[发明专利]将氧气超音速地喷射到窑炉中的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种将氧气超音速地喷射熔炉、特别是竖炉中的方法，其中，原料如焦炭和废铁从顶部加入，可燃材料的燃烧通过喷射空气——一般是经预热的空气进行，空气与焦炭发生反应，使用经预热的燃烧器使燃烧开始。所述窑炉特别地是冲天炉，其包括设置在冲天炉底部的环面(anneau torique)，通过与燃烧气体的热交换而被预热的吹送空气通过连接在该环面上的多个喷嘴被喷射到冲天炉中。

背景技术

为了改进冲天炉的运行，或者为了增加其产量，已知利用位于各喷嘴中央的超音速喷枪来喷射氧气。该技术的一个有利之处在于，高的氧气喷射速度可使氧气穿透进入冲天炉的中央。

但是，在低氧气流量的情况下，喷枪内氧气压力降低，这会导致喷入冲天炉中的氧气的速度降低(变成亚音速速度)，这样，氧气向冲天炉中央的穿透将低于高氧气流量时(在冲天炉的情况下上游压力为约8×10⁵到10×10⁵Pa)。

为了获得高的氧气速度，喷枪一般定尺寸成用于约9×10⁵Pa的工作压力(在形成位于喷枪末端的超音速喷射嘴的渐缩/渐扩装置的上游)。但是，所述压力仅在设备的名义流量下获得：当在60％名义值下运行时，该压力仅为4.5×10⁵Pa。

为了克服这个问题，已经提出使所有的喷枪交替地运行——或者通过交替进行“开”和“关”的状态，或者通过交替进行“低流量”和“高流量”。在这两种情况下，在喷枪的工作压力下可获得最大流量。这样可阻止喷枪在导致低氧气喷射速度的低压下运行。

但是，这些已知技术具有如下缺点：

-实施复杂(安装成本)；

-电磁阀在极大量开/关周期作用下的可靠性；

-难以获知所消耗的平均流量，这不便于这些技术与稳定流量的比较；以及

-对总流量的控制不是连续的、而是流量阶梯变化。

一种可供选择的方案在于，根据流量变化操作数量逐渐增加的喷枪，以保持喷枪中可能的最稳定压力。这样可避免在氧气流量低时低的运行压力。

但是，通常存在氧气喷射的不对称性，这不利于冲天炉的正确运行。

在所有情况下，上述方案还要求安装另外的电机控制。

发明内容

根据本发明的方法和装置能够避免上述缺点。本发明的方法的特征在于，窑炉运行所需的总的氧气通过两个单独的回路进行喷射：

-包括至少一个超音速氧气喷射嘴的第一回路；以及

-包括补充氧气喷射元件的第二回路，该第二回路通过一压敏元件如溢出元件(或更通常地为上游压力调节元件)连接到第一回路，以便一旦达到第一回路的最大流量即在第一回路中获得稳定的氧气压力。

在第一回路中，在各喷嘴内部定位有超音速喷枪，其尺寸设定成用于在造成最大氧气速度的最佳压力下(即，对于约2.1马赫的速度为9bar)运行，针对最大总流量的一定份额达到所述压力。

在第二回路中，用于达到总流量的补充氧气被喷射。该第二回路将通过与超音速喷枪的喷射点不同的第二喷射点将氧气喷射到冲天炉中。该第二回路的喷射速度较低，但该第二回路的使用时间与第一回路的使用时间相比也较少。

优选地，利用溢出元件(或位于超音速喷嘴上游的压力调节元件)使第二回路直接通过第一回路中的“分支连接”进行供给。

这样，一旦达到第一回路的最大流量即可使第一回路中的压力稳定。

优选地，第一回路定尺寸成一旦达到总的氧气流量的一定份额、例如60vol.％即可获得超音速氧气喷射速度。根据一变型的实施例，本发明的方法的特征在于，将来自第二回路的氧气优选以亚音速速度喷射到冲天炉的吹送空气中，或同心地围绕超音速氧气射流，或直接进入至少一个吹送空气喷射嘴。

本发明还涉及一种用于实施所述方法的装置，其特征在于，该装置包括：用于喷射氧气的元件，其具有最大流量；包含至少一个超音速氧气喷射嘴的第一回路；用于补充氧气喷射的第二回路；第一和第二回路连接在氧气喷射元件上，在第一和第二回路的氧气喷射元件之间插设有的压敏元件如溢出元件(或上游压力调节元件)。

还优选地，第一回路包括多个具有至少一个氧化剂喷枪的组，各喷枪组相继地被致动，以在第一回路的氧化剂流量逐渐增加时保持氧化剂向第一回路中的超音速喷射。

附图说明

借助于以下非限制的示例性实施例和附图将能更好地理解本发明，其中：

图1：根据现有技术的冲天炉及其氧化剂(热吹送空气)供应系统的示意图。

图2：根据本发明的氧化剂喷射简图。