[其他]电炉用自燃式煤-氧喷枪及其喷吹工艺

说明书

本发明属于电炉冶炼新工艺。主要适用于电炉熔化助熔。

电炉冶炼需消耗大量电能，特别是熔化期，电耗约占整个冶炼过程的三分之二，时间约占整个冶炼周期的二分之一。因此，缩短熔化期时间，是降低电炉冶炼电耗，提高生产效率的关键环节。

过去，在电炉熔化期一般采用吹氧助熔熔化期吹氧1NM³吨钢，可节电3-5度/吨钢。但大量用氧会造成铁损增高。为避免铁损增加现象，日本采用在炉内添加碳素材料的方法。一是加料前先加入2～6公斤/吨钢的碳质材料，装料后给电，炉温上来后开始吹氧（专利号J55125-2.9）;第二种方法是采用氧气或富氧气和煤粉混合喷入炉内，可以降低电耗和铁损（专利号J59215-427A）。欧美等国还采用燃料（油或天然气）+氧气助熔的工艺，达到节电的效果。1982年3月，美国气体研究院和英国GRI公司合作所研制成氧气-天然气燃烧器，用于电炉熔化期助熔（专利号US4473356）。1983年，苏联开始在电炉中采用氧-油喷枪，用于熔化期助熔（专利号US831-805）。

上述所列举的电炉熔化期助熔工艺存在以下缺点：

（1）只能在熔化的中、后期采用。因为各种喷枪本身不具备自点火装置，需要靠炉温升高到某一确定的温度（高于燃料燃点）时，才能保证氧化-燃料很好地燃烧;

（2）燃料的种类受到限制。由于喷枪本身不能点火燃烧，为了提早采用喷枪助熔，必须采用天然气或油之类燃点低、易着火的燃料，不能选用煤（特别是无烟煤）作燃料。对燃料的选择十分苛刻;

（3）不能有效地组织火焰，以达到高的热效率;不能很好地控制燃烧产物，以提高烟气黑度，提高炉内辐射传热的效率;

（4）不能根据工艺的要求，灵活调节熔池熔毕碳含量，控制熔池脱碳、增碳或维持碳含量不变。

七十年代，国内研制成功“煤粉预燃室燃烧器”，用于锅炉燃烧。该装置主要由输导煤粉气流的旋流器和提供燃烧空间的补给二次风的预燃室两部分组成。其工作流程是：一次风的风粉混合物经轴向导叶片旋流器旋转进入预燃室，在燃烧室内为卷吸至火焰根部的回流烟气加热并着火。预燃室系一种内衬耐火涂料（或耐火砖）的不冷却燃烧室，沿筒身轴可布置一至二排二次风孔，二次风和一次风有一定距离，为分级送风。预燃室和旋流器的匹配，构成了中心回流和周壁很少散热的高温区，供点燃煤粉所需的热容量，使煤粉气流在筒内及时点燃和燃烧，在筒内可烧掉40～50%的挥发物和碳，余下的进入炉膛继续燃烬。

但这种煤粉燃烧器不能用于冶金电炉生产，主要原因是：

1.燃烧温度低。该燃烧器采用空气燃烧煤粉，出口温度只有1300～1400℃。而电炉冶炼时的炉温一般为1500～1600℃，只有形成2000℃以上的高温火焰，才能起到助熔作用。

2.风压低，流速小，火焰刚度差。电炉熔化期，要求火焰对炉料有一定的穿透能力，能切割炉料。低风压、小流速所产生的火焰发软，易被炉料挡住，造成回火，达不到助熔的效果。

3.点燃困难，不适用电炉生产过程。煤粉预燃室燃烧器，采用油枪点火，一经启动后连续运转。而电炉的生产过程是周期性的，约每20～30分钟，需要重新启动一次。频繁启动，对煤粉的点燃有更高的要求。

4.体积庞大，设备笨重，无法在电炉生产中应用。电炉上采用的助熔喷枪，要求轻便小巧，便于工人操作。

本发明的目的在于提供一种在电炉炉膛温度为常温的条件下，可喷射出刚度强的、2000℃以上的高温火焰的自燃式煤-氧喷枪及其喷吹工艺，用以加热和熔化炉料，缩短熔化期时间，降低吨钢电耗。

自燃式煤-氧喷枪主要由煤-氧喷射器和预燃段组成。采用高风压（5～10Kg/cm²旋涡燃烧原理，系强扰动式的燃烧方式。高压的一次氧流抽引N₂、煤粉双相流体，形成高粉气比的气粉双相流，高速喷入预燃段。由于流体的剪切作用，产生较大的卷吸速度。必须产生回流来满足射流的卷吸量。这样，在预燃段可形成稳定的回流区。大量已燃的高温燃气回流到回流区，从而提供了高温点火源，这时只需一团明火（例如用破布、废纸点火）。由于回流速度低，在其与主流区的边界上形成很大的速度梯度，造成强烈的紊流扩散混合，形成初始火焰。初始火焰扩散燃烧，向出口处喷出，并与二次氧混合，形成高温火焰。