精炼熔融金属制造技术

一种通过氧气与熔融金属中的杂质的反应在一转炉中精炼熔融金属的方法，该方法包括下列步骤：ａ）从一位于熔融金属上方的喷枪把至少一股氧气主射流喷入熔融金属中与熔融金属中的杂质反应而生成一层熔融炉渣；ｂ）从该喷枪继续喷射该氧气主射流，使得该氧气主射流经该炉渣层射入熔融金属中；ｃ）从该喷枪喷射多股氧气副射流，该氧气副射流与氧气主射流分开地行进一定距离；以及ｄ）氧气主射流射入该体积的熔融金属前该氧气副射流带入该氧气主射流中。一种使用在该方法中的喷枪头有至少一个主氧气口和多个副氧气口，副氧气口的轴线在气流方向上与主氧气口成达４５°的角发散。该方法和喷枪头特别用于碱性氧气炼钢（ＢＯＳ）法中。需要时，一搅拌气体如氩可与主氧气混合。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及一种精炼熔融金属的方法。本专利技术还涉及一种在该方法中使用的喷枪头。将一股或多股氧气喷入熔融金属中来精炼熔融金属是公知的。例如，钢就是这样由铁炼成的。在某些工艺中，氧气气流从其顶端位于熔融金属表面下方的风口射入熔融金属的熔池中。使用风口会造成金属精炼转炉的耐火炉衬的损坏，因此不太理想。因此通常的做法是从上方把某些或所有氧气气流喷入熔融金属中。商业化的碱性氧气炼钢(BOS)法就是从上方把氧气气流“吹”入熔融金属中。氧气与溶解在熔融金属中的碳反应生成一氧化碳。氧气还与熔融金属的杂质或微量组分(例如硅)反应，从而在熔融金属表面上生成炉渣。一般来说，氧气与比方说熔融金属中的碳的反应的速率没有什么限制。因此希望氧气射入熔融金属中的速率最大。但是这一速率受到实际问题的限制。这些问题中的一个问题是氧气射入熔融金属中时造成的湍流的大小。如熔融金属飞溅得太厉害，吹氧喷枪的损伤就太厉害，从而需要经常更换喷枪头，以致于炼钢成本上升。熔融金属飞溅得太厉害还会造成熔融金属溅出转炉，从而产量下降，其下游设备的维护成本提高。另一方面，为便于氧与碳的反应，希望，特别是在后面阶段、一般在该吹炼的最后20％，当发生质量转移限制时熔融金属中有一定量的湍流。如专利申请如EP-A-866138和EP-A-866139所述，一股氧气气流在流过静止大气时会把静止大气带入其中。这一带入造成该氧气气流的速度和推力的降低。据说，由于该带入，必需把喷枪头置于比理想位置更靠近熔融金属表面的位置上，因此喷枪头更容易被飞溅的熔融金属损坏。EP-A-866138和EP-A-866139提出，喷枪头实际上变成一燃烧器。仍有一从喷枪以超音速喷出的氧气主射流，但该氧气主射流现被副火焰喷柱环绕。该副火焰喷柱由从喷枪头喷出的一燃气(或燃液)与副氧气燃烧而成。该燃气和副氧气混合生成火焰。该火焰喷柱据说用来防止静止大气带入该氧气气流中。因此据说该氧气气流不像无火焰喷柱时那样发散或失去速度。因此，该氧气气流能穿透到熔融金属表面底下深处与溶解在熔融金属中的碳反应。此外，喷枪头可置于熔融金属上方足以使其磨损率保持在可接受范围内的位置上。尽管这一理论似乎有理，但我们认为它过高估计了现有做法的缺点。此外，火焰喷柱的生成有一个很大缺点，即必需向顶上的喷枪供应燃气或燃液。该缺点的严重程度视所熔融的金属或精炼过程的不同而不同。例如在BOS法中该缺点很严重，因为，按照EP-A-866138和EP-A-866139，必需在顶上设置专门用来生成火焰喷柱的燃料供应。这从工程上来说是很难实现的，特别因为喷枪通常必需在上下两个位置上移动。此外，熔融金属吸收氢的可能性大大提高，这对许多等级的钢来说是无法接受的。我们认为，在金属精炼中改进吹氧工艺的能力取决于提高产生用来反应的氧化剂的速率同时不造成增加喷枪磨损速率。按照本专利技术，提供一种通过氧气与熔融金属中的杂质的反应在一转炉中精炼熔融金属的方法，其中，该转炉中有一定体积的熔融金属，该方法包括下列步骤a)从位于熔融金属上方的喷枪把至少一股氧气主射流射入熔融金属中与熔融金属中的杂质反应而生成一层熔融炉渣；b)从该喷枪继续喷射该氧气主射流，使得该氧气主射流经该炉渣层射入熔融金属中；c)从该喷枪喷射多股氧气副射流，该氧气副射流与氧气主射流分开地行进一定距离；以及d)该氧气副射流在氧气主射流射入该体积的熔融金属的上游被带入该氧气主射流中。本专利技术还提供一种使用在该方法中的喷枪头，该喷枪头有至少一个主氧气口和多个副氧气口，每个副氧气口与该主氧气口或主氧气口之一相连，其轴线在气流方向上从与其对应的氧气口发散达45°的角。我们相信，可用本专利技术方法和喷枪来缩短降低一定体积熔融金属中的含碳量所需的时间。