专利名称：用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的方法以及相关的除尘设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的方法，其中将固体或液体形式的含金属装料导入进冶金容器中并且在燃料和反应材料的作用下反应，并且将气态并且带有灰尘的热反应气体被部分地送到初级除尘过程并且部分地送到在相关的灰尘分离设备中的二次除尘过程，并且送到相关的除尘设备。
在初次除尘过程中，将在连续金属生产过程期间形成的反应气体冷却并且除尘，同时在二次除尘过程中，优选对在装填废金属和生铁期间产生出的反应气体进行进一步处理。
详细的说，本发明涉及一种用于处理来自炼钢设备的反应气体的方法以及该方法所需的除尘设备，其中将固体或液体形式的含铁装料例如生铁、废金属、铁矿石等导入进炼钢转炉、电弧炉、化铁炉或类似冶金容器中，并且在燃料和反应材料例如焦炭、氧气、天然气、各种造渣剂和合金添加剂的作用下生产出钢。在生产过程中产生出的大量反应气体从冶金容器中直接排放出，或者大部分在冶金容器上方抽出并且在初次除尘过程和二次除尘过程中受到进一步处理，在将这些反应气体输送进行燃烧(烧掉)或存储(如果这些反应气体具有足够的热值)之前将这些反应气体基本上除尘。
背景技术：
US-A-4,050,682和DE-C-22 39 578已经披露了用于收集和处理来自炼钢转炉的反应气体的这种方法以及相应设备。来自转炉的反应气体一方面在生产过程继续进行的同时传送到初次除尘设备中，在那里它们受到进一步处理，并且另一方面在其中转炉采取倾斜姿态的装料阶段期间被排放到二次除尘设备中，在那里将它们输送以便进行进一步处理。在初次除尘设备中，基本上以取决于装料的庞大可预测量连续生产出的反应气体收集在基本上覆盖着转炉炉口的冷却的集尘器罩中，然后在洗涤塔、优选文杜里洗涤塔中在多阶段或者至少两阶段除尘过程中，让气体所包含的灰尘与气体分离，然后冷却并且输送以便进行火焰燃烧。在装入装料期间，尤其是在装入废金属期间，另一方面会产生出大量灰尘并且另一方面随着废钢装入的杂质例如涂料、油、塑料等会出现突然燃烧。从倾斜的转炉容器中形成的反应气体被收集在二次除尘设备的间隔一段距离布置在转炉上方的另一个集尘器中，并且从那里输送出气体以便进行进一步处理。在倾斜转炉容器中在短暂的装料期间产生出的该反应气体流同样输送到洗涤塔，并且用来输送反应气体的流动通道打开通入到位于第一和第二洗涤塔之间的初次除尘设备中。另外，从DE-C-22 39 578中已知，将净化并且冷却的反应气体送到气体存储器，以便它们用作用于其它用途的有用气体。
如果用于生产熔融金属的冶金容器由电弧炉形成，则在熔炼过程正在进行时，反应气体通常通过在转炉容器中的炉顶孔抽出并且送到初次除尘设备。在将装料装入到电弧炉中期间，该装料主要包括废金属、直接还原铁和热压块铁，炉顶通常枢转打开，并且上升的反应气体由被称为排风罩的设备收集并且送到二次除尘设备。这些除尘设备其结构与用于转炉容器的那些设备类似。
但是，例如从US-A-4,050,682中所知的这些除尘设备不能满足要求，尤其是不能满足针对装入由于高杂质率而品质较差的废钢的当前要求。由于对于汽车和家用废金属(家用电器)的综合循环利用的要求，相当数量的废金属混杂有含有大量碳氢化合物的附属物质，例如塑料、涂料、其它有机物质、油等，以及在燃烧期间释放出大量热量的铝和锌。该受污染的废金属另外具有高湿度(水、雪)。在装入期间，该废金属与液态金属直接接触；在电弧炉的情况中，这由于吊篮装料到液态熔池上而出现直接接触，并且在喷吹转炉的情况中，这由于将液态金属注入到现有废金属堆中或者由于将废金属注入到现有熔池中而出现直接接触。由于在非常短时间内的突然热作用，形成分解产物例如CO、H2、CH4或类似产物和燃烧气体，并且这些产物在与大气混合之前从冶金容器中逸出。这些分解产物的数量和在冶金容器附近的温度足够高，从而引起这些分解产物直接燃烧并且在该区域中释放出大量反应气体和相当多的热量。二次除尘系统，尤其是电弧炉的排气罩以及炼钢转炉的二次排气罩被设计用来最大程度地收集并且排出这些反应气体，以便避免在炼钢厂中的热量累积以及在该区域里面和外面的污染。
