往熔融金属中吹氧化气体的方法技术

本发明专利技术涉及一种往金属浆液液面下有风嘴的反应容器内的熔融金属中吹入氧化气体的方法，借助该方法氧化气体以８５巴至１７０巴的入口压力从这些风嘴送入熔融金属。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种往金属浆液(metal bath)液面下有风嘴的反应容器内的熔融金属中吹入氧化气体的方法。现在，金属生产中不断进步的冶炼方法主要都以氧气作为精制剂(refining agent)，当精制气从金属浆液液面下送入熔融体时更是如此。在有色冶金中，这种方式越来越普遍。例如，在最近为人们熟悉了的炼铅用QSL反应器中，在浆液液面下就采用了氧气风嘴。稍加改变后的类似方法已成为制铜工业实践中的组成部分。在钢铁生产中氧气精制法虽已占有特别重要的地位，但随着目前转炉炼钢中各种LD法的使用，现在，另一种重要的炼钢设备电弧炉中的铁浆液面下也采用氧气风嘴，以提高此方法的经济效益。从1968年开始，在底吹转炉中以人们已知的OBM法或Q-BOP法大规模使用纯氧。1583968号德国专利第一个享有对OBM方法进行描述的保护权。随后，该领域有了新的进展，现在盛行组合吹气(combination-blowing)KMS转炉，这是炼钢中非常通用而且理想的方法。这种方法可以通过加入含碳燃料在很宽范围内控制炉渣熔炼能力，而且通过反应气的后燃烧及所产生热的再传输，大大提高这些燃料的热效率。转炉中这种能量转换率的提高受2838983号德国专利保护。为改进底吹或组合吹转炉方法的操作，在顶吹法和LD法中采用惰性气体吹洗底部。所用的相对少量的清洗气(主要是氮气和氩气)在LET法中以氧气代替。在这种方法中，从铁浆液面下的二至四个底部风嘴往熔融体吹入约5标准立方米/吨钢。与LD转炉的一般做法一样，通过水冷的顶吹氧枪将重要的精制氧气成分吹入铁浆中。3629055号德国专利描述的用于电弧炉炼钢的KES法，最近已得到了许多厂家的认可。在这种增加电弧炉中能量供给的方法中，氧气或含氧气体吹入炉内上部区域用于后燃烧反应气体，氧化气体(主要为氧气)通过安装在底部的风嘴进入熔融体。同时，炉渣形成剂和含碳燃料等固体通过空心电极加入熔融体。这种方法省电，能显著提高经济效益。这项保护权利还提出在不同情况下在最高达60巴的高压下操作浆液液面下的风嘴。迄今为止所述的各种方法中，氧气是通过所谓OBM风嘴(即由保护性碳氢化合物护封的氧气风嘴)送至浆液液面下。这些风嘴通常由两根同轴的管子组成，其中氧气流经中心管，而碳氧化合物(如天燃气、甲烷、丙烷、丁烷或轻质燃料油)流经环状缝隙。采用这种风嘴时，在有利的操作条件下(如3403490号德国专利“A method for installing a converter bottom”中所述)可达到底衬和风嘴的最低耗损速率1.5毫米/批，相当于每吹气1小时约5毫米。随着大规模成功使用OBM风嘴(即用于将气态或液态碳氢化合物护封的氧气从浆液液面下送入熔融体的风嘴)，为在无风嘴保护介质的情况下将氧送入熔融金属的努力在此之前不乏其例。如1940年提交的2，333，654号美国专利描述了一种炼钢方法及设备，其中氧气是通过贝西默(Bessemer)转炉或类似的精制反应器中一个绝对冷却的风嘴吹入熔融金属中。该风嘴由高导热材质制成，并有一个水冷系统水高速流到风嘴的下侧，从而在风嘴表面上形成一层固化金属以保护风嘴。这种方法从未应用到炼钢生产实践中，其原因可能是因为风嘴的冷却水系统泄漏和爆裂及所形成的水蒸汽爆炸的危险性太大。1955年提交的2，855，293号美国专利涉及用氧气处理熔融金属的另一种方法和设备。这种方法的特征在于采用压力在28巴(400磅/平方英寸)以上的氧气在风嘴顶端获得有限的冷却效果，从而使风嘴材质不熔化。这种方法与设备在应用中受到若干条件的限制。最重要的条件是氧气压力为28巴至70巴(即400～1000磅/平方英寸)，喷嘴和风嘴面积为0.003至0.03平方英寸，对应于内管直径为1.5至5毫米，管壁厚度至少为4.8毫米。