[发明专利]废钢铁料的预热的设备和预热方法

说明书

技术领域

本发明涉及废钢铁料的预热预热方法和设备。

背景技术

通常，生铁冶炼和炼钢的冶金工艺在工业生产中是最消耗能量的。因此，冶金领域的技术人员都致力于总体能量均衡的研究。从能量生产和能量提供的角度出发，由于受到不可再生能源的限制以及对二十世纪七十年代所出现的能源危机的认识，人们已经开始寻求降低能量消耗的方法。另外，从生态保护和环境保护的角度出发，降低能量消耗也是控制工业发展的决定因素。由于生铁冶炼和炼钢的冶金工艺还会产生大量的污染空气的有毒气体以及具有危害性的固体废物，因此更有义务对生铁冶炼和炼钢的生产设备和方法进行改善以响应公众和政府关于环境治理的号召。基于上述因素，应该在全世界范围内尽可能地通过提高能效率来改善冶金领域的能量均衡。人们已经通过更换燃料或能量类型以及采用能够更好地适应生态环境的和经济实用的特殊方法或特定步骤来努力达到改善的目的。显然，降低冶金工艺精炼和熔炼过程中主要消耗的最佳方案是尽可能地利用处理系统中诸如所排出废气中的化学热量和显热等未使用的能量损耗。显然，利用最直接合理的方法将一部分损耗的能量回收到产生废气的冶金系统中能够降低初始的能量需求，从而提高所述冶金系统的能量效率。因此，对以合理直接的方式利用排出气体中的废弃能量的设想致使人们设计出用于将预热的废料加入电弧炉的能量回收设备。但是，与人们的设想相反，所设计的与电弧炉结合使用的设备仅仅能够到达一部分人们所预期实现的效果。概括地说，初始安装费用高、机械故障、维修费用高、污染问题以及可能引起爆炸危险的安全问题是提高它们适应性的明显因素。由于从目前的废料预热设备中排出的有毒物质不符合目前法律和法规关于排放到大气中的有毒物质含量的规定，因此上述这些问题与目前和将来的环境保护法是密切相关的。

另一方面，众所周知，特别用于电弧炉废料炼钢过程中的间接节省能量的最有效方法是在将废料加入所述电弧炉中之前在一个独立的加热设备中对废金属料进行预热，该方法也被称为“预充填废料的预热处理方法”。尽管如此，由于这种用于电弧炉炼钢的废料预热设备的设计适应性不强，因此它仅仅可偶尔用于“对料斗中的废料进行预热”的方法中。

除了考虑减少能量消耗和生态保护这些因素以外，人们还需要致力于电弧炉炼钢方法中关于提高生产率以及降低成本的研究。目前用于提高生产率以及降低成本的电弧炉炼钢方法的改进方法有许多种，常见的改进方法如下：通过提高用于泡沫状熔渣操作的二次电压使输入的电能进一步提高；在将炉中的可燃性气体排出之前通过使所述可燃性气体在炉中直接进行后燃烧来瞬时回收化学能；在炉中增加用于提高和加速废料快速熔化的氧气燃料燃烧器；利用排出气体中所含有的化学能和显热结合氧气燃料燃烧器使钢铁废料在加入炉中之前得到预热；最后引入超声氧气喷管以提高脱碳和熔渣起泡漂浮的效果。

上述改进方法中的三种利用其它装置提高废料温度再使所述废料进入电弧炉的方法是：利用后燃烧方式瞬时回收所述炉中的化学能；在炉中增加氧气燃料燃烧器以及使钢铁废料在加入炉中之前得到预热。

上述第一种方法是利用氧气使废料熔化过程中所产生的废气内的可燃性成分在排出之前得到燃烧，从而瞬时地直接回收在所述炉中的化学能。这种方法可以成功地用于平炉、碱性氧化炉和能量最佳的炉子中。利用从所述容器中所排出气体的显热对富含氧气的空气预热以代替对氧气预热是该方法的一种变型。但是，这种方法用于电弧炉中时，特别在利用电弧同时熔化废料的阶段，使用该方法只能有限地提高生产率和节省电能，实际的能量节省是由废料“就地”预热所产生的。所述熔池中的后燃烧气体的不太令人满意的热交换效率很大程度上限制了电弧炉中熔融废料的后燃烧的使用效果，所述熔池由绝热材料和泡沫状熔渣层所覆盖。为此，因为从泡沫状熔渣中所排出废气的可燃性成分的燃烧或所谓的后燃烧提高了在所述熔渣上方自由空间内的废气的温度和体积，所以电弧炉中熔融废料后燃烧仍具有较高效率。因此，提高所述炉中的废气压力可以减少吸入所述炉中的外界冷空气的量。因此，当所述炉中保持所需的内部温度时，可以减少加热冷空气所需的电能，最终导致节省电能的目的。应该注意的是，与提高了成本的需要附加氧气进行后燃烧的方法相比，这种方法能够在不提高成本的前提下通过对所述炉子进行足够的密封以防止冷空气的吸入而到达相同的节省能量的效果或更加有效地节省能量。另外，对电弧炉进行足够的密封还可以有效地减少从炉中排出的废气量。例如，在110吨的炉中，停止一个排气扇可以使排气量减少50％以上(从90000Nm³/小时减少到40000Nm³/小时)。