專利名稱：精煉熔融金屬的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種精煉熔融金屬的方法。本發(fā)明還涉及一種在該方法中使用的噴槍頭。
將一股或多股氧氣噴入熔融金屬中來精煉熔融金屬是公知的。例如，鋼就是這樣由鐵煉成的。在某些工藝中，氧氣氣流從其頂端位于熔融金屬表面下方的風(fēng)口射入熔融金屬的熔池中。使用風(fēng)口會造成金屬精煉轉(zhuǎn)爐的耐火爐襯的損壞，因此不太理想。因此通常的做法是從上方把某些或所有氧氣氣流噴入熔融金屬中。商業(yè)化的堿性氧氣煉鋼(BOS)法就是從上方把氧氣氣流“吹”入熔融金屬中。氧氣與溶解在熔融金屬中的碳反應(yīng)生成一氧化碳。氧氣還與熔融金屬的雜質(zhì)或微量組分(例如硅)反應(yīng)，從而在熔融金屬表面上生成爐渣。
一般來說，氧氣與比方說熔融金屬中的碳的反應(yīng)的速率沒有什么限制。因此希望氧氣射入熔融金屬中的速率最大。但是這一速率受到實際問題的限制。這些問題中的一個問題是氧氣射入熔融金屬中時造成的湍流的大小。如熔融金屬飛濺得太厲害，吹氧噴槍的損傷就太厲害，從而需要經(jīng)常更換噴槍頭，以致于煉鋼成本上升。熔融金屬飛濺得太厲害還會造成熔融金屬濺出轉(zhuǎn)爐，從而產(chǎn)量下降，其下游設(shè)備的維護成本提高。另一方面，為便于氧與碳的反應(yīng)，希望，特別是在后面階段、一般在該吹煉的最后20％，當(dāng)發(fā)生質(zhì)量轉(zhuǎn)移限制時熔融金屬中有一定量的湍流。
如專利申請如EP-A-866138和EP-A-866139所述，一股氧氣氣流在流過靜止大氣時會把靜止大氣帶入其中。這一帶入造成該氧氣氣流的速度和推力的降低。據(jù)說，由于該帶入，必需把噴槍頭置于比理想位置更靠近熔融金屬表面的位置上，因此噴槍頭更容易被飛濺的熔融金屬損壞。EP-A-866138和EP-A-866139提出，噴槍頭實際上變成一燃燒器。仍有一從噴槍以超音速噴出的氧氣主射流，但該氧氣主射流現(xiàn)被副火焰噴柱環(huán)繞。該副火焰噴柱由從噴槍頭噴出的一燃?xì)?或燃液)與副氧氣燃燒而成。該燃?xì)夂透毖鯕饣旌仙苫鹧妗Ｔ摶鹧鎳娭鶕?jù)說用來防止靜止大氣帶入該氧氣氣流中。因此據(jù)說該氧氣氣流不像無火焰噴柱時那樣發(fā)散或失去速度。因此，該氧氣氣流能穿透到熔融金屬表面底下深處與溶解在熔融金屬中的碳反應(yīng)。此外，噴槍頭可置于熔融金屬上方足以使其磨損率保持在可接受范圍內(nèi)的位置上。
盡管這一理論似乎有理，但我們認(rèn)為它過高估計了現(xiàn)有做法的缺點。此外，火焰噴柱的生成有一個很大缺點，即必需向頂上的噴槍供應(yīng)燃?xì)饣蛉家?。該缺點的嚴(yán)重程度視所熔融的金屬或精煉過程的不同而不同。例如在BOS法中該缺點很嚴(yán)重，因為，按照EP-A-866138和EP-A-866139，必需在頂上設(shè)置專門用來生成火焰噴柱的燃料供應(yīng)。這從工程上來說是很難實現(xiàn)的，特別因為噴槍通常必需在上下兩個位置上移動。此外，熔融金屬吸收氫的可能性大大提高，這對許多等級的鋼來說是無法接受的。
我們認(rèn)為，在金屬精煉中改進吹氧工藝的能力取決于提高產(chǎn)生用來反應(yīng)的氧化劑的速率同時不造成增加噴槍磨損速率。