在这种情况下，再在风嘴周围采用合适的耐火材料，就可以使风嘴的耗损速率达到最低值0.27英寸/分，相当于6.86毫米/分或411毫米/时。基于现代底吹转炉的壁厚度，这样的耗损速率将使转炉的工作次数在10批以下，而现在常用类似炉底的工作次数现在已达1，000批以上。该美国专利所述的方法，即以28巴至70巴的压力将氧气从金属浆液液面下送入熔融体的方法，尚未在炼钢或金属提炼中获得应用。但相同专利技术人在1965年提交的1450718号法国专利中建议氧必须和一种或多种气态碳氢化合物一起吹入熔融金属浆液。如上所述，用碳氢化合物护封氧气的方法已在金属生产冶炼方法中得到认可，并取得了令人满意的效果(尤其是在所用风嘴的耗损速率方面)，从而提高了经济效益。但仍存在一些不利因素，主要是在炼钢过程中来源于风嘴保护介质的较高含氢量损害熔融的成品钢。同时，从安全因素考虑，必须采用复杂的控制设备，以(例如)保持碳氢化合物压力低于氧气压力，这样才能使碳氢化合物不会溢流入氧气管道，避免因此所致不希望的进料系统爆燃或燃烧。最后，相当大比例的保护风嘴用碳氢化合物以无定向介质(vagrant medium)的形式在转炉底流失，并导致地转炉外面形成不希望的火焰，如在转炉底部的管道区域。因此，本专利技术基于下述问题在不采用碳氢化合物护封或其它的风嘴保护介质的情况下，可靠地将氧气通入浆液液面下的熔融金属中，并获得与OBM风嘴已知值相似的进气系统及周围耐火衬耗损速率。本专利技术的目的为一种将氧化气体吹入在金属浆液液面下有风嘴的反应容器内的熔融金属中的方法，其特征在于氧化气体(特别是氧气)从这些风嘴吹入熔融金属中，并以85巴至170巴，优选90巴至120巴的入口压力送至风嘴。这些措施使风嘴和周围的耐火材料一起均匀地回燃(burn back)，每吹气1小时的耗损速率低于30毫米。不必往熔融金属中加入任何不希望的物质。保证了该方法控制措施可靠，综合经济效益高。本专利技术方法可用于在精制用转炉、电弧炉及其它合适容器(如钢水包，真空系统)中的炼钢过程，可用于铁浆中煤的气化过程，可用于金属矿物的熔炼还原过程及有色金属的生产过程。本专利技术基于下述发现仅当进入的氧化气体(特别是氧气)的压力在至少为85巴时，风嘴的抗过早回燃能力才超比例增加。这个发现令人惊讶性，因为在已知的各种将氧气吹入熔融金属的方法中，相对较高的风嘴烧毁速率迄今为止都是在28巴至70巴压力范围发现的，也有最高达80巴的例外情况下发现的，随压力提高，烧毁速率略有下降，但在有利条件下其值也仍在每吹气小时40厘米左右。随着氧气压力增加，风嘴烧毁速率持续略减现象在先有技术中只能用Joules-Thomson效应来解释，即高度压缩的气体喷出后膨胀从而冷却了风嘴的顶端。更令人吃惊的是根据本专利技术，当压力至少为85巴时，风嘴的烧毁速率发生显著的超比例的降低。发现每吹气1小时风嘴烧毁低于3厘米，与碳氢化合物护封氧的OBM风嘴烧毁速率数量级相同。根据本专利技术，氧气在进入风嘴前，先经过空隙截面显著大于风嘴的供气管线，以尽量减小在供气管线中的压力损失。已表明在风嘴入口处(即其背面或冷的一面)氧气总压必须至少为85巴，优选90巴，才能保证氧气在风嘴内有最大流速。本专利技术的范围还包括将风嘴制成圆锥形，即其截面逐步向风嘴口端减小。如不用圆锥形设计，则风嘴可有插入内径内的数段梯级。当压力在所述至少为85巴的压力范围的低限本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种往金属浆液液面下有风嘴的反应容器内的熔融金属中吹入氧化气体的方法，其特征在于氧化气体从风嘴吹入熔融金属中，并以８５巴至２７０巴的入口压力送至风嘴。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：K克林特沃思，R泽克纳，R弗莱什，M雷德斯基，H堡格，J施泰恩斯，
申请(专利权)人：KCT技术有限公司，
类型：发明
国别省市：DE[德国]