文章编号:100221639(2000)0320008203
饶荣水
(华中理工大学 动力系，湖北武汉430074)
摘要：综述了钢包烘烤器的发展，重点介绍了蓄热式烧嘴系统的工作原理及其在钢包烘烤器中的应用。现场测试结果表明，蓄热式钢包烘烤器具有其他类型烘烤器不可比拟的性能。 关键词：钢包烘烤：蓄热式烧嘴；高效率
中图分类号:T F741.99 文献标识码:A
The D evelop m en t i n Ladle Bak i ng Technology
RAO Rong2shui
(D epartm ent of Pow er Engineering,H uazhong U niversity of Science and T echno logy,W uhan430074,Ch ina) Abstract:T he developm ent in ladle bak ing facilities is review ed.W o rk ing p rinci
p le of regenerative burner system and its app licati on in the ladle bak ing facilities are introduced in detail.T he testing results from the p ractical operati on demonstrate the advantages of th is heating m ethod.
Key words:ladle bak ing;regenerative burner;h igh efficiency
1 前言
随着冶炼技术的发展，钢包的职能发生了很大的变化，它不仅是运送钢水的工具，更主要是成了钢水精炼工艺的一个组成部分。高质量钢材的需求和更高温度冶炼技术的发展，要求有新型、高效的钢包烘烤装置和高性能的钢包内衬为其服务。耐火材料技术的进步促进了铝质、白云石质和其它新型、耐高温材料在钢包内衬中的应用，这些新型耐火材料降低了浇注过程钢水的热损失，延长了钢包内衬的使用寿命。随着对节能工作的重视，国内外都提倡“红包出钢”，要求钢包在使用之前，用钢包烘烤器将其内衬耐火材料的表面温度加热到1100℃左右。 2 钢包烘烤器的发展
钢包烘烤的目的是均匀地提高钢包内衬的温度水平，以减少钢水浇注过程的热损失和延长钢包内衬的使用寿命。在钢包烘烤器的发展过程中，有三个方面的进步对提高钢包烘烤的效率和质量比较明显:(1)钢包加盖;(2)烧嘴的改进;(3)余热的利用。
2.1 钢包加盖
一种最原始的钢包烘烤办法是把一根煤气管直接插入到敞口的钢包内，如图1所示。这种烘烤装置的热效率相当低，大约有90%的热量都散失到大气
收稿日期:2000201231
除铁
作者简介：饶荣水(19722 )，男，博士生.中，并且其操作和控制完全凭经验进行。钢包加盖后，大大提高了热效率。钢包加盖后，烘烤器主要由一个钢结构和耐火材料做成的钢包盖和垂直于钢包盖安装的烧嘴构成。
根据钢包被烘烤时放置的形式，可分为立式和卧式钢包烘烤器。立式钢包烘烤器的钢包盖可以做成固定式和翻转式。立式钢包烘烤器产生的火焰垂直加热钢包，而卧式钢包烘烤器产生的火焰则水平加热钢包，使用卧式烘烤器时，需要把钢包翻转90°。两种类型烘烤器各有优缺点，用户可根据现场条件和投资情况进行选择。以前，炼钢厂多采用立式烘烤器；近年来，卧式烘烤器开始在武钢、广钢、包钢、成都钢铁厂等厂家应用，并取得较好的烘烤效果。
图1 敞口烘烤器示意图
2.2 烧嘴的改进
钢包烘烤器性能的好坏，主要体现在燃烧器上，燃烧器结构、性能及产生的火焰状况，将直接影响钢包的烘烤效果。最初的烘烤器上使用的是套管式燃