按照本發(fā)明，提供一種通過氧氣與熔融金屬中的雜質(zhì)的反應(yīng)在一轉(zhuǎn)爐中精煉熔融金屬的方法，其中，該轉(zhuǎn)爐中有一定體積的熔融金屬，該方法包括下列步驟a)從位于熔融金屬上方的噴槍把至少一股氧氣主射流射入熔融金屬中與熔融金屬中的雜質(zhì)反應(yīng)而生成一層熔融爐渣；b)從該噴槍繼續(xù)噴射該氧氣主射流，使得該氧氣主射流經(jīng)該爐渣層射入熔融金屬中；c)從該噴槍噴射多股氧氣副射流，該氧氣副射流與氧氣主射流分開地行進一定距離；以及d)該氧氣副射流在氧氣主射流射入該體積的熔融金屬的上游被帶入該氧氣主射流中。
本發(fā)明還提供一種使用在該方法中的噴槍頭，該噴槍頭有至少一個主氧氣口和多個副氧氣口，每個副氧氣口與該主氧氣口或主氧氣口之一相連，其軸線在氣流方向上從與其對應(yīng)的氧氣口發(fā)散達(dá)45°的角。
我們相信，可用本發(fā)明方法和噴槍來縮短降低一定體積熔融金屬中的含碳量所需的時間。我們還相信，不必提高主氧氣的初始?xì)鈮?、速度和流率即能得出這一結(jié)果，從而較之現(xiàn)有方法噴槍頭很快受腐蝕或損壞的風(fēng)險降低。主氧氣的氣壓、速度和流率的提高還會造成一些熔融金屬和爐渣從轉(zhuǎn)爐中噴出，從而造成產(chǎn)量降低和維護問題。本發(fā)明方法和噴槍的優(yōu)點還在于，不必向噴槍供應(yīng)燃料，從而無需頂上的燃料供應(yīng)，例如EP-A-866 138和EP-A-866 139所述形成籠罩燃?xì)鈿饬魉璧捻斏先剂瞎?yīng)。
本發(fā)明方法和噴槍特別可用于堿性氧氣煉鋼(BOS)法，但也可用于其它某些煉鋼法和某些精煉有色金屬的工藝。
在本發(fā)明方法的步驟(a)和(b)中，所述氧氣主射流最好都以超聲軸向速度從噴槍噴出。在這兩步驟中，可使用范圍為1.5-3馬赫的超聲速度。
為實現(xiàn)每一副氧氣射流在與其對應(yīng)的主射流的合適中部位置上的帶入，每一副射流在氣流方向上從與其對應(yīng)的主射流的縱向軸線發(fā)散達(dá)45°角。
每一副氧氣射流與與其對應(yīng)的主氧氣射流之間的優(yōu)選發(fā)散角為5-25°，視該副氧氣射流的絕對速度及其與主氧氣射流的相對速度而定。特別優(yōu)選的發(fā)散角為10-20°。
一般使用2-8股副氧氣射流，最好使用2-6股副氧氣射流。副氧氣口的精確數(shù)量可視希望的主氧氣流與副氧氣流的比例而定。例如，副氧氣流可為主氧氣流的50％，此時可使用12個副氧氣口。副氧氣流一般為主氧氣流的5-50％。
每一副氧氣口與與其對應(yīng)的主氧氣口之間的直線間隔一般小于主氧氣口直徑的兩倍。
每一副氧氣射流最好比主氧氣射流細(xì)。
各副氧氣射流最好互相分開地行進，將它們帶入主氧氣射流中。
例如，在堿性氧氣煉鋼中，噴槍頭在所述步驟(b)中一般浸沒在爐渣層中。在堿性氧氣煉鋼的該例和其它例子中，有多股主氧氣射流，每一主氧氣射流與一股或多股副氧氣射流相連。每一主氧氣射流和與其相連的副氧氣射流之間的關(guān)系可以是使得可以使用上述一般或優(yōu)選特征中的任何一個或全部。
如使用多股主氧氣射流，它們一般從大致分布在圓周上(或另一閉合幾何圖形的周邊上)的主氧氣口噴出。副氧氣口一般分布在主氧氣口的外部。
最好是，每一主氧氣口具有一組與之相連的副氧氣口，每組副氧氣口分布在一圓的圓弧或圓周上。所述圓與該主氧氣口所在的圓同心。該圓弧所對的角一般小于180°。
在本發(fā)明一優(yōu)選噴槍頭中，副氧氣口與與其相連的主氧氣口之間的所述發(fā)散角一般為45°，最好為5-25°，更好為10-20°。每一主氧氣口最好與一組1-8(更好為2-8)個副氧氣口相連。每一副氧氣口與與其相連的主氧氣口之間的直線間隔最好小于主氧氣口直徑的兩倍。主氧氣口和每一副氧氣口最好位于噴槍頭的頂端上。
