[發明專利]氧氣注入方法

有效

• 申請號: 200710078981.1
• 申請日: 2007-02-16
• 公開（公告）號: CN101096718A
• 公開（公告）日: 2008-01-02
• 發明（設計）人: W·J·馬霍尼;M·F·賴利;A·C·德尼斯;G·T·瓦迪安;S·A·曼利
• 申請（專利權）人: 普萊克斯技術有限公司
• 主分類號: C21C7/00
• 分類號: C21C7/00;C22B9/05;F27D3/16
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司
• 代理人: 原紹輝;黃力行

技術領域

本發明涉及向位于冶金爐內的熔化物內注入超音速氧氣射流的方 法，其中氧氣射流從噴嘴的匯聚-發散通道以超音速的速度排出而作 為結構化射流的部分，結構化射流具有包括燃料和氧氣的混合物的外 圓周區域，混合物在爐內氣氛內且不在噴嘴內自動點燃且燃燒以形成 火焰包圍物來抑制氧氣射流的速度衰減和濃度衰減。

背景技術

典型地將氧氣注入到熔融的金屬熔池內以用于例如鋼精煉的目 的。例如，在電弧爐(EAF)中和堿性氧氣爐(basic?oxygen?furnace) (BOF)中通過向包括鐵和廢料的熔化物中注入氧氣來精煉鋼。注入 的氧氣與碳、硅、錳、鐵和包括磷的雜質起反應，以調整熔化物的碳 含量且去除雜質。氧化反應在熔化物的頂上產生了爐渣層。為其他目 的注入氧氣，例如為熔煉銅、鉛和鋅的目的。

重要的是氧氣穿透熔融的金屬熔池。在BOF中，在爐渣層中過量 的氧氣的反應引起不受控的起泡，這導致了材料從轉爐中的浪費的噴 出，即稱為“濺溢”的現象。在EAF中，氧氣穿透不足可能引起不希 望的碳電極的氧化，這導致了增加的運行成本。另外，來自冶金噴槍 的深的氧氣穿透將產生有益的對熔融金屬的攪拌動作。

為實現深穿透，冶金噴槍必須放置為盡可能靠近熔化物的表面。 這帶來的問題是因為在熔融金屬表面處生成的強烈的熱導致噴槍的使 用壽命非常短。另一個問題是因為噴槍過熱而將水冷卻劑釋放到熔爐 內的風險的增加，水冷卻劑可導致激烈的且危險的與熔化物的反應。 形成在熔融金屬噴槍上的沉積物也將降低噴槍的使用壽命。另一個有 害的效果是熔融金屬和爐渣能飛濺，這導致了產品的損失和熔爐維護 的問題。

為避免將冶金噴槍靠近熔化物表面放置，希望的是氧氣從冶金噴 槍以盡可能高的速度排出，使得氧氣能穿透熔融金屬而同時噴槍可以 定位在熔化物上方處。然而，當從冶金噴槍排出氧氣射流時，氧氣射 流將與爐內氣氛相互作用。這樣的相互作用導致氧氣射流的速度和濃 度的衰減，和作為結果的氧氣射流穿透熔融金屬熔池的能力的下降。

為克服此問題，已知提供包圍了氧氣射流的火焰包圍物或火焰罩 來抑制速度衰減。例如，在美國專利US3,427,151中將氧氣引入到提 供有中心通道的噴嘴內，中心通道具有收縮以實現在收縮處的音速速 度和從噴嘴排出的氧氣射流的音速速度。補充氧氣和燃料從圍繞中心 通道的氧氣通道和燃料通道的同心環噴出以產生圍繞中心氧氣射流的 火焰包圍物。

美國專利5,599,375披露了具有中心匯聚-發散通道的燃燒器/注 入器，以將氧氣注入到燃燒室內。燃料通路圍繞匯聚-發散通道以將 燃料注入到燃燒室內。次級氧氣通路圍繞燃料通路以在燃燒室內引入 第二氧化氣體。當燃燒器注入器以燃料燃燒模式運行時，燃料在燃燒 室內與在中心注入的氧氣和第二氧化氣體一起燃燒。這造成了廢料加 熱和熔融火焰通過燃燒室引導向待熔融的廢料。一旦廢料的小部分熔 融，則降低燃料流且增加氧氣流以造成高度地氧化火焰，高度地氧化 火焰迅速地與已預熱的廢料反應以通過從放熱氧化中釋放的熱來熔融 另外的廢料。燃料流然后進一步降低或完全地消除，且從匯聚-發散 噴嘴排出的氧氣流進一步大體上增加，優選地增加到超音速速度，以 與位于更遠離燃燒器/注入器的已預熱的廢料的另外的部分反應。

如可認識到，僅具有收縮的通道且無匯聚-發散通道的美國專利 US3,427,151不能發射超音速氧氣射流。雖然美國專利5,599,375利用 了匯聚-發散通道以產生超音速氧氣射流，但因為注入很少的燃料或 不注入燃料而不使用火焰包圍物，且因此超音速氧氣射流將因為射流 與爐內氣氛的相互作用而迅速地衰減。