烧器，这类燃烧器的火焰上飘，刚性不足，热量难以达到钢包底部，而在钢包上部则易造成过热，造成上下温差达到200℃，这种不均匀的烘烤将缩短钢包内衬的使用寿命。高速烧嘴的出现及其在钢包烘烤器上的应用，极大改善了钢包烘烤的质量。
表1为高速烧嘴烘烤器和喷射式烧嘴烘烤器在300t 钢包烘烤中的实测情况[1]，该钢包内衬耐火材料重30t ，其中有95%为硅质耐火材料，水含量为6%。使用高速烧嘴后，钢包烘烤的温度提高了200℃，
而烘烤时间缩短了41.67%，烘烤每包次用的煤气消耗量减少了72.57%，其烘烤性能得到了很大的提高。
表1 高速烧嘴和喷射式烧嘴烘烤器测试结果比较参数
高速烧嘴喷射式烧嘴
干燥加热温度 ℃480280干燥加热时间 h
10.518天然气消耗量 m 3・(包・次)
-1
877.83199.8
2.3 余热的回收
高速烧嘴烘烤器在提高烘烤质量、烘烤速度和
烘烤温度方面取得了可喜的进步，但高速烧嘴在使用中噪音较大，而且烧嘴头的寿命较短，一旦损坏，火焰的特性将完全改变，烘烤质量将大大下降。另外，在烘烤过程中还有相当一部分热量随废气
经钢包上沿的排出而散失掉，从而限制了热效率的提高。随着烘烤器在设计和加热方法上的改进，出现了余热回收装置。余热回收装置在钢包烘烤器中的应用，克服了高速烧嘴在这方面的缺陷。图2为一种带余热回收装置的烘烤器，它把换热器和燃烧器分开，这样换热器的体积可不受烧嘴空间的限制，空气预热温度可以进一步提高。这种类型的烘烤器已经在成都、广州、包头等地使用。包钢70t 卧式钢包烘烤器
取得了平均升温300℃ h ，烘烤节约煤气500m 3
(包・次)，煤气节约率达40%～50%的效果[2]。成都
钢铁厂25t 卧式钢包烘烤器的热效率达到45.3%[3]。
图2 带换热器的烘烤器示意图
余热回收装置在钢包烘烤器中应用的典型是自
身预热烧嘴，它将烧嘴、换热器和排烟装置结合于一
体，结构紧凑，具有较高的余热回收率和节能率。一般在钢包温度为1000℃时，空气预热温度可达300～400℃，节能15%以上。
表2为套管式烧嘴和自身预热烧嘴烘烤器的测试结果[4]，使用自身预热烧嘴后，钢包烘烤的时间缩
短了44.1%，节约煤气102.5m 3
微型压力传感器芯片(包・次)。表2 套管式烧嘴和自身预热烧嘴烘烤器测试结果烘烤器型式热包温度 ℃烘烤温度 ℃烘烤时间 m in 煤气耗量 m 3・h -1
润滑油回收
套管式烧嘴
515112034410自身预热烧嘴
518
1125
19
410
3 蓄热式烧嘴烘烤器
自身预热烧嘴在钢包烘烤器中的应用也并非十分完美，钢包盖的密封问题使得部分冷空气吸入到钢包内，降低烘烤温度和烟气温度，进而影响空气预热温度。另外，即使是精心设计的换热器，其空气预热温度也难以高于烟气温度50%的水平，其余热资源的利用还有很大的潜力。用蓄热式烧嘴系统可以把空气温度预热到烟气温度90%的水平，从而大幅度提高了余热利用率。
3.1 蓄热式烘烤器工作原理
宠物垫蓄热式烘烤器主要由相同的(成对的)两个燃烧器本体、两个体积紧凑的蓄热器、一套换向阀系统和相配套的控制系统以及一个钢包盖等组成，如图3所示。当燃料和冷空气由A 方向通入时，烧嘴A 处于燃烧状态，烧嘴B 处于排烟状态。烧嘴A 生成的火焰加热钢包内衬，烟气进入烧嘴B ，将蓄热室中的蓄
热体加热。持续一段时间，比如数十秒钟后换向。此时，烧嘴A 处于排烟状态，而烧嘴B 处于燃烧状态
。持续与前一过程相同的一段时间后，又换向，过程转换到前一过程，如此循环不已。这样，冷空气进入蓄热室时，被预热至高温，而蓄热体逐渐被冷却；烟气进入蓄热室时，蓄热体被加热，而烟气被冷却。
图3 蓄热式烘烤器示意图
1.钢包盖
2.蓄热式烧嘴
3.四通换向阀