在一適用于BOS法的優(yōu)選噴槍頭中，有多個圍繞噴槍頭軸線分布在圓周上的主氧氣口。這些主氧氣口最好位于噴槍頭的一環(huán)形斜面上，該環(huán)形斜面有一引導(dǎo)內(nèi)圓周邊，使得這些主氧氣口的縱向軸線在氧氣氣流的方向上互相發(fā)散。每一主氧氣口最好對應(yīng)有多個副氧氣口，所有這些副氧氣口都形成在所述環(huán)形面上。
在本發(fā)明一優(yōu)選噴槍頭中，每一主氧氣口呈會聚-發(fā)散噴嘴形式，每個氧氣射流從該噴槍頭的頂端噴出。
本發(fā)明噴槍頭一般有用于冷卻劑流例如水流的管道。
在本發(fā)明噴槍頭的某些優(yōu)選實施例中，所有主氧氣口和副氧氣口與噴槍頭中的公共室連通。這類實施例的優(yōu)點是機械結(jié)構(gòu)簡單。在本發(fā)明噴槍頭的其它優(yōu)選實施例中，每一主氧氣口與噴槍頭中的與副氧氣口不連通的室連通。這些實施例的優(yōu)點是可獨立于主氧氣控制副氧氣的速度和流率。
在許多情況下最好在本發(fā)明方法中還進行如下步驟e)將形成主射流和/或副射流的氧氣與至少一種上游噴射攪拌氣體混合。
在使用公知噴槍的已知做法中，只把商業(yè)獲得的純氧在超聲速度下吹入熔融金屬中。流率和速度選擇成在最短時間內(nèi)完成精煉作業(yè)而不造成過度的湍流和飛濺。按照本發(fā)明，在主射流中包括攪拌氣體是為了便于在熔融金屬中的溶解的碳與穿過熔融金屬表面的氧氣之間的冶金反應(yīng)。此外，使用副射流可提供附加氧氣和主氧氣的供應(yīng)率，副氧氣和攪拌氣體可選擇成使得氧氣輸入總速率最大，同時確保主射流的賦予的力不增加到會發(fā)生無法接受的飛濺的程度。
如果使用攪拌氣體，主射流最好由攪拌氣體與氧氣預(yù)先混合而成。
攪拌氣體最好為惰性氣體、特別是氬。但對于某些級別的鋼來說，可把氮用作攪拌氣體，只要不對鋼產(chǎn)生有害效果。
如果使用攪拌氣體，所述主氧氣射流的組成在整個一爐鋼水中可不變。其組成也可變動，一爐鋼水中在某一時刻或某些時刻可增加。事實上，開始可不主動加入攪拌氣體。(氧氣中總有一些氬作為雜質(zhì)存在)。通常在一爐鋼水快結(jié)束時對攪拌的需求最大，因此攪拌氣體在主射流中的摩爾份數(shù)最好在該爐鋼水的最后部分(一般為最后的1/5)中比在該爐鋼水的前半部分大。事實上，可在中斷氧氣的供應(yīng)后繼續(xù)供應(yīng)攪拌氣體。
下面結(jié)合附圖舉例說明本發(fā)明方法和本發(fā)明噴槍頭各實施例，附圖中

圖1為實施本發(fā)明方法的一BOS轉(zhuǎn)爐的示意圖；圖2為本發(fā)明第一噴槍的端視圖；圖3為沿圖2中N-N線剖取的剖面圖；圖4為圖2所示噴槍頭的側(cè)視圖；圖5為本發(fā)明第二噴槍的端視圖；以及圖6為沿圖5中M-M線剖取的剖面圖。
參見附圖的圖1，該圖示出一堿性氧氣煉鋼(BOS)轉(zhuǎn)爐102。該轉(zhuǎn)爐102有耐火爐襯(未示出)。工作中，該轉(zhuǎn)爐中裝有一爐熔融的鐵。圖1中用標(biāo)號106表示這一體積的熔融鐵。熔融鐵與氧氣反應(yīng)而被精煉。用有頭部112的垂直噴槍110供應(yīng)氧氣。噴槍110一般用不銹鋼制成，其頭部112上有多個噴出氧氣的主口114?？?14與噴槍110中的氧氣管道115連通。噴槍110和頭部112中還有供冷卻劑(一般為水)在其中流動的管道116，防止其被BOS轉(zhuǎn)爐102的高溫?zé)龎?。噴?10還與一可升降噴槍110的噴槍操縱器(未示出)聯(lián)結(jié)。一般的做法是使噴槍110工作在兩個位置上。一是所謂的“軟吹”位置，在該位置上，噴槍110頂端離熔融金屬表面較遠(yuǎn)；另一個位置是所謂的“硬吹”位置，在該位置上，噴槍110頂端較靠近熔融金屬表面，噴槍頭112一般浸沒在熔融金屬精煉時形成在熔融金屬106表面上的熔融爐渣118中。本發(fā)明方法的優(yōu)點之一是噴槍位置無需如通常那樣在軟吹與硬吹之間變動。
