[发明专利]改进的燃烧器屏板以及相关方法

说明书

技术领域

本发明的各个实施例总体上涉及用于熔融、精炼和处理金属的装置和方法。更具体地，本发明的实施例总体上涉及用在金属熔炉和/或类似装置内的燃烧器屏板(panel)。

背景技术

炼钢领域已经得到非常良好的发展。通常并且最普遍地，使用电弧炉(EAF)以便通过施加电弧使放置在炉内的一种或多种金属废料和/或其它生铁产品和合金熔化来炼钢。其它方法包括通过使与来自鼓风炉的熔融金属结合的DRI(直接还原铁)熔化来炼钢的改进的EAF。为了改进炼钢过程，通过辅助装置向炉提供附加的化学能。最常用的辅助装置形式包括燃烧器、喷射器和喷嘴，其使用燃料和氧化气体以产生具有高焓的燃烧产品来帮助电弧。

其它实施例包括使用烃类燃料例如天然气或油的多个可移动的或永久固定的燃烧器，用于朝熔池喷射氧气流以满足精炼目的的至少一个可移动的氧喷枪，以及用于喷射固态含碳燃料以满足燃烧和炉渣起泡目的的可移动装置。

在EAF的不同实施例中，通过开口将金属废料或装料倾倒在炉内。这些装料通常还包括装填的碳和其它炉渣起泡材料。其它过程包括对来自鼓风炉的熔融金属使用钢包，并例如通过喷枪的DRI喷射将其插入EAF炉。

在EAF炉和/或类似于EAF的炉中具有许多装料处理阶段。在熔融阶段，电弧和燃烧器使炉料熔化成被称为铁碳合金熔体的金属熔池(熔融金属)，其积聚在炉的底部或炉床处。通常在熔化装料之后，电弧炉进入精炼和/或脱碳阶段。

在此阶段，金属熔体继续被电弧加热，直到炉渣形成材料与铁碳合金熔体内的杂质结合并上升到表面作为炉渣。当铁碳合金熔体到达沸点温度时，熔体内装填的碳与熔池内存在的任何氧结合以形成一氧化碳气泡，该气泡升高到熔池表面，形成泡沫渣。泡沫渣用做整个炉的绝缘体。

当电弧炉在没有燃烧器的情况下操作时，所装填的废料或装料在电流密度最高的区域的热点处迅速熔化，但是通常在冷点保持未熔化。这样，由于在熔化循环的后期阶段过度暴露在电弧的热量下，使得位于热点处的炉壁和耐火衬里遇到恶劣情况。位于冷点的废料在熔化循环期间以降低的比率从电弧接收热量，从而产生冷点。为了熔化冷点，在总时间的一段较长期间内供热，从而向热点的供热比所需的时间要长。电弧的这种不对称热分布和炉壁的不均匀磨损对于在没有燃烧器的情况下操作的交流和直流电弧炉都是典型的。

冷点通常在远离炉的电弧的区域内形成，这是因为位于这些区域内的废料对于每吨废料以减小的比率接收电能。这种冷点的典型示例是出钢槽，这是因为出钢槽的位置远离电弧。另一个冷点在炉渣门处，这是因为过多的热量损失到透过此区域的环境空气中。由于在熔化循环期间局部装填附加的耗热材料，因此利用附加喷射的材料例如炉渣起泡材料、直接还原铁等(其通过炉渣门或通过炉侧壁内的开口被取出)的炉通常会产生冷点。

现有技术对此问题的解决方案是围绕炉结合其它的燃烧器以便向冷点施加附加的热源。配备有位于冷点处的燃烧器的电弧炉提高了废料熔融的均匀性，并且减少了材料在冷点的积聚。当将辅助热源例如燃烧器放置在电弧炉内时，它们的位置选择成避免热点由于位于电极和炉壳之间的废料的迅速熔化而进一步过热。更具体地说，燃烧器的位置尽可能地远离热点，并且燃烧器火焰出口的开口方向选择成使得火焰主要穿透位于冷点的废料堆，而不是炉的已经被加热的部分。

另外的加热和处理是通过脱碳过程实现的，其中，在利用先进的或更现代的EAF技术的现有技术的典型实施例中，高速-通常是超声波-氧气流被喷枪或燃烧器/喷枪吹入金属熔池，以便通过氧化熔池内包含的碳、形成CO和/或CO₂来给熔池脱碳。燃烧器/喷枪用于使装料更均匀地熔融并减少或防止过热，使得熔融所需的时间以及电弧操作的时间最短。

通过用所喷射的氧使金属熔池或液体金属沸腾，熔池的碳含量可减小到选定的或降低的水平。通常认为，如果铁碳合金熔体的碳在2％以下，则熔体变成钢。EAF炼钢过程在开始时通常炉料的碳少于1％。钢熔池内的碳持续减少，直到其达到生产特定级别的钢所需的含量，例如但并不是作为限制，对于低碳钢降低到少于0.1％。

为了减少电弧炉内的钢生产时间，已开发出设备和方法以便改变向炉输送另外的能量的装置。各种这样的改进包括但不局限于安装在水冷侧壁(屏板或炉)上的传统燃烧器，传统喷枪，传统燃烧器等。

通常，在开始高速氧喷射之前，用于脱碳的氧喷射必须等待直到该过程的熔融阶段基本完成。这是因为，由于在燃烧器/喷枪和液体金属或金属熔体之间可能存在未熔化的装料，所以在此之前燃烧器不能有效地输送高速氧。氧气流将会被偏转，从而可能对炉造成严重损坏。