CN1324411A - 生产金属熔液的方法和所用的多功能喷枪 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种在冶金容器中生产金属熔液且尤其是铁水或钢水的方法,其中含金属和/或含金属氧化物的炉料以固体形式和可能以熔液形式被加入冶金容器中,用于熔炼和可能用于最终还原炉料所需的大部分能量是以电能方式和/或通过燃烧和/或气化含碳材料而获得的。本发明还涉及一种用于本发明方法的多功能喷枪。这样的多功能喷枪由几个相互包套且与一个中心纵轴线同心的管构成。第二管被设计成用于输送氧气的拉伐尔喷嘴形状并且它包围着用于输送固体物质或粉尘的第一中心管。环绕着第四管的第五管形成了这样的第四环缝,即其喷口侧的喷流槽偏离中心纵轴线。

Description

生产金属熔液的方法和所用的多功能喷枪
本发明涉及一种在冶金容器中生产金属熔液且尤其是铁水或钢水的方法，其中含金属和/或含金属氧化物的炉料以固体形式和可能以熔液形式被加入冶金容器中，用于熔炼和或许用于最终还原炉料所需的大部分能量是以电能方式和/或通过燃烧和/或气化含碳材料而获得的。本发明还涉及一种用于本发明方法的多功能喷枪。
EP0257450A2教导了一种用于在炼钢电弧炉中提高能量输入和省电的方法，此外，采用了来自鼓风装置的且用于使熔炉废气复燃的氧气自由喷流以及使液池运动的池底喷嘴。形成一氧化碳所用的碳通过空心电极和池底喷嘴被吹入并且用于形成一氧化碳的氧也通过熔池底部喷嘴被送入。
上述的不利之处在于用于吹入碳、形成一氧化碳并且复燃的装置成本高昂。另外，要求池底喷嘴在接受氧气时要被冲击，承受很大的磨损并且相应地只有很短的使用寿命。
人们还曾尝试着提供用于为冶金目的地加热和送风和用于在冶金反应器中燃烧的装置和方法但不令人满意。
GB1015581公开了一种具有一条中心氧气流道、一条环绕该流道的燃料输送流道、一条用于氧气的外环行槽的烧嘴。燃料和氧气直接在流出各自的出口后相互混合。根据GB1015581，炉料烧嘴被设置用在所有吹氧炼钢方法中。
但是，这样的烧嘴不适用于大量地吸入炉气地复燃，因此，它不可能或只能略微有助于改善能量平衡。
在AT402963B中描述了借助特殊设计的烧嘴来燃烧燃料。通过在烧嘴室内用氧气使燃料快速和强烈地涡旋，流出的混合物在混合流吹送路程内马上变得比较缓慢。这样的烧嘴还具有较小的火焰长度并且忽略了炉气吸入，因而，它对能量平衡改善的帮助可能甚微。此外，这样的烧嘴只是有条件地适用于钢水精炼。
在WO91/00366中，描述了一种用于加热冶金炉的方法和装置，其中，一条内氧气流道被一条燃料流道环形包围住。另外，燃料借助一种惰性的且甚至是弱还原性的运载气体进行输送，在这里，没有提出炉气通过被吸入烧嘴喷流中而复燃的可能性以及精炼熔融物的可能性。
本发明的任务是提供一种方法以及一种用于这种方法的装置，它(们)避免了现有技术已知的缺点。尤其是提供了这样一种方法，为了生产金属熔液，它不仅在电能方面而且在矿石方面需要比已知方法更少的能量，并且可以在更短的时间内进行。本发明尤其是提供了一种多功能喷枪，可以借助该喷枪实现本发明的方法，此外，所述喷枪的结构紧凑而简单，并且在需要维修的情况下，可简单轻松地进行修理。
通过以下特征的组合完成了上述任务：
(A)在一个燃烧步骤中，通过借助至少一个多功能喷枪实现的吹送和燃烧气态和/或液态含碳材料和含氧气体而给炉料输送附加能量；
(B)在一个切割熔炼步骤中，固体炉料通过借助多功能喷枪实现的强化吹送含氧气体而被切断和部分熔化；
(C)在精炼步骤中，熔化的炉料通过借助多功能喷枪实现的强化吹送含氧气体而得到精炼；
(D)在一个碳吹送步骤中，炉料通过借助多功能喷枪实现的液态和/或粉尘状固态含碳材料的吹送和或许的话燃烧而给炉料输送合金化碳元素和/或附加能量；
(E)在一个复燃步骤中，冶金容器的废气通过借助多功能喷枪实现的且至少在三维方向其中的两个方向上偏离各多功能喷枪地将含氧气体吹入冶金容器废气室内而进行复燃；
(F)在一个固体吹送步骤中，炉料通过借助多功能喷枪实现的微粒和/或粉尘状固体成渣剂和/或合金化剂的吹送而给所述炉料输送所需的物质，以便获得理想的金属熔液成分；
其中，根据炉料成分和理想的金属熔液的成分，有选择地按照任何一种组合方式且尤其是先后进行地和/或次序相反地和/或同时地和/或在漏过其中一些地实施步骤(A)-(F)。
利用本发明的方法，根据一个有利的技术特征，例如可以在电炉或转炉或熔炼气化装置中，或者可以特别节能和省时地生产出金属熔液。作为冶金容器地，还可以采用用于转变炉渣的盛钢桶或容器。各冶金容器可以处于高压、大气压、低压或真空下。
用于本发明方法的多功能喷枪可以实现灵活、可自由选择且尤其是同时地进行一些工序。
用于生产熔液且尤其是钢水的固体金属炉料增加了，这是因为材料已经是金属的并且不必再很费事地进行还原。尤其是如果在电炉中处理这样的材料如废钢铁、生铁、铸铁等，则电炉工作的改善是很重要的。快速熔化和精炼以便使炉子延续时间调整得短，这对获得低热量损失和电极损耗以及现代连铸机的不中断供应钢水是很重要的。另外，电炉的熔炼功率也通过目的明确的且同时带入的电能和矿石能而得到提高。
通过本发明的方法满足了这些要求。
根据本发明方法的一个有利特征，至少一个多功能喷枪与本身已知的烧嘴和/或精炼喷枪和/或复燃喷枪和/或池底喷枪(在是电炉的情况下)和/或空心电极和/或侧喷嘴(在是转炉的情况下)一起使用。
由此一来，烧嘴和/或精炼喷枪和/或复燃喷枪可以在一定程度上保证了相应工序的基本负担并且通过附加用于快速的工艺过程的多功能喷枪而在冶金容器很重要的位置上引入了附加能量并进行熔化、精炼、吹送碳和/或合金化元素并使废气复燃等。
本发明的另一个有利设计方式在于，在固体吹送步骤中，至少以下一种材料被吹入或吹送到部分或完全熔化的炉料上：成微粒和/或粉尘形状的金属矿物如铬矿石、镍矿石和锰矿石、金属氧化物如氧化镍、氧化钒和氧化铬、碳化铁、碳化钙、铝土、FeSi、FeSr、FeMn、含油氧化皮、渣子、成渣剂、来自除尘设备的灰尘、磨削屑、金属碎屑、脱氧剂、史莱德轻碎屑、石灰、碳、焦碳和泡沫铁。
在许多吹送物质中，它们可以彼此混合地或分开地被吹送到或吹入部分或完全熔化的炉料中。当金属矿石和/或金属氧化物与脱氧剂量一起被吹入时，加入混合物质例如可能是有利的。
在复燃步骤中，最好是周期波动地和/或脉动地进行含氧气体的吹送。
由此一来，可以特别有效地实现冶金容器废气的复燃，从而所释放出的能量高效率地被传递给炉料而没有在废气系统中白白损失，甚至废气系统在热技术方面也减轻了负担。
根据本发明的又一个实施例，在一个电炉的碳吹送步骤和/或固体吹送步骤中，来自一多功能喷枪的流体指向通过炉盖开口被加入熔液中的固体材料或电弧冲击熔液的冲击部位或所述冲击部位附近。
根据一个同样有利的实施例，在一个转炉的碳吹送步骤和/或固体吹送步骤中，来自一多功能喷枪的流体指向另一个喷枪或一个侧喷嘴的氧气流撞击熔液的冲击部位或冲击部位附近。
当必须大量还原矿石、NiO、可能混有碳的细氧化粉末时，上述这两个实施例是特别有利的。通过在同时出现最大能量输入的位置上加入碳，极大地加速了炉料的还原与熔炼。
根据本发明方法的一个特别有利的特征，至少一个工序A、B、D、E、F是借助一个多功能喷枪而基本上与精炼步骤同时地进行的，其中特别优选的情况就是基本上与精炼步骤同时地进行燃烧步骤。在这里，术语“基本上同时”是指这两个步骤在时间上至少是部分重合的。
除了强化吹送含氧气体并由此精炼了熔融炉料以外，还吹送液态和/或气态的含碳物质和含氧气体并且使含碳物质燃烧。
根据本发明发的另一个有利特征，在生产含碳量低的铁水且优选地是合金化铁水的精炼步骤中，除了加强吹送含氧气体水蒸汽外，和/或一种惰性气体如氮气和或天然气被吹入或吹到部分或完全熔化的炉料上。
因而，明显避免了一氧化碳的分压和铁成渣以及合金元素成渣且尤其是铬成渣。
根据本发明方法的一个实施例，在生产含碳量低的铁水或钢水的碳吹送步骤中，含碳材料速度缓慢地被吹向和吹入在熔液中的炉渣。
由此一来，避免了熔液额外增碳。含碳材料主要用于使炉渣成泡沫状。
根据本发明方法的另一个有利实施例，在至少一个步骤A、B、C、E中实现了液体吹送(G)，其中借助多功能喷枪吹送可燃烧的和/或不可燃烧、难处理掉的且可能有毒的液体并使其热分解并由此以来适宜于环境地处理掉。