本發(fā)明方法也可用于其位置根據(jù)脫碳率和其它因素得到動態(tài)控制的噴槍。這一動態(tài)控制是公知的。
熔融鐵開始精煉時由在軟吹位置上的噴槍頭112供應(yīng)氧氣。氧氣從噴槍頭112在一般為1.5-3馬赫的超聲速度下噴出。供應(yīng)給噴槍頭的氧氣的溫度一般為0-50℃。氧氣無需預(yù)熱，但由于BOS轉(zhuǎn)爐的環(huán)境溫度通常大大高于正常室溫，因此氧氣自然得到少許預(yù)熱。氧氣的供應(yīng)氣壓一般為5-20bar，使它能在超聲速度下從噴槍頭噴出。主氧氣穿透熔融金屬106表面與熔融金屬中的碳和其它雜質(zhì)如硅和硫反應(yīng)。煉鋼的化學(xué)過程是公知的，這里無需贅述。這里只須指出，溶解在熔融金屬池中的碳與氧氣的親和力很高，因此與氧氣迅速反應(yīng)生成一氧化碳，而其它雜質(zhì)與氧氣反應(yīng)生成比熔融黑色金屬輕的熔融爐渣，從而上升到表面形成熔融爐渣層。主氧氣的速度為使得擾動熔融金屬，一般在熔融金屬表面上形成一定程度的湍流。爐渣層118也受到擾動，其中有大量由溶解在熔融黑色金屬中的碳與氧氣反應(yīng)生成的一氧化碳?xì)馀荨?br> 在生成爐渣層后要求提高熔融金屬的脫碳率。因此把噴槍110下降到其硬吹位置，此時其頭部112浸沒在熔融爐渣118中(圖1示出的正是這一位置)。在硬吹階段在超聲噴射速度下供應(yīng)主氧氣。此外，按照本發(fā)明，還供應(yīng)副氧氣。需要時或作為該噴槍頭構(gòu)型的必然結(jié)果，可在軟吹階段供應(yīng)副氧氣，從而幫助生成爐渣。有若干不同選擇。例如，從軟吹階段到硬吹階段可提高主氧氣的流率和速度。
一般使用多股主氧氣射流，每一主氧氣射流與多股副氧氣射流相連。圖1示出一股主氧氣射流120。主氧氣射流120在氧氣氣流方向上發(fā)散。圖1中示出兩股副氧氣射流122。副氧氣射流122互相分開地行進。它們從主氧氣射流120發(fā)散。發(fā)散角可從0到45°，視主氧氣射流和副氧氣射流的絕對速度和相對速度而定。一般來說，副氧氣射流的絕對和相對速度越低，發(fā)散角可越大。發(fā)散角的目的是確保大部分副射流被往回帶入到熔融金屬表面的上游主射流中。但是，最好防止該帶入發(fā)生在太靠近噴槍頭本身的頂端處。發(fā)散角太小就會發(fā)生這種情況。另一方面，如果發(fā)散角太大，副氧氣射流可能只是繼續(xù)發(fā)散，沒帶入主射流中就消失，從而不穿透到熔融金屬中。發(fā)散角最好為5-25°、更好為10-20°。
副氧氣射流122穿過爐渣層118時遇到一氧化碳?xì)馀?。不難想到，在爐渣層的溫度下一氧化碳會與氧氣反應(yīng)生成二氧化碳。實際上，該反應(yīng)十分可能足夠強烈到足以使得每一副氧氣射流成為火焰。如此生成二氧化碳并非是固有的缺點，因為二氧化碳可用作脫碳劑。副氧化劑帶入主氧氣射流中使得更多的氧化劑與熔融金屬接觸。因此，碳和其它雜質(zhì)的氧化率提高，從而把溶解的碳的濃度降低到預(yù)定大小所需時間可縮短。不管副氧化劑是否與主氧氣射流一樣，作為副氧氣、副二氧化碳還是這兩種氣體的副混合物進入。因此，二氧化碳如何形成對本發(fā)明來說無關(guān)緊要。
