專利名稱：熔化廢鋼的氧-燃料燃燒器及使用方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明用于煉鋼過程中，爐料(包括廢鋼、生鐵)的加熱和熔化的燃燒器及其使用方法。
電弧爐是以廢鋼為基礎(chǔ)的現(xiàn)代化煉鋼裝置，采用三根電極供電加熱熔化廢鋼，屬于點(diǎn)熱源供熱，造成爐內(nèi)溫度場分布不均，在爐內(nèi)出現(xiàn)加熱的熱區(qū)和冷區(qū)。因此，熔化期時間長，電耗占全爐電耗的60%以上。隨著電弧爐超高功率化及其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用和發(fā)展，尤其以氧-燃料燃燒器向電弧爐冷區(qū)提供輔助熱源，爐外精煉技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)電弧爐冶煉電耗得以大幅度降低，電弧爐的發(fā)展呈現(xiàn)其強(qiáng)大的生命力，它可以生產(chǎn)合金鋼和特殊鋼，亦可生產(chǎn)普通鋼。電弧爐自身逐漸由特殊鋼的冶煉設(shè)備轉(zhuǎn)化為熔化廢鋼的設(shè)備，降低熔化期電耗指標(biāo)，縮短冶煉時間更顯得重要。其中氧-燃料燃燒器則已為電弧爐節(jié)能的重要措施之一。
由于采用電弧爐相關(guān)技術(shù)，自1960年以來，國外電能消耗從630Kwh/t降至400Kwh/t，出鋼＝出鋼時間從180min降到70min，采用氧-燃料燃燒器向電極間的冷區(qū)提供輔助熱，使該區(qū)域的廢鋼熔化與其它熱區(qū)廢鋼熔化達(dá)到同步，從而有效地縮短了熔化時間和降低電耗。國外，早期通常采用氧-油或氧-燃?xì)馊紵髌涔β始s為電爐變壓器功率的 1/4 ＝ 1/2 ，節(jié)能為10%，提高生產(chǎn)率15-25%，一般降低電耗為40-70Kwh/t，其燃燒器的結(jié)構(gòu)多數(shù)為套管式或附旋流葉片的燃燒器，七十年代以來日本和我國都開發(fā)氧-粉煤燃燒器，向電弧爐冷區(qū)提供輔助熱源，其節(jié)能增產(chǎn)效果與氧-油，氧-燃?xì)獾娜紵飨嘟?br> 粉煤燃燒器重要的技術(shù)關(guān)鍵是氧氣和粉煤的混合及點(diǎn)火，多數(shù)采用旋流裝置或利用多股環(huán)流套管式燃燒器加速氧氣和粉煤的混合，混合程度決定于回流區(qū)的大小。由于采用旋流裝置則影響火焰軸向傳播速度，套管式燃燒器混合程度差，從而降低其加熱效率。為了提高氧氣和粉煤的混合，增加火焰的軸向傳播速度和剛性。以高溫高速、高剛性的火焰來加熱和熔化廢鋼，進(jìn)一步提高熔化速度和熱利用率。
本發(fā)明目的是針對已有的套管式或旋流式的氧-粉煤燃燒器存在的缺點(diǎn)，采取部分氧氣和粉煤輸送管內(nèi)直接混合即氧和粉煤一次混合，利用氧氣旋流的氧氣和粉煤的二次混合，以及氧氣直流環(huán)形射流與未燃盡的可燃物質(zhì)的充分混合及完全燃燒等措施，選擇氧氣與粉煤內(nèi)混、旋流和直流環(huán)流氧射流相結(jié)合結(jié)構(gòu)的氧-粉煤燃燒器。以達(dá)到提高氧氣和粉煤的混合程度，提高火焰溫度，提高粉煤的燃燒率，增大火焰射流強(qiáng)度，提高熱交換效率，以便加速廢鋼加熱和熔化速度，進(jìn)一步降低電弧爐冶煉電耗，縮短冶煉時間，提高生產(chǎn)率。
