[发明专利]用于氧气顶吹转炉的风口

说明书

本发明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°至35°收敛角Θ并且将下段连接到上段的收敛过渡段，该内管终止于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，以及将下段连接到上段的收敛过渡段，该外管终止于上段的下游端处的外喷嘴中。

背景技术

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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(OxygenSteelmaking 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 andRefining 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。

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。