灰尘分离装置(滤尘器)布置用于在二次除尘系统中进行气体净化；由于其设计，用于这些灰尘分离装置的气体入口温度应该不超过130℃至160℃。许多炼钢厂和有色金属制造厂近年来已经明显提高了其废金属装料率，尤其在混杂有可燃材料的废金属比例方面装料率明显上升。这些情况导致在将废金属装填到液态钢水期间从冶金容器中的能量排放明显增大或者反之亦然。过热反应气体在通向灰尘分离装置的短暂输送时间期间不能充分冷却，并且造成在过滤装置处出现过热损坏。主要是空气的冷却气体混合受到限制，因为简要地说，大量反应气体需要相应的大量冷却气体，这反过来造成过滤器设备的不经济的尺寸过大。
另外，短暂出现的大量气体会导致由于缺氧造成由废金属附带材料形成的分解产物的不完全燃烧，并且导致不完全燃烧的反应气体吸入到二次除尘设备的管道系统中。如果大气随后进入该管道系统，具体地说如果冷却气体在进入到灰尘分离装置之前被注入，则会出现爆燃，从而导致尤其是过滤装置破坏。
发明内容
因此，本发明的目的在于避免已知现有技术的缺点并且提出了一种用于来自熔融金属生产设备的反应气体的除尘方法和除尘设备，它们能够采用具有最小尺寸的设备来可靠地将在短时间内产生出的大量热反应气体除尘。另外，本发明打算如此设置现有的除尘设备，从而它们能够容纳在短时间内出现的大量反应气体。
在前言中描述的那种方法中，该目的是利用这样的事实来实现的，其中输送到二次除尘过程的反应气体在二次除尘过程之前流经蓄热器，并且在高于蓄热器元件的壁温度的反应气体温度下热量从反应气体向蓄热器释放，并且该累积的热量在低于蓄热器元件的壁温度的反应气体温度下再次释放给随后的反应气体。因此该蓄热器根据再生原理操作，该蓄热器仅用于在废金属装入期间以及随后不久提供短暂热积累。尤其与热交换器原理相比，这节约了投资成本的程序。
适当的话，流经蓄热器的反应气体也可以包括来自包围着冶金容器的区域的气体。
该蓄热器根据经验其尺寸如此设定，使得由反应气体输送的热量的20％至70％、优选25％至50％累积在蓄热器中，并且随后由蓄热器再次释放出。
如果从反应气体向蓄热器元件释放出的热量用来使反应气体的温度降低至优选小于180℃的滤尘器入口温度的话，则提供了防止滤尘器过热的可靠保护。该温度水平与由袋式过滤器和一般过滤布在短暂热应力作用下能够承受的温度水平对应。
如果在反应气体进入蓄热器之后并且在反应气体已经进入灰尘分离装置之前另外将冷却气体供应给反应气体而且将反应气体的温度降低至优选小于180℃的滤尘器入口温度的话，则也可以提供防止滤尘器过热的可靠保护。结合使用通过在再生式蓄热器中的热积累并且通过用冷却气体冷却来冷却反应气体尤其适用于优化整体二次除尘设备。
优选的是，将反应气体降低至在130℃-160℃温度范围内的过滤器入口温度。这样实现反应气体温度下降至相应较低的滤尘器入口温度避免了在滤尘器中出现燃烧后爆炸。
如果连续测量出滤尘器入口温度并且根据它来控制与反应气体混合的冷却气体量，则能够最佳限定所需的冷却气体量。
本发明还提出了一种用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的除尘设备，该生产设备包括用于接收固体或液体形式的含金属装料并且使它们在燃料和反应材料的作用下反应的冶金容器，并且该冶金容器配备有用于离开冶金容器的气态带有灰尘的热反应气体的初次除尘设备和二次除尘设备，这些除尘设备至少包括集尘器罩、流动通道和灰尘分离装置。为了实现该目的，这样设计的除尘设备其特征在于，蓄热器布置在二次除尘设备的流动通道中，该蓄热器用于吸取来自流经其中的反应气体的热量并且将热量释放给流经其中的反应气体。
