CN110042199A - 用于碱性氧气炉的底部搅拌风口和方法 - Google Patents

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Abstract

一种操作BOF底部搅拌风口的方法，BOF底部搅拌风口具有被环形喷嘴包围的内部喷嘴，包括：在热金属浇注阶段和吹气阶段，使惰性气体流过两个喷嘴；在出钢阶段，开始第一反应物流过内部喷嘴和第二反应物流通过环形喷嘴，并停止使惰性气体流过喷嘴，其中第一和第二反应物分别包括燃料和氧化剂，反之亦然，使得当燃料和氧化剂离开风口时形成火焰；在熔渣飞溅阶段，继续燃料和氧化剂的流动以维持火焰；和在结束熔渣飞溅阶段并开始另一个热金属浇注阶段之后，开始惰性气体流过两个喷嘴并停止第一和第二反应物的流动。

Description

用于碱性氧气炉的底部搅拌风口和方法
背景技术
本申请涉及使用惰性气体底部搅拌碱性氧气炉(BOF)来改善可操作性的风口和方法。
自20世纪中期以来，BOF一直被广泛用于将生铁转化为钢，主要是通过使用氧气去除碳和杂质。BOF比早期的Bessemer工艺有所改进，该工艺将空气吹入生铁中以实现转化。在BOF中，通过熔融生铁吹氧会降低金属的碳含量并将其转变为低碳钢。该方法还使用作为化学基质的生石灰或白云石的助熔剂，以促进杂质的去除并保护容器的衬里。
在BOF中，使用顶部喷枪以超音速将氧吹入浴中，这引起氧和碳的放热反应，从而产生热量并除去碳。对成分(包括氧气)进行建模，并吹入精确的氧气量，以便在约20分钟内达到目标化学物质和温度。
通过底部搅拌(也可称为组合吹制)改善了吹氧的冶金和效率；基本上，通过从下方引入气体来搅拌熔融金属改善了动力学并使温度更均匀，从而能够更好地控制碳-氧比和磷的去除。
在美国以外使用惰性气体(例如氩气和/或氮气)进行底部搅拌是相对常见的。BOF底部搅拌的好处包括可能更高的产量和更高的能量效率。然而，BOF底部搅拌在美国并不常见，因为由于美国常用的熔渣飞溅实践，可靠性差并且难以保持底部搅拌喷嘴。熔渣飞溅有助于改善耐火材料和容器的使用寿命，但会导致现有的底部搅拌喷嘴堵塞。
即使在采用BOF底部搅拌的非美国设施中，现有的底部搅拌喷嘴在其堵塞或堵塞之前的寿命通常明显小于炉子活动的长度。例如，BOF活动运行一万次、一万五千次甚至两万次加热并不罕见，但是底部搅拌喷嘴在它们不再可用之前很少持续超过三到五千次加热。因此，对于炉子运动的至少一半，在某些情况下多达85％，不能进行底部搅拌。
历史上，在熔炼金属下方引入气体的其他操作已经不时地用于炼钢。例如，在1970年代开发的工艺是通过注入天然气(或其他用作冷却剂的气体)和氧气，通过具有同心喷嘴的风口(通常带有氧气流过的内部中心喷嘴和燃料流过外部环形喷嘴)来使用氧气进行炼钢脱碳。例如，100％底吹(OBM)工艺使用天然气来遮盖向工艺注入氧气的风口。还使用了该方法的一些变体，例如Q-BOP(碱性氧气方法)，其也通过风口注入粉状石灰。例如，这些方法还描述于Chapter 8:Oxygen Steelmaking Furnace Mechanical Description andMaintenance Considerations；Chapter 9:Oxygen Steelmaking Processes；Fruehan,R.J.,The Making,Shaping and Treating of Steel:Steelmaking and RefiningVolume,11th Edition,AIST,1998,ISBN:0930767020；和https://mme.iitm.ac.in/ shukla/BOF％20steelmaking％20process.pdf。这些工艺通常最终会产生更高的底部磨损，并且需要在熔炉运动中途进行底部更换。
