專利名稱：用于直接熔融還原煉鐵的噴槍及其動態(tài)多槍爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及冶金工業(yè)，具體地涉及一種用于直接熔融還原煉鐵的噴槍及其動態(tài)多槍爐。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有的冶金工業(yè)中，熔爐中采用靜態(tài)噴槍。由于噴槍無法運(yùn)動，因此噴射面積較小，不利于傳熱、攪拌和還原。為了彌補(bǔ)上述缺點(diǎn)，靜態(tài)噴槍通常采用較大的噴射氣流量，但是這樣又帶來了更多的噴濺廢塵。
綜上所述，本領(lǐng)域缺乏一種噴射面積大、并降低噴濺強(qiáng)度的多槍爐。因此，本領(lǐng)域迫切需要開發(fā)這樣一種能提高噴射面積大、并降低噴濺強(qiáng)度的多槍爐。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于獲得噴射面積大、并降低噴濺強(qiáng)度的多槍爐。
本發(fā)明的另一目的在于獲得一種噴射面積大、并降低噴濺強(qiáng)度的多槍爐用噴槍。
本發(fā)明的再一目的在于獲得一種直接熔融還原煉鐵的方法。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于獲得一種多槍爐的用途。
本發(fā)明還有一個(gè)目的在于獲得一種多槍爐用噴槍的用途。
在本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，所述多槍爐包括爐體、爐腔和部分設(shè)置在爐體外的噴槍，其中，所述爐體的頂部設(shè)有開口，且所述部分噴槍通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設(shè)有活動裝置。
在本發(fā)明中“噴槍的一部分通過所述開口”，其含義是，以開口所在平面為分界線，噴槍槍體的一部分設(shè)在開口平面以上，一部分設(shè)在開口平面以下。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，開口平面以上的槍體部分的長度占槍體總長度的比例包括但不限于10-90％，優(yōu)選40-60％。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述活動裝置為萬向節(jié)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述爐腔包括三個(gè)操作區(qū)(一)燃燒區(qū)；(二)在燃燒區(qū)的下方為還原區(qū)；(三)在所述還原區(qū)的下方為鐵水區(qū)。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述噴槍周圍設(shè)有機(jī)械裝置，所述噴槍穿過所述機(jī)械裝置，且所述機(jī)械裝置設(shè)置設(shè)置在所述活動裝置和所述開口之間的平面上。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式中，機(jī)械裝置與開口所在平面的垂直距離占所述噴槍的槍體上部長度的比例包括但不限于10-90％，優(yōu)選30-70％，最優(yōu)選35-40％。所述槍體上部長度是指，從噴槍槍體的頂端到開口所在平面的垂直距離。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述開口的周圍設(shè)置密封裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述噴槍為動態(tài)噴槍，且所述動態(tài)噴槍的運(yùn)動方式包括機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述機(jī)械運(yùn)動的運(yùn)動方式包括噴槍的底端圍著爐軸作圓周運(yùn)動；和/或噴槍的底端作橫向的直線運(yùn)動；和/或噴槍沿著爐軸作上下運(yùn)動；和/或或上述運(yùn)動方式的組合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述自由運(yùn)動的運(yùn)動方式是指，自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機(jī)械裝置。由于自由運(yùn)動噴槍的底端在液體中，而頂端聯(lián)著萬向節(jié)，因此在自身的氣體噴射影響下，噴槍的底端將會運(yùn)動，而且噴槍的運(yùn)動受到頂端萬向節(jié)和下端爐體開口直徑的限制，在此范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動。