与之有关地，所述液体是指要除去的固体在相应溶剂中的溶液。
液体吹送最好是在冶金容器的最热部位上进行，因而，在精炼步骤中进行液体吹送，或者液流指向在金属熔液上方的电弧产生位置。
与冶金容器废气的相应后处理如淬火、吹拂活性碳等有关地，实现了不仅环境易接受地而且还可回收利用地处理掉了难去除的液体。
根据本发明方法的另一个实施例，在精炼步骤(C)中，所吹入的含氧气体气流通过借助多功能喷枪实现的另一股气流的吹送而目的明确地受到影响。
本发明的主题也是一种用于本发明方法的多功能喷枪，它具有许多个相互包套的且与一个中心纵轴线同心的管，所述管的一个共同管端形成了多功能喷枪头。
此外，本发明所述任务的解决方案取决于，多功能喷枪是应该适用于大量固体物质，还是应该适用于少量固体物质。
在吹送少量固体物质的情况下，本发明所述的任务是通过以下特征的组合而完成的：
·用于形成一条尤其是用于输送从微粒状到粉末状的固体物质的输送通道的第一管；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第一环缝的情况下围绕第一管的第二管，其中第二管的喷口件被设计成拉伐尔喷嘴形状；
·一个在形成尤其是用于输送一种气态或液态的燃料的第二环缝的情况下围绕第二管的第三管；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第三环缝的情况下围绕第三管的第四管；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第四环缝的情况下围绕第四管的第五管，其中第四管在形成许多喷流槽的情况下结束于喷口侧，流动方向通过各自一条喷流槽而偏离中心纵轴线。
在这里，通过第一管来主要将微粒状和/或粉末尘状固体吹送到和/或吹入熔液或渣滓中是特别有利的。根据工艺步骤，在碳吹送步骤中实现了含碳材料且尤其是碳的吹送，但也可以吹送焦碳和/或史莱德轻碎屑，在固体吹送步骤中，实现了成渣剂和/或合金化元素的吹送，其中成渣剂和合金化元素是指所有常见的且在生产金属熔液且尤其是钢水和生铁水时所用的成渣剂、生成泡沫渣的材料、氧化不需要的伴生元素的材料、调节出金属熔液的理想成分的材料等。第一管可以实现本发明多功能喷枪的吹送碳和固体材料的功能。
借助以上述特征组合而出众的多功能喷枪，可以以高达10公斤/分钟的数量级吹送固体。
通过把第二管的喷口件设计成拉伐尔喷嘴形状，可以使在切割熔炼步骤和精炼步骤中输送的含氧气体的初压即速度成脉冲状。第一管和第二管所形成的的第一环缝实现了本发明多功能喷枪的切割、熔炼和精炼的功能。
含氧气体最好被理解为是例如从空气分解设备中获得的工程用氧或者空气或富氧空气。
在燃烧步骤中，第二或第三环缝用于输送气态和/或液态燃料例如天然气和/或石油或者用于输送燃料可通过其燃烧的含氧气体且尤其是工程用氧。对于燃烧步骤来说，第二和第三环缝一起实现了本发明多功能喷枪的燃烧作用。
由第四、第五管形成的第四环缝在复燃步骤中用于输送含氧气体并因而实现了本发明多功能喷枪的复燃功能。
根据一个优选实施例，第四环缝在形成2条至16条且最好是4条至6条喷流槽的情况下结束于喷口侧。
喷流槽最好如此偏离中心纵轴线，即喷流槽中轴线在一个垂直于中心纵轴线的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线和喷流槽喷口的平面之间的夹角α等于2.5度至25度并最好为5度至15度。
通过这样设计喷流槽，可以和通过冶金容器的大气喷流槽送来的含氧气体一起地获得较多空气并且可以使可燃废气燃烧。
根据一个有利特征，喷流槽中轴线如此相对多功能喷枪的中心纵轴线倾斜，即喷流槽的中轴线在一个垂直于中心纵轴线的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线和喷流槽喷口的平面之间的夹角β等于2.5度至60度并最好为5度至20度。
这种喷流槽设计方式允许冶金容器的废气范围足够大地复燃，这是因为致使通过喷流槽吹入的含氧气体和进而吸入氧气流内的冶金容器废气螺旋转动起来。这促进了废气与含氧气体的混合及其复燃。
对于一些喷流槽来说，也可以不同地选择一些角度α、β，以便最佳地考虑使用多功能喷枪时的特殊边界条件。
最好给最外侧的即第五管提供冷却措施，所述冷却措施最好被设计成水冷双壳套的形式。
通过以上的冷却特征，可延长该多功能喷枪的寿命。
根据另一个有利特征，第二和/或第三管的喷口件在其外侧面上具有缝隙，其中这些缝隙最好平行于中心纵轴线。所述缝隙用于改善各喷口件的冷却。
根据一个有利的变形实施例，第一管、第二管和第三管的喷口件结束于垂直于中心纵轴线的第一喷口平面内，第四、第五管的喷口件开口于垂直于中心纵轴线的第二喷口平面内，第一喷口平面后移到第二喷口平面的后面。
对于这种情况而言，水冷套延伸到第二喷口平面是适当的。
这样一来，设置在多功能喷枪内的管在其喷口出更好地不受机械应力影响。
为了能够快速简单地进行维修，第二管的喷口端由一个与第二管活动连接且尤其是螺纹连接的喷口件构成。
根据有利的实施例，第一管和或许的话第二管被设计成是耐磨的。
第一管和或许的话第二管的耐磨设计是这样的，第一管和或许的话第二管是由一种铬碳合金钢、一种渗铬硬化钢、渗铬硬化铜、铜或这样一种钢制成的，它内镀覆有并可能外镀覆有一个陶瓷镀层或涂层。
耐磨设计允许通过第一管和或许的话通过由第一管和第二管构成的环缝并借助运载气体而将磨蚀材料如微粒状的碳、金属氧化物等吹入或吹到熔液或炉渣上，而没有由此明显缩短第一管和第二管的使用寿命。
为了能够更快速简单地进行维修，第三管和第四管有利地沿其长度被分开，各管段通过活动连接方式且尤其是通过螺纹连接而被相互固定住。
根据一个有利的实施例，除了第二管的喷口外，第一管和/或第三管和/或第四管的喷口和/或喷流槽被设计成拉伐尔喷嘴的形状。
对于以下目的来说，这是特别适当的，使烧嘴除了精炼切割功能外还为实现至少一个功能而获得高速吹送固体和碳以及复燃并由此获得各气流和/或气/固流体的脉动和喷射范围或喷入深度。
将第二管喷口设计成拉伐尔喷嘴形状的方式是如此适当设计的，即第二管喷口的锥形件的开口角γ为0.1度至5度并最好为0.5度至3度。
此外，选择开口角γ还与冶金容器内的条件有关。因此，在处于高压的冶金容器中，选择较小的γ值，而在处于低压或真空下的冶金容器中，选择较大的值。
根据另一个有利的实施例，第一管可以在第二管内沿中心纵轴线移动，以便继续对固体和碳吹送功能施加影响。另外，当第一管移到第二管的狭窄部位之后时，可以在预定初压下提高要吹送的氧气量。
为了给多功能喷枪提供运载气体，第一管以及第一环缝、第二环缝和第三环缝和第四环缝分别与一个运载气体供应源且尤其是一个惰性气体供应源相连。
运载气体或惰性气体根据实际实施的工艺步骤而可以被用作用于吹送碳或固体的或者用于调整出在切割、熔炼、精炼或燃烧步骤中所输入的含氧气体中的确定氧含量的喷射气体。另外，多功能喷枪在其被用于本发明方法前可用少量惰性气流进行清洗，或者用少量惰性气流清洗在各自时刻不使用的吹风横截面，并且使它不含金属飞溅物。
为了给多功能喷枪提供工序所需的其余所有气体，第一管以及第一环缝、第三环缝和第四环缝分别与一个氧气供应源、一个空气供应源和或许的话一个蒸汽供应源以及一个固体供应源相连，其中固体供应源被设计成可以分别接通和断开，第二环缝与用于提供液态和/或气态燃料的燃料供应源相连。
为了或许能够在切割、熔炼和/或精炼步骤中通过第一管(它在其他情况下主要用于吹送碳和固体)来吹送氧气，借助转换装置且尤其是换向阀而从第一管的运载气体供应源和固体供应源转换到氧气供应源。
可以有利地通过调节各气体的初压来调节给多功能喷枪输送气体。
除此之外或或者，借助简单的固定隔板和/或快闭阀来调节给多功能喷枪输送气体，所述固定隔板和/或快闭阀分别设置在一些气体管路中。
此外，在吹送大量固体的情况下，本发明所述的任务是通过以下特征的组合而完成的：
·用于形成一条尤其是用于输送液体或含氧气体的输送通道的第一管；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第一环缝的情况下围绕第一管的第二管，其中第二管的喷口件被设计成拉伐尔喷嘴形状；
