專利名稱：改善爐子溫度分布的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種改善一種爐子溫度分布，尤其是改善用于將一些產(chǎn)品再加熱或退火的爐子的溫度分布的方法，上述一些產(chǎn)品更具體地說是鋼產(chǎn)品如板坯或鋼坯或扁平軋材。
背景技術(shù)：
再加熱爐和/或均熱爐一般是在鋼鐵工業(yè)、尤其是在連鑄循環(huán)中使用，在上述連鑄循環(huán)中將液體金屬鑄造以便形成各種中間產(chǎn)品，上述各種中間產(chǎn)品在它們于連鑄生產(chǎn)線末端處進(jìn)入軋機(jī)之前，通過至少一個叫做再加熱爐的爐子，在所述爐子中使中間產(chǎn)品達(dá)到一個合適的溫度或是在一合適的溫度下均熱，上述合適的溫度是盡可能均勻，以便隨后在最佳條件下軋制。
這種類型的再加熱爐及其使用方法例如在EP-A-0370916中作了介紹。
在一種再加熱爐中，一般在至少一個區(qū)(段)裝備了加熱裝置例如燃燒器，以便提供用于再加熱或均熱冶金產(chǎn)品所必需的能量。在一種爐子尤其是再加熱爐中常常分為三個主要的區(qū)，這些區(qū)其特征在于不同的傳熱模式-實際加熱或焙燒區(qū)，在所述實際加熱或焙燒區(qū)處(用燃燒器、等離子體、輔助加熱等)進(jìn)行燃燒，在其中控制和如有必要時調(diào)節(jié)環(huán)境溫度或產(chǎn)品溫度。這一區(qū)其特征在于熱量是就地產(chǎn)生的，這種產(chǎn)生的熱量是一種控制和/或調(diào)節(jié)這一區(qū)中溫度的直接手段；-廢氣(煙氣)排放區(qū)，所述廢氣排放區(qū)也叫做死區(qū)，在所述廢氣排放區(qū)中，來自加熱區(qū)的廢氣或大氣把它們的一部分能量傳給進(jìn)入爐子的鋼產(chǎn)品。這一區(qū)有助于優(yōu)化生產(chǎn)過程的熱效率；及-所謂的熱回收區(qū)，所述熱回收區(qū)包括一個熱回收系統(tǒng)，所述熱回收系統(tǒng)能把仍存在于廢氣中或正離開爐子氣氛中的一部分能量傳遞到燃燒所需的氧化劑(氧化劑預(yù)熱)。通過再循環(huán)，這種能量再進(jìn)入爐中，這進(jìn)一步優(yōu)化了總體能量預(yù)算。
除了外部限制之外，目前的調(diào)節(jié)系統(tǒng)使得可以它通過僅僅控制各種直接參數(shù)(燃燒器功率，輔助能量、換熱器中的熱交換等)來調(diào)節(jié)這些區(qū)而使得操作加熱區(qū)和換熱器于其標(biāo)稱運行條件下。
相反，當(dāng)熱交換完全依賴于加熱區(qū)及相關(guān)的換熱器的操作參數(shù)時，爐子的死區(qū)不能調(diào)節(jié)。尤其是，當(dāng)它們?nèi)Q于爐中的材料流動條件(材料是廢氣和冶金產(chǎn)品)和取決于它們的溫度條件時，在上述區(qū)中的熱分布沒有優(yōu)化。
一般由爐子操作人員所提出的唯一限制是在這個區(qū)中廢氣的“消耗”(廢氣與產(chǎn)品或爐子之間的最佳熱交換)，以便符合對溫度的限制，在上述溫度下廢氣離開這個區(qū)，以便不損壞廢氣回收系統(tǒng)，和如果廢氣不被回收的話，限制它們熱量損失。
在爐子的構(gòu)造中，這個區(qū)因此設(shè)計成提供對由加熱區(qū)輸出的廢氣的充分冷卻。


圖1更好地說明了一種已知類型的再加熱爐的操作，及為了改善它的操作而待解決的問題。
在圖1中，用(由于一個梁14和在圖1中未示出的驅(qū)動裝置的系統(tǒng))從右向左移動的冶金產(chǎn)品5示意示出再加熱爐1，這些產(chǎn)品的前進(jìn)方向用箭頭7表示。
