[发明专利]采用不同精炼氧顺序的金属精炼方法

说明书

技术领域

本发明大体上涉及金属精炼，其中从熔融金属表面的上方向熔融金属供氧。本发明尤其可用于钢的精炼方法，例如碱性氧气转炉炼钢法。

背景技术

在金属精炼，如采用碱性氧气转炉炼钢法(BOP)生产钢的过程中，氧被供给到金属熔池中以与熔融金属的组分发生反应，一些熔融金属被结合到熔渣中，熔渣和熔融金属一起构成了熔池。这些反应向熔融金属提供热量，以帮助金属保持在熔融状态，也除去不希望有的组分，以得到最终产物所需的熔体化学成分。

氧可以从熔池表面的上方提供给熔池，例如在BOP操作中，或者可以从熔池表面的下方提供给熔池，例如在快速碱性氧气转炉炼钢(Q-BOP)操作或氩-氧脱碳(AOD)操作中。

从熔池表面的上方向熔池提供氧比从熔池表面的下方向熔池提供氧更简单和便宜，这是因为埋入式氧气喷射产生了苛刻的环境，并且需要使用惰性或烃类遮蔽气体(shroud gas)来保护风口，因此，后者的生产方法增加了耐火材料损蚀，需要频繁地更换埋入式喷射装置，如风口。由于耐火材料的消耗大，遮蔽气体和更换风口的成本高，以及由必须更换风口而引起的停工，使得生产成本很高。

然而，由于在顶部喷射操作中金属熔池的混合不够，因此在金属精炼中氧气的顶部喷射没有底部喷射有效。这通常会导致顶吹金属精炼法的产量低于类似的底吹法。例如，与底部吹氧转炉炼钢法如Q-BOP相比，顶部吹氧转炉炼钢法如BOP由于用来使金属和炉渣充分混合的气体搅拌能量不足，因此铁和锰的产量较低。另外，与Q-BOP相比，BOP由于在精炼工艺后期所溶解的氧含量较高，因此用于钢脱氧的铝的消耗量较高。

一种针对这个问题的方法是从熔融金属表面的上方和下方同时喷射氧。这稍微减少了一些与从熔融金属表面下方喷射氧和频繁更换风口有关的成本，但这又要以需操作两套单独的供氧系统为代价。另一种针对这个问题的方法是只从距熔融金属表面上方很短距离处将氧喷射入炉子的顶部空间，以提供金属和炉渣另外的混合，至少对于一部分氧喷射时期是如此。然而，由于增加了氧气喷管的磨损，这种方法仍不能令人满意。

由于世界上约60％的钢都是由BOP生产的，因此对顶部喷氧方法如BOP的任何改进都是十分需要的。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于精炼金属的改进的方法，其采用了从熔融金属表面上方向熔融金属供氧，可以向金属熔池提供有效的气体搅拌能量，而不会损害氧气喷管的整体性。

发明内容

在阅读了本发明后，本领域技术人员将清楚上述目的和其它目的，这些目的由本发明来实现。本发明为：

一种精炼金属的方法，它包括：使含有硅和碳的金属熔池与含氧气流接触，接触时间足以精炼所述熔融金属和对其进行脱碳，从而达到目标金属纯度，其中所述气流包含至少约80％摩尔的氧，所述气流由出口直径为d的喷嘴提供，其中所述接触发生在第一和第二阶段，所述第一阶段构成了约占整个接触时期的10到90％的初始时期，其特征在于，所述气流的超音速喷射长度小于30d，其与所述熔融金属的接触面积较宽，所述气流被气体罩围绕，所述气体罩包括第二含氧气体和惰性气体，所述第一阶段进行到所述金属熔池中至少50％的硅被氧化为止；所述第二阶段基本构成了所述整个接触时期的剩余时间，其特征在于，所述气流的超音速喷射长度大于约30d，其与所述熔融金属的接触面积较小，所述气流被火焰罩围绕，所述第二阶段进行到所述熔融金属被脱碳从而基本达到目标残余碳含量为止。

本文中所用的术语“顶部空间”是指位于静止熔池表面之上且由金属精炼炉的顶部开口所形成的平面之下的空间。

本文中所用的术语“连贯射流”是指沿其长度具有基本恒定的直径的气流。

本文中所用的术语“脱碳”是指通过使碳和氧发生反应形成一氧化碳或二氧化碳而从熔融金属中除去碳。

本文中所用的术语“超音速喷射长度”是指从喷嘴中喷出的射流长度，其中，在环境大气条件下测量时其轴向速度为超音速。

本文中所用的术语“轴向速度”是指气流在其轴向中心线上的速度。

本文中所用的术语“喷射力”是指射流的计算渗透力，其与气体密度和气体速度的平方的乘积成比例，所述气体速度是在由原始喷嘴面积限定的气流面积内积分得到的，原始喷嘴面积等于πd2/4。