一种无火焰接触预热废钢的方法和预热装置

技术领域

本发明涉及钢铁冶金冶炼技术领域，尤其涉及一种无火焰接触预热废钢的方法和预热装置。

背景技术

虽然电炉冶炼在碳排放方面相比于长流程有着一定的优势，但是采用全废钢电炉冶炼条件下的产品价格明显高于转炉冶炼成本。而采用高废钢比转炉生产流程可以提高经济效益，所以许多企业采用多种方法提高转炉长流程生产过程中废钢比，提高废钢比可以明显降低吨钢碳排放量，从而降低钢铁企业焦炭的消耗。

废钢预热技术是提高转炉流程废钢比的一种重要方法，在行业内得到广泛的使用，尤其在螺纹钢生产过程中，许多企业和研究工作者在废钢预热方面做了大量的工作。现阶段废钢预热基本上都是利用煤气燃烧直接对废钢进行烘烤预热，仅在废钢预热的位置、烧嘴及燃烧方式上有所区别，在实际生产过程中热量利用率低。实践经验表明这类型预热方式煤气利用率较低一般只有10～20％，对于内部紧实的轻薄料压块，上层废钢和下层废钢温差大，温差能到达600℃以上，烘烤效率低，所以对烘烤原料要求高；其次，由于在一种开放的环境下利用明火直接预热废钢，氧气过剩，废钢被氧化严重、铁损高；最后，采用这类废钢预热方式一般未设置专门的烟气处理设备，所以带来一定的环境污染问题。

因此，亟需一种废钢的预热方法及装置，解决可燃气体利用率低、预热过程烟气无组织排放及废钢预热温度不均匀的问题，开发一种密闭、环保、能源利用效率高且预热均匀方法非常重要。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供了一种无火焰接触预热废钢的方法和预热装置，用以解决现有可燃气体利用率低和废钢预热温度不均匀的问题。

一方面，本发明提供了一种无火焰接触预热废钢的预热装置，包括烟气发生器，烟气管道和钢包；

所述烟气发生器包括燃烧室，与所述燃烧室相连通的可燃气体管道和助燃气体管道；

所述烟气管道包括依次连通的进气管、环管和出气管；所述进气管与所述燃烧室相连通，所述环管位于所述钢包的外周面，且所述出气管贯穿所述钢包底部的侧壁与钢包内腔连通。

进一步地，所述钢包为上端开口的U型结构，在所述钢包的开口处放置有除尘罩。

进一步地，所述烟气管道包括多个出气管，多个所述出气管围绕所述钢包的外周均匀排布。

进一步地，所述进气管与所述出气管不同轴设置。

进一步地，在所述钢包的内壁堆砌有耐火材料。

进一步地，在所述钢包内部放置有支撑盘，所述支撑盘为内部中空的圆形结构，所述支撑盘的侧壁开设有与所述出气管连通的通孔，在所述支撑盘的上表面开设有多个输烟通道，所述输烟通道绕着所述支撑盘的中心均匀排布。

进一步地，在所述支撑盘的上表面上固接有多个立柱，所述立柱内部中空且与所述输烟通道连通；所述立柱远离所述输烟通道的一端为封闭设置，且在所述立柱的侧壁上开设有多个通孔。

另一方面，本发明提供了一种无火焰接触预热废钢的方法，通过本发明所述预热装置而实现，包括以下步骤，

将废钢装入钢包中，向燃烧室内通入可燃气体和助燃气体，在燃烧室内燃烧后产生热烟气，所述热烟气通过进气管、环管和出气管进入钢包内，对钢包中的废钢进行预热。

进一步地，所述可燃气体的利用率在50％以上。

进一步地，所述钢包上层废钢和底层废钢的温差在100℃以下。

与现有技术相比，本发明至少可实现如下有益效果之一：

1、本发明提供了一种废钢的预热装置，包括烟气发生器，烟气管道和钢包，烟气发生器和钢包通过烟气管道相连通；其中烟气发生器包括燃烧室，在燃烧室内产生热烟气，热烟气沿着烟气管道进入钢包的底部对废钢进行预热，热烟气通过废钢之间的缝隙向上传递，对钢包上层的废钢进行预热。利用本发明的预热装置，明火不与废钢直接接触，能够降低废钢的氧化率，还能够提高可燃气体的利用率，使得利用率在50％以上，并使得钢包底层和上层的废钢的温度均匀，温差较小，温差在100℃以下。

2、本发明提供的预热装置在钢包的内壁设置有耐火材料和在钢包上端设置有除尘罩，形成密闭的环境，延长热烟气在钢包内停留时间，并减少热量与钢包外产生热交换，使得热烟气的利用率得以提高，缩短预热时间，提高生产效率，降低成本。

