具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

钢包烘烤是炼钢生产工序中的主要环节之一。烘烤装置的性能对转炉出钢温度、炼钢作业率、炉龄等都具有很大影响。钢包烘烤介于炼钢和铸钢两个工序之间，钢包烘烤温度的高低对协调整个生产有重要作用，对连铸生产的意义更加重大。钢水从出完钢到浇铸前都要在钢包中镇静5-10min才进行浇铸，在镇静过程中，钢水温度会降低，主要的热能损失有三种形式：钢水上表面散热损失、钢包外壳表面的综合散热损失以及钢包内衬的散热损失，其中钢包内村的散热损失占整个热损失的40％-50％左右，因此减少钢包内村的散热损失，可使钢水在钢包中的温降大大减少。所以钢包烘烤器对钢包的烘烤效果直接影响到钢的产量、原材料的消耗、转炉的寿命、吨钢的成本等等。

目前，常用的钢包烘烤器为包盖配套筒式烧嘴，使用时首先使用小火，火焰在钢包上部，火焰速度很低，传热速度慢，造成钢包内部上下温度不均，只有靠延长加热时间达到加热效果，因此，现有技术中的钢包烘烤器能耗高，加热速度慢，钢包内部上下温差大。

有鉴于此，本发明实施例提供一种钢包烘烤器，此钢包烘烤器的烧嘴包括点火喷管、燃气喷管和多个助燃气喷管，通过设置至少一个助燃气喷管与其他助燃气喷管不等径，差生流速差，在燃气喷管周围形成左右浓淡燃烧，加强火焰在钢包内部的扰动性，以保证整个钢包内部烘烤的均匀性；燃气喷管和助燃气喷管的出口均可以设置拉瓦尔喷头，产生超音速射流火焰，使火焰能直冲钢包底部，加快加热速度；并且，助燃气喷管还可以直接连接纯氧供给管道，可以节约燃料，减少有害气体的排放，达到节能减排的效果。

下面参考附图并结合具体的实施例描述本发明。

实施例

图1为本发明实施例提供的钢包烘烤器的包盖和烧嘴装置的俯视图，图2为本发明实施例提供的钢包烘烤器的包盖和烧嘴装置的仰视图，图3为本发明实施例提供的钢包烘烤器的烧嘴装置的侧视图。

参考图1至图3所示，本发明实施例提供的钢包烘烤器包括：包盖100以及设置在包盖100上的烧嘴装置200。

烧嘴装置200包括点火喷管210、燃气喷管220以及多个助燃气喷管230，点火喷管210靠近燃气喷管220设置，以使由燃气喷管220喷出的燃气能迅速被点燃，燃气喷管220与外部燃气供给管道连接，助燃气喷管230与外部助燃气供给管道连接。

其中，多个助燃气喷管230围绕燃气喷管220的周向设置，且至少一个助燃气喷管230与其他助燃气喷管230不等径。

在本发明的一些实施例中，烧嘴装置200包括点火喷管210、燃气喷管220和五根助燃气喷管230，燃气喷管220设置在包盖100的中心位置，点火喷管210靠近燃气喷管220设置，五根助燃气喷管230环绕燃气喷管220合理布局，确定燃气喷管220与助燃气喷管230之间的相对安全距离，保证燃气喷管220与助燃气喷管230的喷口处温度在可控的范围内解决无水冷问题。

其中，五根助燃气喷管230中有三根助燃气喷管230等径，其他两根助燃气喷管230则不等径且分布在燃气喷管220的左右两侧，助燃气喷管230在燃气喷管220两侧产生流速差，使在燃气喷管220的喷口处实现左右浓淡燃烧，加强火焰在钢包内部的扰动性，保证整个钢包烘烤的均匀性，并且还能在燃烧过程中抑制NOx生成，达到减排的效果。

本发明实施例采用弥散式燃烧和浓淡燃烧相结合的方式，使钢包内火焰燃烧具有稳定燃烧范围(指燃烧-助燃气比的变化范围)宽、不会产生回火和燃烧火焰长度长等优点。

在这里，需要解释的是，本文中的“浓淡燃烧”是指通过将整个燃烧过程人为区分为燃气和助燃气配比不同的若干区域，使燃气的燃烧分别在燃气过浓、燃气过淡和燃尽三个区域完成，从而达到增加火焰燃动性和抑制NOx生成的效果。本文中的“弥散式燃烧”是指燃气和助燃气未经预先混合，在分别送入燃烧设备后采用边混合边燃烧的燃烧方式，由于燃气和助燃气未混合，固允许将两者预热至较高的温度(不受着火温度限制)，以便充分利用废气余热，并可使低发热量燃料也能达到较高的燃烧温度，达到节能减排的作用，并且由于是边混合边燃烧，固燃烧火焰长度较长，进一步加强钢包内部的温度均匀性。