噴槍的可以是單孔噴口或多孔噴口。例如，一個(gè)噴口噴出氣體、一個(gè)噴口噴出固體。固體包括鐵礦和/或煤粉。所述鐵礦和/或煤粉可以混合后在一個(gè)或多個(gè)噴口噴出。鐵礦和煤粉的重量比例可以根據(jù)冶金領(lǐng)域的公知的煉鐵方法進(jìn)行確定。
所述噴口的位置較佳地設(shè)在槍體的底端。
本發(fā)明還有一個(gè)方面提供一種多槍爐用噴槍，所述噴槍部分設(shè)置在多槍爐的內(nèi)部；所述噴槍的上端設(shè)置有活動裝置。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述噴槍可以是單孔噴口或多孔噴口在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述噴槍進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述噴槍的機(jī)械運(yùn)動的運(yùn)動方式包括噴槍的底端圍著爐軸作圓周運(yùn)動；和/或噴槍的底端作橫向的直線運(yùn)動；和/或噴槍沿著爐軸作上下運(yùn)動；和/或上述運(yùn)動方式的組合。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述自由運(yùn)動的運(yùn)動方式是指，自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機(jī)械裝置。由于自由運(yùn)動噴槍的底端在液體中，而頂端聯(lián)著萬向節(jié)，因此在自身的氣體噴射運(yùn)動影響下，噴槍的運(yùn)動僅受到頂端萬向節(jié)和下端爐體開口半徑的限制，在此范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述活動裝置為萬向節(jié)。
本發(fā)明再有一個(gè)方面提供一種直接熔融還原煉鐵的方法，包括如下步驟，(a)提供鐵水層和爐渣層；(b)在步驟(a)得到的鐵水層和爐渣層中，采用本發(fā)明所述的噴槍噴入鐵礦粉、煤粉，和/或采用氧噴槍噴入含氧氣體；所述鐵礦粉還原后得到鐵水和爐渣；所述噴槍的底端接觸爐渣層。
在一個(gè)
具體實(shí)施例方式
中，所述鐵水層和爐渣層的重量屬于本領(lǐng)域的公知常識。
在本發(fā)明的一個(gè)具體實(shí)施方式
中，所述噴槍的底端接觸爐渣層，其中噴槍底端浸入礦渣層總厚度的比例根據(jù)實(shí)際情況而定，這屬于本領(lǐng)域的公知常識。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述鐵礦粉的顆粒直徑和煤粉的顆粒直徑根據(jù)本領(lǐng)域的公知常識。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述鐵礦粉與煤粉混合后進(jìn)行噴加，二者按重量計(jì)的混合比例可以由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)公知技術(shù)添加。
所述鐵礦粉和煤粉的成分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。
所述含氧氣體的含氧量為本領(lǐng)域的公知技術(shù)。含氧氣體的氣流量也可以根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)添加。含氧氣體的含氧量、鐵礦粉含鐵量、煤粉含碳量的重量比例由本領(lǐng)域技術(shù)人員按照現(xiàn)有技術(shù)添加。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，所述噴槍進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
在本發(fā)明的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式中，氧噴槍進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
本發(fā)明再有一個(gè)方面提供一種本發(fā)明的多槍爐的用途，其用于直接熔融還原煉鐵。