·一个在形成尤其是用于输送一种气态或液态的燃料的第二环缝的情况下围绕第二管的第三管；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第三环缝的情况下围绕第三管的第四管；
·一个在形成尤其是用于输送冷却水的第四环缝的情况下围绕第四管的第五管，其中第四环缝被设计成在喷口侧是封闭的；
·一个在形成尤其是用于输送含氧气体的第五环缝的情况下围绕第五管的第六管，其中第五环缝在形成许多喷流槽的情况下结束于喷口侧，流动方向通过各自一条喷流槽而偏离中心纵轴线；
·一个在形成尤其是用于抽吸冷却水的第六环缝的情况下围绕第六管的第七管，其中第六环缝被设计成在喷口侧是封闭的，第四环缝在多功能喷枪头区域内通过不与喷流槽相交的孔而与第六环缝连通；
·1至9个耐磨的且尤其是输送从微粒状到粉末状的固体物质的喷嘴管，其中喷嘴管设置在第五环缝内，各喷嘴管的中心纵轴线平行于纵轴线，喷嘴管与多功能喷枪头对接，而孔或喷流槽没有相交。
在这里，通过所述喷嘴管把微粒状和/或粉尘状固体吹到和/或吹入熔液或炉渣中是很有利的。根据工艺步骤，在碳吹送步骤中实现含碳材料且尤其是碳的吹送，但也可以吹送焦碳和/或史莱德轻碎屑，并且在固体吹送步骤中实现了成渣剂和/或合金元素的输送，其中成渣剂和合金化元素是指所有常见的且在生产金属熔液且尤其是钢水和生铁水时所用的成渣剂、生成泡沫渣的材料、氧化不需要的伴生元素的材料、调节出金属熔液的理想成分的材料等。第一管可以实现本发明多功能喷枪的吹送碳和固体材料的功能。
以上述特征组合而出众的多功能喷枪尤其适用于吹送如高达200公斤/分钟的大量固体。当起劲生产熔融物所需的大部分电能是被矿石能代替并且从而例如提高了生产率时，或者当用于各种应用场合的大量上述固体应被吹入炉渣和/或熔液时，这是特别有利的。
通过把第二管的喷口件设计成拉伐尔喷嘴形状，可以使在切割熔炼步骤和精炼步骤中输送的含氧气体的初压即速度转变成脉冲形式。第一管和第二管所形成的的第一环缝实现了本发明多功能喷枪的切割、熔炼和精炼的功能。
含氧气体最好被理解为是例如从空气分解设备中获得的工程用氧或者空气或富氧空气。
当通过第一管来调节喷流宽展和拉伐尔流体的精练效果时，第一管用于可重现地控制来自第一环缝的拉伐尔喷流的脉动情况。它也被用于在液池高度低时不额外地磨损冶金容器的耐火底壁或目的明确地确保钢水浮渣中的高FeO含量，从而在含碳量高的熔液中明显改善了金属熔液的脱磷效果。本发明的多功能喷枪还能够控制炉渣中的铁氧化物含量并进而控制铁水的脱磷效果和例如脱钒效果。
通过第一管，要除去的液体被喷入多功能喷嘴前的拉伐尔流或燃烧区中。此外，第一管实现本发明多功能喷枪的液体吹送功能。
但通常第一管接受氧气或含氧气体。在精炼合金化熔液的情况下，第一管接受惰性气体或蒸汽，以便降低在多功能喷嘴前的燃烧区内的一氧化碳的分压并且以致铬成渣。
在燃烧步骤中，第二环缝或第三环缝用于输送气态和/或液态燃料如天然气和/或石油或用于输送含氧气体且尤其是燃料通过其燃烧的工程用氧。对于燃烧步骤来说，第二和第三环缝一起实现了本发明多功能喷枪的燃烧作用。
由第五管、第六管形成的第五环缝在复燃步骤中用于输送含氧气体并因而实现了本发明多功能喷枪的复燃功能。
通过该第四和第六环缝的连通这些环缝的位于多功能喷枪头上的孔共同形成了水冷壳体，延长了该多功能喷枪的寿命。
根据一个优选实施例，第五环缝在形成2条至16条且最好是4条至6条喷流槽的情况下结束于喷口侧。
喷流槽最好如此偏离中心纵轴线，即喷流槽中轴线在一个垂直于中心纵轴线的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线和喷流槽喷口的平面之间的夹角α等于2.5度至25度并最好为5度至15度。
通过这样设计喷流槽，可以和通过冶金容器的大气喷流槽送来的含氧气体一起地获得较多空气并且可以使可燃废气燃烧。
根据一个有利特征，喷流槽中轴线如此相对多功能喷枪的中心纵轴线倾斜，即喷流槽的中轴线在一个垂直于中心纵轴线的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线和喷流槽喷口的平面之间的夹角β等于2.5度至60度并最好为5度至20度。
这种喷流槽设计方式允许冶金容器的废气范围足够大地复燃，这是因为致使通过喷流槽吹入的含氧气体和进而吸入氧气流内的冶金容器废气螺旋转动起来。这促进了废气与含氧气体的混合及其复燃。
对于一些喷流槽来说，也可以不同地选择一些角度α、β，以便最佳地考虑使用多功能喷枪时的特殊边界条件。
将第二管喷口设计成拉伐尔喷嘴形状的方式是如此适当设计的，即第二管喷口的锥形件的开口角γ为0.1度至5度并最好为0.5度至3度。
此外，选择开口角γ还与冶金容器内的条件有关。因此，在处于高压的冶金容器中，选择较小的γ值，而在处于低压或真空下的冶金容器中，选择较大的值。
根据另一个优选特征，第二管和/或第三管的喷口件在其外侧面上具有缝隙，其中所述缝隙优选地平行于中心纵轴线。所述缝隙用于改善各喷口件的冷却。
根据一个有利的变形实施例，第二管和第三管的喷口件结束于垂直于中心纵轴线的第一喷口平面内，第四、第五、第六、第七管的喷口件结束于垂直于中心纵轴线的第二喷口平面内，第一喷口平面后移到第二喷口平面的后面。
设置在多功能喷枪内的管由此在其喷口处不受机械应力的影响。
根据另一个有利的实施例，第一管可以在第二管内沿中心纵轴线移动，以便继续对固体和碳吹送功能施加影响。另外，当第一管移到第二管的狭窄部位之后时，可以在预定初压下提高要吹送的氧气量。
为了能够快速简单地进行维修，第二管的喷口端由一个与第二管活动连接且尤其是螺纹连接或借助一个由O形圈密封的滑动接头连接的喷口件构成。
为了能更快速简单地进行维修，第三管和/或第四管和/或第五管和/或第六管和/或第七管有利地沿其长度被至少分成两段，各管段通过活动连接方式且尤其是螺纹连接和/或通过O形圈密封的滑动连接而被相互固定住。
根据另一个有利实施例，除了第二管喷口外，第三管和/或第四管的喷口和/或喷嘴管的喷流槽被设计成拉伐尔喷嘴形式和/或扩大第一管喷口的直径。
拉伐尔喷嘴形状对此是特别适用的，就是说，使烧嘴除了精炼切割功能外还为实现至少一个功能而具有高速吹送固体和碳以及复燃并由此获得各气流和/或气/固流体的脉动和喷射范围或喷入深度。
第一管喷口直径的扩大在冶金容器处于低压或真空时是特别有利的。
根据一个有利实施例，喷嘴管被设计成是耐磨的。
喷嘴管的耐磨设计最好是这样的，即各管是由一种铬碳合金钢、一种渗铬硬化钢、渗铬硬化铜、铜或这样一种钢制成的，它内镀覆有并可能外镀覆有一个陶瓷镀层或涂层。
耐磨设计允许通过第一管并借助运载气体而将磨蚀材料如微粒状的碳、金属氧化物等吹入或吹到熔液或炉渣上，而没有由此明显缩短喷嘴管的使用寿命。
本发明多功能喷枪的另一个有利实施例在于，在背对多功能喷枪头的那一端上，给喷嘴管配设了一个固体分配腔，其中固体分配腔由一个四面封闭的且基本上成圆柱形的环形空心体构成，所述空心体具有一个底部、一个盖子和一个侧界面，喷嘴管从下面与固体分配腔的底部对接，至少一个固体输送管沿切向通入固体分配腔的侧界面中。
除了上述实施例外，最好设置另一个环形的且基本上成圆柱形的空心体，其中这个空心体朝上开口并且具有一个底部和一个侧截面，这个空心体如此设置在固定分配腔内，即在固体分配腔的盖子与该空心体的侧界面制件留有一个缝隙，所述喷嘴管通入所述空心体的底部中。
固体沿切向被吹入固体分配腔内并且穿过在由所述空心体侧界面构成的中间壁上的缝隙地进入这样一个空间内，即喷嘴管离开所述空间(即进入该空心体内)。喷嘴管入口象喷嘴管本身那样被设计成锥形并且是耐磨的。
固体分配腔通过一个快速闭锁件或凸缘被固定在喷枪体上并且在闭锁件松开后可以被抽出。耐磨喷嘴管被固定在一个成为固体分配腔底面的环上并且可以轻松地进行更换。
本发明多功能喷枪的固体分配腔适当地与运载气体供应源且尤其是惰性气体供应源以及至少一个固体供应源相连。
或者，当设置了固体分配腔时，喷嘴管本身与一个运载气体供应源且尤其是一个惰性气体供应源以及至少一个固体供应源相连。
运载气体或惰性气体根据实际实施的工艺步骤而可以被用作用于吹送碳或固体的或者用于调整出在切割、熔炼、精炼或燃烧步骤中所输入的含氧气体中的确定氧含量的喷射气体。另外，多功能喷枪在其被用于本发明方法前可用少量惰性气流进行清洗，或者用少量惰性气流清洗在各自时刻不使用的吹风横截面，并且使它不含金属飞溅物。
