[发明专利]多喷燃器旋转炉熔融系统和方法

说明书

一种在具有门的双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，包括：以第一燃烧速率操作第一喷燃器，第一喷燃器安装在门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；以第二燃烧速率操作第二喷燃器，第二喷燃器安装在门的上部部分中并产生具有长度的第二火焰，第二火焰相对于第一火焰远离炉料；在炉料中的固体阻碍第一火焰的初始阶段，将第二燃烧速率控制为大于第一燃烧速率；以及在炉料中的固体充分熔融使得第一火焰不受阻碍之后的后期阶段，将第一燃烧速率控制为大于第二燃烧速率。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年10月21日提交的美国临时申请No. 62/923,848的优先权，该申请全文以引用方式并入本文中。

技术领域

本文描述了一种用于改善旋转炉的熔融操作的多喷燃器系统和方法。

背景技术

图1示出了在具有在门44中的单个喷燃器10的旋转炉100中扩散火焰12如何在没有任何阻碍的情况下自然演化。烟道气体18在经由烟道管道16离开之前在熔融金属池14上方循环。但是当炉100被装填材料以加热或熔融时，如图2所示，燃烧空间可分为两种类型：典型地位于炉100的上部部分中的具有通常大于99%的高材料孔隙率的燃烧空间20(即开放空间)；以及典型地位于炉100的下部部分中的具有通常小于或等于99%的低材料孔隙率的燃烧空间22(即被装填材料部分地或完全地堵塞的空间)。

喷燃器通常位于靠近装填的材料处，以确保能量优先地传递到炉料(而不是耐火材料)。尽管到废料的直接热传递速率较高，但取决于烟道的位置，存在过程挑战的趋势，包括：(1)在遇到废料之前不完全混合或燃烧，(2)燃料和氧化剂的分离，导致流短路到烟道，以及(3)不均匀的热分布，其导致炉料的一侧过热而另一侧欠热，如图3和图4所示。这些挑战的结合可导致更高的燃料消耗、氧化熔体损失和降低的炉容量(由于在冷端处的堆积)。这些问题也限制了炉可被燃烧的困难程度，这迅速减少了经由喷燃器的额外能量输入的回报。在图3中，炉料24阻止火焰12的完全演化，导致较热的炉100的前部部分26和较冷的炉100的后部部分28。该炉料24可为一大块废料，或者是一大堆废料、铸锭或浮渣。此外，由于较热的前部部分26和火焰对炉料24的冲击，炉料24的一部分可能过热并被氧化，导致产量损失。图4示出了同一旋转炉100的俯视图。

这些挑战在废料或炉料的孔隙率低(即大而密的炉料)的情况下更为显著。当炉料较轻且多孔时，火焰可部分穿透炉料到达炉的后部。

发明内容

典型的工业金属熔融或再加热炉是“间歇式”的，其中材料以循环方式被装填、熔融/再加热，然后从炉中放出/抽出。大尺寸废料或浮渣的引入或超过其设计容量给炉装料阻止了炉中火焰的充分展开，从而影响了炉中热传递的效率和能量分布。这导致像局部冷点和炉渣堆积的问题，这会降低炉容量和生产率。本文描述的系统和方法涉及在工业熔融或再加热炉中多个喷燃器的策略使用，以提高过程的生产率、能量效率和金属回收。

方面1：一种在双程倾斜旋转炉中熔融炉料的方法，该炉具有：由大体圆柱形壁界定的腔室，其具有从封闭端延伸到开口端的轴线；和门，其被构造成覆盖开口端，该方法包括：将包含固体的炉料加入腔室中；在围绕轴线的旋转方向上旋转炉；以第一燃烧速率操作第一喷燃器，第一喷燃器安装在门的下部部分中并产生具有长度的第一火焰；以第二燃烧速率操作第二喷燃器，第二喷燃器安装在门的高于门的下部部分的上部部分中，并产生具有长度的第二火焰，第二火焰相对于第一火焰远离炉料；通过在门中定位在炉料上方的烟道排出由第一火焰和第二火焰产生的燃烧气体；在炉料中的固体阻碍第一火焰展开的初始阶段，将第二燃烧速率控制为大于第一燃烧速率；以及在炉料中的固体充分熔融使得第一火焰的展开不受阻碍之后的后期阶段，将第一燃烧速率控制为大于第二燃烧速率。

方面2. 根据方面1所述的方法，还包括：在初始阶段期间，操作第一喷燃器和第二喷燃器，使得第一火焰长度小于第二火焰长度。