需要提到的是，在本发明的一些实施例中，将燃气喷管220核心参数设计喉口最大流速为170m/s，最大流量为200m³/h，最小流量为40m³/h，助燃气喷管230核心参数设计喉口最大流速为170m/s，单根最大流量为84m³/h，最小流量17m³/h，合理的喷口流速能保证火焰的长度和刚度，能进一步保证整个钢包烘烤的均匀性。

还需要提到的是，在本发明的一些实施例中，点火喷管210包括3个4mm环孔和2个4mm直孔，作为点火和长明火，以保证钢包内安全。

综上所述，本发明实施例提供的钢包烘烤器能加快钢包烘烤速度，使钢包内温度保持均匀，并且能节约燃料，达到节能减排的作用。

参考图3所示，燃气喷管220的长度大于助燃气喷管230的长度，燃气喷管220的长度可以大于助燃气喷管230长度100mm以上，使得燃气与助燃气混合之前烟气混合浓度降低、降低火焰燃烧速度和火焰温度，如此，可使火焰不会集中在喷管附近，延长燃气喷管220和助燃气喷管的使用寿命，并且能使火焰能覆盖整个钢包，进一步增强钢包烘烤的均匀性。

众所周知，全氧燃烧是指工业氧气代替空气来燃烧燃料，可以使燃料燃烧更加完全。全氧燃烧对于空气燃烧有诸多优点：一是全氧燃烧过程与空气燃烧相比，空气中约79％的氮气不再参与燃烧，可以提高火焰温度，烟气中不存在氮气，燃烧产物为三原子产物，三原子物质的传热效果高于双原子物质，可以提高加热效率；二是氮气不再参与排烟，可以大幅减少烟气量，减少排烟热损失。

全氧燃烧由于无氮气参与燃烧过程，理论上不会产生NOx，但由于实际燃料中会含有少量的氮气以及燃烧过程中密封性能不佳会从大气中吸入少量的氮气，但由于氮气浓度较低，即使全氧燃烧的火焰温度较高，NOx的生成量还是比空气燃烧要少，若能通过烟气回流等技术控制火焰的温度及燃烧区氧浓度，全氧燃烧的NOx的生成量会降到极低。

全氧燃烧直接带来的效益就是能够节约燃料，减少NOx的排放，达到节能减排的效果。

本发明的一些实施例中，助燃气喷管230连接的助燃气供给管道内的助燃气体可以为氧气，并且燃气与氧气比例可以设定为1：2.1，以保证最佳燃烧状态。

可选地，在本发明一些可能实施方式中，烧嘴装置200还包括火检装置，该火检装置可以为紫外线火检装置，用于监控钢包内的火焰情况，紫外线火检装置能控制点火喷管210自动点火，点火同时自动打开燃气阀，在设定时间没有点燃，控制器将自动关闭燃气阀并报警，如果点火成功则保持燃料正常供应，确保安全，并且紫外线火检装置只对产生的紫外线敏感，对灯光和炉膛高温辐射无反应，抗干扰性强，保证报警信息的准确性，进一步保证钢包安全。

在本发明的一些实施例中，燃气喷管220和助燃气喷管230的出口均设置有喷头300，该喷头300可以是拉瓦尔喷头。

拉瓦尔喷头的前半部由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张至后半部，气体受高压流入喷头的前半部，穿过窄喉后由后半部溢出，拉瓦尔喷头可使气流的速度因喷头截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速，使火焰冲击深度直达钢包底部，加快加热速度，并使火焰能覆盖整个钢包内部，进一步加强钢包内部的整体温度均匀性。

为了实现包盖100在钢包上的快速开启或关闭，在本发明的一些实施例中，钢包烘烤器还包括支架结构，该支架结构包括支架立柱、扬臂结构以及驱动装置。

其中，扬臂结构的第一端与包盖100固定连接，扬臂结构的第二端通过旋转轴与支架立柱顶部活动连接，扬臂结构扬起带动包盖100升起以实现包盖100在钢包上的快速开启，扬臂结构落下带动包盖100落下以实现包盖100在钢包上的快速关闭。

为了实现机械自动化，本发明提供的钢包烘烤器还包括驱动装置，驱动装置与扬臂结构连接，驱动装置用于驱动扬臂结构升起或落下。

在本发明的一些实施例中，驱动装置可以包括液压缸以及液压杆，液压缸驱动液压杆以控制扬臂结构的升起或落下，当然，对驱动装置的作业形式在此不做任何限制。

为了实现自动化控制代替以往靠人工经验判断手动控制调节火焰，本发明实施例提供的钢包烘烤器还可以包括电控系统，电控系统包括控制系统和监控系统，监控系统用于监控钢包烘烤器并将监控信息上传至控制系统，由控制系统下发控制命令。