在其他情况下，即使当不需要底部搅拌来抵抗堵塞的可能性时，惰性气流始终保持在高流速，这是低效的并且使用过量的惰性气体。例如参见Mills,Kenneth C.,et al."Areview of slag splashing."ISIJ international 45.5(2005):619-633)和https:// www.jstage.jst.go.jp/article/isijinternational/45/5/45_5_619/_pdf。
在其他情况下，熔渣化学组合物已经被改进，结合在检测到堵塞的情况下用于搅拌的50％更高的流量。例如参见Guoguang,Zhao&Hüsken,Rainer&Cappel,Jürgen.(2012),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8,000-10,000个周期)。然而，这些改进需要大量的工艺知识和控制，即加入MgO颗粒并根据熔渣中的[C]-[O]水平控制CaO/SiO2比率。
发明概述
方面1.一种在用于炼钢的碱性氧气炉中操作底部搅拌风口的方法，其中所述底部搅拌风口具有同心喷嘴布置，其内部喷嘴被环形喷嘴包围，该方法包括：(a)在热金属浇注阶段，惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；(b)在吹气阶段，继续使所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；(c)在出钢阶段，开始第一反应物的流动并使所述惰性气体停止流过所述风口的内部喷嘴，以及开始第二反应物的流动并使所述惰性气体停止流过所述风口的环形喷嘴,其中所述第一反应物包括燃料和氧化剂中的一种，并且所述第二反应物包括燃料和氧化剂中的另一种，使得当所述燃料和所述氧化剂离开所述风口时形成火焰；(d)在熔渣飞溅阶段，继续燃料和氧化剂的流动以维持火焰；和(e)在结束熔渣飞溅阶段和另一个热金属浇注阶段的开始之后，启动所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴并停止所述第一和第二反应物的流动。
方面2.方面1所述的方法，其中在步骤(a)中流过两个喷嘴的惰性气体包括氮气、氩气、二氧化碳或其组合。
方面3.方面1或2所述的方法，其中在步骤(c)和(d)中，氧化剂作为所述第一反应物流过所述内部喷嘴，并且燃料作为所述第二反应物流过所述环形喷嘴。
方面4.方面1至3中任一方面所述的方法，其中所述第一反应物具有速度VP，并且所述第二反应物具有轴向速度VS，并且其中第一反应物速度与第二反应物轴向速度的比值为2≤VP/VS≤30。
方面5.方面1至4中任一方面所述的方法，还包括在步骤(d)中，另外使稀释气体与所述氧化剂一起流动并调节所述稀释气体与所述氧化剂的相对比例，从而调节燃烧器的能量释放曲线。
方面6.方面5所述的方法，还包括在步骤(d)中，另外使所述稀释气体与燃料一起流动并调节所述稀释气体与燃料的相对比例。
方面7.方面1至6中任一方面所述的方法，还包括使所述第一反应物和所述惰性气体中的一种或两种以达到马赫数0.8至马赫数1.5的速度离开中心喷嘴。
