專利名稱：在煉鋼電弧爐中產(chǎn)生－泡沫爐渣層的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在煉鋼電弧爐內(nèi)產(chǎn)生一種浮在被冶煉的含鐵熔化物上的泡沫狀爐渣的方法。本發(fā)明尤其涉及這樣一種方法，即在這種方法中將含碳的顆粒狀添加料夾帶在噴射到泡沫狀爐渣上的噴射火焰中，使火焰加熱泡沫爐渣，而且含碳顆粒產(chǎn)生小的一氧化碳?xì)馀?，使?fàn)t渣發(fā)泡并將任何氧化鐵還原成鐵。
把廢鋼鐵和各種等級的鐵之類的鋼鐵放入電弧爐內(nèi)進(jìn)行冶煉，這種電弧爐具有一個(gè)或多個(gè)電極以產(chǎn)生電弧而加熱金屬。眾所周知，在這樣的爐子中在金屬熔化物上形成一層泡沫狀的爐渣。含有小的一氧化碳?xì)馀莸呐菽瓲t渣可以埋蓋和隔絕電極而防止熱損失和熔化物中的鐵氧化，還能防止電極的氧化。為了產(chǎn)生這樣的泡沫爐渣，一般的做法是把高純度的碳加到電弧爐中。廉價(jià)的煤炭不能用作這種碳源，因?yàn)樗袝?huì)發(fā)生吸熱反應(yīng)的各種煤焦油之類的揮發(fā)性物質(zhì)。在所加碳的任何碳源中，碳必定被金屬熔化物加熱，這種加熱會(huì)使電弧爐煉鋼的熱力效率降低。
如所要討論的，本發(fā)明提供一種產(chǎn)生泡沫爐渣的方法，這種方法是，預(yù)加熱含碳材料，事實(shí)上，這種含碳材料可由諸如煤炭之類的含炭材料形成。
本發(fā)明提供一種在一個(gè)煉鋼的電弧爐內(nèi)產(chǎn)生一種浮在被冶煉的含鐵金屬熔化物上的泡沫狀爐渣的方法。根據(jù)該方法，一種燃料在一氧化劑中燃燒，用以產(chǎn)生噴射火焰。關(guān)于這一點(diǎn)，在本說明書和權(quán)利要求書中所用的術(shù)語“噴射”的意思是從其原點(diǎn)向前沖的火焰。噴射火焰指向爐渣，因而沖撞到爐渣上而把它加熱。在此和權(quán)利要求書中所用的術(shù)語“沖撞到”的意思是火焰至少接觸了泡沫爐渣，而且最好是沖入爐渣以使?fàn)t渣受到擾動(dòng)。將含碳的顆粒夾帶在火焰中，使顆粒由火焰加熱，并噴射入爐渣，以形成和維持一種泡沫狀的爐渣。
泡沫爐渣是由碳與爐渣起反應(yīng)生成小的一氧化碳?xì)馀荻纬傻?，這對電爐煉鋼有助于隔絕和還原作用。例如，一氧化碳能夠起到把存在于泡沫爐渣內(nèi)的氧化鐵還原成鐵的作用。在本發(fā)明的一較佳實(shí)施例中，含碳顆粒是由含揮發(fā)性物質(zhì)的煤制成的。根據(jù)這樣的較佳方法，令含碳顆粒駐留在火焰中一段足夠長的時(shí)間，使大部分揮發(fā)性物質(zhì)燃燒掉并有助于加熱顆粒，而由煤提供的碳又不被明顯地氧化。在這方面，在此和權(quán)利要求書中所用的術(shù)語“明顯地”的意思是指當(dāng)含碳材料暴露于燃燒著燃料時(shí)含碳材料的不可避免的一些氧化。但是，氧化的程度是很小的，大約小于15％，還有足夠量的碳保留著以形成和維持泡沫爐渣。大部分煤的揮發(fā)物質(zhì)一般是大于50％小于95％。
由于燃燒的燃料把熱量加到含碳的顆粒中，在泡沫爐渣內(nèi)加熱顆粒時(shí)就沒有熱量損失。因此，本發(fā)明可達(dá)到現(xiàn)有技術(shù)不曾達(dá)到的熱力效率。此外，由于含碳顆粒是由煤形成，進(jìn)一步降低了成本，在這方面，煤中的大部分揮發(fā)物質(zhì)被燒掉，而同時(shí)用來加熱余下的碳。
雖然本說明書將以權(quán)利要求書而結(jié)束，而該權(quán)利要求書清楚地指出了本申請人所認(rèn)為的他的發(fā)明主題，但可以相信，結(jié)合本發(fā)明的附圖能更好地理解本發(fā)明，附圖中

圖1是實(shí)施本發(fā)明之一個(gè)方法的一裝置的剖面示意圖；以及圖2是圖1的部分放大圖。
參閱圖1，熔化物10在一電弧爐12內(nèi)加熱。電弧爐12設(shè)有一通過電弧加熱熔化物10的電極14。
為了形成泡沫爐渣15，設(shè)置了一個(gè)燃燒器16，該燃燒器16設(shè)計(jì)成在含氧、最好是高純度氧即純度約為90％的氧的氣體中燃燒甲烷。甲烷的燃燒產(chǎn)生一噴射火焰17。將一種含有煤炭的載運(yùn)氣體夾帶在噴射火焰17中。煤炭和載運(yùn)氣體是把煤炭磨碎成煤粉并把它夾帶進(jìn)可以是氮、甲烷、一氧化碳或氫的載運(yùn)氣體中形成的。這種夾帶是通過本領(lǐng)域中眾所周知的稠密狀態(tài)輸送來實(shí)現(xiàn)的。如圖所示，燃燒器16用循環(huán)的冷卻水冷卻。
另外參閱圖2，燃燒器16可以是具有同軸通道的那種類型的，其中的一內(nèi)通道供應(yīng)含氧氣體，一中間通道供應(yīng)甲烷，一外通道供應(yīng)煤粉和作為一噴射流18的載運(yùn)氣體。可以設(shè)置冷卻水循環(huán)通道，從而冷卻燃燒器18。也可以一種已知的方式設(shè)計(jì)燃燒器16，使噴射火焰17具有很高的速度，并因此具有一降低的比載運(yùn)噴射流低的靜壓力。結(jié)果，載運(yùn)噴射流18被吸入噴射火焰17中?？梢岳斫?，上述的噴嘴18雖然是較佳的，但僅是實(shí)施本發(fā)明的許多方法中的一種。例如，可根據(jù)本發(fā)明有利地采用若干管子并排的既簡單有便宜的布置?？捎靡桓茏訃姵龊醒鯕夂腿剂系幕旌衔锏母咚賴娚淞?，另一根管子同時(shí)排放出一種高壓稠密狀態(tài)輸送的煤粉顆粒。噴射流將被點(diǎn)燃而形成噴射火焰，高壓稠密輸送將形成一種會(huì)被吸入噴射火焰中的相鄰載運(yùn)噴射流。
