專利名稱：用于使廢鋼熔化的方法和熔爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于使廢鋼熔化的方法以及一種適合此用途的熔爐。
背景技術(shù)：
大部分在工業(yè)中所需要的鋼在輸送電能的情況下通過(guò)廢鋼的熔化 來(lái)制造，其中也部分地將化石的能量加入到熔液中。電能的輸送借助 于通常由碳制成的電極來(lái)進(jìn)行，其中在這些電極和熔池之間產(chǎn)生電弧。 在這過(guò)程中消耗電極材料，這使得鋼的制造變得昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是，提供一種用于使廢鋼熔化的替代的方法以及一 種適合此用途的熔爐，所述方法和熔爐尤其能夠?qū)崿F(xiàn)成本低廉的鋼制 造。
該任務(wù)通過(guò)一種按權(quán)利要求1所述的方法以及一種按權(quán)利要求7 所述的熔爐得到解決。在按本發(fā)明的方法中，為了通過(guò)流動(dòng)通道輸送 熔化能量將工作氣體吹入所述熔爐并且在這過(guò)程中通過(guò)至少一個(gè)無(wú)電 極的等離子燃燒器來(lái)導(dǎo)送工作氣體，其中通過(guò)至少一個(gè)將所述流動(dòng)通 道同軸地包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)的感應(yīng)的加熱線圏來(lái)產(chǎn)生等離子體。在 一種這樣的處理方法中不存在因磨損而會(huì)增加制造成本的電極。通過(guò) 以下方法將廢鋼加熱成熔液的狀態(tài)，也就是使導(dǎo)入熔爐內(nèi)腔中的氣體 流經(jīng)感應(yīng)線圏的交變電場(chǎng)，其中如此選擇所述交變電場(chǎng)的強(qiáng)度，從而 在沒(méi)有點(diǎn)火電極或者控制電極的情況下也進(jìn)行氣體擊穿并形成等離子 體。用氣流將等離子體施加到要熔化的材料上，由此將該材料加熱并 使其熔化。
在一種優(yōu)選的方法變型方案中，將涉及空氣、富含氧氣的空氣、 氮?dú)?、氧氣或者類似氣體的工作氣體通過(guò)中心地在流動(dòng)通道中延伸的 注射管輸送給所述加熱區(qū)的中心。通過(guò)中心地輸送所述氣體獲得這樣 的可能性，即通過(guò)所述流動(dòng)通道的邊緣區(qū)域可以導(dǎo)送冷卻氣體，用于 比如防止給所述流動(dòng)通道加襯的尤其處于所述加熱區(qū)的范圍內(nèi)的壁體 過(guò)度過(guò)熱。作為冷卻氣體比如可以使用相應(yīng)于工作氣體的氣體。在制造鋼時(shí)，經(jīng)常使用在冶金業(yè)中產(chǎn)生的包含金屬的和/或氧化的 顆粒的粉末。在一種優(yōu)選的方法變型方案中，非常簡(jiǎn)單地通過(guò)以下方 法做到這一點(diǎn)，也就是將金屬的和/或氧化的粉末顆?；烊胪ㄟ^(guò)等離子 燃燒器來(lái)導(dǎo)送的氣體中。在此有利的是，為此不需要任何附加的裝置。 在吹入粉末顆粒時(shí)的問(wèn)題，所述粉末顆粒干擾熔化過(guò)程，因?yàn)樗鼈儽?如導(dǎo)致?tīng)t渣的冷卻。但所述粉末顆粒通過(guò)等離子燃燒器來(lái)導(dǎo)送，由此 所述粉末顆粒得到加熱，其中所述粉末顆粒可以轉(zhuǎn)化為熔液的或者甚 至氣狀的狀態(tài)，這有利于與熔液進(jìn)行均勻混合。此外，所述粉末顆粒 在所述的狀態(tài)中具有很好的反應(yīng)活潑性，使得其可以通過(guò)同時(shí)添加還 原劑比如煤粉的方式還原成金屬。為了保持穩(wěn)定的等離子體，有利的 是，用與工作氣體流分開(kāi)的氣流將所述粉末顆粒輸送給所述加熱區(qū)。 通過(guò)這種方式可以不依賴于所輸送的顆粒量來(lái)調(diào)節(jié)所述工作氣體流， 以控制所述等離子體。