方面8.方面1至7中任一方面所述的方法，还包括赋予所述第二反应物和所述惰性气体漩涡，从而离开所述环形喷嘴。
方面9.方面1至8中任一方面所述的方法，还包括感测所述风口的压力和温度中的至少一种以检测与正常操作条件的偏差，并且响应于检测的与正常操作条件的偏差采取校正动作，其中所述校正动作包括使大量的惰性气体流过所述风口的两个喷嘴、规定炉的底部清洗、以及关闭炉的操作中的一种或多种。
方面10.一种用于炼钢的碱性氧气炉的底部搅拌风口，包括：内部喷嘴，被配置和布置为在交替中流动第一反应物或惰性气体；环形喷嘴，围绕所述内部喷嘴并配置和布置为在交替中流动第二反应物或惰性气体；和控制器，被编程为在炉操作的热浇注阶段和吹气阶段期间使惰性气体流过两个喷嘴，并在炉操作的出钢阶段和熔渣飞溅阶段期间使第一反应物流过所述内部喷嘴和使所述第二反应物流过环形通道；其中所述第一反应物包括燃料和氧化剂中的一种，并且所述第二反应物包括燃料和氧化剂中的另一种。
方面11.方面10所述的风口，其中所述内部喷嘴是会聚-发散的喷嘴，其尺寸使所述第一反应物以达到马赫数0.8至1.5马赫的速度离开所述内部喷嘴。
方面12.方面11所述的风口，其中所述内部喷嘴还包括在会聚-发散的喷嘴下游的空腔，所述空腔具有长度L、深度D并且长度与深度比为1≤L/D≤10。
方面13.方面12所述的风口，其中所述空腔位于会聚喷嘴下游的距离LD从所述空腔的上游边缘到所述会聚-发散的喷嘴的喉部测量，其中0<LD/L≤3。
方面14.方面12所述的风口，其中所述空腔从所述内部喷嘴的出口端凹陷的距离LR从空腔的下游边缘测量，其中0<LR/L≤20。
方面15.方面10所述的风口，其中所述内部喷嘴包括空腔，所述空腔具有长度L、深度D并且长度与深度比为1≤L/D≤10，其中所述空腔位于会聚喷嘴下游的距离LD从所述空腔的上游边缘到所述会聚-发散的喷嘴的喉部测量，其中0<LD/L≤3，以及其中所述空腔从所述内部喷嘴的出口端凹陷的距离LR从空腔的下游边缘测量，其中0<LR/L≤20。
方面16.方面10至15中的任一方面所述的风口，其中所述环形喷嘴包括相对于轴向流动方向具有10°至60°的锐角的旋流叶片。
方面17.方面10至16中的任一方面所述的风口，还包括检测所述内部喷嘴上游的压力的压力传感器，其中所述控制器还被编程为基于检测的压力检测所述风口可能的堵塞或侵蚀。
方面18.方面10至17中的任一方面所述的风口，还包括检测风口温度的温度传感器，其中所述控制器还被编程为基于检测的温度检测所述风口的可能腐蚀。
方面19.一种在用于炼钢的碱性氧气炉中操作底部搅拌风口的方法，其中所述底部搅拌风口具有同心喷嘴布置，其内部喷嘴被环形喷嘴包围，该方法包括：(a)在热金属浇注阶段，惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；(b)在吹气阶段，继续使所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；(c)在出钢阶段期间，在所述内部喷嘴和所述环形喷嘴之间开始放电，同时继续使所述惰性气体流过所述内部喷嘴和所述环形喷嘴，从而使等离子体从所述风口排出；(d)在熔渣飞溅阶段，继续放电以保持所述风口的等离子体放电；和(e)在结束熔渣飞溅阶段并开始另一个热金属浇注阶段后，继续使惰性气体流过底部搅拌风口的内部和环形喷嘴，同时停止放电。