为了给多功能喷枪提供工序所需的其余所有气体，第一管以及第一环缝、第三环缝和第五环缝分别与一个氧气供应源、一个空气供应源和或许的话一个蒸汽供应源相连，第二环缝与用于提供液态和/或气态燃料的燃料供应源相连。
除此之外或代替氧气和/或空气供应源地，可以给第一和/或第五环缝配备热风供应源。在这里，热风是指含氧气体例如富氧气体，它的温度为200℃-1200℃。
可以有利地通过调整各气体的初压来调节给多功能喷枪输送气体。
除此之外或额外通过其它方式地，可以借助安装在一些气体管道中的对简单的固定隔板和/或快闭阀来调节给多功能喷枪输送气体。
本发明多功能喷枪的所有实施例的共同点就是，可以借助光学系统并穿过第一管和/或第一环缝地并如本身已知的那样测量由金属熔液发出的电磁波且尤其是在可见光及与之相邻的红外线范围内的电磁波并且可以被输送一个用于确定温度和/或金属熔液化学成分的探测器。
在这样的测量过程中，通过第一管和/或第一环缝吹送着惰性气体，同时仍保留多功能喷枪的燃烧烧嘴功能。分析电磁波以确定金属熔液的温度和/或化学成分可以通过高温测定方法或光谱测定方法来实现。在WO97/22859中已提出了一种类似方法，其区别在于，在这里不是象在WO97/22859中那样在池底进行测量的。
如此有利地布置本发明的多功能喷枪(它不仅有适用于少量固体的实施例，也包括适用于大量固体的实施例)，即它可以沿其纵轴移动或摆动。因而，一方面控制了各气流的喷入熔液中的深度并且在液池表面高度不同的情况下调节了气流移动路程，另一方面，获得或描绘出了液池表面的较大区域。
在沿冶金容器内部方向擦黑如的铜耐火墙下设置多功能喷枪已被事实证明是有利的，其中多功能喷枪可以移动和/或摆动，这是因为多功能喷枪受到了特别好的保护。
根据本发明方法而用于冶金容器中的多功能喷枪数量随冶金容器类型和尺寸以及所用多功能喷枪的设计形式而变化的。可以设置1-10个多功能喷枪。喷枪数量多时的高昂投资成本被如此克服了，即在整个炉室内或整个熔液表面上尽可能均匀地进行能量、碳和固体的投入以及复燃并且提高了各冶金容器的生产率。
在喷枪数量多如有5支多功能喷枪时，将多功能喷枪设计成小尺寸的也是有利的，从而吹送横截面大致等于采用少量多功能喷枪如只采用2支多功能喷枪时的横截面。
以下，电炉和转炉被认为是说明本发明的典型的但不是限制性的例子。
只要未另作说明，后述实施例涉及的是吹送大量固体的多功能喷枪。
以下，为了简化术语，第一管、第一环缝、第二环缝、第三环缝、第五环缝以及喷嘴管和各自所属喷口件或喷流槽一起被称为喷嘴1、喷嘴2、喷嘴3、喷嘴4、喷嘴5、喷嘴6。
根据本发明，至少一个(在大型炉子中，喷枪就多一些)多功能喷枪从炉凸肚上的熔液出料口(最好在侧壁上)算起地或从炉盖吹入地设置在液池表面上。多功能喷枪的纵轴线在设置在侧壁或炉凸肚区中时应该相对液池表面倾斜35度以上。多功能喷枪一般固定设置。当被设置在其长耐火墙位于炉渣区或有时也在电炉凸肚区内的电炉中时，可以拟定出直线可移动地且能摆动或不能摆动地将喷枪设置在侧壁和/或凸肚或炉盖中。
根据如电炉象在现有技术中那样地配有相应的烧嘴和/或复燃喷枪的情况，多功能喷枪最好被用在冷炉区(冷点)或凸肚区内。原则上，多功能喷枪可以被安装在炉周围或者降低移出炉盖。在例如通过第五孔连续投入大量泡沫铁的电炉中，这样的布局是有的，其中来自多功能喷枪的流体撞击在熔液上的泡沫铁撞击位置附近，这是因为，在那里迫切需要能量并且可能产生一氧化碳并进行复燃，以及通过吹送碳来抑制FeO生成。
就在侧壁中的喷枪位置高度而言，当有限的熔液精炼以及氧气流透入熔液是很重要的时候，保证来自喷嘴2的流体移动路程小于2米。在电炉凸肚区内，流体移动路程在大多数情况下小于1.2米。在转炉或类似的反应装置中，流体移动路程基本上大于2米。
为了使电极消耗最佳化，当在侧壁内设置喷枪时，多功能喷枪最好沿假想圆柱体的切向布置。圆柱体直径在电极分圆与炉壁之间。
多功能喷枪最好被用于强烈冷却的且大致成正方体形的铜耐火板中，其侧面长度约为0.5米。由此一来，延长了喷枪环境的使用寿命。当使用大块废钢铁并且预热时间在喷嘴4吹送氧气且喷嘴3吹送燃料时很短时，这是很重要的。随后，使来自喷嘴5或喷嘴2氧气流转向并且暂时一部分氧气扫过挡板，如在一般烧嘴中所采用的那样。多功能喷枪安装在楔形插入炉内的铜耐火板下已被事实证明是很有利的，因为喷枪由此一来受到了良好的保护。
本发明多功能喷枪的工作方式如下：
在等候位置上，以最小量给喷嘴提供0.2巴的空气(喷嘴1)、空气(喷嘴2)、氮气(喷嘴3)、空气(喷嘴4)、空气(喷嘴5)。
在加料时，喷嘴压力暂时提高到约1.5巴，而喷枪在加料时把飞溅物吹出炉室。
在加入铁基材如废钢铁和/或铸铁和碳块、直接还原铁、成渣剂等后，多功能喷枪逐步从保留量(小于1巴初压)启动并用于各目的。但是，工序的时间过程通常取决于炉料块度、预计的熔液含碳量曲线、炉渣中的金属氧化物含量、所需的熔液脱磷程度等并且可能是变化的。在极端情况下，一开始就发挥所有功能并且始终使喷枪长时间工作。
在一般炉料(常用废钢铁)的情况下，典型的工作方式是这样的：
首先，在点弧并且废气管接头着火后，通过喷嘴4通入氧气并随后马上从喷嘴3中通入燃料如天然气(0.6Nm3/min-7Nm3/min)。废钢铁被喷枪加热(烧嘴功能)。
没过多久(这由所用废钢铁基材来决定)，如在2分钟后，从喷嘴2通入均匀的氧气流量以便切割并氧化废钢铁熔融物。根据用于精炼的预燃氧气量，在形成如20厘米深的金属熔液池后，利用更多氧气并通过由第一管控制的氧气流脉动来使熔液脱碳。另外，烧嘴功能在大多数应用场合中仍然保留，以使熔炼和脱碳以及熔液部分氧化的效果最佳化。
可燃炉气在喷嘴5接通氧气后被吸入到一些氧气流中并部分燃烧。由此释放的能量被有效地传递给废钢铁、炉渣和熔液而没有白白在废气系统中损失掉。甚至，从热技术方面还减轻了废气系统的负担。来自喷嘴5的氧气流即2-16块/多功能喷枪相对喷枪纵轴线倾斜地向下吹入废料运动机构中。
在用于固体吹送率低的喷枪中，当在喷嘴入口设置了专用换向阀时，中心喷嘴1从吹送空气转变为吹送氧气并且在氮气清洗后转变如吹送碳。当大量要求氧气以便精炼时，中断碳吹送，借助换向阀并用氮气清洗喷嘴1并且喷嘴1以及喷嘴2接受预定的氧气流量。
根据炉子大小以及多功能喷枪数量，流经喷嘴2的氧气量为400至3000Nm3/小时。在每平方毫米吹风横截面内，通过喷嘴6吹送高达0.3公斤/分钟的碳。通过额定宽度为12毫米的喷嘴6例如在喷嘴2吹送少量氧气时吹送高达34公斤/分钟的碳。通过碳吹送，炉渣很快并强烈地成为泡沫，炉渣中的FeO含量稳定在低到20％的水平，在熔液碳含量如为0.04％的情况下，钢中的氧含量从1000ppm降到600ppm。这些效果可以通过用可良好调节的清洗喷嘴进行清洗来加强，所述清洗喷嘴接受氮气和/或氩气+甲烷。
当必须调节出如0.03％的熔液含碳量并且炉渣在过熔液热期间内必须成为泡沫状时，只在压力很低且单位时间内数量少的情况下通过喷嘴6把碳吹送到炉渣上并随后又精炼。
当应该暂时给熔液或炉渣(为调整)送入大量碳时，通过喷嘴2吹送惰性气体、空气或少量氧并通过喷嘴6吹送大量碳。喷嘴6入口处的压力随着碳的吹送(或液体吹送)而按照以下公式提高： f = 1.4 + B 1.4
其中，f是在运载气体量不变时的压力提高系数，B是运载气体的吸附密度(单位kg/Nm3)。
尤其是在铬合金化熔液中，在碳含量例如低于1％的情况下，通过惰性气体或蒸汽与来自喷嘴1、喷嘴2、喷嘴4的氧气的混合来减少一氧化碳的分压并抑制铬成渣是很有利的。
由此一来，经济地即在合金化元素成渣少并且温度低、生产率高的情况下形成了低于0.4％的碳含量。由此一来，明显缩短了后接的VOD(真空脱氧)处理过程并且明显提高了利用多功能喷枪和VOD的生产路线EAF的总生产率。借助氧气和惰性气体或蒸汽逼供内与多功能喷枪联合地进行底吹是一种特别适用于在采用具体方法的情况下按照EAF生产合金钢如不锈钢的组合方案。在极端情况下，不锈钢也可以按照不需要VOD处理的EAF方式制成。
以下，在图1-图9中详细描述了本发明的多功能喷枪及其应用。
另外，图1-图3表示用于固体量比较少地吹送的多功能喷枪。
图1表示沿多功能喷枪的中心纵轴线的缩小纵截面图。
图2表示多功能喷枪头。
图3是沿图2的箭头Ⅰ的方向的图2所示喷枪头的视图。
