工业炉，然后再通过暗区，其特征在于，所述至少一个加热区的至少一个中的燃烧入 值、即实际氧气燃料比与化学计量氧气燃料比的比率低于1，且特征在于，通过至少一个喷 枪向暗区中供应包含至少85重量％氧气的氧化剂，W便使至少一股所述氧化剂的料流被 导向金属材料，且W便暗区中的所述氧化剂使源自至少一个加热区的可燃性气体燃烧。
【附图说明】
[000引下文中将参考本发明的示例性实施方案和附图来详细描述本发明，其中：
[0009] 图la是使用空气燃烧器加热的常规工业炉的简化的部分删除的侧视图；
[0010] 图化是图la的炉的简化的部分删除的顶视图；
[0011] 图2a是配置成使用本发明的方法进行操作的工业炉的简化的部分删除的侧视 图讯
[0012] 图化是图2a的炉的简化的部分删除的顶视图。
【具体实施方式】
[0013] 图la和化使用共同的附图标记示出了工业炉100,它由燃烧器110加热，且包含 暗区101和两个燃烧加热区102、103。来自配置在加热区102、103中的燃烧器110的热燃 烧气体W通常为上游方向111逆流循环通过炉100,依次通过加热区103、通过加热区102， 然后通过暗区101，之后通过烟道或烟画104排出。燃烧器110可W是空气燃烧器，该是根 据下文的升级版中的优选情形，但也可W是其它燃烧器类型，包括氧气辅助的空气燃烧器， 或甚至是用包含氧气比空气多的氧化剂直接驱动的燃烧器。该种燃烧器与空气燃烧器的混 合形式也是可W考虑的。下文中，可W理解燃烧器110可W是该些不同的类型。
[0014] 将待加热的金属材料106沿与方向111相反的通常下游方向109、在诸如传送带等 (见下文）的输送装置105上从负载点107输送到出口点108。金属材料优选是毛巧、厚板 或巧料的形式，且优选由钢组成，优选是不诱钢，优选是展示低发射率的钢材料，诸如具有 磨光表面的钢材料。也就是说，所述钢因具有由本发明的方法提供的改善的热能转移效率 而尤其适用。炉100优选是步进梁式炉、推杆式炉或环形炉，且输送装置105因此具有适合 所考虑炉类型的类型。
[0015] 本文中，术语"暗区"应解释为优选相对于金属材料106的行进方向109,配置在 使用一个或几个燃烧器110加热的任何加热区102、103上游的区域。暗区101优选如方向 109中所见配置在工业炉100中所有燃料供应点的上游。配置所述暗区101来预热负载到 炉100中的金属材料106,然后到达第一燃烧加热区102。
[0016] 两个加热区102、103因此使用沿炉100的侧壁配置的一系列燃烧器110来加热。 燃烧器优选使用与供应的氧化剂如空气一起燃烧的固体、液体或气体燃料来操作，由此加 热空间102、103。包含氮气、二氧化碳、水等的燃烧产物沿方向111逆流循环通过炉100上 游通向出口 104。
[0017] 应意识到所述炉可W只包含一个加热区，或多于两个的加热区。
[0018] 图2a和化用共有的附图标记示出了根据本发明的工业炉200。在适用的情形下， 相对于炉100所述的情形相对于炉200来说也是如此。因此，与炉100类似，炉200包含暗 区201和两个加热区202、203。金属材料206沿通常方向209由输送装置205从负载入口 点207输送到出口 208。来自配置在加热区202、203中的一系列燃烧器210的燃烧气体W 通常上游方向211沿炉200逆流循环，且通过烟道或烟画204排空。与燃烧器110类似，燃 烧器210优选是空气燃烧器，最优选只是空气燃烧器，但也可W部分或完全由包含氧气比 空气多的氧化剂来驱动或由此辅助。
[0019] 下文中将描述常规炉100与根据本发明的炉200之间的区别。
[0020] 根据本发明，至少一个加热区202、203的至少一个中的燃烧A值低于1。A值是 实际氧气燃料比与化学计量平衡时的氧气燃料比的比率。在图la和化的常规工业炉100 中，平衡对燃烧器110的氧气和燃料供应，W便在化学计量平衡下进行燃烧。然而与此相 反，对炉200的202、203区进行加热的燃烧器210的氧气和/或燃料供应已进行修改，W便 相对于供应的燃料量而言供应相对较少的氧气。因此，得到的从位于最上游的加热区202 循环并进入到暗区201中的燃烧气体将携带剩余的（surplus)可燃性气体。应意识到该些 可燃性气体可W是由加热区202、203中的燃料不完全燃烧产生的未燃烧燃料气体形式和/ 或CO、&等形式的可燃性气体。