该蓄热器设计成具有这样一种冷却能力，使得甚至通过劣质废金属形成的反应气体的温度在气体进入滤尘器的时间内也能够被降低至足够低的滤尘器入口温度。
为了能够在短时间内存储大量热量，蓄热器至少包括一个具有多个流动通道的蓄热器元件。该蓄热器同样可以包括多个蓄热器元件，在该情况中用于让反应气体流过的流动通道布置在相邻蓄热器元件之间。
优选的是，该蓄热器的蓄热器元件由优选相互平行布置的蓄热器板或蓄热器棒形成。反应气体在蓄热器中的基本上为直线的气流方向降低了由蓄热器元件施加的流动阻力并且将鼓风机的额外能耗保持在较低水平。
为了使蓄热器板具有足够的蓄热器作用并且实现充分的热传递，这些蓄热器板具有1mm至5mm的壁厚，并且在相邻蓄热器板之间的距离为30mm至80mm。
如果蓄热器的蓄热器元件在每1m3/s的反应气体吞吐量下能够具有至少0.5m2的冷却表面积，则实现了该蓄热器的有利结构。在本文中，冷却表面积包括蓄热器的表面积，尤其是在反应气体流经该蓄热器的同时蓄热器元件与反应气体接触的表面积。
如果在蓄热器和灰尘分离装置之间设有用于将冷却气体导入进流动通道的导入设备，则可以实现投资成本最小化的除尘设备。在反应气体的温度峰值的情况下，在废金属中存在特别多塑料的情况下会出现该情况，并且在存在大量处于高温的反应气体的情况下，可以通过另外喷射或吸入冷却气体来在灰尘分离装置上游使温度立即降低。
如果在入口侧该灰尘分离装置配备有温度记录装置，并且该温度记录装置与控制用于导入冷却气体的导入设备的控制器进行信号连接，则可以确保预定的滤尘器入口温度。
根据本发明的除尘设备优选用于冶金容器，例如转炉、电弧炉或冲天炉。
在设计新的除尘设备或新的具有除尘设备的熔融金属生产设备时，采用根据本发明的蓄热器具有以下优点可以使整个除尘设备更小，因为只需要少量冷却气体或根本不需要任何冷却气体来将反应气体的温度降低至位于它上游的灰尘分离装置所许可的水平，
尤其在涉及高热量水平的冶金容器的情况中，该除尘设备可以设计成具有适当的容量。
如果根据本发明的蓄热器安装在现有的液态金属设备中，则可以实现以下优点延迟打开冷却气体供应或者完全消除了该冷却，可以去除并且处理明显更多的反应气体，在生产车间内外的排放降低，未燃烧反应气体被吸入的危险降低，在除尘设备中由未燃烧反应气体引起爆炸的危险减小。
一般来说，在二次除尘设备中的根据本发明的蓄热器带来了以下优点蓄热器的操作无需任何额外的冷却介质，并且因此无需任何额外的设备来提供这种介质，蓄热器的维护成本最小，因为几乎不形成灰尘沉积物，蓄热器只需要二次除尘设备的7至10％压力损失。在鼓风机驱动能量方面，这个额外能量要求由这些低水平的气体(没有冷却气体或者只有少量冷却气体)来补偿或过补偿。
从以下非限定示例性实施方案的说明中将了解本发明的其它优点和特征，在这方面参照了以下附图图1显示出与电弧炉结合的根据本发明的二次除尘设备。
图2显示出与转炉一起的根据本发明的二次除尘设备。
图3显示出贯穿如图1和2所示的具有模块式结构的二次除尘设备的蓄热器的纵向剖面。
图4显示出在图3中的剖面线A-A上的贯穿蓄热器模块的横截面。
具体实施例方式
图1和2示意性地显示出基于炼钢基础材料工业的两个典型用途的根据本发明的二次除尘设备。