爐1這里包括一個加熱區(qū)2，其中溫度在1200℃和1400℃之間變化，該加熱區(qū)2裝配有若干個燃燒器并具有一個或多個調(diào)節(jié)區(qū)。各燃燒器在該圖中未示出。只示意地示出熱風(fēng)回路13。爐子還包括一個死區(qū)3，該死區(qū)3一般是優(yōu)選的廢氣路線，其中廢氣溫度一般大約為900℃-1100℃，上述溫度足夠用于通過熱交換預(yù)熱鋼產(chǎn)品；和最終一個加熱不足區(qū)4，所述加熱不足區(qū)4形成死區(qū)3的一部分，一般位于鋼產(chǎn)品進(jìn)口點附近和一般位于鋼產(chǎn)品的上方(尤其是當(dāng)廢氣回收管線8位于鋼產(chǎn)品進(jìn)口點的下方時)，并且上述加熱不足區(qū)的溫度在600℃和900℃之間變化一這個溫度一般太低而不能用于有效預(yù)熱鋼產(chǎn)品。
廢氣用來在換熱器9中預(yù)熱通過管線10來自氧化劑發(fā)生器11的空氣(氧化劑)，經(jīng)過預(yù)熱的氧化劑從換熱器9沿著管線12出來，上述管線12將氧化劑供給燃燒器13(用于燃燒器的燃料管線在圖1中未示出)。
在這種操作方式中，在整個生產(chǎn)時間里死區(qū)3稍微被加熱，并且事實上至少在部分生產(chǎn)時間中在該區(qū)內(nèi)存在具有較高溫度的可能性，以便更好地預(yù)熱鋼產(chǎn)品。
然而，在死區(qū)中這種溫度增加必需不造成出爐的廢氣溫度的相應(yīng)增加。這是由于，盡管死區(qū)(及因此廢氣)的溫度可以增加例如約200℃，但產(chǎn)生的問題是對這些廢氣而言不希望在比它們的通常出爐溫度高200℃的溫度下出爐。問題是如果在爐子出口處沒有換熱器，則因為廢氣溫度高200℃，所以所有相應(yīng)的熱能都損失，并且爐的熱(及因此財務(wù))預(yù)算變得不可接受。同樣，如果有一個換熱器(如圖1中所示)，所述換熱器通常是在接近它的最高溫度下工作(換句話說，進(jìn)入換熱器的廢氣溫度接近換熱器可以承受而不損壞的最高溫度)，所以不能用溫度已增加了200℃的廢氣供給換熱器。因此，該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員面臨著顯著增加爐子死區(qū)溫度，尤其是爐頂溫度，而出爐的廢氣溫度不相應(yīng)顯著增加的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明解決了這樣提出的技術(shù)問題。為此，本發(fā)明提供利用輔助加熱裝置，所述輔助加熱裝置安放在爐子的死區(qū)3中(或者對爐子的死區(qū)具有熱作用)，同時沒有大量額外的廢氣產(chǎn)生，這樣為的是避免任何能量和尤其是由這些輔助加熱裝置所產(chǎn)生的能量通過廢氣(尤其是額外的廢氣)大量轉(zhuǎn)移。
按照本發(fā)明，“大量額外的廢氣產(chǎn)生”理解為意思是指相對于沒有輔助加熱裝置時爐中所產(chǎn)生的廢氣體積，產(chǎn)生額外的廢氣以體積計至少占10％。
結(jié)果，按照本發(fā)明，輔助加熱裝置應(yīng)設(shè)計成以便相對于沒有這些輔助加熱裝置時由爐子其它燃燒器所產(chǎn)生的廢氣體積(為了比較廢氣的體積起見，爐子的其它燃燒器在兩種情況下都以相同的方式工作)，不產(chǎn)生以體積計大于10％的額外廢氣，而優(yōu)選的是以體積計不大于5％的額外廢氣。由這些輔助加熱裝置所產(chǎn)生的能量可以相當(dāng)于高達(dá)所供給總能量的20％(或高達(dá)起初安裝功率的25％)。
按照本發(fā)明，輔助加熱裝置優(yōu)選的是其中用于這些燃燒器至少其中之一的氧化劑富含氧(氧中高于21％的O2)的那些燃燒器，優(yōu)選的是其中氧化劑含以體積計大于88％氧的燃燒器(例如，由一個空氣氣體分離裝置所供應(yīng)的氧，所述空氣分離裝置通過VSA式吸附操作，這是該技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員眾所周知的)，和更優(yōu)選的是工業(yè)純氧，所述工業(yè)純氧包括以體積計大于95％的氧，余量優(yōu)選的是主要是氬和氮。氧化劑可以含以體積計1％-10％的氬和/或以體積計0.1-10％的氮。當(dāng)然，含100％氧的氧化劑完全合適。