图4-图7表示用于固体量比较多地吹送的本发明喷枪。
图4以缩小的纵截面图表示这种喷枪的整个结构。
图5表示多功能喷枪头。
图6是图5所示喷枪头的沿箭头Ⅳ方向的视图。
图7表示用于固体比较多的多功能喷枪以及供气管道。
图8、9表示在冶金容器中的本发明多功能喷枪的结构。
图1所示的多功能喷枪具有第一管1，它尤其是被用于输送固体的从微粒状到粉尘状的物质，这些物质可以通过气体输送。第一管1沿多功能喷枪的中心纵轴线2方向延伸并且被第二管3围住，在第二管与第一管之间形成了第一环缝4，通过所述环缝来输送尤其是含氧的气体。
第二管3的内侧在喷口端侧成拉伐尔喷嘴形状，所述喷口端由一个特有的且可以轻松地螺纹连接而与第二管3分开的喷口件5构成，从而含氧气体或氧气以超音速流出喷口件5。
第二管3被第三管6包围住，从而在第二管与第三管之间形成第二环缝7，通过所述环缝来输送气态的和/或液态的燃料。
第四观8环绕着第三管6，从而在第四管与第三管之间形成了第三环缝9，又通过所述环缝来输送尤其是含氧的气体。
第四管8还被第五管10包围住，从而在第四管和第五管之间形成了第四环缝11，通过所述环缝来输送尤其是含氧的气体。
第四环缝11在喷口侧终止于许多喷流槽12中。喷流槽12的中轴线相对多功能喷枪的纵轴线2是倾斜的。各喷流槽12中轴线13在一个经过中心纵轴线2和喷流槽12喷口的平面上(它在图2中就是图面)的法向投影与中心纵轴线2的夹角α为2.5度至25度。至于倾斜角度，各喷流槽12中轴线13在一个垂直于中心纵轴线2的平面上的法向投影(其中该平面在图3中等于图面，所述法向投影与图3所选视图中的中轴线重合)与一个经过纵轴线2和喷流槽喷口的平面的夹角β为2.5度至60度。
由此一来，致使喷流槽12所喷入的含氧气体及进而被吸入该氧气流中的冶金炉废气做螺旋线形混合运动并且废气被吸入氧气流中。这导致了含氧气体与废气有效混合并形成了其复燃。
第五管10的外面被一个水冷双壳套14包围住，所述双壳套通常终止于和第一、第二、第三管1、3、6或喷口件一样的喷口平面15内。第四管8和第五管10可以和水冷双壳套14一起终止于第二喷口平面16上，其中第一喷口平面后移到第二喷口平面的后面(虚线所示17)。
第二、第三管3、6的喷口件5、18在其外侧面上设有许多缝19，由此一来，获得了通过第二、第三环缝、9输送的气体的加强冷却效果。
第一管1的内侧被设计成是耐磨损的，为此，它在内侧具有一个陶瓷衬层。第一管1也可以借助一个气动驱动机构沿中轴线并如箭头Ⅱ所示地移动。
第三管6和第四管8在其长度方向上被分开并且各管段6a、6b或8a、8b借助螺纹连接而被相互固定住。由此一来，管段6b、8b可以在维修的情况下快速更换。密封是借助O形圈实现的。
图4所示的多功能喷枪具有第一管20，它尤其是被用于输送含氧气体。第一管20沿多功能喷枪的中轴线21方向延伸并且被第二管22包围着，由此一来，在第一管和第二管之间形成了第一环缝23，又是通过所述环缝来输送尤其是含氧的气体。
在通过第一管20输送含氧气体时，所述气体主要用于控制来自第一环缝23的气流的脉动以及控制炉渣的FeO含量。为此，第一管可以如箭头Ⅲ所示地例如借助一个气动驱动机构而沿中心纵轴线21移动。但也可以通过第一管20实现液体喷流措施。
第二管22的内侧在喷口件24处被设计成拉伐尔喷嘴形状，从而含氧气体或氧气可以以超音速流出喷口件24。
第二管2被第三管25包围住，从而在第二管与第三管之间形成了第二环缝26，通过所述环缝来输送气态和/或液态燃料。
第四管27包围着第三管25，从而在第三管与第四管之间形成了第三环缝28，又通过该环缝来输送尤其是含氧的气体。
第四管27还被第五管29包围着，从而在第四管与第五管之间形成了第四环缝30，通过该环缝来输送冷却水。
第五管29还被第六管31包围住，从而在第五管与第六管之间形成了第五环缝32，通过该环缝来输送尤其是含氧的气体。
第五环缝32在喷口侧终止于许多喷流槽33中。喷流槽33的中轴线34相对多功能喷枪的纵轴线21是倾斜的。各喷流槽33中轴线33在一个经过中心纵轴线21和喷流槽33喷口的平面上(它在图5中就是图面)的法向投影与中心纵轴线21的夹角α为2.5度至25度。至于倾斜角度，各喷流槽33中轴线34在一个垂直于中心纵轴线21的平面上的法向投影(其中该平面在图6中就是图面，所述法向投影与图6所选视图中的中轴线重合)与一个经过纵轴线21和喷流槽喷口的平面的夹角β为2.5度至60度。
由此一来，致使喷流槽33所喷入的含氧气体及进而被吸入该氧气流中的冶金炉废气做螺旋线形混合运动并且废气被吸入氧气流中。这导致了含氧气体与废气有效混合并形成了其复燃。
第六管31的外侧被第七管35包围住，由此一来，形成了第六环缝36，通过该环缝抽吸冷却水。
第四环缝30和第六环缝36被设计在喷口侧是封闭的并且在多功能喷枪头37中通过孔38连通。第四环缝30和第六环缝36与孔38共同形成了一个水冷双壳套，在工作过程中，大约60立方米/小时的水流过该双壳套。
许多用于输送从粉尘状到微粒状的固体的喷嘴管39在第五环缝32中经过，其中在图4、5中，由于所选角度的而只在横截面图中画出了一个喷嘴管39。喷嘴管39的内侧被设计成耐磨的，为此，它涂有一个陶瓷衬层。喷嘴管39通入多功能喷枪头37中或者与之对接。在这里，喷嘴管39的喷口成圆柱形，但是它也可以简单地被扩大成锥形或成拉伐尔喷嘴形状。
在喷流槽33被用于复燃被省略的特殊情况下，整个第五环缝32还接受运载气体和固体。固体随后通过喷流槽33进行吹送，喷流槽在之中情况下被设计成是耐磨的。
第二管22和第三管25的喷口件24,40在其外侧有多个间隙41，从而通过第二环缝26和第三环缝28引入的气体而达到强烈的冷却作用。
第四管27、第五管29、第六管31和第七管35的喷口件终止于第一喷口平面42内。第二管22与第三管25的喷口件24、40终止于第二喷口平面43内，其中第二喷口平面后移到第一喷口平面的后面。
第四管27与第五管29在其长度方向上被分开，第四管27和第五管29都被分成两截，各管段借助螺纹连接44而被相互固定住。由此一来，各管段在维修的情况下可以进行快速更换。密封是通过O形圈实现的。
多功能喷枪头37的水冷件即第四至第七管27、29、31、35的喷口件最好是铜制的，或者是通过焊接、锻造或浇注成的。在只有一个焊缝散开后，这些部件容易被取出并因而进行更换。
大致在多功能喷枪的中心，给喷嘴管39配备了一个固体分配腔45，它成环状空心体形状并且包围着多功能喷枪。另一个环抓哏内空心体位于固体分配腔45内，但它被设计成朝上敞开，由此一来，在固定分配腔45的盖板47与第二个环形空心体46的侧界面48之间留下了一个缝隙。喷嘴管39与固体分配腔45的底部49对接并且通入第二空心体46的底部50中。一个固体流道51与之近似于相切地通入固体分配腔45中。所吹送的固体在固体分配腔45中分散开并且越过第二空心体46的侧界面48(形成一种溢流)地流入第二空心体并随后流入喷嘴管39。
在图7中，画出了多功能喷枪(用于固体比较多的)的气体固体供应系统。
为了供应所有应用场合所需的所有气体和固体，设置了一个燃料供应源52、运载气体供应源53、一个氧气供应源54、一个空气供应源55、至少一个固体供应源56以及一个蒸汽供应源(用于特殊应用场合)。
作为燃料主要使用了碳氢化合物如甲烷、乙烷、丙烷、丁烷、一氧化碳或这些气体的混合物，但根据可备用性能，也可以使用液态燃料如石油，其中尤其是在粘稠燃油的情况下，在使用前加热燃料是很有利的。
作为运载气体，一般采用了惰性气体如氮气、氩气或这些气体的混合物。但根据使用场合，也可以把其它气体例如空气或天然气用作运载气体。
第一管20、第一环缝23、第二环缝26、第三环缝28和第五环缝32都配设有气体管道58、59、60、61、62，其中第二环缝26与燃料供应源52和运载气体供应源53相连，其余环缝23、28、32以及第一管20分别与运载气体供应源53、氧气供应源54、空气供应源55以及在特殊应用场合中与蒸汽供应源头57相连。
为了实现本发明多功能喷枪的碳与固体的吹送功能，通向固体分配腔45的运载气体管道63以及在特殊情况下的通向第一、第三、第五环缝的气体管道59、61、62分别配有固体供应源56，从尽可能使功能多样化的意义上讲，可以分别接通断开所述固体供应源。
