烧结气体燃料混合喷吹装置

技术领域

本发明涉及炼铁技术领域，特别涉及一种烧结气体燃料混合喷吹装置。

背景技术

钢铁行业是能源消耗和环境污染的大户，其中，烧结生产是钢铁生产过程中的一个重要环节。近年来，随着钢铁产能的不断扩大，烧结行业得到了前所未有的快速发展，烧结过程中的能耗和环境污染问题也日益严重，成为影响钢铁企业可持续发展的一个瓶颈，引起了高度的重视。现行的烧结燃料主要以固态的焦粉为主，这种烧结方式存在着沿料层向下燃烧过快、烧结燃烧层局部温度过高、有毒有害废气过多等问题，2014年7月17日，JFE钢铁公司宣布在世界上首次成功开发出在烧结矿生产过程中可根本性改变生产率的向烧结机复合喷吹氢和氧系气体的超级烧结技术“Super-SINTER”，并获得实用化，通过此项技术，可以将烧结矿强度改善2％，烧结机的生产效率比原来提高5％左右，作为高炉用原料，由于高品质烧结矿使用率的提高，所以可以有效降低高炉焦比。

采用上述技术目前现有的技术方案是在烧结机点火器后面加设气体燃料喷吹装置，装置内设置矩形管道，在管道的四个边设置若干喷嘴，喷吹罩顶部设置兑空气孔，从而实现气体燃料的混合喷吹。

发明内容

在实际应用中，申请人发现上述技术会存在一些缺陷：第一、喷出的燃气无法及时和空气均匀混合，现行技术只是在一个矩形的管道上焊接若干个喷嘴，垂直于料面方向喷吹，在该结构下，高速喷出的燃气常常还未来得及与喷吹罩内的空气均匀混合，就已经进入料层。这样易导致燃气稀释程度不足，严重时会导致进入料层的燃气浓度达到燃烧极限范围，使得燃气在料层表面燃烧，不但达不到辅助烧结的作用，还会引发严重的安全事故；第二、进入料层的燃料不均匀，因为燃料直接喷吹至料面而未和空气均匀混合，这就导致进入料层的燃气浓度不均，从而影响燃料在烧结料层中的燃烧位置，导致部分位置料层无法充分反应，降低烧结矿的成品率；第三：造成原料以及能源浪费，一方面，气体燃料浓度分布不均会使得原料无法充分反应，降低成品率，导致原料的浪费；另一方面，气体燃料浓度过高，未达到烧结燃烧层就自燃，从而造成气体燃料的浪费。

为了克服现有技术的上述缺陷，本发明实施例所要解决的技术问题是提供了一种烧结气体燃料混合喷吹装置，其能够实现对喷吹高度的控制及气体燃料的均匀混合喷吹，从而大幅提高烧结矿的成品率，同时有效降低烧结烟气中的碳氧化物及硫氧化物。

本发明实施例的具体技术方案是：

一种烧结气体燃料混合喷吹装置，所述烧结气体燃料混合喷吹装置包括：

罩体，所述罩体的内侧壁内形成容纳腔，所述罩体用于安装在烧结台车上以包覆烧结台车，所述罩体上开设有多个进气孔；

设置在所述容纳腔中的气体输出机构，其具有多个朝向上方开设的出气孔；

转轴，其与所述气体输出机构连接并穿出所述罩体；

支撑架，所述支撑架通过竖直调节机构和转动机构与所述转轴相传动连接，所述竖直调节机构能通过所述转轴带动所述气体输出机构在竖直方向上移动，所述转动机构能通过所述转轴带动所述气体输出机构绕所述转轴进行转动。

优选地，所述罩体的横截面大体呈拱状，所述进气孔分别位于所述罩体的两侧，多个所述进气孔位于同一区域处，相邻区域的所述进气孔沿所述罩体的延伸方向排列设置，所述进气孔的高度高于所述气体输出机构上的所述出气孔的高度。

