專利名稱：用于電弧爐中冶金處理的多功能噴射器及相關(guān)燃燒方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于在電弧爐中鐵冶金處理的燃燒的多功能噴射器。 本發(fā)明還涉及采用所述多功能噴射器在電弧爐中鐵冶金處理的的 燃燒方法。
背景技術(shù)：
電弧爐或EAF爐技術(shù)在煉鋼領(lǐng)域迅速地推廣。對該工藝的商業(yè)興 趣是由于以下而產(chǎn)生的對廢金屬及其他廢料再循環(huán)的需要日益增加， 同時利用這樣的工藝來回收廢料的效果^f艮好。利用電弧爐或EAF來獲 得鐵、鋼以及鑄鐵的循環(huán)過程一般是分批地進(jìn)行的在前一制造步驟 向剩余熔池注入之后，在過程的初始步驟裝填廢料，時間間隔大約持 續(xù)十分鐘。因此，使浸沒的廢金屬團(tuán)塊熔化所涉及的時間對于獲得液態(tài)產(chǎn)品 的循環(huán)的總持續(xù)時間有很大的影響。任何能加快初始熔化步驟的方法 將明顯地減少總的處理時間，以使鋼廠的生產(chǎn)效率更高。在EAF爐中，提供給金屬的能量主要是由于焦耳效應(yīng)通過電傳導(dǎo) 從電極獲得。通過在石墨電極尖端形成電孤而導(dǎo)致的金屬和熔渣的混 合促進(jìn)向爐所有部分的熱傳遞。在這種情況下，熱能向廢金屬的傳遞 是一個很慢的過程。在熔池中的材料通過直接傳導(dǎo)被加熱，但是廢金 屬的低密度阻止了向上面部分的熱傳遞。裝料的其余部分通過輻射被 加熱。此外，爐料的最外面部分形成了遮蓋內(nèi)部材料的罩，這樣就減 緩了熔化過程。為了提高加熱效率，從而減少爐料熔化時間，目前使用的工藝依 靠燃燒器，它通過化學(xué)方式將熱量直接供給到爐料的外面部分。適合 該用途的燃燒器是燃料-氧類型或氧燃料的類型，其中燃料由氣體組
成，例如丙烷、天然氣或兩者的混合物。助燃物是純氧，且燃燒器以 相對較寬的火焰工作，以便于加熱寬的區(qū)域，包括熔池頂部上的區(qū)域。 在大型爐中，這些系統(tǒng)配合工作，以使熔池溫度保持一致。已經(jīng) 進(jìn)行了 一些嘗試，以制造能改變火焰特性的燃燒器，如US20030054301。一旦所有裝載的材料已經(jīng)完全地熔化，用于獲得冶金產(chǎn)品的實際 循環(huán)就開始了。這可以是鐵、鑄鐵或鋼水。為了在該步驟中獲得需要 的化學(xué)反應(yīng)以及能量，必須將恰當(dāng)平衡量的碳和/或氧引入到熔池中。為了實現(xiàn)這點，必須采用通過適當(dāng)噴射器產(chǎn)生的高速超音速射流 來穿透熔渣的外層。為了沿著要被噴入金屬中的氣體的軸線獲得動態(tài) 推力和集中，并且足夠強以穿透外部熔渣層，同時保持足夠的能量以 穿過金屬冒泡，已經(jīng)采用了一些措施(噴嘴的形狀和布置)，并且最后 但并非最不重要的是，采用了一種稱為蔽護(hù)(shrouding)的覆蓋主射 流的覆蓋方法。在這樣的工藝中(已知的例子是Praxair的專利US5823762),以 超音速(馬赫>2)噴入熔池中的氣體被燃燒相的氣體混合物包圍。在 射流行進(jìn)方向的很長一段距離上，在外環(huán)中的燃燒形成了遮罩，它一 方面限制要被噴射的工藝氣體，另一方面產(chǎn)生熱保護(hù)層，該熱保護(hù)層 減少了被主射流俘獲(夾帶)的氣體，從而增加了高速區(qū)域的長度。上述的兩個系統(tǒng)，燃燒器和噴射器，就它們所作用的特定領(lǐng)域是 十分有效的，但是它們的功能局制在生產(chǎn)循環(huán)的有限時段，而在其他 時段保持惰性。即使是被優(yōu)化，例如轉(zhuǎn)讓給Airliquid的美國專利US6514310所 教導(dǎo)的，以及在相應(yīng)的歐洲專利EP1179602中，采用超音速噴射器在 整個廢料熔化階段也不是十分有效，因為射流內(nèi)聚僅能局部地貫穿或 穿透廢料團(tuán)塊，橫過所述層卻不能以高效的方式放出熱量，這是一個 問題。同樣地，在脫碳步驟中，燃燒器產(chǎn)生內(nèi)聚較差的射流，其不能得 到液態(tài)金屬，因此在熔渣上和環(huán)中產(chǎn)生的熱量被消散。為了克服該問