把熔融金屬中的碳含量降低到預(yù)定值所需時間決定于氧化劑分子與溶解的碳分子的接觸率。提高氧化劑分子與溶解碳的接觸率就可減少精煉時間。因此，使用相當(dāng)大數(shù)量的副氧化劑是有利的。一般來說，副氧化劑流率可為主氧化劑流的50％。
如果主氧氣和副氧氣在噴槍頭中流過同一室，則副氧氣射流的速度就無法獨立于主射流速度自由設(shè)定；由于產(chǎn)生副射流的管道通常比主射流細(xì)，因此與副射流相連的“摩擦損耗”較大，因此其速度比主氧氣射流速度稍小。在這一例子中，副射流一般以聲速、但在膨脹不足的條件下從副管道噴出，從而導(dǎo)致超聲氣流狀態(tài)的即時強烈震動和消耗射流的動能的一系列震動波。另一方面，如果副氧氣從與主氧氣不同的氧氣源噴出，副氧氣速度的變動自由度就大大提高。一般來說，大大小于主氧氣速度的副氧氣速度，容易將副射流帶入主氧氣中。
可在硬吹階段中或在整個硬吹過程中把氬或其它攪拌氣體加入到噴槍110的上游主氧氣中。攪拌氣體的加入流率一般與使用副氧氣的流率相同。加入主射流中的總氣流最好在一爐鋼水的整個硬吹階段中保持不變。攪拌氣體可在一爐鋼水整個過程中以不變速率供應(yīng)，或可在一爐鋼水行將結(jié)束、溶解的碳的含量接近預(yù)定值時供應(yīng)。攪拌氣體可代替一些主氧氣并供應(yīng)給主射流。
黑色金屬中的碳含量減小到預(yù)定值時，可停止氧氣(主氧氣和副氧氣)和攪拌氣體的供應(yīng)，從煉鋼轉(zhuǎn)爐102中抽出噴槍110。然后可如所公知地從轉(zhuǎn)爐102中放出熔融金屬。
選擇攪拌氣體供應(yīng)時刻和數(shù)量的能力可使煉鋼過程最佳。在一爐鋼水開始硬吹時，碳含量較高，用攪拌氣體代替氧氣只會延長精煉時間。在一爐鋼水行將結(jié)束時，此時碳含量低，加入攪拌氣體才有利。
圖2-4示出在本發(fā)明方法中使用的第一噴槍頭200的結(jié)構(gòu)。如圖2-4所示，噴槍頭200前端或頂端204有一鼻部202。鼻部202被環(huán)形斜面206環(huán)繞，該環(huán)形斜面的內(nèi)圓周邊比外圓周邊更靠前。如圖2所示，環(huán)形斜面206上有4個主氧氣口208。每一主氧氣口208的軸線與該斜面垂直。因此各主氧氣口208的軸線在氧氣氣流方向上相對噴槍頭200本身的縱向軸線發(fā)散。該發(fā)散角一般為5-15°。這些氧氣口208等距分布在圓周上。在這一布置下主氧氣射流在4個不同部位穿透熔融金屬表面，從而有利于氧氣的擴散。需要時，可使用數(shù)量比4個多或少的主氧氣口208。
每一主氧氣口208構(gòu)成形成在噴槍頭200中的會聚-發(fā)散噴嘴210的終端。噴嘴210包括上游會聚部212、直徑不變的中間部214和發(fā)散部216。會聚部212與從噴槍頭200伸出的氧氣室218連通。該會聚-發(fā)散噴嘴(有時稱為Laval噴嘴)能把在高壓下供應(yīng)給室218的氧氣以超聲速度噴出。最好把會聚-發(fā)散噴嘴210設(shè)計成氧氣從主氧氣口208噴出時充分膨脹。
每一主氧氣口與多個副氧氣口220相連。如圖2所示，每一主氧氣口208與2個副氧氣口220對應(yīng)。各副氧氣口220形成在環(huán)形斜面206上。副氧氣口220都位于主氧氣口208與環(huán)形面206的外圓周邊之間。每一副氧氣口220的直徑大大小于主氧氣口208。每一副氧氣口220的軸線在氧氣氣流方向上相對與其對應(yīng)的主氧氣口208的軸線發(fā)散。只要以上結(jié)合圖1所述標(biāo)準(zhǔn)得到滿足，該發(fā)散角可達(dá)45°。但該發(fā)散角一般為5-25°、更一般為10-20°。
