[发明专利]选择性调整热通量提高倾斜旋转炉中加热装填材料均匀性

说明书

技术领域

本公开针对熔炉系统。更具体而言，本公开针对倾斜旋转炉和操作倾斜旋转炉系统的方法。

背景技术

倾斜旋转炉用于如熔铝的工艺，因为它们通过炉倾斜来提供金属出液的灵活性。三个优点包括：1)它们可以更低的工艺温度操作，因为可通过倾斜来移除装填材料(与固定轴线旋转炉相反，其中工艺温度常常远超过熔化装填材料所需的温度以便将所添加的熔剂液化以在每个周期后移除)，2)它们可更彻底地排空，以及，3)它们可减少装填材料上氧化物形成。

但由于倾斜，在倾斜旋转炉中的装填材料分配不均匀。由于重力，装填材料朝向炉边缘上方的炉端部流动。这种负荷分配次优于常规传热手段，特别是氧燃料燃烧器，其倾向于在火焰附近递送相对高热通量。用于倾斜旋转炉的已知燃烧器对于提供对应于装填材料定位和深度的放热模式缺少控制。因此，这些已知燃烧器向装填材料的特定部分提供太少热或者它们通过向装填材料的其它部分提供太多热而浪费热。因此，具有已知燃烧器布置的已知倾斜旋转炉可具有增加的金属氧化且需要频繁清洁。

美国专利申请公告No. 2009/0004611 A1针对一种燃烧方法。在该方法中，由一个或多个燃烧器来加热工业炉。炉的实例包括钢再热炉、铝熔炉、玻璃熔炉、水泥窑、铅熔炉、铜熔炉和铁熔炉。燃料(例如，任何易燃流体)与主氧化剂(包括至少50体积百分比的氧气浓度的流体)通过一个或多个燃烧器提供给炉。燃料和主氧化剂以小于70%的主氧气与燃料的化学计量比的流率提供。燃料和主氧化剂以每秒100英尺或更小速度提供。次氧化剂通过喷枪喷射。在燃烧反应中生成的热向装料辐射以加热该装料。热直接地或通过炉气体和壁间接地辐射且通过对流传递很少热。此申请并未公开关于选择性地调整热通量来实现使用相同点火速率的燃烧器对具有不均深度的熔融物的均匀加热。

美国专利No. 5,755,818A(对应于EP 0 748 982 B1)('818专利)针对一种分级燃烧方法。该方法类似于在'611申请中所讨论的方法，但燃料和主氧化剂以至少每秒100英尺的速度提供。类似于'611申请，在燃烧反应中生成的热辐射到装料以加热该装料，且热直接地或者通过炉气体和壁间接地辐射且通过对流传递很少热。同样，'818专利并未教导对于不同的应用和不同的操作条件如何来调整火焰形状和长度。

美国专利No. 5,609,481(对应于EP 0 748 994)('481专利)针对在直燃式炉中加热或熔化装填材料的方法。在该方法中，通过从直燃式燃烧器辐射的热来加热该装料。在直燃式燃烧器与装料之间引入装料附近气体用于增加或减少氧化。装料附近气体形成分离燃烧产物与装料的隔层。可调整该隔层以控制装料的氧化。为了获得该隔层，燃料、氧化剂和装料附近气体以低于每秒50英尺的速度引入。'481专利具有若干缺陷。举例而言，可通过混合装料从而限制在装料内分配热的能力且减弱利用对流加热的能力来中断隔层。

先前确定的专利和专利申请的公开作为参考结合到本文中。

在本领域中需要提供控制地加热熔炉系统的方法，其导致熔化更大的均匀性，装填材料减少的氧化和利用更少清洁周期更彻底排空。

发明内容

本公开的一方面包括一种加热装填材料的方法。该方法包括：提供炉用于加热装填材料，以及向第一喷射器可控制地提供第一燃料和第一氧化剂且向第二喷射器提供第二燃料或第二氧化剂之一以形成在装填材料上方的放热分布，放热分布在距所述燃烧器受控制的距离处包括高热通量区域。受控制的距离对应于最深装填深度位置。

本公开的另一方面包括一种用于加热装填材料的倾斜旋转炉。该炉包括可旋转部分，该可旋转部分包括：容器，其用于接收装填材料，该装填材料具有深度分布，深度分布包括最大装填深度位置；以及，燃烧器，其具有第一喷射器和第二喷射器。可在第一轴线与第二轴线之间调整可旋转部分。炉角度导致装填材料具有深度分布，深度分布包括最大装填深度位置。燃烧器向第一喷射器可控制地提供第一燃料和第一氧化剂且向第二喷射器可控制地提供第二燃料或第二氧化剂之一以形成在装填材料上方的放热分布，放热分布在距燃烧器受控制的距离处包括高热通量区域。受控制的距离导致高热通量区域接近以下位置中的一个或多个：对应于最大装填深度点的装填材料表面的一部分和对应于最大装填深度点的可旋转部分的壁部。