本發(fā)明加熱和熔化廢鋼的氧-粉煤燃燒器的結(jié)構(gòu)(見

圖1，2，3)。包括中心輸送粉煤管(1)，輸送氧管分為內(nèi)套管(2)、外套管(3)，噴頭內(nèi)中心粉煤管出口端外壁上安裝有外套環(huán)的旋流裝置(4)，其旋流裝置為旋流葉片、切向葉片、導(dǎo)流槽等，將其置于中心管和內(nèi)套管之間，外套管為氧氣直流管，噴頭內(nèi)為旋流和直流氧氣噴管。其截面比根據(jù)氧流量的旋流和直流比例選擇。保護(hù)氧-粉煤燃燒器的三層套管式的水冷卻裝置(5)，進(jìn)水口(6)，出水口(7)，旋流氧氣入口(8)，直流氧氣入口(9)，粉煤入口(10)。
本發(fā)明旋流裝置安放在中心粉煤管的出口端，見圖2，旋流裝置(11)，旋流裝置的外套環(huán)(12)，它是將內(nèi)套管內(nèi)的氧氣旋流噴頭內(nèi)氧氣射流分為旋轉(zhuǎn)射流和直流環(huán)流，其截面比是可以通過調(diào)節(jié)中心粉煤管旋流裝置與內(nèi)套管氧氣噴頭端部的相對位置進(jìn)行，以便調(diào)節(jié)氧流的旋流量與直流量的比例，其旋流與直流氧量的調(diào)節(jié)比例為2∶8-6∶4。在中心輸送粉煤管壁開設(shè)連通內(nèi)套氧管和粉煤管的連通孔管(13)，其當(dāng)量直徑為0。001-0。010m，其分布沿輸送粉煤管壁的圓周和軸向分布，可根據(jù)氧壓與輸送粉煤的載氣間的壓差，以便確定開設(shè)連通孔管的面積，選擇適當(dāng)?shù)漠?dāng)量直徑和開孔數(shù)量以確定輸入粉煤輸送管的氧量，連通孔管沿輸送粉煤管壁周圍和軸向分布。
本發(fā)明沿粉煤輸送管壁圓周開設(shè)連通孔管，其開孔面積以控制其載氣內(nèi)氧含量為30-60%為依據(jù)，軸向開設(shè)的連通孔的間距為0.01-0.2米，根據(jù)開孔面積，確定開孔直徑和數(shù)量，且確定其分布。根據(jù)粉煤揮發(fā)份的含量，來選擇確定開設(shè)連通孔管的軸向開孔位置，即開孔距離噴頭出口端的軸向距離。其粉煤揮發(fā)分越高，則開設(shè)連通孔距出口端的軸向距離越短，粉煤揮發(fā)份越低，其軸向距離越長。
本發(fā)明可調(diào)節(jié)外套環(huán)的旋流裝置的輸送粉煤管及氧氣內(nèi)套管軸向相對移動位置，以便改變氧氣旋流、氧氣直流和通入粉煤輸送管內(nèi)氧氣流量的比例，實現(xiàn)火焰調(diào)節(jié)。
本發(fā)明氧-粉煤燃燒器依靠其自身高速的氧氣流或空氣流進(jìn)行氣冷，并且，合理地選擇粉煤噴出速度，旋流的氧氣流的旋流強(qiáng)度，軸向速度，以及外套管內(nèi)的氧氣直流環(huán)流的出口速度，以保證火焰根部距噴頭出口的適當(dāng)距離為0.03-0.3m，這是依靠自身氣冷的氧-粉煤燃燒器。電弧爐壁為水冷掛渣爐壁條件下，采用自身氣冷的氧-粉煤燃燒器。若電弧爐壁為耐火材料的，為保護(hù)耐火材料爐壁，可采用冷卻水套，其結(jié)構(gòu)為三層套管，見附圖3，將冷卻水套置于爐壁的燃燒器的孔道內(nèi)，其出口設(shè)計為先收縮至喉口，再擴(kuò)張的類似燃燒器的出口形式(14)，外套管(15)，中套管(16)，內(nèi)套管(17)，出水管(18)，入水管(19)。將氧-粉煤燃燒器置于冷卻水套內(nèi)，燃燒器沿水套軸向移動來調(diào)節(jié)其軸向距離，以調(diào)整燃燒器出口位置。燃燒器可以是固定式或伸縮式的，前者冶煉過程中，燃燒器始終固定在水套內(nèi)，后者，根據(jù)冶煉要求，氧-粉煤燃燒器可以推進(jìn)或退出。