本文公开的系统和方法的各个方面可以单独使用或彼此组合使用。
附图简述
图1是显示不使用底部搅拌的基线BOF炼钢过程的操作顺序的示意图。
图2是显示在不使用本文所述的风口和工艺改进的方法中在BOF底部中堵塞现有底部搅拌喷嘴的示意性剖视图。
图3是显示在熔渣飞溅期间使用惰性气流以试图降低底部搅拌喷嘴堵塞的可能性的方法的实施方案的示意性剖视图。
图4是显示熔渣在底部搅拌喷嘴上的桥接的示意性剖视图，尽管如图3所示在熔渣飞溅过程中有惰性气流。
图5是显示在底部搅拌喷嘴周围的BOF底部中的熔渣堆积条件的示意性剖视图。
图6是表示方法一个实施方案的示意剖视图，其中在熔渣飞溅期间从底部搅拌风口排出高动量粘性火焰或热射流，以减少底部搅拌风口堵塞的可能性，使用如图10中的底部搅拌风口的实施例。
图7是显示使用底部搅拌和本文所述的方法的改进的BOF炼钢方法的一个实施方案的操作顺序的示意图，用于抑制底部搅拌风口在熔渣飞溅过程中堵塞。
图8是显示在一定的燃烧速率和化学计量范围内具有如本文所述的没有空腔的内部喷嘴的风口的稳定性的图。
图9是显示在一定的燃烧速率和化学计量范围内具有如本文所述的具有空腔的内部喷嘴的风口的稳定性的图。
图10是用于底部搅拌操作和熔渣飞溅期间的底部搅拌风口的示意剖视图。
图11是图10的底部搅拌风口的空腔喷嘴的详细局部剖视图。
发明详述
如本文所述的本发明方法与本文所述的本发明底部搅拌风口的使用相结合，在一个也进行熔渣飞溅的操作中，使得能够在BOF中使用底部搅拌，其具有改进的可靠性，及时检测/缓解问题，以及更容易维护底部搅拌风口。这些改进还将使得目前不利用熔渣飞溅的BOF底部搅拌操作开始使用熔渣飞溅并获得其益处。
如本文所用，氧化剂应指富含分子氧浓度为至少23％，优选至少70％，更优选至少90％的富氧空气或氧气。如本文所用，惰性气体应指氮气、氩气、二氧化碳、其他类似的惰性气体及其组合。如本文所用，燃料应指气体燃料，其可包括但不限于天然气。
为了允许底部搅拌用于也使用熔渣飞溅的BOF，本发明人已经确定必须最小化堵塞底部搅拌风口的可能性，并具有风口喷嘴流动结构，该流动结构通过新的BOF和在连续熔渣飞溅操作下产生的底部堆积条件下实现所需的搅拌条件。
典型的BOF炼钢工艺有四个阶段，通过图1中的五个步骤显示：浇注阶段(步骤1)，吹气阶段(由步骤2开始并由步骤3结束)，出钢阶段(步骤4)和熔渣飞溅阶段(步骤5)。循环重复，因此在步骤5之后，该过程循环到步骤1。
在步骤1(热金属浇注)中，将铁水(生铁)通过顶部开口装入或浇注进炉容器中，以达到所需的填充水平。
在步骤2(开始吹起)中，通过插入炉顶开口的喷枪注入氧气流，在此过程中，熔渣形成在熔融金属的顶面上。
在步骤3(结束吹起)中，停止氧气流并从顶部开口移除喷枪。
在步骤4(出钢)中，炉子倾斜并且熔融金属通过炉子侧面的出钢浇注流出，而熔渣留在炉子中。
在步骤5(熔渣飞溅)中，炉子返回到直立位置，并且通过穿过炉子顶部开口插入的喷枪注入氮气流。氮气以超音速大量流入(例如20,000SCFM)进入BOF，这使得熔融的熔渣在炉子的整个壁上飞溅。这导致在BOF容器上涂覆一层保护性熔渣，其部分取代了在BOF过程中消耗或侵蚀掉的一些容器耐火材料。然而，如果在具有底部搅拌喷嘴的容器中进行熔渣飞溅，则经常导致位于容器底部的底部搅拌喷嘴的部分或完全堵塞。如图2所示，这种堵塞基本上阻止或限制了气体通过底部搅拌喷嘴进入BOF的进一步流动，并且最终，在多次熔渣飞溅之后，导致完全失去底部搅拌的能力。