題，有時采用使噴嘴過分靠近液體熔池，這使得由于外來物質(zhì)在噴嘴 上沉積而導(dǎo)致功能無效的可能性增加了。因為現(xiàn)有技術(shù)裝置中存在上述的問題，為了得到最高的效率，最新一代的EAF爐必須裝備兩種設(shè)備(燃燒器和超音速噴射器)的布置 排列。然而，還必須考慮到爐環(huán)境特別苛刻所有放入爐中的設(shè)備承受 非常高的溫度，各種性質(zhì)的灰塵沉積在每一個暴露的表面上，當(dāng)靠近 熔池時被熔渣猛烈飛濺擊中的危險也增大了，凝固會阻塞噴嘴，承栽噴嘴并將噴嘴連接到供應(yīng)和控制管線的移送支撐是安裝在爐壁上耐火 爐襯的適當(dāng)開口中的復(fù)雜的液體冷卻面板。因此，采用兩種不同的設(shè)備導(dǎo)致在所有方面的成本顯著增加，無 論是初始投資(工廠復(fù)雜性更大)、輸送(對控制的需要更高)、檢查、 維護(hù)保養(yǎng)和類似的工作、消耗(沖洗氣體以防止噴嘴阻塞)還是更大 可能性停機(jī)的操作風(fēng)險。在過去，為了解決現(xiàn)有技術(shù)中遇到的上述問題已經(jīng)進(jìn)行了很多努 力。其中之一在專利申請US2001/0043639中記栽，它提出了一種在廢 料熔化階段(燃燒器)和脫碳階段(噴嘴)中以不同模式操作安裝在 爐壁上的噴射器的方法。但是，如何構(gòu)造此設(shè)備的問題并沒有在該專利中解決。發(fā)明內(nèi)容本申請人提出的問題是減少在不同的爐工作條件下必需的大量燃 燒器和噴射器，并且想到創(chuàng)造一種設(shè)備(多功能的噴射器)，其設(shè)置成 能將由類似于氧燃料燃燒器的一種寬開口結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的火焰改變?yōu)橛捎?于中心超音速射流的覆蓋或蔽護(hù)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的火焰。本申請人還設(shè)計了一種多功能噴射器，其中對于每個介于氧燃料 型和蔽護(hù)型之間的中間構(gòu)造，供應(yīng)控制系統(tǒng)都可穩(wěn)定火焰，以便優(yōu)化 在EAF爐所有冶金階段中的熱貢獻(xiàn)。因此，本發(fā)明的總體目的是供應(yīng)一種多功能噴射器，它設(shè)置成能改變火焰，當(dāng)在類似于氧燃料燃燒器的寬開口結(jié)構(gòu)中離開時，將其改 變?yōu)橛糜谥行某羲偕淞鞯母采w或蔽護(hù)結(jié)構(gòu)。本發(fā)明的另一個目的是實現(xiàn)一種多功能噴射器，它可被優(yōu)化，不 僅在廢料熔化的極端條件下而且超音速噴射氧氣到液態(tài)金屬中，并且在中間狀態(tài)下還適合根據(jù)爐料需^:來改善熱傳遞，包括通過局部加熱， 以便于增加熱量和/或在金屬中的噴射均一性，以改善化學(xué)反應(yīng)。本發(fā)明的又一個目的是提供一種利用多功能噴射器在電弧爐中進(jìn) 行冶金處理的靈活的燃燒方法。