所述氣體輸送或者說(shuō)等離子體輸送原則上可以通過(guò)熔爐的處于鋼 熔液上方的任意的壁體區(qū)域來(lái)進(jìn)行。但是優(yōu)選選擇熔爐的側(cè)壁區(qū)域。 在此有利的是，可以通過(guò)頂蓋打開(kāi)進(jìn)行裝料，而在這過(guò)程中不必中斷 能量輸送，中斷能量輸送會(huì)導(dǎo)致熔爐的生產(chǎn)率下降。此外，通過(guò)側(cè)面 的能量輸送將能量更均勻地分布到熔化物上。
在按本發(fā)明的熔爐中設(shè)置了加熱裝置，所述加熱裝置穿過(guò)熔爐的 壁體，要么穿過(guò)側(cè)壁要么穿過(guò)頂蓋區(qū)域，其中用所述加熱裝置輸送熔 化能量。加熱裝置包括將流動(dòng)通道包圍的管狀的本體。所述本體的縱 向區(qū)段構(gòu)造為無(wú)電極的等離子燃燒器，其中該等離子燃燒器具有將所 述流動(dòng)通道同軸地包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)的感應(yīng)的加熱線圏。為輸送工 作氣體，優(yōu)選中心地在所述流動(dòng)通道中布置了一直延伸到加熱區(qū)或者 延伸到該加熱區(qū)里面的注射管。用于輸送包含粉末顆粒的氣體的單獨(dú) 的通道通過(guò)以下方式構(gòu)成，即所述注射管被導(dǎo)氣管同軸地且具有徑向 間距地包圍。如此設(shè)計(jì)所述導(dǎo)氣管的尺寸，從而在該導(dǎo)氣管和流動(dòng)通 道的壁體之間留下環(huán)形通道。通過(guò)該環(huán)形通道可以導(dǎo)送冷卻氣體，用 于防止所述加熱裝置尤其在加熱區(qū)的范圍內(nèi)被過(guò)度加熱。作為附加的 措施，有利的是，所述流動(dòng)通道的壁體至少在所述加熱區(qū)的范圍內(nèi)在 外側(cè)被冷卻體所包圍。出于提高生產(chǎn)率的原因，有利的是，加熱裝置 沒(méi)有穿過(guò)熔爐的頂蓋而是穿過(guò)熔爐的側(cè)壁區(qū)域。


現(xiàn)在參照附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。其中
圖l是熔爐的示意的剖視圖，其中，加熱裝置穿過(guò)熔爐頂蓋，
圖2是熔爐的相應(yīng)于圖1的示意圖，其中，加熱裝置穿過(guò)側(cè)壁，
圖3是加熱裝置的等離子燃燒器的示意縱剖面圖。
具體實(shí)施例方式
圖l和2分別示出了熔爐1，該熔爐1具有下面的容納鋼熔液2的 區(qū)域、側(cè)壁3和頂蓋4。在運(yùn)行中，在所述鋼熔液2上形成爐渣2a。 在所述爐渣2a中示出了在拆下頂蓋4時(shí)加入熔爐中的廢鋼部分5。在 圖l的實(shí)施例中，所述頂蓋4被三個(gè)加熱裝置6從中穿過(guò)。加熱裝置 分別包括管狀的本體7，該本體7沿軸向方向^t流動(dòng)通道8從中穿過(guò)。 在圖2的實(shí)施例中，多個(gè)在所述熔爐的圓周上分布的加熱裝置6穿過(guò) 所述熔爐1的側(cè)壁2。在該設(shè)計(jì)方案中，打開(kāi)所述頂蓋4用于給熔爐內(nèi) 腔裝栽廢鋼部分5，其中所述加熱裝置6可以保持運(yùn)行。