优选地，所述进气孔在所述罩体的外侧壁向所述罩体的内侧壁方向上由下向上开设。

优选地，所述转轴中具有输气通道；

所述气体输出机构包括：环形管；多个沿径向延伸的连接管，多个所述连接管呈放射状分布，所述连接管的一端与转轴相连接并与所述输气通道连通，所述连接管的另一端与所述环形管相连接并连通；所述环形管和所述连接管上具有所述出气孔。

优选地，所述连接管上所述出气孔的直径由所述气体输出机构的中心到边缘呈增大趋势。

优选地，所述转轴外套设有进料管，所述进料管具有进料接口；所述转轴的侧壁上具有与所述输气通道连通的进气口；所述进料管的上端和下端与所述转轴之间进行能够相对旋转的密封，以使所述进料管在不转动下所述进料接口与所述进气口连通。

优选地，所述支撑架具有沿竖直方向延伸的导轨；

所述竖直调节机构包括：横杆；安装在所述横杆一端的具有伺服电机的滑动机构，所述滑动机构安装在所述导轨上，在所述伺服电机的驱动下所述横杆和所述滑动机构能够在所述导轨上沿竖直方向移动。

优选地，所述转动机构包括电机；所述转轴可转动的连接在所述横杆上，所述电机与所述横杆相传动连接。

优选地，所述气体输出机构的旋转速度控制在30r/min至60r/min之间，所述气体输出机构距离料面的高度在200mm至500mm之间。

优选地，所述烧结气体燃料混合喷吹装置还包括：

气体分子检测装置，其用于检测煤层气浓度；

控制单元，其与所述气体分子检测装置、竖直调节机构和转动机构相电性连接，当所述气体分子检测装置检测到的气体燃料浓度低于最低允许浓度时，所述控制单元控制所述竖直调节机构以使所述气体输出机构升高和/或控制所述转动机构以使所述气体输出机构的旋转速度增加；当所述气体分子检测装置检测到的气体燃料浓度高于最高允许浓度时，所述控制单元控制所述竖直调节机构以使所述气体输出机构降低和/或控制所述转动机构以使所述气体输出机构的旋转速度降低。

本发明的技术方案具有以下显著有益效果：

本申请中的烧结气体燃料混合喷吹装置可以在一定范围内调节气体输出机构的喷吹高度从而保证烧结反应的充分发生，同时避免表层料温下降过快带来的成品率低的问题，同时可以有效降低烧结烟气中的碳氧化物及硫氧化物；另外，可以使得气体输出机构处于旋转状态以使喷吹出的气体燃料与进气孔输入的空气得到充分的均匀混合，如此可以保证烧结的燃烧位置，从而提高烧结效率；最后，气体燃料的加入还可以起到降低固体燃料焦粉的作用。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

在此描述的附图仅用于解释目的，而不意图以任何方式来限制本发明公开的范围。另外，图中的各部件的形状和比例尺寸等仅为示意性的，用于帮助对本发明的理解，并不是具体限定本发明各部件的形状和比例尺寸。本领域的技术人员在本发明的教导下，可以根据具体情况选择各种可能的形状和比例尺寸来实施本发明。

图1为本发明实施例中烧结气体燃料混合喷吹装置的立体结构示意图；

图2为本发明实施例中气体输出机构和转轴处的结构示意图；

图3为本发明实施例中转轴的局部示意图；

图4为本发明实施例中罩体上开设进气孔处的局部示意图；

图5为本发明实施例中罩体上开设进气孔处的剖面示意图；

图6为本发明实施例中对气体燃料浓度进行调整的过程图。

以上附图的附图标记：

1、罩体；11、容纳腔；12、进气孔；13、气体接口；2、气体输出机构；21、出气孔；22、环形管；23、连接管；3、转轴；31、进料管；311、进料接口；32、进气口；4、支撑架；5、竖直调节机构；51、横杆；52、滑动机构；521、伺服电机；6、转动机构；61、电机；7、气体分子检测装置。