之前的一些尝试是通过在熔渣飞溅过程中使氮气流过底部搅拌喷嘴来保持现有的底部搅拌喷嘴打开，这是因为氮气流会对熔渣即将到来的飞溅提供阻力(见图3)。然而，该方法不能可靠地保持底部搅拌喷嘴不会堵塞。在这些尝试中遇到的另一个挑战是桥接(见图4)，其中底部搅拌喷嘴本身保持打开但是在喷嘴周围形成熔渣桥，有效地消除了可以通过离开喷嘴的流动获得的任何搅拌效果。在离开BOF容器而不是参与搅拌之前，桥接导致惰性气体流入熔渣和耐火墙之间的空间的持续和浪费。在这些尝试期间经历的另一个挑战是底部堆积(参见图5)，其中熔渣的延伸通道形成在底部搅拌喷嘴的下游，从而引起惰性气体射流的减速和降低的搅拌效率。
本发明公开了一种自持式底部搅拌风口和底部搅拌方法，它们结合起来克服了这些先前的困难，以及用于这种风口和方法的控制系统。自持风口基本上是同心管设计，其中一种流体流过内部中心喷嘴，而另一种流体流过外部环形喷嘴。在下面的描述中，内部中心喷嘴有时可以被称为主喷嘴，并且外部环形喷嘴有时可以被称为次喷嘴。
在一个实施例中，内部中心通道构造成选择性地使燃料或惰性气体流动，并且外部环形通道构造成选择性地使氧气或惰性气体流动，这取决于BOF的操作阶段。在一个替代实施例中，内部中心通道构造成选择性地流动氧化剂或惰性气体，并且外部环形通道构造成选择性地使燃料或惰性气体流动，同样取决于BOF的操作阶段。
更具体地，每个搅拌风口由同轴喷嘴(管中管构造)构成，例如如图10所示。风口安装在BOF中，使得其具有面向炉内的出口端或热尖端。在操作期间，取决于BOF中的操作阶段，燃料和氧气，或者可选地诸如氮气、氩气或二氧化碳的惰性气体可互换地引入内部和外部喷嘴中。
主喷嘴的主要作用是提供有效搅拌的流动状态，例如喷射流以防止反向攻击。次喷嘴的主要作用是为主喷嘴提供保护并增强与主喷嘴流的相互作用，特别是通过使用特殊特征(例如旋流)帮助在熔渣飞溅阶段期间稳定火焰。
主喷嘴可能有几种配置中的一种。例如，主喷嘴可以是直喷嘴、会聚-发散的喷嘴(用于创建超音速流)、空腔喷嘴、或者会聚-发散的喷嘴与空腔的组合。
当主喷嘴是或包括会聚-发散的喷嘴时，喷嘴的尺寸应优选为Mach>1.25以确保喷射流量(例如参见Farmer,L.,Lach,D.,Lanyi,M.,Winchester,D.,“Gas injectiontuyeres design and experience”,Steelmaking Conference Proceedings,Pg.487-495(1989))。喷射流有助于：(a)防止对底部耐火材料的反击，以及(b)实现更有效的搅拌。当有足够的气体压力产生欠膨胀射流时(当离开风口的气体的压力大于周围流体的压力或静压头时)，使得产生连续的气流(没有气泡形成)以防止液体(金属/熔渣)周期性地回流到风口中。
当主喷嘴包括空腔时(例如在PCT/US2015/37224中)，空腔的尺寸应设定为具有1至10的长度直径(L/D)，优选1.5至2.5。具有这些尺寸的空腔喷嘴的细节如图11所示。优选的L/D比范围有助于：(a)增加喷射流的相干性和渗透性以进行更有效的搅拌，和(b)在宽范围的燃烧速率和化学计量下改善火焰的稳定性。图8和图9示出了具有空腔的喷嘴(图9)相对于没有空腔的喷嘴的火焰稳定性的改善(图8)，其中喷嘴设计为以0.2MMBtu/hr的速度点火。另外，空腔喷嘴可以从主喷嘴的热尖端向上凹陷到长度LR，以改善寿命并保持主喷嘴的性能，其中LR是从空腔的下游边缘测量的。优选LR/L为大于0至大约20，更优选为0.1至5。