每一副氧氣口220位于副氧氣管道222的終端上。每一副氧氣管道222形成有上游腿224和下游腿226。下游腿226最好與上游腿224成一角度。每一上游腿224與室218連通。如圖3所示，下游腿226的直徑比上游腿224小。但是，需要時，可使用相反的設(shè)置上游腿224的直徑比下游腿226小。這可使用在要降低副氧氣射流速度時。管道222一般都形成為孔或埋頭孔。
為便于說明，所示每一主氧氣口208只與兩個副氧氣口220相連。但是，每一主氧氣口208一般與兩個以上的副氧氣口220相連。因此，每一主氧氣口208一般與2-8個副氧氣口220相連。每組副氧氣口220最好分布在一圓的圓周上，該圓與所述相連的主氧氣口208的軸線同心。副氧氣口220的間距設(shè)置成使得工作時從其噴出的氧氣射流不互相匯合。每組副氧氣口220一般布置成這些口220不圍繞整個圓周延伸而是對應(yīng)于小于360°、通常小于180°的圓弧上。
噴槍頭200形成有圍繞氧氣室218的一體內(nèi)套筒228和一體外套筒230。套筒228和230在噴槍頭正常工作時形成供冷卻劑、通常為水在噴槍頭中流動的管道。這些管道伸入噴槍200的鼻部202中。
噴槍頭200可焊接或以其他方式液密地固定在具有三個同心管道的噴槍(圖2-4中未示出)上，內(nèi)部管道為氧氣管道，其它兩個管道為冷卻劑管道。在用來精煉許多爐熔融金屬后，噴槍頭200必需更換。這只須從噴槍上切割下用過的噴槍頭后焊接上新噴槍頭。
圖2-4所示噴槍頭的工作情況基本上如結(jié)合圖1所述。帶入每個主氧氣射流中的副氧氣射流增強了與所精煉熔融金屬緊密接觸的脫碳劑流。因此與只使用主氧氣射流的通常做法精煉相比，給定組成的給定體積的熔融金屬所需時間縮短。將一氧化碳帶入副氧氣射流中造成的副氧氣的燃燒對本發(fā)明來說無關(guān)緊要。
由于副氧氣口220與氧氣室218連通，副氧氣射流一般以聲速噴出，由于其噴出時的膨脹不足狀態(tài)與轉(zhuǎn)爐環(huán)境壓力之間的差壓而迅速膨脹成超聲速度。該超聲速度由于流動氧氣與副氧氣管道222的壁之間的“摩擦”相互作用而小于主氧氣射流的噴出速度。
圖5和6示出噴槍頭另一實施例。圖5和6中與圖2-4中對應(yīng)的部件用相同標(biāo)號表示。圖5和8所示噴槍頭的結(jié)構(gòu)和工作情況總的與圖2-4所示噴槍頭相同。兩實施例的主要差別在于，在圖5和6所示噴槍頭中，副氧氣管道222與一圍繞室218、與之同軸的環(huán)形副氧氣室300連通。因此，副氧氣的噴出速度獨立于主氧氣從噴槍頭噴出的速度。因此，需要時，副氧氣可以大于主氧氣速度的超聲速度、小于主氧氣速度的超聲速度、聲速或次聲速噴出。副氧氣次聲速的一個優(yōu)點是便于將副氧氣射流帶入主氧氣中。
可對噴槍頭作出種種改動和修正。例如，需要時，噴槍頭可在其近端上在氧氣室的壁上形成孔，使得一部分噴出的氧氣用來在BOS的遠(yuǎn)離熔融金屬表面的部位上進行一氧化碳的后燃燒。本發(fā)明的其它實施例對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說是顯而易見的。本發(fā)明的范圍見以下權(quán)利要求。
權(quán)利要求