图1显示出通常用来熔炼钢废料的电弧炉1。该电弧炉具有一炉顶孔2，它按照密封的方式由形成初次除尘设备的一部分的流动通道3邻接，初次除尘设备没有详细显示出并且与已知的现有技术相对应。在连续熔炼过程和随后的钢水处理过程期间，反应气体通过流动通道3从炉膛中被吸出。用于收集来自电炉的反应气体的排风罩4布置在电弧炉上方，在炉腔(未示出)的炉顶下面，尤其收集在将废料装入到现有液态钢水中的操作期间由于在非金属中的杂质燃烧而形成的反应气体。在装料操作期间，电极5和炉顶6已经枢转离开所示的电炉的操作位置，从而反应气体能够直接上升至排风罩。鼓风机7的抽吸作用通过流动通道8将已经收集在排风罩4中的反应气体抽入并穿过蓄热器9，其中如果反应气体处于高反应气体温度下，则从反应气体中抽取热量。蓄热器9由多个串联蓄热器模块9a、9b、9c、9d形成。然后，已经冷却至大致滤尘器入口温度的反应气体通过流动通道10被抽入灰尘分离装置11，该装置设计为多阶段滤尘器，并且在其中使灰尘与反应气体基本上分离。然后，通过鼓风机7借助管道12将这个基本上净化的反应气体排放到环境中。
用于导入冷却气体的导入设备13在灰尘分离装置11上游通入到流动通道10中；该导入设备按照这样一种方式设计，从而沿着通向灰尘分离装置的剩余路径，可以对反应气体进行基本上均匀的混合以及因此对它进行冷却。这使得在反应气体量和反应气体温度方面具有峰值的反应气体能够按照这样一种方式受到处理，从而可以通过灰尘分离装置来处理它。为了优化冷却气体供应，温度记录装置14在灰尘分离装置11的入口侧上布置在流动通道10中；来自温度记录装置的测量信号在控制器15中用来控制在用来导入冷却气体的导入装置13中注入的冷却气体量。例如可以使用关闭挡板16来对冷却气体流进行定量控制。
优选的是，蓄热器9尽可能靠近灰尘分离设备11的上游，并且尽可能远离排风罩4布置，因为经过长的流动通道8，相当多的热量会通过流动通道壁扩散到周围气体中，因此反应气体已经在较低的温度下进入蓄热器9。
采用在正好位于排风罩上方的流动通道8中的控制挡板17来控制二次除尘设备的吸气量。
图2显示出用于在喷吹炼钢厂中的可倾斜喷吹转炉的根据本发明那种二次除尘设备的第二用途。在连续生产过程期间，转炉20处在所示的竖立位置中，并且作为初次除尘设备的一部分的冷却集尘器罩21以较短的距离设置在转炉炉口22上方。转炉20可以绕着倾斜轴线23枢转进入由虚线24所示的倾斜位置中，其中进行废金属装料。在该位置中在废金属装料期间大量逸出的反应气体由集尘器罩25收集并且在二次除尘设备中进行进一步处理。该二次除尘设备的基本结构与已经描述并且在图1中所示的除尘装置的基本结构对应。
图3和4显示出蓄热器的结构细节。该蓄热器9包括结合在流动通道8、10中的外壳30，显示出其两个侧壁30a、30b，并且具有用来让反应气体流通过的入口31和出口32。反应气体流以最小的阻力并且在方向上没有任何变化地在短距离上流经蓄热器。由多个蓄热器元件33构成的各个蓄热器模块9a、9b、9c...插入到外壳30中，从而借助承载梁34停靠在外壳的支撑托架35上。这些蓄热器元件33包括金属板，优选为薄金属板，它们通过焊接间隔件36彼此间隔预定距离地固定，并且采用连续拉杆37夹紧以形成模块。金属板厚为2mm，并且彼此间隔60mm布置。
权利要求
1.一种用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的方法，其中将以固态或液态形式的含金属装料导入进冶金容器中并且使它们在燃料和反应材料的作用下反应，并且离开冶金容器的气态带灰尘热反应气体被部分地送到初次除尘过程并且部分地送到在相关的灰尘分离装置(11)中的二次除尘过程，其特征在于，送到二次除尘过程的反应气体在二次除尘过程之前流经蓄热器(9)，并且从处于高于蓄热器元件(33)的壁温度的反应气体温度下的反应气体将热量释放给蓄热器，并且再将所蓄积的热量释放给处于低于蓄热器元件的壁温度的反应气体温度下的随后反应气体。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，由反应气体输送的热量的20％至70％、优选25％至50％累积在蓄热器中，并且随后由蓄热器再次释放出。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，从反应气体释放给蓄热器元件的热量用来将反应气体的温度降低至优选小于180℃的滤尘器入口温度。