当一起使用时，会聚-发散的喷嘴和空腔之间的距离可以达到长度LD，其中LD/L大于0到3，并且优选地从0.1到1，并且其中LD从空腔的上游边缘到会聚-发散的喷嘴的喉部测量。
次喷嘴应该优选地具有旋流叶片以引发旋流，其增强与主流的相互作用并且有助于在步骤4和5期间稳定火焰。叶片相对于风口轴的锐角(θ)可以为0度至90度(见图10)，优选为10度至60度，更优选为15度至45度。
主喷嘴流(VP)和次喷嘴流(VS)之间的速度比(VP/VS)可以是2至30，其中VS是二次流速的轴向分量。
自持风口在两种操作模式下起作用。在BOF的吹气阶段期间，风口以底部搅拌(BS)模式起作用，其中惰性气体以足以实现炉内钢水的有效搅拌的速率流过喷嘴。在BOF的熔渣飞溅阶段期间，风口以熔渣飞溅(SS)模式起作用，其中燃料和氧化剂的组合以及任选的惰性气体流过风口(参见图6)。
更具体地，图7示出了自持式底部搅拌风口的操作策略，并且特别地，示出了所提出的过程如何不同于BOF炼钢的标准过程。在步骤1至3中(在浇注阶段和吹气阶段期间)，底部搅拌风口在底部搅拌模式下操作，而在步骤4至5中(在出钢阶段和熔渣飞溅阶段期间)，底部搅拌风口在熔渣飞溅模式下运行。
在步骤1(热金属浇注)中，在开始将热金属浇注入炉中之前开始(或继续)通过两个喷嘴通道的惰性气流，并且通过浇注保持惰性气流。这可以防止底部搅拌喷嘴过热和/或堵塞。在步骤2(开始吹气)中，以相同或不同的流速继续通过两个喷嘴通道的惰性气流，以实现熔融金属的搅拌。在步骤3(结束吹气)中，在步骤2中继续流动惰性气体。在步骤1至3中，通过流动诸如通过风口的主喷嘴和次喷嘴的氩气、氮气、二氧化碳或其组合的惰性气体来实现最有效的结果。
在步骤4(出钢)中，当BOF容器倾斜以浇注金属时，通过喷嘴通道的流动通过一个通道切换为燃料，而氧化剂通过另一个通道切换，产生火焰(炉壁足够热以引起离开喷嘴的燃料-氧化剂混合物的自动点火)。必须在熔渣飞溅操作开始之前开始以离开每个底部搅拌风口的火焰形式的燃烧。在步骤5(熔渣飞溅)中，火焰阻止风口堵塞，并防止形成桥梁。因此，在步骤4和5中，通过喷嘴引入燃料和氧化剂。优选通过主喷嘴引入氧化剂并通过次喷嘴引入燃料。然而，也可以使用反之亦然的布置。另外，可以通过主喷嘴和次喷嘴中的任一个或两个向流动中添加诸如氮气或空气的稀释气体，以帮助管理热释放的位置(即，燃烧的大部分发生的距离与喷嘴的距离)并且提供所需流动剖面所需的体积或动量(即，添加氮气或空气增加了体积流速或动量)。这可以通过调节稀释气体与氧化剂和/或燃料的比例或相对比例来实现。
或者，可以使用放电(等离子弧)代替燃料和氧化剂作为能量源，以防止在出钢和熔渣飞溅阶段期间喷嘴堵塞。实际上，在内部喷嘴和风口的环形喷嘴之间会产生放电，同时在这些相位操作期间保持惰性气体的流动。另外，可以使用预热(优选温度高于2500°F)的气流作为能量源。
熔渣飞溅过程包括形成熔渣液滴(通过撞击高动量超音速氮气射流)，然后快速对流冷却熔渣液滴(通过旋转通过容器的相同氮气流)。该过程导致熔渣的粘度和表面张力增加，然后相当快速的凝固，这因此导致单独的惰性气体气流不能防止的桥接和/或堵塞。
相反，目前描述的风口和方法可以防止在熔渣飞溅过程中底部搅拌风口的桥接和堵塞。防止堵塞的主要机制是通过使用热量(即燃料和氧化剂的燃烧热)同时：(a)降低底部搅拌喷嘴的局部和周围的熔渣的粘度和表面张力和(2)增加离开风口的气体射流的粘度，并且热增强流过喷嘴的气流的动量。