1.一種通過氧氣與熔融金屬中的雜質(zhì)反應(yīng)在一轉(zhuǎn)爐中精煉熔融金屬的方法，其中，該轉(zhuǎn)爐中有一定體積的熔融金屬，該方法包括下列步驟a)從位于熔融金屬上方的噴槍把至少一股氧氣主射流噴入熔融金屬中以與熔融金屬中的雜質(zhì)反應(yīng)而生成一層熔融爐渣；b)從該噴槍繼續(xù)噴射該氧氣主射流，使得該氧氣主射流經(jīng)該爐渣層射入熔融金屬中；c)從該噴槍噴射多股氧氣副射流，該氧氣副射流與氧氣主射流分開地行進一定距離；以及d)將該氧氣副射流帶入氧氣主射流射入該體積的熔融金屬的上游氧氣主射流中。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在步驟(b)中，所述氧氣主射流以1.5-3馬赫的超聲速度噴出。
3.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每一副射流的縱向軸線在行進方向上從與其相連的主射流的縱向軸線發(fā)散45°角。
4.按權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述角為5-25°。
5.按權(quán)利要求3或4所述的方法，其特征在于，所述角為10-20°。
6.按權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，每一主氧氣射流連接有2-6股副氧氣射流。
7.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，噴槍頭在所述步驟(b)中浸沒在爐渣層中。
8.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，每一氧氣射流從該噴槍的頂端噴出。
9.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，有多股主氧氣射流，每一主氧氣射流與一股或多股副氧氣射流相連。
10.按權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，主氧氣射流從大致分布在圓周上的主氧氣口噴出。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，副氧氣射流從分布在主氧氣射流外部的副氧氣口噴出。
12.按權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，每一主氧氣口具有與其相連的一組副氧氣口，每組副氧氣口分布在一圓的圓弧上。
13.按權(quán)利要求12所述的方法，其特征在于，所述圓與該主氧氣口所在的圓同心。
14.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，副氧氣流為主氧氣流的5-50％。
15.按上述任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，還包括下列步驟將形成主射流和/或副射流的氧氣與至少一種噴射的上游攪拌氣體混合。
16.按權(quán)利要求15所述的方法，其特征在于，該攪拌氣體為惰性氣體。
17.按權(quán)利要求16所述的方法，其特征在于，該攪拌氣體為氬。
18.按權(quán)利要求15-17中任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于，該攪拌氣體只在一爐鋼水的后期與主氧氣混合。
19.按權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于，攪拌氣體的流率小于或等于副氧氣的流率。
20.一種用于上述任一權(quán)利要求所述方法中的噴槍頭，該噴槍頭有至少一個主氧氣口和多個副氧氣口，每一副氧氣口與該主氧氣口或所述主氧氣口之一相連，其軸線在氣流方向上相對與其相連的主氧氣口發(fā)散45°的角。