本發(fā)明氧-粉煤燃燒器的實施例1，其結(jié)構(gòu)見圖4，中心輸送粉煤管(20)上，安裝有外套環(huán)的旋流裝置(21)，氧氣外套管(22)，氧氣流通過旋流裝置形成旋流，利用移動粉煤輸送管的軸向位置來改變氧氣旋流出口截面積與旋流裝置外套環(huán)和氧氣套管內(nèi)壁間的環(huán)縫面積的比例;以調(diào)整其旋流氧量與直流氧量的比例?？捎裳鯕馊髡{(diào)節(jié)至氧氣旋流量與直流量之比1∶4，該結(jié)構(gòu)可以實現(xiàn)火焰調(diào)節(jié)，保證氧氣和粉煤的二次混合，直流氧氣流完成燃料的完全燃燒和保證火焰剛性。該燃燒裝置用于裝入量約27噸-30噸的電弧爐，變壓器功率7000-9000KVA，氧-粉煤燃燒器總功率2400-4000KW，三支氧-粉煤燃燒器置于爐壁上，向電弧爐冷區(qū)供熱，其熔化期電耗降低50-100Kwh/t，熔化期時間縮短20-30min，生產(chǎn)率提高8%。
本發(fā)明實施例2，其結(jié)構(gòu)見附圖1，氧-粉煤燃燒器包括粉煤輸送管、氧氣內(nèi)套管和外套管，粉煤輸送管附設(shè)有外套環(huán)的旋流裝置，并開設(shè)輸送粉煤管壁的連通孔直徑0.002-0.003米，開孔數(shù)為20-40個，其開孔面積為輸送管出口截面的40-100%，提高輸送粉煤的載氣中氧含量為30-60%。利用軸向移動輸送粉煤管來調(diào)節(jié)旋流氧量與通過內(nèi)套氧管的直流氧量5∶1，同時，利用旋流氧氣和直流氧氣閥門，調(diào)節(jié)旋流氧量與外套管直流氧量之比，其總的調(diào)節(jié)比為2∶8-6∶4。本發(fā)明氧-粉煤燃燒器用于裝入量38噸的電弧爐，變壓器功率9000-12000KVA，氧煤燃燒器總功率為2600-5000KW，采用該氧-粉煤燃燒器助熔，其熔化期時間縮短30min，電耗降低80-100Kwh/t，其全爐電耗達(dá)450Kwh/t的好指標(biāo)，生產(chǎn)率可提高10-15%。
本發(fā)明氧-粉煤燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，通過調(diào)節(jié)旋流和直流氧氣出口截面或流量調(diào)節(jié)閥，實現(xiàn)旋流氧流量與直流氧流量的比例通過粉煤輸送管壁連通孔的開孔面積，氧氣和載氣壓差調(diào)節(jié)載氣的氧含量。這樣，可以使氧和粉煤均勻混合，有利于迅速點(diǎn)火和穩(wěn)定燃燒，利用直流氧射流完成完全燃燒，并增強(qiáng)火焰的傳播速度和射流強(qiáng)度，增強(qiáng)火焰剛性，提高對流，輻射傳熱效率，提高燃料的燃燒率，加速廢鋼加熱和熔化過程，進(jìn)一步縮短熔化時間，降低電耗。
本發(fā)明不用外熱源，利用電弧爐內(nèi)的余熱高溫可實現(xiàn)正常點(diǎn)火，補(bǔ)爐后和裝料前點(diǎn)火，也可以在裝料后順利點(diǎn)火，必要時，利用起弧點(diǎn)火，氧氣和無煙煤是在通電后3-5分鐘正常點(diǎn)火，無煙煤與煙煤混合物是通電后1-3分鐘正常點(diǎn)火，煙煤與焦炭混合物則是通電后的3-8分鐘正常點(diǎn)火，氧氣和煙煤則裝料后立即實現(xiàn)正常點(diǎn)火。