底部搅拌风口结合本文所述的方法，实现了使用现有技术的底部搅拌喷嘴和方法无法获得的结果。首先，与试图改变所有熔渣的化学成分(这也可能影响钢本身的化学性质)相比，更容易实现在风口附近的局部水平热管理熔渣的粘度和表面张力。第二，与仅增加惰性气体的流速相比，热增强气体喷射的动量和粘度提供了显着的喷嘴清除能力。第三，仅在循环的特定部分(即，图7中的步骤4和5)使用燃料和氧气以最小化堵塞的可能性，比在整个精炼钢组成的整个过程中，连续使用氧气和燃料(作为冷却剂)更有效、成本更低。使用的底部流程符合图7的表格。
传感器可用于增强检测和防止喷嘴堵塞的能力。在一个实施例中，压力传感器安装在风口出口端处或其附近，以检测喷嘴的堵塞或桥接，这将导致背压增加。压力传感器也可以用于检测喷嘴的腐蚀和喷嘴的会聚-发散的和/或空腔特征的损坏，如压降的变化所表现的。在另一个实施例中，热电偶可以安装在风口出口端处或附近，以检测由于喷嘴的腐蚀和熔融金属通过喷嘴的渗漏而导致的温度与正常操作的偏差。
除了上述之外，可以周期性地使用高容量(高压)射流来响应于检测到压力/温度偏离正常操作而防止喷嘴堵塞或引入。其他校正动作，例如用氧气对容器进行底部清洗，可以用来及时疏通喷嘴。
本发明不限于实施例中公开的具体方面或实施方案，其旨在说明本发明的一些方面，并且功能上等同的任何实施方案都在本发明的范围内。除了本文所示和所述的那些之外，本发明的各种修改对于本领域技术人员而言将变得显而易见，并且旨在落入所附权利要求的范围内。

Claims (19)

1.一种在用于炼钢的碱性氧气炉中操作底部搅拌风口的方法，其中所述底部搅拌风口具有同心喷嘴布置，其内部喷嘴被环形喷嘴包围，该方法包括：
(a)在热金属浇注阶段，惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；
(b)在吹气阶段，继续使所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；
(c)在出钢阶段，开始第一反应物的流动并使所述惰性气体停止流过所述风口的内部喷嘴，以及开始第二反应物的流动并使所述惰性气体停止流过所述风口的环形喷嘴，其中所述第一反应物包括燃料和氧化剂中的一种，并且所述第二反应物包括燃料和氧化剂中的另一种，使得当所述燃料和所述氧化剂离开所述风口时形成火焰；
(d)在熔渣飞溅阶段，继续燃料和氧化剂的流动以维持火焰；和
(e)在结束熔渣飞溅阶段和另一个热金属浇注阶段的开始之后，启动所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴并停止所述第一和第二反应物的流动。
2.权利要求1所述的方法，其中在步骤(a)中流过两个喷嘴的惰性气体包括氮气、氩气、二氧化碳或其组合。
3.权利要求1所述的方法，其中在步骤(c)和(d)中，氧化剂作为所述第一反应物流过所述内部喷嘴，并且燃料作为所述第二反应物流过所述环形喷嘴。
4.权利要求1所述的方法，其中所述第一反应物具有速度VP，并且所述第二反应物具有轴向速度VS，并且其中第一反应物速度与第二反应物轴向速度的比值为2≤VP/VS≤30。
5.权利要求1所述的方法，还包括在步骤(d)中，另外使稀释气体与所述氧化剂一起流动并调节所述稀释气体与所述氧化剂的相对比例，从而调节燃烧器的能量释放曲线。
6.权利要求5所述的方法，还包括在步骤(d)中，另外使所述稀释气体与燃料一起流动并调节所述稀释气体与燃料的相对比例。