具体实施方式

结合附图和本发明具体实施方式的描述，能够更加清楚地了解本发明的细节。但是，在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

为了能够实现对喷吹高度的控制及气体燃料的均匀混合喷吹，从而大幅提高烧结矿的成品率，同时有效降低烧结烟气中的碳氧化物及硫氧化物，在本申请中提出了一种烧结气体燃料混合喷吹装置，图1为本发明实施例中烧结气体燃料混合喷吹装置的立体结构示意图，如图1所示，烧结气体燃料混合喷吹装置可以包括：罩体1、气体输出机构2、转轴3、支撑架4、竖直调节机构5和转动机构6。

如图1所示，罩体1的内侧壁内形成容纳腔11，罩体1用于安装在烧结台车上以包覆烧结台车，罩体1上开设有多个进气孔12。罩体1的横截面大体呈拱状，罩体1的两侧下端具有沿水平方向的延伸部，该延伸部用于与烧结台车的侧壁上端相贴合，以保证气密性。进气孔12用于向罩体1的容纳腔11中输入空气。在烧结台车上可以对应安装多个烧结气体燃料混合喷吹装置，其呈一直线排列，相邻烧结气体燃料混合喷吹装置中的罩体之间密封连接。

图2为本发明实施例中气体输出机构和转轴处的结构示意图，如图1和图2所示，气体输出机构2设置在容纳腔11中，其具有多个朝向上方开设的出气孔21。气体输出机构2通过出气孔21向上喷射出气体燃料，以使气体燃料喷吹至容纳腔11，进而与进气孔12输入的空气相混合。转轴3与气体输出机构2连接并穿出罩体1，转轴3用于带动气体输出机构2转动。另外，通过转轴3可以将气体燃料向气体输出机构2输送。支撑架4通过竖直调节机构5和转动机构6与转轴3相传动连接，竖直调节机构5能通过转轴3带动气体输出机构2在竖直方向上移动，从而可以实时调节气体输出机构2喷出气体燃料的高度，以改变罩体1下方处煤层气浓度。转动机构6能通过转轴3带动气体输出机构2绕转轴3进行转动，从而使得气体输出机构2喷出气体燃料旋转流动上升，以实现与进气孔12输入的空气均匀充分混合。

作为可行的，如图1所示，进气孔12可以分别位于罩体1的两侧，如此，可以同时向容纳腔11的两侧输入空气，这样可以提高空气与气体输出机构2输出的气体燃料混合的均匀程度，避免出现容纳腔11内单一侧的气体燃料浓度浓度偏高。图4为本发明实施例中罩体上开设进气孔处的局部示意图，如图4所示，多个进气孔12位于同一区域处，相邻区域的进气孔12沿罩体1的延伸方向排列设置。同一区域处的多个进气孔12可以安装有一个气体接口13，从而与一个根气体输入管相连接，同一区域处输入的空气通过多个进气孔12被分流后四散输入至容纳腔11中，这样有利于输入的空气与容纳腔11中的气体相混合。进气孔12的高度高于气体输出机构2上的出气孔21的高度，这样以后进气孔12输入的空气能够直接与气体输出机构2输入的可燃性气体碰撞在一起而混合，通过气体输出机构2从而加快两者之间混合的速度以及提高混合的均匀程度。

图5为本发明实施例中罩体上开设进气孔处的剖面示意图，如图5所示，进气孔12在罩体1的外侧壁向罩体1的内侧壁方向上可以由下向上开设。进一步的，进气孔12可以尽量平行于罩体1的弧度。通过上述方式可以防止罩体1内部的燃气外泄。另外，通过进气孔12输入至罩体1内的气体可以尽快的到达容纳腔11的上部空间，由于罩体1呈拱状，进气孔12输入至罩体1内的气体在容纳腔11的上部空间汇聚，气体输出机构2输入的燃料气体也同样在容纳腔11的上部空间汇聚，如此，两者气体都汇聚在此处时可以有利于彼此之间的混合，之后通过呈拱状的罩体1可以有利于将气体均匀的反射至下方料面的表面，且也有利于控制混合后的气体与被烧结料层的接触。