本發(fā)明可以在電弧爐正常供電條件下，同時引入氧-粉煤燃燒器向冷區(qū)提供熱量加熱和熔化廢鋼，適當(dāng)調(diào)整氧-粉煤燃燒的工藝參數(shù)，可以取得較好的助熔效果，縮短冶煉時間，降低電耗，在不通電的情況下，正常點(diǎn)火利用氧煤燃燒熱量加熱和熔化廢鋼，噴吹粉煤和氧氣助熔時間控制在45-60分鐘，再通電利用電弧加熱廢鋼，可以大幅度降低電耗，最大達(dá)100-150Kwh/t。本發(fā)明利用氧粉煤燃燒器供熱，一般為40-90分鐘，熔化時間為70-120分鐘，電耗降低50-120Kwh/t。
本發(fā)明氧-粉煤燃燒器的工藝參數(shù)，供煤量為0.15-0.50公斤/噸·分，供氧量0.2-1.5標(biāo)米3/噸·分，其氧與粉煤中的含炭量之比為2-3.5，根據(jù)熔化進(jìn)程調(diào)整其氧和炭間的比例。最佳供煤量為0.15-0.35公斤/噸·分，最佳供氧量為0.3-1.2標(biāo)米3/噸·分。
本發(fā)明應(yīng)用燃料為煙煤，無煙煤，焦炭等細(xì)粉，及其混合物，也可應(yīng)用氣體和液體燃料等?？捎糜陔姞t爐料預(yù)熱，熔化期助熔技術(shù)，也可以用于平爐加熱或熔化廢鋼或EOF全燃煤的節(jié)能裝置，氧-粉煤燃燒器可置于電弧爐壁置于電弧爐內(nèi)的冷區(qū)，或置于電弧爐爐蓋頂部，同時，可以置于爐門口。
本發(fā)明氧-粉煤燃燒器結(jié)構(gòu)簡單，便于調(diào)節(jié)，易于操作，投資少，是電弧爐重要節(jié)能措施，可大幅度降低電耗，縮短熔化期，提高生產(chǎn)率和降低成本，其還本期一般為1-1.5年。
權(quán)利要求
1.一種加熱和熔化廢鋼的氧-粉煤燃燒器，包括輸送粉煤管，輸送氧管，噴頭內(nèi)氧氣噴管附設(shè)旋流裝置，其特征在于輸送氧管包括內(nèi)套管和外套管，噴頭的內(nèi)套管與輸送粉煤中心管之間安裝有外套環(huán)的旋流葉片，切向葉片或?qū)Я鞑?，粉煤輸送管壁開設(shè)連通內(nèi)套氧管和粉煤管的連通孔管，其當(dāng)量直徑為0.001-0.010m，其分布沿輸轉(zhuǎn)粉煤管壁的圓周和軸向分布，外套管為輸送氧氣直流管，燃燒器噴頭包括氧旋流和直流噴管，其截面比根據(jù)氧流量的旋流和直流比例選擇，其旋流和直流調(diào)節(jié)比例為2∶8-6∶4。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧-粉煤燃燒器，其特征在于沿粉煤輸送管壁圓周開設(shè)連通孔，連通孔開孔面積以控制其載氣含氧量為30-60%，軸向開設(shè)的連通孔的間距為0.01-0.2米，根據(jù)粉煤的揮發(fā)分含量選擇軸向開孔位置，距離噴頭出口的軸向距離。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧-粉煤燃燒器，其特征在于保護(hù)爐襯耐火材料的冷卻水套，固定于爐體的燃燒器放置孔，燃燒器依靠自身氣冷或置于冷卻水套內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧-粉煤燃燒器，其特征在于附可調(diào)節(jié)外套環(huán)的旋流裝置的輸送粉煤管及氧氣內(nèi)套管軸向相對移動位置，以便改變氧氣旋流，氧氣直流和通入粉煤輸送管內(nèi)氧氣流量比例，實現(xiàn)火焰調(diào)節(jié)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述氧-粉煤燃燒器的使用方法，其特征在于利用電弧爐余熱，在裝料前，后可順利點(diǎn)火，穩(wěn)定燃燒。