7.权利要求1所述的方法，还包括使所述第一反应物和所述惰性气体中的一种或两种以达到马赫数0.8至马赫数1.5的速度离开中心喷嘴。
8.权利要求1所述的方法，还包括赋予所述第二反应物和所述惰性气体漩涡，从而离开所述环形喷嘴。
9.权利要求1所述的方法，还包括感测所述风口的压力和温度中的至少一种以检测与正常操作条件的偏差，并且响应于检测的与正常操作条件的偏差采取校正动作，其中所述校正动作包括使大量的惰性气体流过所述风口的两个喷嘴、规定炉的底部清洗、以及关闭炉操作中的一种或多种。
10.一种用于炼钢的碱性氧气炉的底部搅拌风口，包括：
内部喷嘴，被配置和布置为在交替中流动第一反应物或惰性气体；
环形喷嘴，围绕所述内部喷嘴并配置和布置为在交替中流动第二反应物或惰性气体；和
控制器，被编程为在炉操作的热浇注阶段和吹气阶段期间使惰性气体流过两个喷嘴，并在炉操作的出钢阶段和熔渣飞溅阶段期间使第一反应物流过所述内部喷嘴和使所述第二反应物流过环形通道；
其中所述第一反应物包括燃料和氧化剂中的一种，并且所述第二反应物包括燃料和氧化剂中的另一种。
11.权利要求10所述的风口，其中所述内部喷嘴是会聚-发散的喷嘴，其尺寸使所述第一反应物以达到马赫数0.8至1.5马赫的速度离开所述内部喷嘴。
12.权利要求11所述的风口，其中所述内部喷嘴还包括在会聚-发散的喷嘴下游的空腔，所述空腔具有长度L、深度D并且长度与深度比为1≤L/D≤10。
13.权利要求12所述的风口，其中所述空腔位于会聚喷嘴下游的距离LD从所述空腔的上游边缘到所述会聚-发散的喷嘴的喉部测量，其中0<LD/L≤3。
14.权利要求12所述的风口，其中所述空腔从所述内部喷嘴的出口端凹陷的距离LR从空腔的下游边缘测量，其中0<LR/L≤20。
15.权利要求10所述的风口，其中所述内部喷嘴包括空腔，所述空腔具有长度L、深度D并且长度与深度比为1≤L/D≤10，其中所述空腔位于会聚喷嘴下游的距离LD从所述空腔的上游边缘到所述会聚-发散的喷嘴的喉部测量，其中0<LD/L≤3，以及其中所述空腔从所述内部喷嘴的出口端凹陷的距离LR从空腔的下游边缘测量，其中0<LR/L≤20。
16.权利要求10所述的风口，其中所述环形喷嘴包括相对于轴向流动方向具有10°至60°的锐角的旋流叶片。
17.权利要求10所述的风口，还包括检测所述内部喷嘴上游的压力的压力传感器，其中所述控制器还被编程为基于检测的压力检测所述风口可能的堵塞或侵蚀。
18.权利要求10所述的风口，还包括检测风口温度的温度传感器，其中所述控制器还被编程为基于检测的温度检测所述风口的可能腐蚀。
19.一种在用于炼钢的碱性氧气炉中操作底部搅拌风口的方法，其中所述底部搅拌风口具有同心喷嘴布置，其内部喷嘴被环形喷嘴包围，该方法包括:
(a)在热金属浇注阶段，惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；
(b)在吹气阶段，继续使所述惰性气体流过所述底部搅拌风口的两个喷嘴；
(c)在出钢阶段期间，在所述内部喷嘴和所述环形喷嘴之间开始放电，同时继续使所述惰性气体流过所述内部喷嘴和所述环形喷嘴，从而使等离子体从所述风口排出；
(d)在熔渣飞溅阶段，继续放电以保持所述风口的等离子体放电；和
(e)在结束熔渣飞溅阶段并开始另一个热金属浇注阶段后，继续使惰性气体流过底部搅拌风口的内部和环形喷嘴，同时停止放电。
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