用于氧气顶吹转炉的风口制造技术

本发明专利技术涉及用于氧气顶吹转炉的风口。该风口包含：内管，该内管包括具有第一直径的下段，具有小于第一直径的第二直径的上段，以及具有15

【技术实现步骤摘要】
用于氧气顶吹转炉的风口

技术介绍

[0001]本申请涉及一种提高使用惰性气体对氧气顶吹转炉(BOF)进行底部搅拌的可操作性的风口。
[0002]自20世纪中叶以来，已经普遍使用BOF并主要是通过使用氧气来移除碳和杂质来将生铁转化为钢。BOF是对早期贝塞麦(Bessemer)工艺的改进，该贝塞麦工艺将空气吹入生铁以完成转化。在BOF中，将氧气吹过熔融的生铁会降低金属的碳含量，并且将其变为低碳钢。该工艺还使用助熔剂煅石灰或白云石作为化学碱，以促进杂质的移除并且保护炉体的内衬。
[0003]在BOF中，使用顶部喷枪以超音速速度将氧气吹入浴中，这引起氧气和碳的放热反应，从而产生热量并移除碳。对包括氧气在内的成分进行建模，并且吹入精确量的氧气，使得在约20分钟内达到目标化学成分和目标温度。
[0004]通过底部搅拌(也可以称为顶底吹炼)提高吹氧的冶金性能和效率。基本上，通过从下方引入气体来搅拌熔融金属可提高动力性能，并且使温度更均匀，从而能够更好地控制碳氧比和磷的移除。
[0005]在美国以外，使用惰性气体(诸如氩气和/或氮气)进行底部搅拌是相对常见的。BOF底部搅拌的益处包括潜在的更高产量以及增加的能源效率。然而，BOF底部搅拌在美国并不常见，因为可靠性差，并且由于在美国普遍使用炉渣飞溅做法而难以维护底部搅拌喷嘴。炉渣飞溅有助于延长耐火材料和炉体的使用寿命，但是引起现有底部搅拌喷嘴的堵塞。
[0006]即使在采用BOF底部搅拌的非美国设施中，现有底部搅拌喷嘴在被阻塞或闭塞之前的使用寿命也通常大大少于炉龄。例如，BOF进行一万次、一万五千次或者甚至两万次加热的炉龄情况并不少见，但是底部搅拌喷嘴在不再可用之前，很少持续超过三到五千次加热。因此，对于至少一半炉龄并且在某些情况下高达85％的炉龄，无法进行底部搅拌。
[0007]历史上，在炼钢时，有时使用从熔融金属下方引入气体的其他操作。例如，在1970年代开发了将天然气(或当做冷却剂使用的其他气体)与氧气通过具有同心喷嘴的风口(通常，氧气流动穿过内部中心喷嘴，并且燃料流动穿过外部环形喷嘴)注入，以在炼钢时使用氧气脱碳的工艺。例如，100％底吹(OBM)工艺使用天然气来覆盖将氧气注入工艺的风口。还使用了此工艺的一些变体，诸如Q-BOP(碱性氧气工艺)，该工艺也通过风口注入石灰粉。例如，在以下描述了这些方法：第8章《氧气炼钢炉的机械说明和维护注意事项(Oxygen Steelmaking Furnace Mechanical Description and Maintenance Considerations)；第9章《氧气炼钢工艺(Oxygen Steelmaking Processes)》；Fruehan,R.J.，《钢的制造、成形和处理：炼钢与精炼卷(The Making,Shaping and Treating of Steel:Steelmaking and Refining Volume)》：第11版，AIST，1998年，ISBN：0930767020；以及https://mme.iitm.ac.in/shukla/BOF％20steelmaking％20process.pdf。这些工艺通常会导致较高的底部磨损，并且需要在炉龄中期时进行底部更换。
[0008]在其他情况下，即使在不需要底部搅拌来消除阻塞的可能性时，惰性气体流也始终保持高流速，这是低效的并且使用了过量的惰性气体。参见，例如，Mills，Kenneth C.等
人，《炉渣飞溅综述(A review of slag splashing)》ISIJ国际45.5(2005)：619-633)；以及https://www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/45/5/45_5_619/_pdf。
[0009]在又其他情况下，在检测到阻塞的情况下，炉渣化学组成已经结合用于搅拌的50％高流量进行了修改。参见，例如Guoguang,Zhao&H
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sken，Rainer&Cappel,J
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rgen(2012年)，《具有较长BOF炉龄和TBM底部搅拌技术的经验(Experience with long BOF campaign life and TBM bottom stirring technology)》，Stahl und Eisen，132.61-78(其将风口寿命提高到8,000至10,000个循环)。然而，这些修改需要大量工艺知识和控制，即，根据炉渣中的[C]-[O]水平，添加MgO球团并控制CaO/SiO2比。
[0010]已经设计并在炉中实施了多个风口，但是每个都有缺陷。
[0011]例如，美国专利4,417,723描述了一种同心的双管风口，该风口被设计为使由反冲造成的耐火材料壁的腐蚀最小化，并且维持连续的吹气操作。
[0012]美国专利5,329,545描述了一种用于在电弧炉中吹氧气和惰性气体的风口。特别开发该风口以在电弧炉中与相对较浅深度的熔融金属共存，从而避免形成熔融金属喷射。狭窄内径的风口在较低的氧气或惰性气体体积流量下产生声波流。
[0013]美国专利4,758,269公开了一种在钢水浴中吹氧气的风口，该风口具有改进的气体分布以改善精炼反应和搅拌。此风口具有多个管，气体通过该多个管以螺旋形式进入金属浴。该装置还促进基于供应气体的压力控制气泡将在钢包中分配的区域。
[0014]美国专利5,458,320教导了一种将气体注入熔融金属浴中的三同心管风口。浸没式风口被设计为在管出口处形成最佳尺寸累积，其庇护风口不受熔融金属的影响，也不限制用于搅拌的气流。