其工藝參數(shù)為供煤量0.15-0.50公斤/噸·分，供氧量0.2-1.5標(biāo)米3/噸·分。其氧與粉煤中的含炭量之比為2-3.5，根據(jù)熔化進(jìn)程調(diào)整其氧和炭間的比例。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述氧-粉煤燃燒器的使用方法，其特征在于電弧爐熔化前期可僅用燃燒器供熱40-60分鐘，再通電同時加熱直至熔化。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃燒器使用方法，其特征在于最佳供煤量為0.15-0.35公斤/噸·分，最佳供氧量為0.3-1.2標(biāo)米3/噸·分。
8.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述粉煤燃燒器及使用方法，其特征在于實施例1包括粉煤輸送管、安裝有外套環(huán)的旋流裝置，氧氣外套管，氧氣流通過旋流裝置形成旋流，利用移動粉煤輸送管的軸向位置來改變氧氣流出口截面積與旋流裝置外套環(huán)和氧氣套管內(nèi)壁間的環(huán)縫面積的比例，以調(diào)整其旋流氧量和直流氧量的比例?？捎裳鯕馊髡{(diào)節(jié)至氧氣旋流量與直流量之比為1∶4。
9.根據(jù)權(quán)利要求1、5所述粉煤燃燒器及使用方法，其特征在于實施例2包括粉煤輸送管、氧氣內(nèi)套管和外套管，粉煤輸送管附設(shè)有外套環(huán)的旋流裝置，并開設(shè)輸送粉煤管壁的連通孔直徑0.002-0.003m，開孔數(shù)20-40個，其開孔面積為輸送管出口截面40-100%，提高粉煤載氣中的氧含量為30-60%，利用軸向移動輸送粉煤管來調(diào)節(jié)旋流氧量與通過內(nèi)套管的直流氧量為5∶1，同時，利用旋流氧氣和直流氧氣閥門，調(diào)節(jié)旋流氧量與外套管直流氧量之比，其總的調(diào)節(jié)比為2∶8-6∶4。
全文摘要
本發(fā)明用于加熱和熔化廢鋼的燃燒器，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)為中心燃料管壁開設(shè)與內(nèi)套氧管的連通孔管、中心管與內(nèi)套管間設(shè)有外環(huán)套的旋流裝置，以及外套氧管。通過調(diào)節(jié)其截面比，調(diào)節(jié)預(yù)混氧、旋流氧及直流環(huán)流氧間的比例，以便控制氧氣燃料混合及火焰剛性。旋流和直流環(huán)流氧比例調(diào)節(jié)為2∶8—6∶4。
文檔編號F23D1/02GK1069324SQ9110486
公開日1993年2月24日 申請日期1991年7月22日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月22日
發(fā)明者范光前, 沈頤身, 畢云江, 李正熹 申請人:北京科技大學(xué)