如前所述，控制火焰的駐留時(shí)間(Residence time)，以使脫去揮發(fā)成份達(dá)到理想的程度。煤粉顆粒所需的駐留時(shí)間基本上是其顆粒直徑的一個(gè)函數(shù)。下列等式可為需要的駐留時(shí)間提供粗略的指導(dǎo)t＝d0.75/635在上述等式中，“d”是以毫米為單位的顆粒直徑，“t”是以秒度量的顆粒在火焰中的駐留時(shí)間。這個(gè)近似的駐留時(shí)間要求可用于估算從噴射火焰的原點(diǎn)到金屬熔化物的、作為火焰速度和煤粉顆粒尺寸的一個(gè)函數(shù)的距離。
雖然已結(jié)合一較佳實(shí)施例描述了本發(fā)明，但在不脫離本發(fā)明的基本精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對本發(fā)明進(jìn)行多種改變、添加和省略。
權(quán)利要求
1.一種在一個(gè)煉鋼的電弧爐內(nèi)產(chǎn)生一層浮在含鐵的熔化物上的泡沫狀爐渣的方法，所述方法包括燃燒一種在氧化劑內(nèi)的燃料以產(chǎn)生一噴射火焰；令所述噴射火焰指向所述爐渣，以使所述火焰沖入所述爐渣而加熱所述爐渣；以及將含碳的顆粒夾帶在所述火焰中，使所述顆粒由所述火焰加熱并噴射入所述爐渣內(nèi)，以形成和維持一種泡沫狀的爐渣。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述噴射火焰有一個(gè)能將所述含碳顆粒夾帶進(jìn)所述火焰中的降低了的靜壓力。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，將所述含碳顆粒夾帶在一載運(yùn)氣體內(nèi)，使之形成一其壓力比所述噴射火焰的所述降低了的靜壓力高的載運(yùn)噴射流，并且所述載運(yùn)噴射流與所述火焰指向同一方向并相鄰，以使所述火焰能吸引所述載運(yùn)噴射流并因此把所述含碳顆粒吸入到所述火焰中。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述含碳顆粒由含有揮發(fā)性物質(zhì)的煤制成，并且所述含碳顆粒駐留在所述火焰中一段足夠長的時(shí)間，使所述揮發(fā)物質(zhì)基本上燒掉而有助于加熱所述顆粒，所述煤顆粒中含有的碳又不被明顯地氧化。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，將所述含碳顆粒夾帶在一載運(yùn)氣體內(nèi)，使之形成一其壓力比所述噴射火焰的所述降低了的靜壓力高的載運(yùn)噴射流，并且所述載運(yùn)噴射流與所述火焰指向同一方向并相鄰，以使所述火焰能吸引所述載運(yùn)噴射流并因此把所述含碳顆粒吸入到所述火焰中。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述火焰和所述載運(yùn)噴射流同軸，并且所述載運(yùn)噴射流包圍著所述火焰。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述火焰的速度是超音速的。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述燃料包括甲烷，所述氧化劑包括高純度的氧。
9.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，所述載運(yùn)氣體是氮、甲烷、一氧化碳或氫。
10.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，所述載運(yùn)氣體是氮、甲烷、一氧化碳或氫。
全文摘要
一種產(chǎn)生泡沫狀爐渣的方法,其通過在一氧化劑內(nèi)燃燒如甲烷的燃料產(chǎn)生噴射火焰,并使火焰噴向、沖入爐渣而加熱泡沫爐渣。將含碳顆粒夾帶在火焰中,使顆粒被火焰加熱并噴射入爐渣內(nèi)以形成和維持一種泡沫狀的爐渣。含碳顆粒有含有揮發(fā)物質(zhì)的煤制成,并且令含碳顆粒駐留在火焰中一段足夠長的時(shí)間,使揮發(fā)物質(zhì)基本上被燒掉,以有助于加熱顆粒,而煤顆粒中所含的碳又不會(huì)被明顯地氧化。
文檔編號(hào)C21C5/52GK1195705SQ9810439
公開日1998年10月14日 申請日期1998年1月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年1月29日
發(fā)明者唐納德·普倫蒂斯·塞切爾 申請人:波克股份有限公司