依照本發(fā)明所述的多功能噴射器包括被控制用于亞音速或超音速 操作的拉瓦爾噴嘴，其結(jié)合了多個分別用于噴射燃料和助燃物的噴嘴， 該用于噴射燃料和助燃物的多個噴嘴設(shè)置在與所述拉瓦爾噴嘴同心且 共軸的環(huán)上，且外部通過適當(dāng)形狀的腔保護(hù)。通過產(chǎn)生用于外部助燃 物和燃料噴射的附加的周向和切向速度分量，實現(xiàn)了該燃燒過程的靈 活性。這樣，通過對來自內(nèi)部噴嘴的氧和來自位于外環(huán)上的孔的氧之間 的分配施加影響，就可在燃燒器階段調(diào)整火焰的長度和開度，總之， 可以在精煉階段中獲得具有非常大的超音速區(qū)域的射流。在相同的幾何條件下，通過改變推進(jìn)器的角度以使它適合于爐的特定需要爐寬、 廢料尺寸和類似的方面，因此不僅在運行操作過程中而且在工程設(shè)計 階段都存在這種靈活性。本發(fā)明還涉及利用多功能噴射器在電弧爐中進(jìn)行冶金處理的燃燒 方法，它執(zhí)行下列的步驟-作為具有亞音速拉瓦爾噴嘴的燃燒器操作，燃燒氣體快速混合， 以獲得寬的火焰，能對位于它前面的廢料團(tuán)塊迅速地和有效地加熱；-作為具有超音速拉瓦爾噴嘴的燃燒器操作，其具有集中火焰和 高脈沖頻率以切割廢料，因此破碎在多功能噴射器前方的團(tuán)塊結(jié)構(gòu)；-作為超音速的氧噴射器操作，其具有延伸達(dá)拉瓦爾噴嘴開口直 徑70倍的超音速區(qū)域，利用蔽護(hù)方法來限制橫向擴(kuò)張，并且在這些條 件下能將氧直接噴入到液態(tài)金屬熔池中。考慮到上述的目的，依照本
發(fā)明，決定實現(xiàn)一種多功能噴射器和相關(guān)的在電弧爐中進(jìn)行冶金處理 的燃燒方法，其特征在隨后的權(quán)利要求書中描述。


本發(fā)明的功能和結(jié)構(gòu)特征以及與現(xiàn)有技術(shù)相比得到的優(yōu)點將會在下面參照示意性附圖的描述中變得非常清楚和明顯，其中 圖l是裝備有現(xiàn)有技術(shù)噴嘴的電弧爐的示意性透視圖； 圖2是依照本發(fā)明的噴射器的示意性透視圖； 圖3是作為依照本發(fā)明的噴射器的組成部分的拉瓦爾噴嘴的側(cè)視圖；圖4是圖2所示的噴射器細(xì)部的前端示意圖；圖5a-5c分別是依照本發(fā)明一個優(yōu)選實施例的噴射器的示意性 側(cè)視圖和其他兩個依照本發(fā)明實施例的噴射器的示意性側(cè)視圖；圖6是表示圖2和5a中優(yōu)選實施例所進(jìn)行的 一些噴射器操作實例 的曲線圖。。
具體實施方式
圖1顯示了現(xiàn)有技術(shù)中的電弧爐1，其中，傳統(tǒng)的噴嘴2適合于 依照預(yù)確角度a，并在與熔渣SL水平面以下的金屬熔池ML相距高度 H和距離L處噴射火焰。圖2至6顯示依照本發(fā)明的多功能噴射器10,其包括適合于作為 燃燒器在亞音速或超音速工作的拉瓦爾噴嘴20，并結(jié)合有由多個環(huán)形 噴射器構(gòu)成的環(huán)，所述環(huán)分別由燃料噴嘴31和助燃物噴嘴32構(gòu)成， 所述環(huán)形噴射器以同心的和共軸的方式圍繞所述拉瓦爾噴嘴20設(shè)置， 其中燃料噴嘴環(huán)圍繞中心的拉瓦爾噴嘴，相對于助燃物噴嘴環(huán)設(shè)置得 更靠內(nèi)側(cè)。所述兩個環(huán)和所述噴嘴由特殊形狀的保護(hù)腔40來從外部保護(hù)。 圖5a-5c顯示了噴射器10的優(yōu)選實施例，作為進(jìn)入特殊形狀保 護(hù)腔40的出口，具有圓錐形次序的第一和第二區(qū)段43和44，優(yōu)選的 是20°和30°。