與氧基燃燒器不同的加熱裝置可能是合適的，尤其是不產(chǎn)生額外廢氣的那些加熱裝置，如輻射板(電阻加熱元件)、輻射燃燒器或再生式燃燒器，它們實際上在正常廢氣回路中只產(chǎn)生很少的額外廢氣，因為它們設(shè)計成吸入外部空氣，通過與等體積廢氣熱交換將外部空氣預(yù)熱，該廢氣本身也被吸入爐中，并且在其熱“消耗”之后將來自爐中的廢氣排入一特定的廢氣回路，及利用這樣預(yù)熱的空氣作為燃燒器中的(至少一部分)氧化劑。
輔助加熱裝置一般將安放在死區(qū)，遠(yuǎn)離導(dǎo)入換熱器(如果這種換熱器存在的話)的廢氣排放管道。因為廢氣常常是在爐子底部處排放，因此輔助加熱裝置優(yōu)選的是安放在爐子上部(接近爐頂)。然而，相反的情況仍有可能。
這些額外加熱裝置的各種各樣的設(shè)置都是可能的。例如，一個或多個燃燒器(或等同物)是在爐壁20(圖2)中，正好在產(chǎn)品進(jìn)入爐子的區(qū)上方，或者一個或多個在一通槽塊(或凹槽)21中的燃燒器(圖2)安放在爐頂中或端部裝料壁22中，優(yōu)選的是在死區(qū)的“下游”范圍(界限)處(沿產(chǎn)品運行的方向)，同時將火焰對著產(chǎn)品進(jìn)入爐內(nèi)的點(廢氣的流動方向)或者對著產(chǎn)品出爐的點(與廢氣逆流)，或者它們二者的組合，或者另有一個或多個燃燒器是在爐側(cè)壁的至少其中之一中，在死區(qū)中與產(chǎn)品齊平，或者另外是這些不同方案的一種組合。
關(guān)于按照本發(fā)明所述的輔助加熱裝置在爐中的裝配，一般有三種不同的情況，這三種不同的情況尤其是在再加熱爐情況下可以區(qū)別開。
在第一種情況中，在加熱區(qū)中由燃燒器輸送的功率高，并達(dá)到最高爐頂溫度極限，而廢氣在一個溫度下通過死區(qū)之后從爐中排出，上述溫度與廢氣進(jìn)入換熱爐的最高溫度相差十分大。在這類構(gòu)造中，不能用現(xiàn)有燃燒器加熱更多的上游(在加熱區(qū))，即使死區(qū)中爐壁和爐頂?shù)臏囟忍鸵灾虏荒芎线m地預(yù)熱鋼產(chǎn)品也是如此。
在第二種情況中，不象第一種情況，在死區(qū)出口處廢氣的溫度最高，而在加熱區(qū)中的爐頂溫度顯著地低于這個爐頂可以承受的最高溫度。在這種情況中，加熱區(qū)中的功率可以增加，但只是冒著損壞死區(qū)中爐頂和/或換熱器的危險。
最后，在第三種情況中，加熱區(qū)中溫度和廢氣的溫度都沒有達(dá)到它們的最高值，上述情況導(dǎo)致爐頂溫度低于加熱區(qū)和死區(qū)二者中的最高值。
本發(fā)明是利用一個輔助加熱裝置，所述輔助加熱裝置能使向死區(qū)中的產(chǎn)品傳熱增加，而不會造成大量能量在廢氣排放點附近傳遞到爐中。為此，輔助加熱裝置使得可以尤其將全部或一部分死區(qū)升高到它的最高允許溫度Tmax(爐頂)，這個溫度一般取決于構(gòu)成爐子的幾何形狀和部件、輔助加熱裝置和廢氣的速度尤其是流動速度的選擇，以使上述廢氣的溫度不超過最高允許溫度Tmax(廢氣)。
這種溫度再分布將在爐子這部分中提供最大可能的傳熱。
在溫度顯著低于設(shè)備的實際限度或可接受的熱損耗極限的空間中，傳熱到產(chǎn)品的可能性很小(實際沒有輻射傳熱和很少對流傳熱)。
在換熱器處的最高溫度限一般約為900℃。按照本發(fā)明的另一方面，因此必需控制廢氣的出爐溫度，例如通過測量廢氣的出爐溫度調(diào)節(jié)輔助加熱裝置，以便保持這個溫度低于極限值(例如在上例中的900℃)。
在實際操作中，通過實施上述本發(fā)明已發(fā)現(xiàn)，輸送到爐中的總功率比初始功率高5-20％。尤其是在以前很少利用的區(qū)(600℃-900℃)中，爐子進(jìn)口溫度分布較高(900℃-1200℃)。所形成的產(chǎn)量增加是在5％和25％之間，取決于安裝的功率電平。在這些條件下的能耗仍低于5％。