其中，控制系统可以包括可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，具体的，可以将SIMATIC S7-1200作为核心控制单元，配上继电器和接触器空开。SIMATIC S7-1200是一款紧凑型、模块化的PLC，可完成简单逻辑控制、高级逻辑控制、HMI和网络通信等任务，对于需要网络通信功能和单屏或多屏HMI的自动化系统，具有易于设计和实施的特点。

需要提到的是，在本发明的一些实施例中，钢包烘烤器还包括人机交互界面，监控系统对钢包烘烤器的监控信息可直接显示在人机交互界面上，监控系统包括有传感器组件，传感器组件主要有包盖100上用于监控钢包内部温度的S型热电偶、用于监控燃气压力及流量的燃气压力流量传感器、用于监控氧气压力及流量的氧气压力流量传感器、用于监控氮气压力的氮气压力传感器和与紫外线火检装置连接的紫外线传感器。

容易理解的是，以包盖100上的S型热电偶反应出来的温度作为控制变量可以真实的反映钢包的实际温度，电控系统按照时间进度及温度梯度要求控制脉冲火焰烘烤的时间，达到追踪温度变量的要求，最终达到钢包内部温度平衡。

在本发明的一些实施例中，监控系统还包括报警装置，报警装置接收来自传感器组件的监控信息进行报警，报警装置主要有与燃气压力流量传感器连接的燃气压力报警装置、与氧气压力流量传感器连接的氧气压力报警装置、与氮气压力传感器连接的氮气压力报警装置、燃气浓度泄漏报警装置、紫外线火检报警装置，还包括有声光报警器，提高报警力度。

还需要提到的是，本发明提供的钢包烘烤器的电控系统还包括执行组件，执行组件包括燃气及氧气双切断气动快切阀、燃气及氧气气动流量调节阀、点火电磁阀、单向回火阀、热电偶温度保护器、流量保护阀等，执行组件接收到来自控制系统下发的控制命令进行自动执行。

为了增加本发明提供的钢包烘烤器的控制适应性，还增加有手动模式，可通过人机交互界面切换由自动模式改为手动模式，比如改为手动强制保温模式，操作人员选定后于人机交互界面上输入所需温度再由PLC自动控制，通过脉冲烘烤自动保温至所需温度，如此，也可实现一键烘烤，极大减轻操作人劳动强度。

在本发明的一种可能实施的方式中，钢包烘烤器根据不同类型钢包共设置有七种钢包烘烤模式：渣线包15小时模式、大修包30小时模式、永久层40小时模式、3小时上线模式、5小时上线模式，这五种模式按照具体工艺升温时间控制表格根据不同的钢包类型进行自动烘烤，烘烤过程自动执行脉冲燃烧烘烤，烘烤完毕自动声光报警提醒并自动转到保温模式。

其中，“脉冲燃烧烘烤”指的是，在钢包温度600度以下时，脉冲大火设定为120m³/h，脉冲小火40m³/h；钢包温度600度以上时，脉冲大火设定为180m³/h，脉冲小火40m³/h；两种脉冲大火加热时间为2分钟，如2分钟未到设定温度则继续脉冲大火加热，如2分钟达到设定温度则进入脉冲小火蓄热5分钟，5分钟后继续脉冲大火，依次往复循环。其中燃气与氧气配比为1：2.1。

需要说明的是，之所以将钢包温度600度作为分界点，是因为考虑到钢包低温区缓慢排气的需求。采用脉冲大火的目的是为了保证烘烤钢包全程钢包整体温度的均匀性，避免当烘烤接近设定温度时，自动控制长期小火保温造成的钢包上部温度高，下部温度低的现象，进一步保证钢包内部烘烤的均匀性。

本发明实施例提供的一种钢包烘烤器，通过设置至少一个助燃气喷管与其他助燃气喷管不等径，差生流速差，在燃气喷管周围形成左右浓淡燃烧，加强火焰在钢包内部的扰动性，以保证整个钢包内部烘烤的均匀性。并且，助燃气喷管还可以直接连接纯氧供给管道，可以节约燃料，减少有害气体的排放，达到节能减排的效果。同时还设置有电控系统，实现自动化控制代替以往人工经验判断手动控制调节火焰。

在本发明的描述中，需要理解的是，所使用的术语“中心”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“顶端”、“底端”、“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”“轴向”、“周向”等指示方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的位置或原件必须具有特定的方位、以特定的构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个、三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，例如可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成为一体；可以是机械连接，也可以是电连接或者可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以使两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。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在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。