大多数固体和在这里又主要是碳通过喷嘴管39进行吹送。但是，其它固体在装料的情况下随时可以通过至少一个环缝23、28、32来吹送，其中吹送固体用的运载气体可以分别是运载气体、氧气、空气、蒸汽或这些气体的混合物。
多功能喷枪或第四环缝30和第六环缝36还配备有一个水冷输入管64和冷却水排出管65。在许多应用场合中，可以省略水冷。因而，如果是在电炉中，则可以在没有突出固定喷枪头任务的情况下进行水冷。
图8表示其中装有本发明多功能喷枪67、68的电炉66的垂直截面。它还画出了流体69进入熔液70或炉渣71中以及使炉内废气复燃的氧气流(短箭头72)。在电炉66中，一般还设置了烧嘴/复燃喷枪75以及炉门烧嘴74和炉底烧嘴75并且预设了一个出料口76。多功能喷枪68受到一个朝炉内隆起的耐火砖墙77的保护。
图8a示出了通过图8的电炉66的水平剖面，该多功能喷枪68以大至与电极分度圆78同心的圆相切的方向布置。从而避免了过度的电极消耗及过早的磨损。其它的多功能喷枪69靠近电炉66的凸出部79布置。
图9和9a表示将多功能喷枪67、68设置在具有偏心炉身的电炉80中的结构以及烧嘴/复燃喷枪73和炉底烧嘴75。另一个多功能喷枪81通过一个立于电炉80外的升降机构(未示出)而在至少一个位置上穿过盖板开口地被送入炉内以便进行吹送。在这种炉型中，部分已变软的预热废钢铁82在没有结瘤的情况下移向电极86是很重要的。
所示喷嘴结构达到了特别大的效果。出料时间小于40分钟并且电流损耗降低到290kWh/吨钢水以下。为此，穿过炉盖插入的多功能喷枪也是功不可没的。
实施例
在以下例子中，附图中还是为第一管、第一环缝、第二环缝、第三环缝、第四环缝、第五环缝采用了喷嘴1、喷嘴2、喷嘴3、喷嘴4、喷嘴5、喷嘴6以及喷嘴管或其各自的喷口件。
例1
在变压器功率为80MVA的115吨电炉中，如图5、5a所示地形成了三个多功能喷枪(49,50)。确切地说，炉子还配备有两个炉底喷嘴、四个复燃/烧嘴喷嘴5以及一个炉门烧嘴57。
在第一废钢铁筐将49吨废钢铁、19吨固体生铁和1000公斤碳块装到约为20吨的金属熔液池中后，其中喷嘴1、喷嘴2、喷嘴4和喷嘴5在加料时吹送空气，喷嘴3、喷嘴4接受6Nm3O2/min(喷嘴4)或3Nm3CH4/min(喷嘴3)。2分钟后，喷嘴2、5从空气转为氧气并且接受6(喷嘴2)或4.5Nm3/min的氧气。通过喷嘴6吹送含5公斤/分钟的微粒碳的空气，以便加速废钢铁熔化并且控制废钢铁氧化情况。在5分钟通电后，或者说在熔融金属量增加后，喷嘴2的氧气量提高到16Nm3/min，通过喷嘴输送的碳加倍到12公斤/分钟。在第一批料的熔炼过程快结束时，取消流过喷嘴5的氧气量。
在第二批炉料中，加入了57吨废钢铁并且利用多功能喷枪个复燃喷枪进行同时的处理如预热、切断、加速熔化、炉内废气复燃以及利用来自三个多功能喷枪的喷嘴5的氧气流来进行强化精炼。两个炉底喷嘴57分别以0.4Nm3N2/min和0.2Nm3CH4/min工作，所述气体在气体调配站内进行预混合，但在两个平静液池期间内，所述喷嘴只以上述吹送速度的一半速度工作。流经所有复燃喷枪55的氧气量与废气分析结果是如此相符的，即一氧化碳含量在废气中不超过约10％。
通常，碳的吹送是根据形成泡沫渣以及在1580℃熔液中的碳含量为0.30％的要求来调节的。在3分钟的时间里，碳通过颗粒状史莱德轻碎屑而得到补充。炉渣泡沫也因而发挥了作用。在过热期间内，公共消耗了4500Nm3/min氧气地进行精炼。而多功能喷枪49、50的复燃喷嘴(喷嘴5)和烧嘴55保留着空气。在出料前两分钟并在出渣后，精炼效果最小地再次强烈吹送碳，以便使熔液的氧含量降低到约600ppm。
在熔液(熔融物)中的碳含量为0.3％时，炉渣中的FeO含量为18％，因而出钢量高达92％。出钢连续时间和炼钢效率为52分钟或者超过132吨/小时。消耗量为39公斤石灰/吨、2.1公斤电极/吨、9公斤碳块/吨、12公斤吹送碳/吨、55Nm3/min氧气、4Nm3CH4/min以及290kWh/吨。此时所用的多功能喷枪具有800次加料的使用寿命。只是预防万一地更换了碳吹送喷嘴。
例2
当在60吨电炉中生产铬合金化熔液时，借助3个小型多功能喷枪将熔液的含碳量从0.8％降低到0.3％。炉渣的氧化铬含量可以通过在后三分之一精炼期内吹送40％氧气和60％氮气而保持在12％以下。在这种尝试中，在电炉3底部上使用了喷嘴，它们吹送氮气和甲烷。通过这个利用多功能喷枪的精炼期，随后的VOD处理可以被缩短30分钟/每炉。通过成渣吹送，炉渣被泡沫化。为此，所吹送的氧气量必须被提高到90公斤/分钟。最终的碳含量为0.03％。
例3
在熔炼80％DRI和20％废钢铁时，一个多功能喷枪设置在炉凸肚的出钢区内并且两个多功能喷枪可以穿过炉盖地插入炉内。这两个喷枪向着连续送入炉中的DRI的撞击位置吹送。这个液池区域通过两个喷嘴得到更好的混合，所述喷嘴设置在炉底内并且吹送氮气和甲烷。优点就是，在50吨电炉中，出钢时间从105分钟缩短到83分钟。生产率提高20％。
例4
在底吹氧气和碳粉的65吨转炉中，多功能喷枪被固定安装在转炉转动圆内。通过底部吹送200Nm3/min氧气并且在大部分脱碳时间内通过多功能喷枪吹送105Nm3/min氧气。通过3分钟废钢铁预热，15公斤碳/吨的吹送和在转炉炉内废气的部分复燃及传热能够将废钢铁成分(相对出钢量而言)从22％提高到27％。炉底喷嘴能够减少，喷嘴间距可以增大，炉底使用寿命可从700炉提高到820炉。尽可能还原在上转炉料钟内的金属成分和炉渣成分是尤其重要的，从而它们不必再通过燃烧或漫长的燃尽而被除去。通过多功能喷枪的特点，采取了从转炉壁内的侧喷嘴中将氧气输送到转炉转动圆以外的方式。在没有任何不利作用的情况下，鼓风流的移动长度增加了2.4米。
例5
在120吨DC电炉内使用多功能喷枪被证明是特别有利的，其中金属成分由52％的少微量元素的液态生铁和48％的废钢铁构成的，但是，生铁的含磷量为0.15％。在这种变电功率为95MVA的电炉中，4个多功能喷枪被装入炉侧壁中。其中两个喷枪不进行碳吹送，这是因为液态生铁含有足够的碳。但是，喷嘴6循环地接受石灰粉(共100公斤/分钟)，以利于磷成渣。为此采取以下措施，多功能喷枪的喷嘴1在一些吹送期间内承受高氧气压力(8巴)，由此一来，炉渣的FeO含量从20％提高到35％。这造成了，在炉渣与熔液之间的磷分配情况可以从50提高到90，即明显改善了脱磷，从而可以没有时间损失地在成品实样中调整出0.015％的磷含量。炉渣量为120公斤/吨钢水。
为了精炼和使炉渣成泡沫而通常使其在在炉子中穿过炉渣门的上述两个水冷氧气喷枪被取出。炉门只为了出渣才被打开，由此一来，明显减少了含氮冷空气的流入。以下工作方式是实用的。
在第一批和一些废钢铁筐被装入后，电极下的废料区在5分钟内被熔化，打开炉盖并且液态生铁与铁水罐一起被快速倒入这个空间。在中断吹送之前，多功能喷枪在烧嘴工作过程中移动并且在倒出生铁前转入复燃和废料切割工作中。在生铁倒空以后，在4个多功能喷枪的鼓风流撞击熔液的位置上，以700Nm3/min的氧气进行精炼。用于炉内废气复燃的喷嘴5比炉子在废钢铁量为100％的情况下工作时更偏离多功能喷枪纵轴线一些地吹风。由此一来，在复燃时散发的热被更有效地传递给炉渣和熔液。
结果，电流损耗从225kWh/吨钢水降低到190kWh/吨钢水，并且缩短了出钢连续时间约10％并且成品钢中的氮含量平均从58ppm降低到49ppm。多功能喷枪的使用寿命也在这种使用情况下比水冷吹风喷枪高许多。
本发明不局限于附图和例子所示的实施例，而是包括所有技术人员已知的方式，这些方式是为实现本发明而考虑的。
因此，在本发明的范围内有各种可行方案，它们允许以不同设计方式组合多功能喷枪及其及其工作方式并且允许其适应于用于生产各种熔液例如低碳铁合金的其它反应器的工作条件。

Claims (51)

1．一种在冶金容器中生产金属熔液且尤其是铁水或钢水的方法，其中含金属和/或含金属氧化物的炉料以固体形式和可能以液态形式加入冶金容器中，熔化和可能最终还原炉料所需的大部分能量是以电能方式和/或通过燃烧和/或气化含碳材料而获得的，其特征在于以下特征的组合：
(A)在一个燃烧步骤中，通过借助至少一个多功能喷枪实现的吹送和燃烧气态和/或液态含碳材料和含氧气体而给炉料输送附加能量；