本發(fā)明再有一個(gè)方面提供一種本發(fā)明的噴槍的用途，其用于冶金工業(yè)中的氣體噴射和/或固體顆粒噴射。


圖1為本發(fā)明的多槍爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明人經(jīng)過廣泛而深入的研究，通過改進(jìn)工藝，獲得了能提高噴射面積、并降低噴濺強(qiáng)度的多槍爐。在此基礎(chǔ)上完成了本發(fā)明。
本發(fā)明的噴槍由于設(shè)置在爐頂開口的中央，因此也稱為中央噴槍。
多槍爐所述多槍爐包括爐體、爐腔和設(shè)置在爐體外的噴槍；所述爐體的頂部設(shè)有開口，且所述噴槍的部分通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設(shè)有活動裝置。
在本發(fā)明中噴槍的一部分通過所述開口，其含義是，以開口所在平面為分界線，槍體的一部分在開口平面以上，一部分在開口平面以下。其中，開口平面以上的槍體一部分占槍體長度的20-70％。
自由運(yùn)動噴槍的自由運(yùn)動可用于冶金工業(yè)中不同的氣體噴射和固體顆粒噴射。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式中，所述自由運(yùn)動的運(yùn)動方式是指，自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機(jī)械裝置。由于自由運(yùn)動噴槍的底端在液體中，而頂端聯(lián)著萬向節(jié)，因此在自身的氣體噴射影響下，噴槍的底端將會運(yùn)動，且噴槍的運(yùn)動僅受到頂端萬向節(jié)和下端爐體開口半徑的限制，在此范圍內(nèi)隨機(jī)運(yùn)動。
機(jī)械運(yùn)動用于噴射礦粉的中央噴槍可作下列機(jī)械運(yùn)動a)噴槍的底端圍著爐軸作圓周運(yùn)動。
b)噴槍的底端作橫向的直線運(yùn)動。
c)噴槍沿著爐的中心軸作上下運(yùn)動。
d)上述運(yùn)動的混合運(yùn)動。
噴槍的機(jī)械運(yùn)動可用于冶金工業(yè)中不同的氣體噴射和固體顆粒噴射。
中央噴槍和氧噴槍本發(fā)明的中央噴槍屬于可進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動的動態(tài)噴槍。
作為自由運(yùn)動噴槍進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，是由于自身的氣體噴射進(jìn)行運(yùn)動，而不是借助于外界的機(jī)械裝置。
自由運(yùn)動噴槍是相對用于噴射的靜態(tài)噴槍而發(fā)明。自由運(yùn)動噴槍的底端在液體中，而頂端聯(lián)著萬向節(jié)。自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機(jī)械裝置。當(dāng)氣體從噴槍射入液體時(shí)，沿著自由運(yùn)動噴槍上升的氣液流將推動自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動。由于自由運(yùn)動噴槍的頂端連著萬向節(jié)10，自由運(yùn)動噴槍的底端將偏離中心線位置。來自氣液流的推力將被噴槍自身的重力平衡和聯(lián)合，以使噴槍回復(fù)到垂直位置。氣流的推力和噴槍的重力一直在改變方向，導(dǎo)致了自由運(yùn)動噴槍在液體中的無規(guī)則運(yùn)動。相對于靜態(tài)噴槍而言，自由運(yùn)動噴槍的噴射面積擴(kuò)大了。自由運(yùn)動噴槍的噴濺強(qiáng)度將會減少。從水模型的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)噴槍流速60m/s時(shí)，自由運(yùn)動噴槍的噴濺強(qiáng)度比靜態(tài)噴槍在相同的條件下減少30％。
用于機(jī)械運(yùn)動和自由運(yùn)動的噴槍可以是單孔噴口或多孔噴口。
中央噴槍和氧噴槍可作連續(xù)的自由運(yùn)動。自由運(yùn)動是由于自身的氣流噴射，而不借助于外部機(jī)械裝置。
自由噴槍的運(yùn)動范圍和強(qiáng)度和噴射氣流的大小成正比。特別是，從水模型的實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)氣體流速達(dá)到50-60m/s時(shí)，自由噴槍就作大幅度運(yùn)動。在多槍爐中，噴槍的氣體流速將接近100m/s，甚至更高。而在煉鋼轉(zhuǎn)爐吹氧除炭工藝中，噴氣流速達(dá)到400/s。如此大的氣流動能將在一定程度推動噴槍運(yùn)動。