[0021] 应了解，在燃烧器210是空气燃烧器的优选实施方案中，通过减少供应到所述空 气燃烧器210的空气的量来实现所述低于1的A值。
[0022] 此外，根据本发明，通过配置成展开（openout)到暗区201中的至少一个氧化剂 喷枪212来供应包含至少85重量％、优选至少95重量％、优选工业纯的氧气的氧化剂。因 此，至少一股所述高氧氧化剂料流213被导向金属材料206。同时，所述高氧氧化剂也将在 暗区201中燃烧上述由至少一个上游加热区202、203产生的可燃性剩余气体。
[0023] 优选的是总体燃烧、包括所有加热区202、203和暗区201中的燃烧可合计达化学 计量平衡或至少接近化学计量平衡，W便在燃烧产物通过烟道204排空之前基本上所有燃 料都燃烧。
[0024] 通过减少通过燃烧器供应的氧气量，并在暗区中使用喷射的高氧氧化剂代替由较 小量的氧气产生的减少量的氧气，氮压载化allast)减小，该反过来使炉200的效率增加。 在喷射的氧化剂与来自加热区202、203的可燃性气体接触时发生的额外的燃烧将导致暗 区中的温度增加。该解决了如开头讨论的在只用氧燃料燃烧器代替空气燃烧器210时暗区 201中金属材料206的低传热速率的问题。
[0025] 因为暗区201中的燃烧设及比加热区202、203中的燃烧（其直接设及上述燃料） 较低等级的燃料（即，稀释的不完全燃烧产物），暗区201中的火焰温度因此也将较低。该 导致形成的NOy较少。因此，此方法的总体NOy足迹与相应常规情形相比将减少。
[0026] 此外，由于高氧氧化剂朝向仍相对较冷的金属材料206的表面喷射，因此多余的 热被导向所述表面，由此将有效预热金属材料。
[0027] 金属材料206的表面在仍处于暗区中时仍相对较冷的事实使其较不易于过热。 [002引另一方面，喷射高氧氧化剂应优选不致使所述氧化剂与金属材料206表面直接接 触。根据一个优选的实施方案，一方面在喷射的高氧氧化剂中每时间单位和每个氧化剂喷 枪212喷射的氧气的量与另一方面喷枪212的孔口与金属材料206之间距离的关系使得喷 射的氧化剂与暗区201中存在的可燃性气体混合，之后撞击金属材料206表面，W便没有未 混合的氧化剂与金属材料206直接接触。换句话说，喷射氧气的量足够小且喷枪212的孔 口与金属材料206之间的距离足够大，W便所述氧化剂可与暗区201中的可燃性气体充分 混合，从而使得基本上没有未混合的高氧氧化剂到达金属材料206表面。优选的是所述少 量的喷射氧气和所述介于喷枪孔口 212与材料206之间的大距离可W在特定的应该较高的 喷射速度（参考下文）下建立，而且也可W在喷射的氧化剂中给定的氧浓度下建立。
[0029] 如沿喷枪212的方向测量，喷枪212孔口与金属材料206之间的距离H优选为至 少1.5米，更优选为至少2米。在图2a中，H表示垂直距离，因为喷枪212是垂直定向的。 应意识到如果喷枪倾斜，那么可W沿不垂直的方向测量距离H。
[0030] 该样，喷射行为将使暗区201中的高温气体推向金属材料206表面，因此使后者不 存在过热的风险。相反，可沿金属材料206的大部分或基本上整个宽度配置"软"火焰，W 使其在通过暗区201时有效预热。在所述附图中，由燃烧区214来举例说明火焰，其中在喷 射的氧化剂与不完全燃烧的气体之间发生二次燃烧。
[0031] 为实现此目的，优选配置基本上与方向209垂直配置的至少一排、优选基本平行 的至少两排高氧氧化剂喷枪212,且每排至少=个喷枪，由此在金属材料206与方向209垂 直的整个宽度上实现基本上均匀的高氧氧化剂浓度。
[0032] 尤其优选的是在暗区201的顶板中配置至少一个该种喷枪212,且相关的氧化剂 料流213基本上向下导向金属材料206的表面。然而，料流213也可W沿方向209略微倾 斜，