圖5b顯示了噴射器ll，其配置了具有恒定圓錐形42的保護(hù)腔40, 優(yōu)選的是20°。圖5c顯示了噴射器12，其配置了具有圓筒形區(qū)段41的保護(hù)腔40。 在所有三種情況下，保護(hù)腔40的發(fā)展以長度Lq和出口直徑Dout 確立。保護(hù)腔40尺寸的一個非限制性例子如下所示噴射器10: Lq- 45.51毫米 Dout = 103.6毫米；噴射器11: Lq= 60毫米Dout = 103.6毫米；噴射器12: Lq-10毫米 Dout-60毫米。用于收斂-擴(kuò)張氧的中心噴嘴必須保證極好的效率參見圖3， 噴嘴20從嘴部開始依次包括下列部分圓錐形收斂入口區(qū)段21，具有長度Ll,入口 25具有入口直徑 Din和入射半角p;圓筒形喉部22，具有長度L2和喉部直徑Dth;位于圓錐形入口區(qū)段21及隨后的中心圓筒形喉部22之間的周向 過渡部分，具有半徑R1;圓錐形擴(kuò)張入口區(qū)段23,具有長度L3和入射半角a;位于喉部22和圓錐形擴(kuò)張出口區(qū)段23之間的周向過渡部分，具 有半徑R2;最后的圓筒形氧噴射區(qū)段24，具有長度L4和出口直徑Dexit。位于圃錐形擴(kuò)張區(qū)段23和最后的圓筒形氧噴射區(qū)段24之間的周 向過渡部分，具有半徑R3。通常，表征噴嘴的參數(shù)是入口直徑、喉部直徑和出口直徑，它們 與輸出氣體的入口速度、馬赫數(shù)、流量、通過的質(zhì)量和靜壓力相關(guān)。 所有這些變量都與在各個操作步驟過程中它們所遇的條件相關(guān)?？紤]到EAF爐要求的條件，本申請人能計算出如果滿足下列的關(guān) 系則性能被優(yōu)化收斂的圓錐形入口區(qū)段21的半角p在7。和20。之間；
擴(kuò)張的圓錐形出口區(qū)段23的半角a在2°和7°之間； 位于圓錐形入口區(qū)段21和圓筒形喉部22之間的過渡半徑Rl是喉部直徑Dth的1至10倍；圓筒形喉部22的長度L2是喉部本身直徑Dth的0.5至5倍； 位于圓筒形喉部22和擴(kuò)張的圓錐形出口區(qū)段23之間的過渡半徑R2是喉部直徑Dth的1至15倍；位于擴(kuò)張的圓錐形區(qū)段23和最后的圓筒形區(qū)段24之間的過渡半徑R3是喉部直徑Dth的20至80倍；最后的圓筒形區(qū)段24的長度是喉部直徑Dth的0至3倍。 以這種方式，氧射流在最苛刻的條件下被優(yōu)化，即具有最大速度。 就周向噴射噴嘴31和32或者說燃料噴嘴和助燃物噴嘴而言，為了利用蔽護(hù)效果，這些噴嘴^L置在圍繞中心氧噴嘴的兩個同心環(huán)中。特別地-燃料噴射噴嘴31為8至20個，它們的形狀可以是梯形、圃形 或其它的形狀。這些噴嘴設(shè)置在環(huán)繞拉瓦爾氧噴嘴20的完整圃中并位 于助燃物噴嘴32圃的內(nèi)側(cè)。-助燃物噴嘴32設(shè)置在圍繞拉瓦爾氧噴嘴20和燃料噴嘴31第一 環(huán)的第二環(huán)上。助燃物噴嘴32優(yōu)選的是8至20個，它們的各個截面 可以變化，圓形、半圓形、梯形，但可以使用其他同樣有效的形狀。噴射器的優(yōu)化是通過考慮最極端的工作條件而實現(xiàn)的，換言之， 中心射流為2馬赫并施加蔽護(hù)效果。然而，因為中間的工作條件會受這樣布置的負(fù)面影響，為了避免 消極的影響，例如火焰的不穩(wěn)定性或突然的熄滅，采用了特殊形狀的 起穩(wěn)定作用的保護(hù)腔40?；旧希摫Ｗo(hù)腔產(chǎn)生了保護(hù)隧道，噴射器插入其內(nèi)部。以這種 方式，當(dāng)氣體以低速排出時，它們的混合得到了改善，并且它們更少 地受導(dǎo)致不穩(wěn)定性的外界干擾的影響。就該特定情況而言，保護(hù)腔40還作為對噴嘴31、 32的額外保護(hù)， 防止熔渣或液相金屬的飛濺，它可以是圓錐形或圓筒形。依照設(shè)備類