空气通过蓄热室的预热温度取决于烟气进入蓄热室的温度、蓄热体的加热面积和系统的换向周期等。一般空气预热温度可达到仅比烟气温度低80～150℃，烟气由蓄热室排出的温度可低至150～200℃。换向周期与蓄热体的加热面积及对温度波动水平的要求有关。加热面积越大，则单位时间内的空气温度波动越小。在一定的加热面积下，换向周期越短，则周期内的温度波动越小。烟气排出温度随蓄热体加热面积的增大而降低，随换向周期的延长而升高。这些规律可以通过蓄热室热工特性的研究而确定[5]。
3.2 蓄热式烘烤器的特点和优点
北美制造公司开创了把蓄热式烧嘴系统用于钢包烘烤器的先河，其结构如图3所示。随后，日本N KK公司也于1996年12月在立式钢包烘烤器中采用了蓄热式烧嘴系统[6]。我国对蓄热式技术的研究起步较晚，虽然在高效蓄热室热工特性方面进行过研究，并有若干座蓄热式炉投入使用，但在蓄热式钢包烘
全息设备烤器方面还是一片空白。与其它类型的烘烤器相比，蓄热式钢包烘烤器的主要优点如下:
(1)高效回收高温烟气的显热，空气预热温度高，可大幅度节省燃料，经济效益明显，回收期短。
(2)燃烧火焰喷出速度较大，且左右换向，交替燃烧，钢包内气体循环搅动，得到均匀的温度分布。烘烤温度均匀，钢包内壁温差可控制在30℃以内，延长钢包内衬的使用寿命。
(3)高空气预热温度可产生很高的火焰温度，提高烟气与钢包内衬的热交换能力。
(4)高温空气可使气体燃料发生热裂解，提高火焰辉度，从而加强辐射换热。
(5)蓄热式烧嘴内衬耐火材料，避免了金属外壳裸露在高温烟气中，有利于提高烧嘴的寿命。蓄热室和燃烧器作成一个整体，安装在钢包盖上。这种结构有利于提高钢包盖和整个烘烤系统的使用寿命。
北美制造公司的蓄热式钢包烘烤器具备了卧式烘烤器和蓄热式燃烧系统的优点，而它在结构上的特点主要是较好地解决了包盖和钢包间的密封，并配以温度控制器和电火花点火器等全自动措施。3.3 蓄热式钢包烘烤器的使用效果
表3为北美制造公司使用蓄热式钢包烘烤器和普通烘烤器的测试结果。由表3可以看出，每烘烤包次可以节约燃料290m3，节约率58.5%，节约燃料费用43.5美元，并且可缩短烘烤时间42.9%。以每个烘
烤器每天烘包3个，每年运作320天计，每年可节约燃料278400m3，节约燃料费用41760美元。表3 北美制造公司蓄热式烘烤器和普通烘烤器测试结果项目普通烘烤器蓄热式烘烤器钢包加热面积 m22626钢包加热强度 kJ・m-220411.8226797.2
加热到1200℃所需时间 h3.52.0总煤气消耗量 m3495.6205.6
总煤气费用 美元74.3430.84
表4为N KK公司使用蓄热式钢包烘烤器和普通烘烤器的测试结果。由表4可看出，采用蓄热式烘烤系统后，燃料消耗减少了56%，而钢包均匀加热的性能明显提高。另外，测试结果还表明，耐火材料的单耗大约可降低15%。
表4 N KK公司蓄热式烘烤器和普通烘烤器测试结果项目普通烘烤器蓄热式烘烤器
圆周方向温度均匀性 ℃20～5010～15
纵向温度均匀性 ℃6030
预热空气温度 ℃环境温度900℃(包内1000℃)热效率(%)3070
月节能量 M J基数2.4×106
4 结论
高速烧嘴和自身预热烧嘴在钢包烘烤器中的应用，提高了钢包烘烤的质量。蓄热式烧嘴在钢包烘烤中的应用不仅可以高效回收烟气余热，大幅度节约能源，减少热污染，而且，由于交替燃烧，钢包加热均匀，大大降低了耐火材料的单耗。现场测试结果表明，蓄热式钢包烘烤器的性能明显优于其它类型的烘烤器。蓄热式钢包烘烤器在我国的应用，将为企业节能降耗、提高效益水平、实现可持续发展发挥作用。
参考文献:
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