转轴3中可以具有输气通道。如图2所示，气体输出机构2可以包括：环形管22；多个沿径向延伸的连接管23。多个连接管23呈放射状分布，连接管23的一端与转轴3相连接并与输气通道连通，连接管23的另一端与环形管22相连接并连通。环形管22和连接管23上具有出气孔21。通过转轴3的输气通道可以直接将气体燃料输入给连接管23，之后通过连接管23输入给环形管22。由于气体输出机构2的上述结构，其可以在各个不同的位置向容纳腔11中输入气体燃料，从而有利于提高气体燃料与输入空气混合的均匀性。出气孔21可以沿圆周方向均匀的分布在环形管22上。转轴3的侧壁处沿周向可以开设有与输气通道连通的多个连通孔，环形管22可以焊接在连通孔处。

进一步的，连接管23上出气孔21的直径由气体输出机构2的中心到边缘可以呈增大趋势。例如，连接管23上出气孔21的直径可以呈等差数列增大。由于连接管23边缘的气孔越靠近进气孔12，进气孔12输入的气体在边缘处未充分扩散因此其浓度大，所以相对应的出气孔21的直径相对更大，从而输出的气体燃料与进气孔12输入的气体浓度相对应，这样两者混合后的比例才更加接近于最终混合后的数值。进气孔12输入的气体到达容纳腔11上方时已经充分扩散且容纳腔11上方的体积相对更大，此时气体浓度也已经降低，因此进气孔12输入的气体在气体输出机构2的中心喷出的气体燃料相对偏少即可满足要求。通过上述整体的设计，可以有效加快两种气体混合均匀的速度。

作为可行的，如图1所示，转轴3外套设有进料管31，进料管31具有进料接口311。图3为本发明实施例中转轴的局部示意图，如图3所示，转轴3的侧壁上具有与输气通道连通的进气口32；进料管31的上端和下端与转轴3之间进行能够相对旋转的密封，以使进料管31在不转动下进料接口311与进气口32连通。由于转轴3会在转动机构6的驱动下转动，如果用于输送气体燃料的输气管直接与转轴3对接，则输气管会跟随输气管转动，最后导致缠绕在转轴3上。例如可以将进料管31在周向方向上固定，通过上述结构就可以避免上述问题的发生。又例如可以将进料管31在竖直方向上固定，转轴3与进料管31在竖直方向上相对可以产生位移，进料管31的长度需要保证转轴3在竖直方向上移动幅度下进料接口311与转轴3的进气口32连通。

另外，可以在进料管31的两端同时配置导向带，从而防止进料管31与转轴3之间的磨损。

作为可行的，如图1所示，支撑架4可以具有沿竖直方向延伸的导轨。竖直调节机构5可以包括：横杆51；安装在横杆51一端的具有伺服电机521的滑动机构52，滑动机构52安装在导轨上，在伺服电机521的驱动下横杆51和滑动机构52能够在导轨上沿竖直方向移动。通过上述结构可以实现带动气体输出机构2在竖直方向上移动。导轨可以采用工字钢的形式。在导轨上可以在释放位置设置上挡块和下挡块，从而对滑动机构52可移动的范围进行限位，避免驱动气体输出机构2移动过高和过低而出现危险。

作为可行的，如图1所示，转动机构6可以包括电机61；转轴3可转动的连接在横杆51上，电机61与横杆51相传动连接。通过电机61可以带动转轴3转动。例如，电机61通过联轴器与转轴3相连接。一般而言，气体输出机构2的旋转速度可以控制在30r/min至60r/min之间，气体输出机构2距离料面的高度在200mm至500mm之间。在上述参数范围内，气体输出机构2输出的燃料气体具有足够旋转速度与进气孔12输入的空气进行充分混合，也不会造成过大的气流波动，且可以保证气体输出机构2处于适合的喷吹高度，从而保证混合后的气体燃料与烧结料层烧结反应的充分发生，从而提高烧结效率。