型，該保護(hù)腔可以形成在耐火壁或噴射器冷卻系統(tǒng)的腔中。實際上， 噴射器冷卻和保護(hù)系統(tǒng)由容納噴射器的金屬結(jié)構(gòu)組成。此結(jié)構(gòu)的外壁 是這樣構(gòu)造的，以致于熔渣飛濺將粘附在表面，因此利用該材料作為 噴射器的天然耐火保護(hù)。然后構(gòu)造腔，保持噴射器的表面位于相對于 冷卻極限而言的縮進(jìn)位置。當(dāng)燃料脈沖值足夠的高并且在爐子的工作溫度，噴射器產(chǎn)生從外 部極限開始或正好在腔之前開始的瓣形穩(wěn)定火焰。通過采用圓錐形或擴(kuò)口的幾何形狀，熱氣體的局部循環(huán)增加到比 爐混合物自燃溫度更高的溫度，以在火焰熄滅情況下激發(fā)火焰自發(fā)的 再點燃，并且防止火焰直接接觸腔的外表面，對于爐的工作壽命具有 明顯的改善。利用這種喉部幾何形狀，可以非常精確的控制燃料和助燃物的混合物在低脈沖值，過渡部分使燃料氣體產(chǎn)生擴(kuò)張，使燃料氣體流動 減緩，允許更好的混合作用。因此，燃燒在寬的角度和靠近噴射器的 區(qū)域中發(fā)生。通過增大脈沖，火焰內(nèi)聚性增強?；旧?，火焰顯得更 窄和更長，保護(hù)腔40所做的貢獻(xiàn)相應(yīng)地也變得越來越不那么有影響 力，盡管保護(hù)腔還繼續(xù)保證熱氣體的存在對于點燃的有益影響。一種用于在加寬火焰條件下工作的同時保持相對較高脈沖的益處 的方案包括在最外環(huán)氧化氣體上或在由內(nèi)環(huán)噴射的燃料上引起渦旋。 該旋轉(zhuǎn)運動是通過管道33而獲得的，管道33處于相對于燃燒器軸線 的斜面上，呈螺旋形，從而在氣體中產(chǎn)生了相對于所述軸線的切向力 矩。這種增加的橫向擴(kuò)散產(chǎn)生了一個不同的熱場，尤其是在俯視燃燒 器的區(qū)域中，對于火焰穩(wěn)定性有益。圖6顯示了表示依照徑向坐標(biāo)(m)的溫度進(jìn)程(K)的曲線圖， 與由具有圖5a中示意性顯示的雙錐保護(hù)腔的噴射器IO執(zhí)行的四個燃 燒示例相關(guān)。燃料噴嘴31 (甲烷)的全部區(qū)段占據(jù)了 333mm2，而助燃物噴嘴 32 (氧)的全部區(qū)段占據(jù)757mm2。因此，四條曲線A-D是在不同的工作條件測量的。
曲線A: 12 bar, 1250 Nm3/小時，在1530'CEAF爐環(huán)境中的噴嘴； 曲線B: 4MWt天然氣，在空氣中、500°C、輸出具有沖擊波的噴嘴；曲線C: 4MWt天然氣，在空氣中、50(TC的噴嘴； 曲線D: 4MWt天然氣，在空氣中、500'C的燃燒器； 應(yīng)該考慮到，在所描迷的氧噴射器的條件下，內(nèi)聚延伸大約1.5米。由于相關(guān)噴射器的幾何形狀，依照本發(fā)明的燃燒方法其特征在于， 它產(chǎn)生外部助燃物和燃料噴射的附加的周向和切向速度分量，在下面 的步驟中-作為具有亞音速拉瓦爾噴嘴(20)的燃燒器，燃燒氣體可快速混合，目的在于獲得寬的火焰，以便能對位于它前面的廢金屬團(tuán)塊迅速地和高效地加熱；-作為具有超音速拉瓦爾噴嘴的燃燒器，其具有集中的高脈沖火焰，目的在于切割廢金屬，從而破碎在多功能噴射器前面的團(tuán)塊結(jié)構(gòu)；-作為超音速的氧噴射器，其具有延伸量達(dá)拉瓦爾噴嘴出口直徑 70倍的超音速區(qū)域，采用蔽護(hù)方法以限制橫向擴(kuò)張，并且在這種條件 下能將氧噴射直接送到液態(tài)金屬熔池中。