以下結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。下列實(shí)施例中未注明具體條件的實(shí)驗(yàn)方法，通常按照常規(guī)條件，或按照制造廠商所建議的條件。比例和百分比基于重量，除非特別說明。
參見圖1，是有關(guān)動態(tài)多槍熔爐的直接還原煉鐵。多槍爐1是一個(gè)直立的圓柱型熔爐并帶有一個(gè)中央噴槍4和兩個(gè)氧噴槍5。當(dāng)然，氧噴槍的個(gè)數(shù)可以根據(jù)需要進(jìn)行選擇。
中央噴槍4設(shè)于熔爐的中央并在動態(tài)中噴射鐵粉和煤粉的混和物。如圖1所示，中央噴槍4的槍體上設(shè)有供固體物質(zhì)和氣體進(jìn)入的入口15。所述固體物質(zhì)例如鐵粉、煤粉。
氧噴槍5圍繞中央噴槍4放置并在動態(tài)中噴射含氧氣體。在本實(shí)施例中，氧噴槍5的個(gè)數(shù)為2個(gè)，對稱設(shè)置在中央噴槍4的兩側(cè)。
氧噴槍5的底端噴口位于中央噴槍4噴口的上方。熔爐的爐頂為每一個(gè)噴槍設(shè)有一個(gè)開口，如圖所示，中央噴槍4通過開口13，也即，中央噴槍4的槍體的上部設(shè)在多槍爐1的爐體16外，而下部伸入多槍爐1的爐腔17內(nèi)。
開口13周圍的密封裝置14用于減少爐氣的通過。此外，熔爐設(shè)有排放煙氣的出口9和鐵水、爐渣的出口8。
動態(tài)的中央噴槍將有助于熔池的攪拌，熱能的傳遞和二次燃燒。動態(tài)噴槍可分為機(jī)械運(yùn)動和自由運(yùn)動。連續(xù)的噴槍運(yùn)動是該過程的明顯特征以區(qū)別于靜態(tài)噴槍。
在工作中，動態(tài)多槍爐可分為三個(gè)操作區(qū)。
燃燒區(qū)6-在氧噴槍5的噴口下方，接近爐渣層3。氧氣將燃燒CO，H2和煤焦以提供熱能。氧噴槍5的運(yùn)動將有助于氣體的混合和燃燒。
還原區(qū)7-在中央噴槍4口的下方，接近爐渣的下層，F(xiàn)eO被煤焦，F(xiàn)e-C中的炭和還原氣還原。連續(xù)的中央噴槍4運(yùn)動將有助于FeO的快速還原。
鐵水層2-還原的鐵水在熔爐的底層準(zhǔn)備出料。中央噴槍4的運(yùn)動在一定程度上可影響鐵水層的攪動。
爐渣層的下層為還原區(qū)，爐渣層的上層接近燃燒區(qū)。
在工作中，中央噴槍4在機(jī)械裝置11的作用下可作下列機(jī)械運(yùn)動(1)當(dāng)噴槍的上端連著萬向節(jié)10，噴槍的底端可繞熔爐的中心軸作圓周運(yùn)動。
(2)中央噴槍4可以機(jī)械地上下運(yùn)動。
(3)中央噴槍4的底端可作直線運(yùn)動，而上端連著萬向節(jié)10。
中央噴槍4的底端接觸爐渣層3。當(dāng)中央噴槍4進(jìn)行運(yùn)動時(shí)，其運(yùn)動直接傳遞到爐渣層3。所有這些機(jī)械運(yùn)動將改變?nèi)艹氐牧飨颉?br> 同時(shí)，中央噴槍4的運(yùn)動還能改變噴射的固體顆粒和液體的相互作用。同靜態(tài)噴槍相比，鐵礦粉和煤粉將被噴射到更大的范圍。冷的固體顆粒將有效地被熱的溶池溶化。
氧噴槍也可作上述的機(jī)械運(yùn)動，以便增強(qiáng)氣體攪拌、二次燃燒和熱傳遞。
本發(fā)明的噴槍4除了進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動以外，還可進(jìn)行自由運(yùn)動。例如，如圖1中所示的虛線所示意。
自由運(yùn)動的噴槍4是相對用于噴射的靜態(tài)噴槍而發(fā)明。自由運(yùn)動的噴槍4的底端在液體中，而頂端聯(lián)著萬向節(jié)10。自由運(yùn)動噴槍4的運(yùn)動是由于自身的氣體噴射而不借助于外部的機(jī)械裝置。當(dāng)氣體從噴槍4射入液體時(shí)，沿著自由運(yùn)動噴槍4上升的氣液流將推動自由運(yùn)動噴槍4的運(yùn)動。由于自由運(yùn)動噴槍4的頂端連著萬向節(jié)10，自由運(yùn)動噴槍4的底端將偏離中心線位置。來自氣液流的推力將被噴槍4自身的重力平衡和聯(lián)合，以使噴槍4回復(fù)到垂直位置。氣流的推力和噴槍4的重力一直在改變方向，導(dǎo)致了自由運(yùn)動噴槍4在液體中的無規(guī)則運(yùn)動。