3、本发明所提供的预热装置还包括设置在钢包内部的支撑盘，而支撑盘为内部中空的圆形结构，所述支撑盘的侧壁开设有与所述出气管连通的通孔，在所述支撑盘的上表面开设有多个输烟通道，所述输烟通道绕着所述支撑盘的中心均匀排布。采用上述支持盘结构，使得热烟气分布更加均匀，从钢包的底部匀速的上升，持续的对钢包内的废钢进行加热，进一步的提高热烟气的利用率，使得废钢的温度均匀。

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为废钢预热装置的俯视图；

图2为图1废钢预热装置的剖视图；

图3为废钢预热装置示意图；

图4为废钢预热装置中支撑盘的示意图；

图5为支撑盘的剖视图；

图6为支撑盘带有立柱的示意图；

图中，1、可燃气体管道；2、助燃气体管道；3、燃烧室；4、进气管；5、环管；6、出气管；7、耐火材料；8、钢包；9、废钢；10、除尘罩；11、连接管；12、输烟通道；13、立柱；14、风机。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

在钢铁冶炼中，对废钢进行预热能够提高废钢比，可以明显降低吨钢碳排放量，从而降低钢铁企业焦炭的消耗。目前，对废钢的预热主要采用的是煤气燃烧直接对废钢进行烘烤预热，在预热时，对废钢的氧化较为严重，且热量流失较快，导致煤气的利用率较低。在生产实践过程中还发现，利用煤气燃烧对废钢进行预热，检测后发现钢包内底层和上层的废钢温差较大，无法做到温度较为均匀。

参照图1和图2，本发明提供了一种无火焰接触预热废钢的预热装置，包括烟气发生器，烟气管道和钢包8；

所述烟气发生器包括燃烧室3，与所述燃烧室3相连通的可燃气体管道1和助燃气体管道2；

所述烟气管道包括依次连通的进气管4、环管5和出气管6；所述进气管4与所述燃烧室3相连通，所述环管5位于所述钢包8的外周面，且所述出气管6贯穿所述钢包8底部的侧壁与钢包8内腔连通。

与现有技术相比，本发明提供的预热装置明火不与废钢9直接接触，而是利用可燃气体燃烧后产生的热烟气对废钢9进行预热。热烟气在燃烧室3产生后沿着烟气管道从钢包8的底部对废钢9进行预热，热烟气不断地从废钢9之间穿过并与废钢9产生热交换。利用本发明的预热装置对废钢9进行预热，能够降低废钢9的氧化率，还能够提高可燃气体的利用率，使得利用率在50％以上，并使得钢包8底层和上层的废钢9的温度均匀，温差较小，温差在100℃以下。

具体的，所述钢包8为上端开口的U型结构，在所述钢包8的开口处放置有除尘罩10。

所述钢包8由钢板围成的U型结构，钢包8的上端为开口设计，便于放入废钢9，并在钢包8的上端放置有除尘罩10。除尘罩10的作用是与钢包8形成封闭环境，使得热烟气在钢包8内进行循环，对钢包8中的废钢9进行充分预热，使得废钢9的温度均匀。此外，在除尘罩10上设置有连接管11，连接管11与除尘系统连接，能够脱除预热过程中产生的粉尘等杂质，降低对环境的污染。

具体的，所述烟气管道包括多个出气管6，多个所述出气管6围绕所述钢包8的外周均匀排布。

本发明的预热装置中，所述环管5位于所述钢包8的外周面，并不与钢包8进行直接接触，而是通过在多个出气管6将环管5和钢包8进行连接，多个所述出气管6围绕钢包8的外周均匀排布。在燃烧室3产生热烟气后，从出气管6进入到环管5内，充满环管5后，在从出气管6进入钢包8内。环管5和出气管6将热烟气均匀的注入钢包8中，使得钢包8内废钢9的温度均匀，进而提高可燃气体的利用率，缩短加热时间，提高生产效率。

优选的，所述出气管6的数量为3-6个。

优选的，所述出气管6固接在环管5的下方。

本发明中出气管6与环管5连通，且设置在环管5的下方。由于热烟气密度较小，漂浮于环管5的上方，当热烟气将环管5完全充满后，才从出气管6流进钢包8内，使得每个出气管6内的热烟气量较为均匀。而出气管6的数量可以根据钢包8的大小以及生产实际要求，可以增加或较少出气管6的数量。

具体的，所述进气管4与所述出气管6不同轴设置。

本发明中热烟气的流动经过进气管4、环管5和出气管6，最后进入钢包8内，在环管5的作用下，将热烟气分布均匀后再进入钢包8中。如果进气管4与出气管6为同轴设置，大部分热烟气直接通过进气管4和出气管6进入钢包8内，会造成废钢9整体温度不均匀，且要想达到预热温度必然要延长预热时间，降低可燃气体的利用率。因此，本发明中进气管4与出气管6不同轴设置。