依照本發(fā)明所述的用于在電孤爐中冶金處理的燃燒方法優(yōu)化了燃 燒，不僅在極端的廢金屬熔化條件下，而且超音速地將氧注入到液體 金屬中。特別是，它適應(yīng)中間條件下的所述燃燒，從而根據(jù)局部加熱 的爐料改善了附加的熱容量和工藝材料，以提高熱均一性和/或向金屬 中的噴射，從而改善化學(xué)反應(yīng)。以這種方式，噴射器起的作用就像包圍其前方廢金屬的燃燒器， 直到固相被完全地消除。在團(tuán)塊可能抵抗熔化的情況下，可以預(yù)見的 是增加火焰速度，直到它達(dá)到一個略微超音速的速度，但是不必引起 由蔽護(hù)造成的完全的內(nèi)聚效果。在這些條件下，穿透力增加了，同時 保持火焰的角度，使它足夠地寬以優(yōu)化到爐料的熱傳遞。在精煉期間，燃料供給壓力在中心拉瓦爾噴嘴20中升高，直到達(dá)
到很高的大約2馬赫的噴射速度。同時，燃料和助燃物環(huán)噴射器被啟 動，以用燃燒相的氣體圍繞中心射流，并且盡可能充分地利用蔽護(hù)效 果。如上所述的過程主要是預(yù)見用于這樣一種多功能噴射器，該多功 能噴射器能夠根據(jù)電弧爐中存在的材料來執(zhí)行不同的燃燒階段。從上面參照附圖的描述中可以看出，依照本發(fā)明所述的多功能噴 射器特別有效和有益，這就實現(xiàn)了說明書前序部分中提到的目的。自然地，依照本發(fā)明的裝置的實施例，以及它的形式和使用材料 可以與上面的描述不同，上面的描述僅僅是作為舉例在附圖中提供， 并且絕非是限制性的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍由隨后的權(quán)利要求書限定。
權(quán)利要求
1.多功能噴射器(10、11、12)，包括拉瓦爾噴嘴(20)，其適合于作為亞音速或超音速的燃燒器，與分別用于燃料和助燃物的多個噴嘴(31、32)結(jié)合，所述多個用于燃料和助燃物的噴嘴設(shè)置成兩個環(huán)，與所述拉瓦爾噴嘴(20)是同心的和共軸的，并且外部由特殊形狀的保護(hù)腔(40)保護(hù)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述拉瓦爾噴嘴(20)從嘴部開始依次包括以下部分-圓錐形收斂入口區(qū)段(21)，具有長度(L1)，入口 (25)具有 入口直徑(Din)和入射半角(p);-圓筒形喉部(22)，具有長度(L2)和喉部直徑(Dth);-位于圓錐形入口區(qū)段(21)和隨后的中心圓筒形喉部(22)之 間的周向過渡部分，具有半徑(R1);-圓錐形擴(kuò)張區(qū)段(23)，具有長度(L3)和入射半角(a);-位于喉部(22)和圓錐形擴(kuò)張出口區(qū)段(23)之間的周向過渡 部分，具有半徑(R2);-最后的圓筒形氧噴射區(qū)段(24)，具有長度(L4)和出口直徑 (Dexit);-位于圓錐形擴(kuò)張區(qū)段(23)和最后的圓筒形氧噴射區(qū)段(24) 之間的周向過渡部分，具有半徑(R3)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述拉瓦爾噴嘴(20)是依照下列的尺寸關(guān)系構(gòu)造的-收斂的圓錐形入口區(qū)段(21)的半角[p在7。和20。之間；-擴(kuò)張的圓錐形出口區(qū)段(23)的半角a在2。和7。