技术实现思路

[0015]本专利技术涉及一种可用于在熔炉中搅拌金属浴以快速实现浴在温度和化学成分上的均匀性，从而提高产品质量的装置。这些装置或风口可用于金属熔炼炉或精炼炉，包括但不限于钢包、氧气顶吹转炉、用于底吹操作或侧吹操作的铜精炼炉。
[0016]方面1。一种风口，包含：内管，该内管包括具有第一直径的下段，具有小于第一直径的第二直径的上段，以及具有30
°
至60
°
收敛角Θ并且将内管下段连接到内管上段的收敛过渡段，该内管终止于内管上段的下游端处的内喷嘴中；和外管，该外管围绕内管以在两者间形成圆环域，外管包括具有大于第一直径的第三直径的下段，具有小于第三直径并且大于第二直径的第四直径的上段，以及将外管下段连接到外管上段的收敛过渡段，该外管终止于外管上段的下游端处的外喷嘴中；其中该风口可在两种模式下操作：搅拌模式，其中由风口形成的喷射流处于膨胀马赫数为0.75到2，优选地大于1.25的喷射模式；和燃烧器模式，其中形成稳定的非预混火焰以能够清除内喷嘴或外喷嘴的任何堵塞。
[0017]方面2。根据方面1所述的风口，进一步包含一对沿直径相对的线，该线以15
°
到75
°
的锥角螺旋地缠绕在内管的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种风口，包括：内管，所述内管包括具有第一直径的下段、具有小于所述第一直径的第二直径的上段，以及具有30
°
至60
°
的收敛角Θ的收敛过渡段，所述收敛过渡段将所述内管下段连接到所述内管上段，所述内管终止于所述内管上段的下游端处的内喷嘴中；以及外管，所述外管围绕所述内管以在两者间产生圆环域，所述外管包括具有大于所述第一直径的第三直径的下段、具有小于所述第三直径但是大于所述第二直径的第四直径的上段，以及将所述外管下段连接到所述外管上段的收敛过渡段，所述外管终止于所述外管上段的下游端处的外喷嘴中；其中所述风口能够在两种模式下操作：搅拌模式，其中由所述风口形成的喷射流处于具有0.75到2的膨胀马赫数的喷射模式；和燃烧器模式，其中形成稳定的非预混火焰以使得能够清除所述内喷嘴或所述外喷嘴的任何堵塞。2.根据权利要求1所述的风口，其中在搅拌模式期间，当所述风口在所述喷射模式下操作时，所述膨胀马赫数大于1.25。3.根据权利要求1所述的风口，进一步包括：一对沿直径相对的线，所述线以15
°
到75
°
的锥角螺旋地缠绕在所述内管的所述上段的外表面上。4.根据权利要求1所述的风口，进一步包括：被配置为向所述内管供应惰性气体的第一惰性气体阀和被配置为向所述内管供应燃料的燃料阀；被配置为向所述外管供应惰性气体的第二惰性气体阀和被配置为向所述外管供应氧化剂的氧化剂阀；以...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：气体产品与化学公司，
类型：发明
国别省市：