如图1所示，烧结气体燃料混合喷吹装置可以包括：气体分子检测装置7，其用于检测煤层气浓度。气体分子检测装置7可以安装设置在罩体1内侧壁的最下端处。

烧结气体燃料混合喷吹装置可以控制单元，控制单元可以与气体分子检测装置7、竖直调节机构5和转动机构6相电性连接。通过控制单元可以对竖直调节机构5和转动机构6进行远程操作控制，现场同时设置具有控制单元的操作箱，以方便现场操作。作为可行的，图6为本发明实施例中对气体燃料浓度进行调整的过程图，如图6所示，当气体分子检测装置7检测到的气体燃料浓度低于最低允许浓度时，控制单元控制竖直调节机构5以使气体输出机构2升高和/或控制转动机构6以使气体输出机构2的旋转速度升高；当气体分子检测装置7检测到的气体燃料浓度高于最高允许浓度时，控制单元控制竖直调节机构5以使气体输出机构2降低和/或控制转动机构6以使气体输出机构2的旋转速度降低。

在烧结气体燃料混合喷吹装置运行前，提前调节气体燃料的输气管的压力，保证在喷吹装置靠近料面时，气体燃料经气体输出机构2喷出后可以向上喷吹至罩体1内侧顶部。

在一种具体的实施方式中，可以采用如下两种计算方式对气体输出机构2的转动速度及高度进行调节控制。在气体输出机构2喷吹燃料气体时，设置旋转速度挡位为多个挡位，距离料面高度挡位设置为多个挡位。

当检测的气体燃料浓度X小于最低允许浓度Cmin时，气体分子检测装置7检测浓度后，传输信号至控制单元，控制单元中的旋转运动模块计算，转速脉冲计算公式为：(Round((Cmin-X)·10))·5·10000，控制单元中的上下进给运动模块计算脉冲数：(Round((Cmin-X)·10))·50·1000，根据计算结果控制单元控制伺服电机521和电机61按照上述参数进行运行。当检测的气体燃料浓度X大于最高允许浓度Cmax时，气体分子检测装置7检测浓度后，传输信号至控制单元，控制单元中的旋转运动模块计算，转速脉冲计算公式为：(Round((X-Cmax)·10))·5·10000，控制单元中的上下进给运动模块计算脉冲数：(Round((X-Cmax)·10))·50·1000。

煤层气浓度需要控制在0.03％至5％之间，按照每吨原料配比0.5％的煤层气，最适宜浓度为0.46％。

具体的，气体分子检测装置7检测煤层气浓度，实时传输信号至控制单元，控制单元进行数据处理。当煤层气浓度在0.46％±0.5％之内，则不做处理，当检测到煤层气浓度不足，则传输信号至控制单元，控制单元控制伺服电机521和电机61，驱动气体输出机构2上移同时升高旋转速度，反之，当检测到煤层气浓度过高，则传输信号至控制单元，控制单元控制气体输出机构2下移及降低旋转速度。

作为可行的，气体输出机构2的旋转速度控制在30r/min至60r/min，以5r/min为一挡。气体输出机构2距离料面高度为200mm至500mm，设置50mm为一挡。气体输出机构2的旋转速度和高度分别共有6个挡位可调。

本申请中的烧结气体燃料混合喷吹装置可以在一定范围内调节气体输出机构2的喷吹高度从而保证烧结反应的充分发生，同时避免表层料温下降过快带来的成品率低的问题，同时可以有效降低烧结烟气中的碳氧化物及硫氧化物；另外，可以使得气体输出机构2处于旋转状态以使喷吹出的气体燃料与进气孔12输入的空气得到充分的均匀混合，如此可以保证烧结的燃烧位置，从而提高烧结效率；最后，气体燃料的加入还可以起到降低固体燃料焦粉的作用。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。