之間；-位于圓錐形入口區(qū)段(21)和圓筒形喉部(22)之間的過渡部分半徑(Rl)是喉部直徑(Dth )的1至10倍；-圓筒形喉部(22)的長度(L2)是喉部本身直徑(Dth)的0.5至5倍； -位于圓筒形喉部(22)和擴(kuò)張的圓錐形出口區(qū)段(23)之間的 過渡部分半徑(R2 )是喉部直徑(Dth )的1至15倍；-位于擴(kuò)張的圓錐形區(qū)段(23)和最后的圓筒形區(qū)段(24)之間 的過渡部分半徑(R3)是所述喉部直徑(Dth)的20至80倍；-最后的圓筒形區(qū)段(24)的長度是喉部直徑(Dth)的0至3倍。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述燃料噴射噴嘴(31)圍繞所述拉瓦爾氧噴嘴(20)呈一個完 整環(huán)，并且位于所述助燃物噴嘴(32)環(huán)的內(nèi)側(cè)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述燃料噴射噴嘴(31)的數(shù)目是8至20個，并且它們的截面可 以是梯形、圓形或任何其它的幾何形狀。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述助燃物噴射噴嘴(32)的數(shù)目優(yōu)選的是8至20個，并且它們 的各個截面可以是圓形、半圓形或梯形或任何其它的幾何形狀。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述特殊形狀的保護(hù)腔(40)依次具有第一區(qū)段(43)和第二區(qū) 段(44)，優(yōu)選為20。至30。的圓錐形式。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述特殊形狀的保護(hù)腔(40)具有優(yōu)選為20°的恒定圓錐形式(42)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的多功能噴射器(10、 11、 12)，其特征在 于所述特殊形狀的保護(hù)腔(40)具有圃筒形區(qū)段(41)。
10. 利用根據(jù)權(quán)利要求1至9中任意一項所述的多功能噴射器在電 弧爐中進(jìn)行冶金處理的燃燒方法，其特征在于它產(chǎn)生用于外部助燃 物和燃料噴射的附加的周向和切向速度分量，依照下列步驟操作-作為具有亞音速拉瓦爾噴嘴(20)的燃燒器，使燃燒氣體快速 混合，以獲得寬的火焰，從而能對位于它前面的廢金屬團(tuán)塊迅速地和 高效地加熱；-作為具有超音速拉瓦爾噴嘴的燃燒器，其具有集中的高脈沖火 焰，以切割廢金屬，從而破碎在該多功能噴射器前面的團(tuán)塊結(jié)構(gòu)；-作為超音速的氧噴射器，其具有延伸達(dá)拉瓦爾噴嘴出口直徑70 倍的超音速區(qū)域，利用蔽護(hù)方法以限制橫向擴(kuò)張，并且在這種條件下 能將氧直接噴射到液態(tài)金屬熔池中。
全文摘要
多功能噴射器(10、11、12)，包括拉瓦爾噴嘴(20)，該拉瓦爾噴嘴適合于作為亞音速或超音速的燃燒器，與多個分別用于燃料和助燃物的噴嘴(31、32)結(jié)合，該用于燃料和助燃物的多個噴嘴設(shè)置在兩個環(huán)中，與所述拉瓦爾噴嘴(20)是同心的和共軸的，并且外部由特殊形狀的保護(hù)腔(40)保護(hù)。
文檔編號F23D14/46GK101120210SQ200680005245
公開日2008年2月6日 申請日期2006年2月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月18日
發(fā)明者E·馬爾法, F·梅莫利, M·比安基·費里, M·波茲 申請人:國際技術(shù)公司及國際技術(shù)公開有限公司