具体的，在所述钢包8的内壁堆砌有耐火材料7。

优选的，所述耐火材料7的厚度为120-180mm。

优选的，所述耐火材料7可以为黏土砖或高铝砖。

在钢包8的内壁上设置一层耐火材料7，耐火材料7可以为黏土砖或高铝砖，对钢包8内的废钢9进行保温，能够降低钢包8内的热量损失，进一步提高可燃气体的利用率，降低可燃气体的用量，降低成本。耐火材料7的厚度在120-180mm范围内，当耐火材料7的厚度小于120mm时，钢包8内的热量损失较多，保温效果较差；当耐火材料7的厚度大于180mm时，保温效果不随着厚度的增加而提高，过厚的耐火材料7会导致材料的浪费。

具体的，在钢包8和耐火材料7之间可以放置一层厚度为10-30mm的石棉或岩棉。

参照图3和图4，具体的，在所述钢包8内部放置有支撑盘，所述支撑盘为内部中空的圆形结构，所述支撑盘的侧壁开设有与所述出气管6连通的通孔，在所述支撑盘的上表面开设有多个输烟通道12，所述输烟通道12绕着所述支撑盘的中心均匀排布。

本发明中将出气管6固接在钢包8底部的侧壁上，并延伸至钢包8内，热烟气沿着钢包8内壁向中心进行聚集，进而对废钢9进行预热。进一步的，在钢包8的内部放置有支撑盘，使得热烟气从钢包8的底部均匀的上升，而提高废钢9的整体温度的均匀性。

具体的，所述输烟通道12的直径为30-100mm。

支撑盘为内部中空的圆形结构，支撑盘的直径与钢包8内部的直径相适配。在支撑盘的侧壁上开设有多个通孔，所述通孔与出气管6相适配，便于热烟气进入支撑盘的内部。在支撑盘的上表面开设有多个输烟通道12，并围绕自身中心均匀排布，使得进入钢包8内的热烟气更加均匀，提高热烟气的利用率。

优选的，所述输烟通道12的过轴截面为梯形，输烟通道12为上小下大的设置能够增加热烟气的喷射距离，能够适用于废钢9高度更高的钢包8中，保证钢包8内的废钢9底层和上层的温度均匀，且温差较小。

参照图5，优选的，所述支撑盘由圆盘和环盘组成。所述圆盘和所述环盘为同心设置，所述环盘位于圆盘的外侧。

为了防止废钢9及料渣堵塞支撑盘上的输烟通道12，在所述支撑盘与废钢9之间放置有筛网，使得热烟气顺利的从支撑盘的内部进入钢包8并对废钢9进行预热。

参照图6，具体的，在所述支撑盘的上表面上固接有多个立柱13，所述立柱13内部中空且与所述输烟通道12连通；所述立柱13远离所述输烟通道12的一端为封闭设置，且在所述立柱13的侧壁上开设有多个通孔。

为了防止废钢9或料渣堵塞输烟通道12，并保证热烟气更加均匀的进入钢包8内，在输烟通道12的正上方固接有内部中空的立柱13，并在立柱13的侧壁上均匀开设有多个通孔。热烟气经过支撑盘的内部，再经过输烟通道12，然后从立柱13的侧壁的通孔喷出，热烟气围绕立柱13的中线呈圆形分布，在钢包8内分布更加均匀，可进一步提高可燃气体的利用率，并保证钢包8内的温度更加均匀。

具体的，所述立柱13向远离支撑盘的方向进行延伸，延伸至钢包8的中上部，并在立柱13的侧壁上均匀开设多个通孔，所述立柱13与所述支撑盘为可拆卸连接。

具体的，在所述除尘罩10上设置有多个烟气循环装置，烟气循环装置位于除尘罩10的顶部。

具体的，所述烟气循环装置包括喇叭形集气罩、风机14和管道，所述喇叭形集气罩开口朝向钢包8一侧，风机14位于所述喇叭形集气罩远离钢包8一侧，所述管道的一端连接在所述风机14上，管道的另一端贯穿所述钢包8中上部的侧壁与钢包8内腔连通。

具体应用过程：在燃烧室3产生热烟气，经过进气管4、环管5和出气管6进入钢包8内对废钢9进行预热，此时烟气循环装置中风机14处于关闭状态，而钢包8上层的热烟气的热量降低，直接从连接管11进入除尘系统中。预热10-15min后，此时钢包8上层的热烟气温度逐渐升温，启动风机14，将热烟气沿着管道再次进入管道内，对中上部的废钢9进行预热，实现热烟气的循环利用；当废钢9中部废钢9达到预定温度后，关闭风机14，热烟气全部通过连接管11进入除尘系统中。