所述加熱裝置6在按圖1和2的實(shí)施方式中基本上構(gòu)造為相同的。 所述管狀的本體7在其朝向熔爐內(nèi)部的或者說(shuō)布置在熔爐中的端部9 上擁有無(wú)電極的等離子燃燒器10。該等離子燃燒器IO基本上是管段狀 的部件，該部件在上側(cè)擁有板也就是氣體分配器12。在下側(cè)也就是在 朝向熔爐內(nèi)部的或者說(shuō)朝向在熔爐內(nèi)部存在的金屬熔液2的側(cè)面上所 述等離子燃燒器IO擁有蓋板13，該蓋板13被中心的出口 14從中穿過(guò)。 所述管狀的本體7的流動(dòng)通道8通過(guò)所述氣體分配器12中的孔(未示 出)延續(xù)到比如由陶瓷材料制成的套管15的內(nèi)腔中，所述套管15從 所述氣體分配器12—直延伸到蓋板13。在所述流動(dòng)通道8中，在中心 處并且沿該流動(dòng)通道8的縱向方向延伸地布置注射管16,該注射管16 穿過(guò)所述氣體分配器12并且一直延伸到所述等離子燃燒器10的加熱 區(qū)17。所述加熱區(qū)17由感應(yīng)的加熱線圏18構(gòu)成，該加熱線圏18將所 述加熱區(qū)17或者說(shuō)所述流動(dòng)通道8的處于那里的區(qū)段同軸地包圍。所 述加熱線圈18固定在將所述套管15同軸地包圍的線圈架19上。所述 線圈架19是被導(dǎo)水通道22從中穿過(guò)的冷卻體23的一部分。所述導(dǎo)水 通道22也部分地延伸到所述氣體分配器12中以及蓋板13中。在所述 冷卻體23的圓周壁21上徑向向里連接著空心圓筒形的空間24，在該 空間24中包含著絕緣氣體。通過(guò)所述注射管16將工作氣體比如空氣輸送給所述加熱區(qū)17的 中心的區(qū)域。所述注射管16被導(dǎo)氣管25同軸地且具有徑向間距地包 圍。如此設(shè)計(jì)所述導(dǎo)氣管25的尺寸，從而在該導(dǎo)氣管25和所述套管 15之間構(gòu)成環(huán)形通道26。通過(guò)該環(huán)形通道26可以通過(guò)設(shè)在所述氣體 分配器12中的孔(看不出)輸送冷卻氣體，該冷卻氣體沿所述套管15 的內(nèi)壁流動(dòng)并且防止該套管15過(guò)熱。除了形成用于輸送冷卻氣體的環(huán) 形通道26之外，所述導(dǎo)氣管25也用于將裝載了粉末顆粒的載氣輸送 給所述加熱區(qū)17或者說(shuō)處于那里的等離子體。所述等離子體具有 100MW以下的熱功率，并且能夠在12000K以下的溫度范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。 所述顆粒可以一直加熱到熔液的或者蒸汽狀的狀態(tài)并且與離開(kāi)所述出 口 H的等離子火焰28—起輸入到所述爐渣3中或者輸入到金屬熔液2中。
權(quán)利要求
1. 用于在熔爐中使廢鋼熔化的方法，其中，為了通過(guò)流動(dòng)通道(8)輸送熔化能量將工作氣體吹入所述熔爐中并且在這過(guò)程通過(guò)至少一個(gè)無(wú)電極的等離子燃燒器(10)來(lái)導(dǎo)送工作氣體，其中，通過(guò)至少一個(gè)將所述流動(dòng)通道(8)同軸地包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)(17)的感應(yīng)的加熱線圈(18)來(lái)產(chǎn)生等離子體。
2. 按權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述工作氣體通過(guò)中心地在 所述流動(dòng)通道(8)中延伸的注射管(16)輸送給所述加熱區(qū)(17)的 中心。
3. 按權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，通過(guò)所述流動(dòng)通道(8) 的在徑向上處于外面的區(qū)域來(lái)導(dǎo)送冷卻氣體。
4. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，將金屬的和/或氧 化的粉末顆?；烊胪ㄟ^(guò)所述等離子燃燒器(10)來(lái)導(dǎo)送的氣體中。