21.按權(quán)利要求20所述的噴槍頭，其特征在于，所述角為5-25°。
22.按權(quán)利要求20或21所述的噴槍頭，其特征在于，所述角為15-20°。
23.按權(quán)利要求20-22中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，有多個主氧氣口，每一主氧氣口與一組1-8個副氧氣口相連。
24.按權(quán)利要求23所述的噴槍頭，其特征在于，每組副氧氣口分布在一圓的一圓弧上，該圓與與所述組相連的主氧氣口同心。
25.按權(quán)利要求24所述的噴槍頭，其特征在于，所述圓弧所對的圓心角小于180°。
26.按權(quán)利要求20-25中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，每一副氧氣口與該主氧氣口之間的直線間隔小于該主氧氣口直徑的兩倍。
27.按權(quán)利要求20-25中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，該主氧氣口和每一副氧氣口位于噴槍頭的頂端上。
28.按權(quán)利要求20-27中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，有多個圍繞噴槍頭軸線分布在圓周上的主氧氣口。
29.按權(quán)利要求20-28中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，副氧氣口分布在主氧氣口外部。
30.按權(quán)利要求20-29中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，主氧氣口位于噴槍頭的環(huán)形斜面上，該環(huán)形斜面有引導(dǎo)內(nèi)圓周邊，使得這些主氧氣口的縱向軸線在氧氣氣流的方向上互相發(fā)散。
31.按權(quán)利要求20-30中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，所有主氧氣口和副氧氣口與噴槍頭中的公共室連通。
32.按權(quán)利要求20-30中任一權(quán)利要求所述的噴槍頭，其特征在于，每一主氧氣口與噴槍頭中的與副氧氣口不連通的室連通。
全文摘要
一種通過氧氣與熔融金屬中的雜質(zhì)的反應(yīng)在一轉(zhuǎn)爐中精煉熔融金屬的方法，該方法包括下列步驟a)從一位于熔融金屬上方的噴槍把至少一股氧氣主射流噴入熔融金屬中與熔融金屬中的雜質(zhì)反應(yīng)而生成一層熔融爐渣；b)從該噴槍繼續(xù)噴射該氧氣主射流，使得該氧氣主射流經(jīng)該爐渣層射入熔融金屬中；c)從該噴槍噴射多股氧氣副射流，該氧氣副射流與氧氣主射流分開地行進一定距離；以及d)氧氣主射流射入該體積的熔融金屬前該氧氣副射流帶入該氧氣主射流中。一種使用在該方法中的噴槍頭有至少一個主氧氣口和多個副氧氣口，副氧氣口的軸線在氣流方向上與主氧氣口成達(dá)45°的角發(fā)散。該方法和噴槍頭特別用于堿性氧氣煉鋼(BOS)法中。需要時，一攪拌氣體如氬可與主氧氣混合。
文檔編號C21C5/46GK1985010SQ200580023646
公開日2007年6月20日 申請日期2005年5月12日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者A·M·卡梅倫, A·P·理查森, J·K·巴塔姆, M·A·威爾金遜, M·J·斯特雷爾比斯基 申請人:美國Boc氧氣集團有限公司