本发明提供了一种无火焰接触预热废钢9的方法，将废钢9装入钢包8中，向燃烧室3内通入可燃气体和助燃气体，在燃烧室3内燃烧后产生热烟气，所述热烟气通过进气管4、环管5和出气管6进入钢包8内，对钢包8中的废钢9进行预热。预热后，所述钢包8上层废钢9和底层废钢9的温差在50℃以下，经计算所述可燃气体的利用率在40％以上。

在本发明中，可燃气体可以为高炉煤气或者焦炉煤气，可以根据企业自身条件进行选择。可燃气体优选为高炉煤气。助燃气体可以为空气或氧气，优选为氧气。

可燃气体的流速为3～10m/s。助燃气体的流速为3～10m/s。

为了更加清楚地描述本发明，通过以下实施例和对比例进一步说明

以下实施例和对比例单次预热8t废钢，废钢预热室空间为10m

实施例1

参照图1和图2，利用本发明提供越热装置对废钢进行预热，所述预热装置包括可燃气体管道、助燃气体管道、燃烧室、进气管、环管、出气管、耐火材料、钢包和除尘罩。

将所述可燃气体管道和助燃气体管道连通在燃烧室上，将进气管的一端也连通在燃烧室上，且进气管位于燃烧室远离可燃气体管道和助燃气体管道一侧；将进气管的另一端连通在环管上，所述环管为圆形，且环绕在钢包的外周面并不与钢包接触；环管与钢包之间通过出气管进行连通，出气管设置有四个，且围绕着钢包中心轴线均匀分布，出气管的一端连接在环管的下方，另一端连接在钢包的底部并延伸至钢包的内部；在钢包的内部上铺设有厚度为150mm的耐火材料高铝砖耐材，并且在钢包的正上方覆盖有除尘罩，除尘罩与除尘系统通过连接管进行连通。

预热装置连接后，将废钢装入钢包内，然后将除尘罩放在钢包的上方，向燃烧室内通入可燃气体和助燃气体，其中可燃气体为高炉煤气，流速为5±0.5m/s；助燃气体为空气，流速为5±0.5m/s；在燃烧室内燃烧后产生热烟气，所述热烟气通过进气管、环管和出气管从钢包的底部进入钢包内，对钢包中的废钢进行预热。

实施例2

实施例2与实施例1大体相同，不同之处在于，实施例2在钢包的内部放置有支撑盘。

参照图3，支撑盘为圆柱，且内部中空，支撑盘放置在钢包的底部，支撑盘的外径等于或略小于钢包的内径。在支撑盘的上表面开设有5个输烟通道，输烟通道的直径为50mm，在支撑盘的侧壁上开设有供出气管插接的通孔，通孔的数量与出气管的数量相等。

实施例3

实施例3与实施例2大体相同，不同之处在于，实施例3在所述支撑盘的上表面固接有立柱。

参照图4，在输烟通道的正上方设置有立柱，所述立柱为内部中空的圆柱，所述立柱的下端与输烟通道连通，并且在立柱的侧壁上开设有6个通孔，通孔围绕立柱的中心轴线均匀分布。

对比例1

对比例采用煤气直喷式对钢包内的废钢进行加热。将废钢加入钢包内，煤气和助燃气体直接在废钢上部进行燃烧，从而对废钢进行加热，通过热传导对钢包下部的废钢进行预热。

性能检测

对上述实施例1-3和对比例1加热时间进行记录，在钢包的中部预埋热电偶进行测量温度，当钢包中部的废钢达到800℃时，停止可燃气体和助燃气体的输送，并记录开始到结束所用的加热时间，并测量钢包上部和底部废钢的温度，计算温差。检测结果如表1所示。

可燃气体利用率通过公式(1)进行计算。

其中废钢吸收热量＝废钢重量×温差×废钢比热容；

温差为从初始温度到结束温度之间的差值；废钢比热容为0.46kJ/(kg·℃)；

其中可燃气体产生的热量为可燃气体消耗总量×热值。

表1检测结果

结合实施例1-3和对比例1并结合表1可以看出，采用本发明提供的预热装置及预热方法对钢包内的废钢进行预热，预热时间相对较短，且钢包内上部和下部废钢的温差较小，可燃气体的利用率在50％以上。

采用对比例1传统煤气直喷式预热，可燃气体在燃烧过程中由于火焰冲击深度有限，同时由于燃烧后产生的高温烟气易向上扩散，废钢预热后上部和底部温差较大可燃气体利用率较低；且与火焰直接接触的废钢，易被氧化。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。