5. 按權(quán)利要求4所述的方法，其中，用與工作氣體流分開(kāi)的氣流 將所述粉末顆粒輸送給所述加熱區(qū)(17)。
6. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，通過(guò)所述熔爐(3) 的側(cè)壁區(qū)域(3)進(jìn)行氣體輸送。
7. 用于使廢鋼熔化的熔爐，具有至少一個(gè)從所述熔爐的壁體中穿 過(guò)的用于輸送熔化能量的加熱裝置(6)，該熔爐具有以下其它結(jié)構(gòu)-所述加熱裝置包括將流動(dòng)通道(8)包圍的管狀的本體(7)， -所述管狀的本體(7)的縱向區(qū)段構(gòu)造為無(wú)電極的等離子燃燒器 (10)，其中該等離子燃燒器(10)具有將所述流動(dòng)通道(8)同軸地 包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)(17)的感應(yīng)的加熱線圈(18)。
8. 按權(quán)利要求7所述的熔爐，其中，中心地在所述流動(dòng)通道(8) 中布置了一直延伸到所述加熱區(qū)(17)的或者延伸到該加熱區(qū)(17) 里面的注射管(16)。
9. 按權(quán)利要求8所述的熔爐，其中，所述注射管(16)被導(dǎo)氣管 (25)同軸地且具有徑向間距地包圍。
10. 按權(quán)利要求9所述的熔爐，其中，在所述注射管(16)和所 述流動(dòng)通道(8)的壁體之間存在著環(huán)形通道(26、 27)。
11. 按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔爐，其中，至少在所述加 熱區(qū)(17)的范圍內(nèi)，所述流動(dòng)通道(8)的壁體在外側(cè)被冷卻體(23)所包圍。
12.按前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的熔爐，其中，至少一個(gè)加熱 裝置(6)穿過(guò)所述熔爐的側(cè)壁區(qū)域(3)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在熔爐中使廢鋼熔化的方法，其中為了通過(guò)流動(dòng)通道(8)輸送熔化能量將工作氣體吹入所述熔爐中并且在這過(guò)程中通過(guò)至少一個(gè)無(wú)電極的等離子燃燒器(10)來(lái)導(dǎo)送工作氣體，其中通過(guò)至少一個(gè)將所述流動(dòng)通道(8)同軸地包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)(17)的感應(yīng)的加熱線圈(18)來(lái)產(chǎn)生等離子體。此外，本發(fā)明涉及一種熔爐(1)，該熔爐(1)具有至少一個(gè)從所述熔爐的壁體中穿過(guò)的用于輸送熔化能量的加熱裝置(6)，該熔爐(1)具有以下其它結(jié)構(gòu)所述加熱裝置(6)包括將流動(dòng)通道(8)包圍的管狀的本體(7)。所述管狀的本體(7)的縱向區(qū)段構(gòu)造為無(wú)電極的等離子燃燒器(10)，其中該等離子燃燒器(10)具有將所述流動(dòng)通道(8)同軸地包圍的、構(gòu)成加熱區(qū)(17)的感應(yīng)的加熱線圈(18)。
文檔編號(hào)C22B9/16GK101479395SQ200780023624
公開(kāi)日2009年7月8日 申請(qǐng)日期2007年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者T·馬特舒拉特 申請(qǐng)人:西門子公司