除了本發(fā)明所造成的產(chǎn)量和/或生產(chǎn)率增加之外，本發(fā)明還提供許多操作優(yōu)點，和尤其是-提高了產(chǎn)品的溫度均勻性；-提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量；及-減少了產(chǎn)品變形。
借助于下面在一個再加熱爐中實施的說明實例，結(jié)合示出本發(fā)明的一個實施例的圖2，將能更清楚地理解本發(fā)明。
氧氣燃料燃燒器裝配在爐子的死區(qū)中，這些燃燒器的功率約等于爐子現(xiàn)有空氣燃料功率的10％。
在沒有這些氧氣燃料燃燒器時，所試驗的爐子死區(qū)中的溫度通常約為650℃，而在換熱器頂部處的溫度約為820℃(低于850℃)。
在裝配采用VSA型氧(供給氧化劑的氧含大于88％的O2，優(yōu)選的是以體積計大于95％的O2，余量是氮和氬)的氧氣燃料燃燒器和在死區(qū)中將調(diào)節(jié)溫度升高到900℃后，在換熱器頂部處的溫度沒有明顯的增加。由于功率增加5％，使?fàn)t頂溫度再分布導(dǎo)致產(chǎn)品增加5％。
同樣的空氣-燃料構(gòu)成會導(dǎo)致廢氣溫度增加20℃，這種情況與換熱器完全安全操作(達(dá)到最高溫度)不相適應(yīng)。
按照本發(fā)明，當(dāng)在加入氧燃燒裝置之前，在同樣的所謂“死”區(qū)3中已將調(diào)整到一個設(shè)定點值的溫度升高到1100℃時，注意到產(chǎn)量增加高達(dá)10％，而在換熱器處的溫度增加仍限制到低于20℃。這種優(yōu)化操作使得能達(dá)到爐子的最佳爐頂溫度分布而不產(chǎn)生不必要的熱損耗，和尤其是對換熱器沒有任何危險。
比較起來，類似的操作但使用加在“死”區(qū)中的空氣-燃料燃燒器造成額外的損耗由于這個死區(qū)如此受熱而高出4倍(大約是空氣-燃料廢氣/氧燃料廢氣之比)，在換熱器頂部處的溫度增加100℃-換熱器的未經(jīng)批準(zhǔn)的(不安全)操作。
在圖2中，與圖1中相同的那些部件采用相同的標(biāo)號。在死區(qū)4上方示意出的是進(jìn)氧管線16，17，氧來自氧氣發(fā)生器18，上述供應(yīng)三個氧氣燃料燃燒器20的管線裝配在爐1的一個側(cè)壁中(同樣的燃燒器也在上述側(cè)壁對面?zhèn)鹊谋谥?。
標(biāo)記21表示在爐頂中用于死區(qū)3的輔助加熱的(輔助)氧氣燃料燃燒器的另一種可能的位置。各輔助燃燒器也可以裝配在爐子幾乎不被加熱的區(qū)4(死區(qū)3的一部分)中，例如裝配在圖2中用22所標(biāo)出的地方。圖2a是爐子死區(qū)3其中一部分的放大圖，該圖2a示出這些各種不同燃燒器20和/或21和/或22及它們各自的、首先是在燃燒器21情況下的火焰23、24和其次是在燃燒器22情況下的火焰25的可能位置。如上所述，能夠只選擇一單個火焰23或24，或者可以選擇兩個火焰(一個與廢氣逆流，而另一個與廢氣順流)。
按照本發(fā)明所述的方法還給爐子操作人員在使用生產(chǎn)裝置時提供靈活性，因為額外的或輔助裝置可以根據(jù)爐子的產(chǎn)量/生產(chǎn)率要求停止或供電(關(guān)閉或接通)。
由此可見，按照本發(fā)明，爐子將用在廢氣回收和/或排放區(qū)中的一個溫度工作，上述溫度可以很明顯地高于換熱器的最高溫度。
權(quán)利要求
1.一種通過改善一種用于再加熱產(chǎn)品的爐子的溫度分布永久或臨時增加再加熱產(chǎn)品生產(chǎn)率和/或質(zhì)量的方法，上述爐子包括至少一個稱為死區(qū)的第一區(qū)，其中進(jìn)入爐中的產(chǎn)品在與由第二區(qū)所輸出的廢氣接觸時被再加熱，所述第二區(qū)在產(chǎn)品穿過爐子運行的方向上位于第一區(qū)的下游，該第二區(qū)具有主加熱裝置，所述主加熱裝置一般是空氣-燃料燃燒器型的并產(chǎn)生一個初始安裝功率，其特征在于將輔助加熱裝置裝配在爐子的死區(qū)中，上述輔助加熱裝置設(shè)計成用以輸送至少10％的初始安裝功率和高達(dá)25％的初始安裝功率，上述輔助加熱裝置產(chǎn)生額外的廢氣，相對于死區(qū)中沒有輔助加熱裝置時由主加熱裝置在加熱區(qū)中所產(chǎn)生的廢氣體積，所述額外的廢氣以體積計至多占10％。