(B)在一个切割熔炼步骤中，固体炉料通过借助多功能喷枪实现的强化吹送含氧气体而被切断和部分熔化；
(C)在精炼步骤中，熔化的炉料通过借助多功能喷枪实现的强化吹送含氧气体而得到精炼；
(D)在一个碳吹送步骤中，炉料通过借助多功能喷枪实现的微粒状和/或粉尘状固态含碳材料的吹送和或许的话燃烧而给炉料输送合金化碳元素和/或附加能量；
(E)在一个复燃步骤中，冶金容器的废气通过借助多功能喷枪实现的且至少在三维方向其中的两个方向上偏离各多功能喷枪地将含氧气体吹入冶金容器废气室内而进行复燃；
(F)在一个固体吹送步骤中，炉料通过借助多功能喷枪实现的微粒和/或粉尘状固体成渣剂和/或合金化剂的吹送而给所述炉料输送所需的物质，以便获得理想的金属熔液成分；
其中，根据炉料成分和理想的金属熔液的成分，有选择地按照任何一种组合方式且尤其是先后进行地和/或次序相反地和/或同时地和/或在漏过步骤(A)到(F)中的一个而实施步骤(A)-(F)。
2．如权利要求1所述的方法，其特征在于，一个电炉或一个炼钢转炉或一个熔炼气化器或一个盛钢桶或一个用于转变炉渣的容器被用作冶金容器。
3．如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，冶金容器处于高压、大气压、低压或真空下。
4．如权利要求1-3之一所述的方法，其特征在于，至少一个多功能喷枪与本身已知的烧嘴和/或精炼喷枪和/或复燃喷枪和/或池底喷枪-在是电炉的情况下-和/或空心电极和/或侧喷嘴-在是转炉的情况下-一起使用。
5．如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，在固体吹送步骤中，至少以下一种材料被吹入或吹送到部分或完全熔化的炉料上：成微粒和/或粉尘形状的金属矿物如铬矿石、镍矿石和锰矿石、金属氧化物如氧化镍、氧化钒和氧化铬、碳化铁、碳化钙、铝土、FeSi、FeCr、FeMn、含油氧化皮、渣子、成渣剂、来自除尘设备的灰尘、磨削屑、金属碎屑、脱氧剂、史莱德轻碎屑、石灰、碳、焦碳和泡沫铁。
6．如权利要求1-5之一所述的方法，其特征在于，在复燃步骤中，周期波动地和/或脉动地进行含氧气体的吹送。
7．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在一个电炉的碳吹送步骤和/或固体吹送步骤中，来自一多功能喷枪的射体指向通过炉盖开口被加入熔液中的固体材料或溶液上的电弧的冲击部位或所述冲击部位附近。
8．如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在一个转炉的碳吹送步骤和/或固体吹送步骤中，来自一多功能喷枪的流体指向另一个喷枪或一个溶液上的侧喷嘴的氧气流的冲击部位或冲击部位附近。
9．如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，至少一个工序A、B、D、E、F是借助一个多功能喷枪而基本上与精炼步骤同时地进行的。
10．如权利要求9所述的方法，其特征在于，借助一个多功能喷枪而基本上与精炼步骤同时地进行燃烧步骤。
11．如权利要求1-10之一所述的方法，其特征在于，在生产含碳量低的铁水且优选地是合金化铁水的精炼步骤中，除了加强吹送含氧气体水蒸汽外，和/或一种惰性气体如氮气和或天然气被吹入或吹到部分或完全熔化的炉料上。
12．如权利要求1-11之一所述的方法，其特征在于，在生产含碳量低的铁水或钢水的碳吹送步骤中，含碳材料速度缓慢地被吹向和吹入在熔液中的炉渣。
13．如权利要求1-12之一所述的方法，其特征在于，在至少一个步骤A、B、C、E中实现了液体吹送(G)，其中借助多功能喷枪吹送可燃烧的和/或不可燃烧、难处理掉的且可能有毒的液体并使其热分解并由此以来适宜于环境地处理掉。
14．如权利要求13所述的方法，其特征在于，在精炼步骤中进行液体吹送，或者液流指向在金属熔液上方的电弧冲击位置。
15．如权利要求1-14之一所述的方法，其特征在于，在精炼步骤(C)中，所吹入的含氧气体气流借助多功能喷枪通过的另一股气流的吹送而有目的地对其施加影响。
16．一种用于如权利要求1-15之一所述方法的多功能喷枪，它具有许多个相互包套的且与一个中心纵轴线同心的管，所述管的一个共同管端形成了多功能喷枪头，其特征在于以下特征的组合，
·用于形成一条尤其是用于输送从微粒状到粉末状的固体物质的输送通道的第一管(1)；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第一环缝(7)的情况下围绕第一管(1)的第二管(3)，其中第二管(3)的喷口件(5)被设计成拉伐尔喷嘴形状；
·一个在形成尤其是用于输送一种气态或流态的燃料的第二环缝(7)的情况下围绕第二管(3)的第三管(6)；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第三环缝(9)的情况下围绕第三管(6)的第四管(8)；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第四环缝(11)的情况下围绕第四管(8)的第五管(10)，其中第四管(11)在形成许多喷流槽(12)的情况下结束于喷口侧，经过各喷流槽(12)的流动方向偏离了中心纵轴线(2)。
17．如权利要求16所述的多功能喷枪，其特征在于，还为第五管(10)提供了冷却装置且尤其是一个水冷双壳套(14)。
18．如权利要求16-17之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(1)、第二管(3)和第三管(6)的喷口件结束于垂直于中心纵轴线(2)的第一喷口平面(15)内，第四、第五管的喷口件结束于垂直于中心纵轴线(2)的第二喷口平面(16)内，第一喷口平面(15)后移到第二喷口平面(16)的后面。
19．如权利要求16-18之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(3)和或许的话第二管(3)被设计成是耐磨的。
20．如权利要求19所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(1)和或许的话第二管(3)是由一种铬碳合金钢、一种渗铬硬化钢、渗铬硬化铜、铜或这样一种钢制成的，它内镀覆有并可外镀覆有一个陶瓷镀层或涂层。
21．如权利要求16-20之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第三管和第四管(6,8)沿其长度被分开，各管段(6a,6b；8a,8b)通过活动连接方式且尤其是通过螺纹连接而被相互固定住。
22．如权利要求16-21之一所述的多功能喷枪，其特征在于，除了第二管(3)的喷口外，第一管(1)和/或第三管(6)和/或第四管(8)的喷口和/或喷流槽(12)被设计成拉伐尔喷嘴的形状。
23．如权利要求16-22之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(1)以及第一环缝(4)、第二环缝(7)和第三环缝(9)和第四环缝(11)分别与一个运载气体供应源(53)且尤其是一个惰性气体供应源相连。
24．如权利要求16-23之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(1)以及第一环缝(4)、第三环缝(9)和第四环缝(11)分别与一个氧气供应源(4)、一个空气供应源(54)和或许的话一个蒸汽供应源(57)以及一个固体供应源(56)相连，其中固体供应源(56)被设计成可以分别接通和断开。
25．如权利要求16-24之一所述的多功能喷枪，其特征在于，借助转换装置且尤其是换向阀而从第一管(1)的运载气体供应源(53)和固体供应源(56)转向氧气供应源(54)。
26．一种用于如权利要求1-16之一所述方法的多功能喷枪，它具有许多个相互包套的且与一个中心纵轴线(21)同心的管，所述管的一个共同管端形成了多功能喷枪头(37)，其特征在于以下特征的组合，