我们还相信，不必提高主氧气的初始气压、速度和流率即能得出这一结果，从而较之现有方法喷枪头很快受腐蚀或损坏的风险降低。主氧气的气压、速度和流率的提高还会造成一些熔融金属和炉渣从转炉中喷出，从而造成产量降低和维护问题。本专利技术方法和喷枪的优点还在于，不必向喷枪供应燃料，从而无需顶上的燃料供应，例如EP-A-866 138和EP-A-866 139所述形成笼罩燃气气流所需的顶上燃料供应。本专利技术方法和喷枪特别可用于碱性氧气炼钢(BOS)法，但也可用于其它某些炼钢法和某些精炼有色金属的工艺。在本专利技术方法的步骤(a)和(b)中，所述氧气主射流最好都以超声轴向速度从喷枪喷出。在这两步骤中，可使用范围为1.5-3马赫的超声速度。为实现每一副氧气射流在与其对应的主射流的合适中部位置上的带入，每一副射流在气流方向上从与其对应的主射流的纵向轴线发散达45°角。每一副氧气射流与与其对应的主氧气射流之间的优选发散角为5-25°，视该副氧气射流的绝对速度及其与主氧气射流的相对速度而定。特别优选的发散角为10-20°。一般使用2-8股副氧气射流，最好使用2-6股副氧气射流。副氧气口的精确数量可视希望的主氧气流与副氧气流的比例而定。例如，副氧气流可为主氧气流的50％，此时可使用12个副氧气口。副氧气流一般为主氧气流的5-50％。每一副氧气口与与其对应的主氧气口之间的直线间隔一般小于主氧气口直径的两倍。每一副氧气射流最好比主氧气射流细。各副氧气射流最好互相分开地行进，将它们带入主氧气射流中。例如，在碱性氧气炼钢中，喷枪头在所述步骤(b)中一般浸没在炉渣层中。在碱性氧气炼钢的该例和其它例子中，有多股主氧气射流，每一主氧气射流与一股或多股副氧气射流相连。每一主氧气射流和与其相连的副氧气射流之间的关系可以是使得可以使用上述一般或优选特征中的任何一个或全部。如使用多股主氧气射流，它们一般从大致分布在圆周上(或另一闭合几何图形的周边上)的主氧气口喷出。副氧气口一般分布在主氧气口的外部。最好是，每一主氧气口具有一组与之相连的副氧气口，每组副氧气口分布在一圆的圆弧或圆周上。所述圆与该主氧气口所在的圆同心。该圆弧所对的角一般小于180°。在本专利技术一优选喷枪头中，副氧气口与与其相连的主氧气口之间的所述发散角一般为45°，最好为5-25°，更好为10-20°。每一主氧气口最好与一组1-8(更好为2-8)个副氧气口相连。每一副氧气口与与其相连的主氧气口之间的直线间隔最好小于主氧气口直径的两倍。主氧气口和每一副氧气口最好位于喷枪头的顶端上。在一适用于BOS法的优选喷枪头中，有多个围绕喷枪头轴线分布在圆周上的主氧气口。这些主氧气口最好位于喷枪头的一环形斜面上，该环形斜面有一引导内圆周边，使得这些主氧气口的纵向轴线在氧气气流的方向上互相发散。每一主氧气口最好对应有多个副氧气口，所有这些副氧气口都形成在所述环形面上。在本专利技术一优选喷枪头中，每一主氧气口呈会聚-发散喷嘴形式，每个氧气射流从该喷枪头的顶端喷出。本专利技术喷枪头一般有用于冷却剂流例如水流的管道。在本专利技术喷枪头的某些优选实施例中，所有主氧气口和副氧气口与喷枪头中的公共室连通。这类实施例的优点是机械结构简单。在本专利技术喷枪头的其它优选实施例中，每一主氧气口与喷枪头中的与副氧气口不连通的室连通。这些实施例的优点是可独立于主氧气控制副氧气的速度和流率。在许多情况下最好在本专利技术方法中还进行如下步骤e)将形成主射流和/或副射流的氧气与至少一种上游喷射搅拌气体混合。在使用公知本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种通过氧气与熔融金属中的杂质反应在一转炉中精炼熔融金属的方法，其中，该转炉中有一定体积的熔融金属，该方法包括下列步骤：　　　　ａ）从位于熔融金属上方的喷枪把至少一股氧气主射流喷入熔融金属中以与熔融金属中的杂质反应而生成一层熔融炉渣；　　　ｂ）从该喷枪继续喷射该氧气主射流，使得该氧气主射流经该炉渣层射入熔融金属中；　　　　ｃ）从该喷枪喷射多股氧气副射流，该氧气副射流与氧气主射流分开地行进一定距离；以及　　　　ｄ）将该氧气副射流带入氧气主射流射入该体积的熔融金属的上游氧气主射流中。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...

【专利技术属性】
技术研发人员：AM卡梅伦，AP理查森，JK巴塔姆，MA威尔金逊，MJ斯特雷尔比斯基，
申请(专利权)人：美国BOC氧气集团有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]