[发明专利]氧气注入方法

说明书

技术领域

本发明涉及向位于冶金炉内的熔化物内注入超音速氧气射流的方 法，其中氧气射流从喷嘴的汇聚-发散通道以超音速的速度排出而作 为结构化射流的部分，结构化射流具有包括燃料和氧气的混合物的外 圆周区域，混合物在炉内气氛内且不在喷嘴内自动点燃且燃烧以形成 火焰包围物来抑制氧气射流的速度衰减和浓度衰减。

背景技术

典型地将氧气注入到熔融的金属熔池内以用于例如钢精炼的目 的。例如，在电弧炉(EAF)中和碱性氧气炉(basic oxygen furnace) (BOF)中通过向包括铁和废料的熔化物中注入氧气来精炼钢。注入 的氧气与碳、硅、锰、铁和包括磷的杂质起反应，以调整熔化物的碳 含量且去除杂质。氧化反应在熔化物的顶上产生了炉渣层。为其他目 的注入氧气，例如为熔炼铜、铅和锌的目的。

重要的是氧气穿透熔融的金属熔池。在BOF中，在炉渣层中过量 的氧气的反应引起不受控的起泡，这导致了材料从转炉中的浪费的喷 出，即称为“溅溢”的现象。在EAF中，氧气穿透不足可能引起不希 望的碳电极的氧化，这导致了增加的运行成本。另外，来自冶金喷枪 的深的氧气穿透将产生有益的对熔融金属的搅拌动作。

为实现深穿透，冶金喷枪必须放置为尽可能靠近熔化物的表面。 这带来的问题是因为在熔融金属表面处生成的强烈的热导致喷枪的使 用寿命非常短。另一个问题是因为喷枪过热而将水冷却剂释放到熔炉 内的风险的增加，水冷却剂可导致激烈的且危险的与熔化物的反应。 形成在熔融金属喷枪上的沉积物也将降低喷枪的使用寿命。另一个有 害的效果是熔融金属和炉渣能飞溅，这导致了产品的损失和熔炉维护 的问题。

为避免将冶金喷枪靠近熔化物表面放置，希望的是氧气从冶金喷 枪以尽可能高的速度排出，使得氧气能穿透熔融金属而同时喷枪可以 定位在熔化物上方处。然而，当从冶金喷枪排出氧气射流时，氧气射 流将与炉内气氛相互作用。这样的相互作用导致氧气射流的速度和浓 度的衰减，和作为结果的氧气射流穿透熔融金属熔池的能力的下降。

为克服此问题，已知提供包围了氧气射流的火焰包围物或火焰罩 来抑制速度衰减。例如，在美国专利US3,427,151中将氧气引入到提 供有中心通道的喷嘴内，中心通道具有收缩以实现在收缩处的音速速 度和从喷嘴排出的氧气射流的音速速度。补充氧气和燃料从围绕中心 通道的氧气通道和燃料通道的同心环喷出以产生围绕中心氧气射流的 火焰包围物。

美国专利5,599,375披露了具有中心汇聚-发散通道的燃烧器/注 入器，以将氧气注入到燃烧室内。燃料通路围绕汇聚-发散通道以将 燃料注入到燃烧室内。次级氧气通路围绕燃料通路以在燃烧室内引入 第二氧化气体。当燃烧器注入器以燃料燃烧模式运行时，燃料在燃烧 室内与在中心注入的氧气和第二氧化气体一起燃烧。这造成了废料加 热和熔融火焰通过燃烧室引导向待熔融的废料。一旦废料的小部分熔 融，则降低燃料流且增加氧气流以造成高度地氧化火焰，高度地氧化 火焰迅速地与已预热的废料反应以通过从放热氧化中释放的热来熔融 另外的废料。燃料流然后进一步降低或完全地消除，且从汇聚-发散 喷嘴排出的氧气流进一步大体上增加，优选地增加到超音速速度，以 与位于更远离燃烧器/注入器的已预热的废料的另外的部分反应。

如可认识到，仅具有收缩的通道且无汇聚-发散通道的美国专利 US3,427,151不能发射超音速氧气射流。虽然美国专利5,599,375利用 了汇聚-发散通道以产生超音速氧气射流，但因为注入很少的燃料或 不注入燃料而不使用火焰包围物，且因此超音速氧气射流将因为射流 与炉内气氛的相互作用而迅速地衰减。