[发明专利]用于控制空气对封闭空间的进入的加热方法和系统

说明书

技术领域

本公开大体涉及用于在封闭空间中进行加热的方法和系统。具体地说，本公开涉及用于预热浇包的方法和系统，浇包具有供熔化金属使用的封闭空间。

背景技术

在金属工业中，内衬耐火材料的浇包通常用于在进一步处理之前运输或储存熔化金属。浇包在使用之前被加热(这通常被称为浇包预热)，从而最大限度地减小熔化产物的冷却。浇包通常被燃烧系统加热，借此燃料被燃烧，从而在浇包的空腔中产生燃烧热。在实际操作中，浇包的唇缘通常由于使用而覆盖了固化的大块金属以及其它类型的渣料，这在浇包的盖和浇包缘边之间形成了不可避免的间隙。间隙可能是相当大的，其中在围绕浇包唇缘的某些位置处，间隙可能扩大高达几英寸或更大。虽然通常的做法是使用这个间隙作为燃烧产物的排气口，但是当间隙变得太大时，可能发生通过间隙进入浇包空腔中的空气混入。较冷的混入的环境空气降低了加热系统的能量效率。特别在使用高温方法，例如氧-燃料燃烧时，这还增加了NO_X的产生。当间隙竖直定向时，这种冷空气的混入由于上浮(buoyancy)效应而变成更大的问题。某些现有技术专利已经试图通过密封容器以减少通过间隙的空气渗透而克服能量损失和NO_X的产生。然而，在实践中，这些密封方法难以实现和维持，因为覆盖浇包唇缘的固化的大块金属以及其它类型的渣料破坏了密封，并且/或者对浇包加热装置上的密封表面造成了损害。

在美国专利申请1,057,905、4,223,873、4,229,211(其是4,223,873的部分延续)、4,386,907、4,364,729和5,540,752中声明了浇包缘边或浇包加热炉的各种密封方法，这些申请均通过引用而以其整体结合在本文中。在实践中，这些密封方法受到难以实现的缺点的困扰，因为浇包的唇缘通常覆盖了固化的大块金属和其它类型的渣料，这破坏了密封，并且/或者对浇包加热装置上的密封表面造成损害。

从历史上看，空气-燃料燃烧是用于几乎所有工业加热工艺中的传统技术。总地说来，在空气-燃料燃烧中由于同氧-燃料燃烧相比大得多的烟道气体积而较容易保持正压力并最大限度地减小空气泄漏。然而，在没有热回收方法的条件下，空气-燃料燃烧通常是效率低下的。为了提高能量效率，在各种熔化炉中已经广泛采用回热式或再生式空气-燃料燃烧。美国专利No.1,057,905、No.4,223,873、No.4,229,211、No.4,386,907、No.4,364,729、No.4,359,209、No.4,718,643、韩国专利KR2000004271A和比利时专利BE901913A公开了用于浇包预热的回热式或再生式空气-燃料燃烧系统，这些专利均通过引用而以其整体结合在本文中。然而，这些回热式或再生式空气-燃料燃烧系统是复杂的，昂贵的，并且通常需要频繁的维修。

美国专利No.1,057,905引入了一种用于通过利用空气燃料燃烧而干燥和加热浇包的装置。为了密封浇包缘边和预热燃烧空气，在美国专利1,057,905中所公开的方法使浇包倒转，并将浇包放置在炉上方。这样做防止了烟道气逃逸，并且不会从浇包的缘边混入环境空气。美国专利1,057,905的缺点包括如下几点：(1)浇包必须倒转，这对于大型炼钢厂浇包是不可接受的情况；(2)在实际操作中，难以保持浇包的缘边清洁，或者使固化的金属和渣料沿着缘边均匀分布。这些限制使得在浇包的粗糙缘边与炉对接时难以确保密封连接。

美国专利No.4,223,873公开了一种回热式空气-燃料火焰浇包加热方法和装置。为了防止在浇包内部和外部大气之间的过大泄漏，在浇包的缘边和热交换器系统及燃烧器系统的外壳的开口之间增加了包括陶瓷纤维充填材料的圆形密封件。这种方法利用额外的材料，并且不会防止材料沿着浇包唇缘的累积，从而限制了在密封浇包中的使用。