[发明专利]提高输入废料块内能量的方法

说明书

在加热和熔化废料中限制产出的步骤是能量向废料块的传递。结果，例如在电孤炉的情况下，熔化阶段可通过安装在侧壁上的燃烧器来辅助。然而，这些燃烧器传递进废料块内的热量有限，因为贯穿废金属料块的大的空隙体积的热传导差。从而燃烧器引入的能量局限在最高为废料熔化所需总能量的10％。

用于废料熔化的一个已知转炉方法借助于用氧气和细碎煤操作的底喷咀从下面开始来熔化废料柱。它达到热的燃气体向废料块的最佳热传递。在该方法的一个变化方式中，在加入废料之前在转炉底部先装入焦炭，然后用氧气燃烧焦炭。业已证明，在小转炉中用该法能在焦炭消耗大约220kg下把废料转化成钢水。使用一个氧气射流通过反应气体的燃烧而从上部把补充能量传递给废料。

在另一方法中，天然气或油-氧气燃烧器安装在稍高于转炉底的侧壁上。该方法确实能够熔化废料，但有相当量的铁被氧化，且必须在稍高于熔点的温度下从转炉除去铁水，以便在单独的容器内进行后处理。

欧州专利0350 982 A1揭示了一种废料块加热和熔化过程中提高输入能量的方法。该方法中，用枪状喷嘴燃烧进废料块内形成一个通道，然后把吹氧管插入通道内。但这种管的插入证明在实际使用中不可能实施。

总之，应注意到在所有至今已知的方法中不可能达到从矿物燃料(不论是煤、油还是天然气)到废料块内的大量热传递而不伴随强烈的干扰性副反应，并且不可能有所需的高热效率。

本发明的目的是在高热效率且不出现干扰性副反应下把能量传递到废料块内。

上述目的可通过一种提高废料块加热和熔化过程中输入能量的方法而达到，该方法中，通过燃烧在废料块内形成一个通道并通过该通道输入用来加热和熔化废料块的补充能量，其中所说的方法的特征在于所说的通道是借助含氧热气体射流燃烧进废料块内的。

令人意外地已发现，含氧热气体射流能只在几分钟内燃烧进废料块内形成一个通道。

因而，已可能例如通过一个中心喷咀，使用一个流量为2000m³／小时、气流温度为1400℃、热空气喷咀的出口速度为600米／秒的热空气射流并添加100Nm³／小时的天然气，能在3分钟内燃烧一个直径大约20cm，深3m的通道。

通道能在不添加矿物燃料而只使用含氧热气体射流下燃烧进废料块内。然而，通道燃烧优选地在存在矿物燃料下实施。矿物燃料可存在于废料块内，但优选地添加到气体射流中。应明白两种变化方式，即把矿物燃料添加到废料块中和添加到气体射流中，可以各自或同时使用。

使用的矿物燃料主要是天然气，也可以是石油、煤和焦炭。

矿物燃料的添加量有利地保持足够低以使气体射流中仍有游离氧。游离氧保证了在废料块内更快速地形成开口。另外，废料块内经常存在的可燃物质可在废料柱内燃烧，它导致了特别有利的能量利用。

尤其优选的用天然气作为矿物燃料。在大约2800℃时，天然气在与氧气的燃烧过程中发生分解，成为游离基，气体扩散进废料块内并且在更低的温度下把它们的复合能释放给废料。这可靠地保证了尤其良好的能量传递。火焰温度应尽可能高，优选地至少2500℃。

在大约1到2分钟的初期阶段后，最有效地添加矿物燃料以保证气体射流内最新的可能反应。因而，例如，通过喷咀添加天然气的适宜方式应使含氧气体射流内出现弱涡流。在煤的情况下，优选地使用细碎煤的尽可能粗的部分，即使用0．1到1mm范围内的煤粒。然后，它们只有在气体射流产生的通道内时才充分燃烧。

含氧热气体可以用热空气、富氧热空气以及纯氧。在富氧气体射流的情况下，优选地富氧最高为30％。然而，当使用冷氧气进行富氧时可提高到最高优选地60％。从喷咀的角度来看，吹入热空气而不是氧气更简单。热空气能用陶瓷喷咀喷射，但氧气相反却需要水冷喷咀。

为达到尽可能高的热效率，尽可能高地设定含氧气体射流的温度。在热空气的情况下，已证明1000℃和1600℃之间的温度尤其有利。然而也能有利地使用具有更高温度的气体射流。优选地气体射流温度为至少500℃。氧气可相对无问题地预热到最高1200℃。使用热空气及富氧热空气比喷射纯冷氧气有两个主要优点：由于高速度-热空气速度比室温音速两倍还高的结果-以及由于更高的气体数量，故比喷射纯氧气有高得多的动量。该动量保证了开口的烧入。存在的游离氧大大有利于开口的燃烧，存在的氮在一定程度上可防止熔化过程中的氧化。

然而，也可使用纯热氧气。温度越高则音速越高，例如，1200℃时纯氧气为大约900米／秒。因而用热氧气也能得到更多的动量。