·用于形成一条尤其是用于输送液体或含氧气体的输送通道的第一管(20)；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第一环缝(23)的情况下围绕第一管(20)的第二管(22)，其中第二管(22)的喷口件(24)被设计成拉伐尔喷嘴形状；
·一个在形成尤其是用于输送一种气态或液态的燃料的第二环缝(26)的情况下围绕第二管(22)的第三管(25)；
·一个在形成尤其是用于输送一种含氧气体的第三环缝(28)的情况下围绕第三管(25)的第四管(27)；
·一个在形成尤其是用于输送冷却水的第四环缝(30)的情况下围绕第四管(27)的第五管(29)，其中第四环缝(30)被设计成在喷口侧是封闭的；
·一个在形成尤其是用于输送含氧气体的第五环缝(32)的情况下围绕第五管(29)的第六管(31)，其中第五环缝(32)在形成许多喷流槽(33)的情况下结束于喷口侧，经过各喷流槽(33)的流动方向偏离中心纵轴线(21)；
·一个在形成尤其是用于抽吸冷却水的第六环缝(36)的情况下围绕第六管(31)的第七管(35)，其中第六环缝(36)被设计成在喷口侧是封闭的，第四环缝(30)在多功能喷枪头(37)区域内通过不与喷流槽(33)相交的孔(38)而与第六环缝(36)连通；
·1-9个耐磨的且尤其是输送从微粒状到粉末状的固体物质的喷嘴管(39)，其中喷嘴管(39)设置在第五环缝(32)内，各喷嘴管(39)的中心轴线(83)平行于纵轴线(21)，喷嘴管(39)穿过多功能喷枪头(37)，而孔(38)或喷流槽(33)没有相交。
27．如权利要求26所述的多功能喷枪，其特征在于，第二管(24)和第三管(40)的喷口件通入垂直于中心纵轴线(21)的第一喷口平面(42)内，第四、第五、第六、第七管(27,29,31,35)的喷口件开口于垂直于中心纵轴线(21)的第二喷口平面(43)内，第一喷口平面(42)后移到第二喷口平面(43)的后面。
28．如权利要求26-27之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第三管(25)和/或第四管(27)和/或第五管(29)和/或第六管(41)和/或第七管(35)沿其长度被至少分成两段，各管段通过活动连接方式且尤其是螺纹连接(44)和/或通过O形圈密封的滑动连接而被相互固定住。
29．如权利要求26-28之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第三管(25)和/或第四管(27)的喷口和/或喷嘴管(39)的喷流槽(32)被设计成拉伐尔喷嘴和/或扩大第一管(20)喷口的直径。
30．如权利要求26-29之一所述的多功能喷枪，其特征在于，喷嘴管(39)被设计成是耐磨的。
31．如权利要求30所述的多功能喷枪，其特征在于，喷嘴管(39)是由一种铬碳合金钢、一种渗铬硬化钢、渗铬硬化铜、铜或这样一种钢制成的，它内镀覆有并可能外镀覆有一个陶瓷镀层或涂层。
32．如权利要求26-31之一所述的多功能喷枪，其特征在于，在背对多功能喷枪头(37)的那一端上，给喷嘴管(39)配设了一个固体分配腔(45)，其中固体分配腔(45)由一个所有侧封闭的且基本上成圆柱形的环形空心体构成，所述空心体具有一个底部(49)、一个盖子(48)和一个侧界面(84)，喷嘴管(39)穿过下面与固体分配腔(45)的底部(47)，至少一个固体输送管(51)沿切向通入固体分配腔(45)的侧界面(84)中。
33．如权利要求32所述的多功能喷枪，其特征在于，设置了另外一个环形的且基本上成圆柱形的空心体(46)，其中这个空心体(46)朝上开口并且具有一个底部(50)和一个侧截面(48)，这个空心体(46)如此设置在固定分配腔(45)内，即在固体分配腔(45)的盖子(47)与该空心体(46)的侧界面(48)制件留有一个缝隙(85)，所述喷嘴管(39)通入所述空心体(56)的底部(50)中。
34．如权利要求26-33之一所述的多功能喷枪，其特征在于，固体分配腔(45)通过一个运载气体管道(63)与一个运载气体供应源(53)且尤其是一个惰性气体供应源以及至少一个固体供应源(56)相连。
35．如权利要求26-31之一所述的多功能喷枪，其特征在于，喷嘴管(39)与一个运载气体供应源(53)且尤其是一个惰性气体供应源以及一个固体供应源(56)相连。
36．如权利要求26-35之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(20)及第一环缝(23)、第二环缝(26)、第三环缝(28)、第五环缝(29)分别与一个运载气体供应源(53)且尤其是一个惰性气体供应源相连。
37．如权利要求26-36之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(20)以及第一环缝(23)、第三环缝(28)、第五环缝(29)分别与一个氧气供应源(54)、一个空气供应源(55)以及或许的话一个蒸汽供应源(57)相连。
38．如权利要求16-37所述的多功能喷枪，其特征在于，最好设置4-6个喷流槽(12,33)。
39．如权利要求16-38之一所述的多功能喷枪，其特征在于，各喷流槽(12或33)的中轴线在一个垂直于中心纵轴线(2或21)的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线(2或21)和喷流槽喷口的平面之间的夹角α等于2.5度至25度并最好为5度至15度。
40．如权利要求16-39之一所述的多功能喷枪，其特征在于，各喷流槽(12或33)的中轴线在一个垂直于中心纵轴线(2或21)的平面上的法向投影与一个经过中心纵轴线(2或21)和喷流槽喷口的平面之间的夹角β等于2.5度至60度并最好为5度至35度。
41．如权利要求16-40之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第二管(3,22)之间的喷口锥形件的开口角γ为0.1度至5度并最好为0.5度至3度。
42．如权利要求16-41之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第二管和/或第三管(3,6或22,25)的喷口件(5,18或24,41)在其外侧面上具有缝隙(19或41)，其中所述缝隙(19或41)优选地平行于中心纵轴线(2或21)。
43．如权利要求16-42之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第一管(1或20)可以在第二管(3或22)内沿中心纵轴线(2或21)移动。
44．如权利要求16-43之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第二管(3或22)的喷口件(5或24)可松开地与第二管(3或22)相连且尤其是可与之螺纹连接或借助一个由O形圈密封的滑动连接相连。
45．如权利要求16-44之一所述的多功能喷枪，其特征在于，第二环缝(7或26)与一个用于供应液态和/或气态燃料的燃料供应源(52)相连。
46．如权利要求16-45之一所述的多功能喷枪，其特征在于，给多功能喷枪输送气体可以通过调整各气体的初压来进行调节。
47．如权利要求16-46之一所述的多功能喷枪，其特征在于，给多功能喷枪输送气体可以借助简单的固定隔板和/或分别设置在各气体管路中的快闭阀进行调节。
48．如权利要求16-47之一所述的多功能喷枪，其特征在于，可以借助光学系统并穿过第一管(1或20)和/或第一环缝(4或23)地并如本身已知地测量由金属熔液发出的电磁波且尤其是在可见光及与之相邻的红外线范围内的电磁波并且可以被输送一个用于确定温度和/或金属熔液化学成分的探测器。
49．将如权利要求16-48之一所述的多功能喷枪用于冶金容器的用途，其特征在于，多功能喷枪通过已知的方式被安装成固定的或可以沿其纵向轴线移动和/或设置成可以摆动。
50．将如权利要求16-49之一所述的多功能喷枪用于冶金容器的用途，其特征在于，在一个插入冶金容器内的铜挡板下方设置了一个多功能喷枪。
51．将如权利要求16-50之一所述的多功能喷枪用于冶金容器的用途，其特征在于，设置了1-10支多功能喷枪。
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