4.如前面权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在反应气体已经流经蓄热器之后并且在它们进入灰尘分离装置之前，将冷却气体供给反应气体，并且使反应气体的温度降低至优选小于180℃的滤尘器入口温度。
5.如前面权利要求中任一项所述的方法，其中将所述反应气体的温度降低至在130℃-160℃的温度范围内的滤尘器入口温度。
6.如权利要求4和5中任一项所述的方法，其特征在于，连续测量滤尘器入口温度的实际数值，并且根据它来控制与反应气体混合的冷却气体的量。
7.如权利要求4至6中任一项所述的方法，其特征在于，所使用的冷却气体为冷却空气。
8.一种用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的除尘设备，该生产设备包括用于接收固体或液体形式的含金属装料并且使它们在燃料和反应材料的作用下反应的冶金容器，并且该冶金容器配备有用于离开冶金容器的气态带有灰尘的热反应气体的初次除尘设备和二次除尘设备，这些除尘设备至少包括集尘器罩(4，25)、流动通道(8，10)和灰尘分离装置(11)，其特征在于，蓄热器布置在二次除尘设备的流动通道(8，10)中，该蓄热器用于吸取来自流经其中的反应气体的热量并且将热量释放给流经其中的反应气体。
9.如权利要求8所述的除尘设备，其特征在于，所述蓄热器(9)包括至少一个具有多个流动通道的蓄热器元件。
10.如权利要求8所述的除尘设备，其特征在于，所述蓄热器(9)包括多个蓄热器元件(33)，并且流动通道布置在相邻蓄热器元件之间。
11.如权利要求8-10中任一项所述的除尘设备，其特征在于，所述蓄热器元件(9)的蓄热器元件(33)由优选相互平行布置的蓄热器板或蓄热器棒构成。
12.如权利要求11所述的除尘设备，其特征在于，所述蓄热器板具有1至5mm的壁厚，并且在相邻蓄热器板之间的距离为30-80mm。
13.如权利要求8至11中任一项所述的除尘设备，其特征在于，所述蓄热器(9)的蓄热器元件(33)在每1m3/s的反应气体吞吐量下能够具有至少0.5m2的冷却表面积。
14.如权利要求8至13中任一项所述的除尘设备，其特征在于，在蓄热器(9)和灰尘分离装置(11)之间，设有用来将冷却气体导入进流动通道(10)中的导入设备(13)。
15.如权利要求14所述的除尘设备，其特征在于，在入口侧上，灰尘分离装置(11)配备有温度记录装置(14)，该温度记录装置与控制器(15)信号连接以便控制用于导入冷却气体的导入设备(13)。
16.如权利要求8至15中任一项所述的除尘设备，其特征在于，所述二次除尘设备配备给由用于炼钢的转炉、电弧炉或冲天炉等形成的冶金容器。
全文摘要
一种用于收集和处理来自熔融金属生产设备的反应气体的方法，其中将以固态或液态形式的含金属装料导入进冶金容器中并且使装料在燃料和反应材料的作用下反应，并且离开冶金容器的气态带灰尘热反应气体被部分地送到初次除尘过程并且部分地送到在相关的灰尘分离装置中的二次除尘过程。为了能够采用尽可能小的除尘设备来可靠地将在短时间内产生出的大量热反应气体除尘，提出送到二次除尘过程的反应气体在除尘过程之前流经蓄热器，并且处于高于蓄热器元件的壁温度的反应气体温度下的反应气体将热量释放给蓄热器，并且蓄热器再将所蓄积的热量释放给处于低于蓄热器元件的壁温度的反应气体温度下的随后反应气体(或者，吸入空气)。
文档编号B01D46/00GK1856584SQ200480027292
公开日2006年11月1日 申请日期2004年8月26日 优先权日2003年9月23日
发明者阿尔弗雷德·阿尚佩尔, 安东·恩格尔曼 申请人:奥地利钢铁联合企业阿尔卑斯工业设备制造有限公司