相對于靜態(tài)噴槍而言，自由運(yùn)動噴槍的噴射面積擴(kuò)大了。自由運(yùn)動噴槍的噴濺強(qiáng)度將會減少。從水模型的試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)自由運(yùn)動噴槍的噴濺強(qiáng)度比靜態(tài)噴槍在相同的條件下減少30％。
在多槍爐中，自由運(yùn)動噴槍可用于中央噴槍噴射鐵礦粉和煤粉。自由運(yùn)動噴槍的運(yùn)動將把冷的礦、煤粉噴入到更大的范圍，這會有助于傳熱、攪拌和還原。自由運(yùn)動噴槍的低噴濺強(qiáng)度有利于減少噴濺廢塵。
在本發(fā)明提及的所有文獻(xiàn)都在本申請中引用作為參考，就如同每一篇文獻(xiàn)被單獨(dú)引用作為參考那樣。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明的上述講授內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
權(quán)利要求
1.一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，其特征在于，所述多槍爐(1)包括爐體(16)、爐腔(17)和部分設(shè)置在爐體(16)外的噴槍(4)，其中，所述爐體(16)的頂部設(shè)有開口(13)，且所述部分噴槍(4)通過所述開口(13)；所述開口(13)上圍繞所述噴槍(4)設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氧噴槍(5)；其中，所述噴槍(4)的上端設(shè)有活動裝置(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的多槍爐，其特征在于，所述噴槍(4)周圍設(shè)有機(jī)械裝置(11)，所述噴槍(4)穿過所述機(jī)械裝置(11)，且所述機(jī)械裝置設(shè)置(11)設(shè)置在所述活動裝置(10)和所述開口(13)之間的平面上。
3.如權(quán)利要求1所述的多槍爐，其特征在于，所述噴槍為動態(tài)噴槍，且所述動態(tài)噴槍的運(yùn)動方式包括機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
4.一種多槍爐用噴槍，所述噴槍(4)部分設(shè)置在多槍爐(1)的內(nèi)部；其特征在于，所述噴槍(4)的上端設(shè)置有活動裝置(10)。
5.如權(quán)利要求1所述的噴槍，其特征在于，所述活動裝置(10)為萬向節(jié)。
6.一種直接熔融還原煉鐵的方法，其特征在于，包括如下步驟(a)提供鐵水層(2)和爐渣層(3)；(b)在步驟(a)得到的鐵水層(2)和爐渣層(3)中，采用權(quán)利要求4所述的噴槍(4)噴入鐵礦粉、煤粉，和/或采用氧噴槍(5)噴入含氧氣體；所述鐵礦粉還原后得到鐵水和爐渣；所述噴槍(4)的底端接觸爐渣層(3)。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述噴槍(4)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，氧噴槍(5)進(jìn)行機(jī)械運(yùn)動和/或自由運(yùn)動。
9.一種如權(quán)利要求1所述的多槍爐的用途，其特征在于，用于直接熔融還原煉鐵。
10.一種如權(quán)利要求4所述的噴槍的用途，其特征在于，用于冶金工業(yè)中的氣體噴射和/或固體顆粒噴射。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于直接熔融還原煉鐵的多槍爐，所述多槍爐包括爐體、爐腔和設(shè)置在爐體外的噴槍；所述爐體的頂部設(shè)有開口，且所述噴槍的部分或全部通過所述開口；所述開口上圍繞所述噴槍設(shè)置一個(gè)或多個(gè)氧噴槍；其中，所述噴槍的上端設(shè)有活動裝置。本發(fā)明還提供了一種直接熔融還原煉鐵的方法。本發(fā)明的多槍爐噴射面積大、并降低噴濺強(qiáng)度。本發(fā)明的噴槍分為機(jī)械運(yùn)動噴槍和自由運(yùn)動噴槍，連續(xù)的噴槍運(yùn)動是該過程的明顯特征以區(qū)別于靜態(tài)噴槍。
文檔編號C22B5/12GK1916189SQ20061012918
公開日2007年2月21日 申請日期2006年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者范全榮 申請人:范全原