2.如權(quán)利要求1中所述的方法，其特征在于輔助加熱裝置產(chǎn)生以體積計至多5％的額外的廢氣。
3.如權(quán)利要求1和2其中之一所述的方法，其特征在于輔助加熱裝置是其中氧化劑含大于21％氧的燃燒器。
4.如權(quán)利要求3中所述的方法，其特征在于氧化劑含以體積計大于88％的氧。
5.如權(quán)利要求1-4其中之一所述的方法，其特征在于氧化劑是一種氧化劑氣體混合物，混合物中各成分的其中之一是含以體積計大于88％氧的不純氧。
6.如權(quán)利要求5中所述的方法，其特征在于所述混合物中各成分的其中之一是空氣。
7.如權(quán)利要求1-6其中之一所述的方法，其特征在于氧化劑含以體積計1％-10％的氬。
8.如權(quán)利要求1-7其中之一所述的方法，其特征在于氧化劑含以體積計0.1％-10％的氮。
9.如權(quán)利要求1和2其中之一所述的方法，其特征在于輔助加熱裝置取自氧氣燃料燃燒器、電阻加熱元件和再生式燃燒器。
10.一種用于加熱產(chǎn)品的爐子，其特征在于它包括一個第一區(qū)和一個第二區(qū)，上述第一區(qū)裝備有取自氧氣燃料燃燒器、電阻加熱元件和再生式燃燒器的輔助加熱裝置，而上述第二區(qū)具有至少一個空氣燃料燃燒器；輔助加熱裝置裝配在爐子的死區(qū)中，所述輔助加熱裝置設(shè)計成用以輸送至少10％的初始安裝功率和高達(dá)25％的初始安裝功率，上述輔助加熱裝置產(chǎn)生額外的廢氣，相對于死區(qū)中沒有輔助加熱裝置時由主加熱裝置在加熱區(qū)中所產(chǎn)生的廢氣體積，所述額外的廢氣以體積計至多占10％。
11.如權(quán)利要求10中所述的爐子，其特征在于輔助加熱裝置遠(yuǎn)離爐子的廢氣排放管道設(shè)置。
12.如權(quán)利要求10和11其中之一所述的爐子，其特征在于至少一些輔助加熱裝置設(shè)置于剛好在產(chǎn)品進(jìn)入爐子的區(qū)上方。
13.如權(quán)利要求10和11其中之一所述的爐子，其特征在于至少一些輔助加熱裝置設(shè)置于剛好在產(chǎn)品進(jìn)入爐子的區(qū)下方。
14.如權(quán)利要求10-13其中之一所述的爐子，其特征在于至少一些輔助加熱裝置設(shè)置在位于爐頂?shù)囊粋€直通凹槽21中，優(yōu)選的是設(shè)置在相對于產(chǎn)品運行方向的死區(qū)的下游范圍處。
15.如權(quán)利要求10-14其中之一所述的爐子，其特征在于至少一些輔助加熱裝置安放在爐子的裝料壁中。
16.如權(quán)利要求10-12其中之一所述的爐子，其特征在于至少一些輔助加熱裝置是側(cè)向安置。
17.如權(quán)利要求1-9其中之一所述的方法，其特征在于輔助加熱裝置可以根據(jù)對爐子的生產(chǎn)要求停止或開動。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種改善再加熱爐(1)溫度分布的方法，在上述再加熱爐(1)中，氧氣燃料燃燒器安放在爐子的死區(qū)(3)中以使氣體的體積不增加以體積計大于 10％。本發(fā)明還涉及一種再加熱爐(1)。
文檔編號F27D17/00GK1625677SQ02817275
公開日2005年6月8日 申請日期2002年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2001年9月6日
發(fā)明者G·勒古埃菲利克, O·德拉布羅耶 申請人:液體空氣喬治洛德方法利用和研究的具有監(jiān)督和管理委員會的有限公司