用于顶浸没喷射喷射装置中的熔池的温度测量的设备的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在通过顶浸没喷枪喷射工艺进行的熔池火法冶金操作的过程中的温度测量的设备。
【背景技术】
[0002]需要在熔池和含氧气体源之间的相互作用的熔池熔炼或其他火法冶金操作利用几种不同的供气布置。一般，这些操作牵涉向熔融冰铜/金属的直接喷射。这可以通过如在Bessemer型炉中那样的底吹风口或如在Peirce_Smith型转炉中那样的侧吹风口实现。替代地，气体喷射可以借助于喷枪以提供顶吹或浸没喷射。顶吹喷枪喷射的例子是从熔池上方吹入纯氧以用铁水生产钢的KALD0和B0P/B0F炼钢厂。另一例子由Mitsubishi铜工艺提供，其中喷射喷枪导致要在熔炼和冰铜转化阶段提供的含氧气体的喷射，以便撞击并穿透熔池的顶部表面，以分别生产并转换冰铜。在浸没喷枪喷射的情况下，喷枪下端被浸没，从而喷射发生在熔池的熔渣层之内而不是从其上方，以提供顶浸没喷枪喷射，其公知例子是应用到广泛的金属工艺的Outotec AUSMELT顶浸没喷射技术。
[0003]对于从上方的两种形式的喷射，S卩，利用顶吹和顶浸没喷枪喷射，喷枪经受激烈的占主要的熔池温度。Mitsubishi铜工艺中的顶吹使用具有大约50毫米直径的内管和大约100毫米直径的外管的多个相对小的钢喷枪。内管终结于大约炉顶盖的水平处，远高于反应区。外管可旋转以防止它粘到炉顶盖处的水冷套环，并且它向下延伸到炉子的气体空间以定位其下端在熔池的上表面之上约500-800毫米处。夹带在空气中的颗粒进料被吹过内管，而富氧空气被吹过管道之间的环形空间。尽管外管下端在熔池表面上方有间距并且喷枪由通过它的气体任意冷却，但外管每天回烧约400毫米。外管因此缓慢降低，并且在需要时，新的部分被附连到外消耗管的顶部。
[0004]如在上述Mitsubishi工艺中，用于顶浸没喷枪喷射的喷枪比用于顶吹的喷枪大得多。如在下面假定的，顶浸没喷射喷枪通常具有至少一个内管和一个外管，但也可以具有与内管和外管同心的至少一个其它管。典型的大尺度顶浸没喷射喷枪具有200至500毫米或更大的外管直径。另外，喷枪要长得多，并向下延伸通过可以是约10至15米高的顶浸没喷射反应器的顶盖，从而外管的下端沉浸在熔池的熔渣相多达约300毫米或以上的深度，但由通过其内流动的喷射气体的冷却作用而在外管的外表面上形成并保持的凝固熔渣的覆盖层来保护。内管可以终结于与外管大约相同的水平，或终结于外管的下端上方高达约1000毫米的较高水平。因此，它可以是只有外管的下端浸没的情况。在任何情况下，螺旋形叶片或其它流动整形器件可以安装在内管的外表面上以跨越内管与外管之间的环形空间。叶片沿着该环形空间对空气或富氧气流赋予强涡旋作用，并用于增强冷却效果以及确保气体与通过内管供给的燃料和进料材料充分混合，该混合基本上发生在由外管限定的混合室中，该混合室在内管的下端下方，其中内管终结于外管的下端上方足够距离处。
[0005]顶浸没喷射喷枪的外管的下端磨损并回烧，但以与无覆盖层的情况相比、被保护性冷冻熔渣覆盖层显著降低的速率进行。然而，在相当大的程度上这由顶浸没喷射技术的操作模式控制。尽管喷枪的下端浸没在熔渣池的高反应性和腐蚀性环境中，但该操作的模式使得该技术可行。顶浸没喷射喷枪的内管可用于供给进料材料(诸如要喷射到熔池的熔渣层的浓缩助熔剂和还原剂)或它可以用作燃料。含氧气体(如空气或富氧空气)通过各管道之间的环形空间供给。在熔池的熔渣层内的浸没喷射开始之前，喷枪以其下端(也就是外管的下端)定位在熔渣表面上方间隔开适当距离。含氧气体和燃料(例如燃料油、粉煤或烃类气体)供给到喷枪，并且所得氧/燃料混合物燃烧以产生撞击到熔渣上的火焰喷流。这会导致熔渣飞溅而在外喷枪管上形成由穿过喷枪的气流凝固而成的熔渣层，以提供上述固体熔渣覆盖层。喷枪然后可以降低以实现在熔渣内的喷射，而含氧气体通过喷枪的输入通道将喷枪的较低范围保持在保持凝固熔渣覆盖层并保护外管的温度下。
[0006]新的顶浸没喷射喷枪通常具有关于内管和外管的下端的相对位置，其是关于在设计期间确定的特定火法冶金操作窗口的最佳值。这些相对位置对于顶浸没喷射工艺的不同用途可以不同。然而，随着外管的下端逐渐磨损和回烧，内管的下端与外管的下端之间形成的任何混合室的长度逐渐落入到低于关于给定火法冶金操作的最佳值。同样，如果在外内管的下端之间有零偏移，则内管的下端可以变成暴露于熔渣，并且也被磨损并经受回烧。至少一个外管的下端需要不时被切割以提供适当直径的管道长度焊接到其的整齐边缘，以重新建立管道下端的最佳相对位置来以优化熔炼条件。
[0007]关于顶吹和顶浸没喷射喷枪两者，已经建议流体冷却来保护喷枪免受火法冶金工艺中遇到的高温。用于顶吹的流体冷却喷枪的例子被公开在美国专利3223398(授予Bertram 等)、3269829(授予 Belkin)、3321139 (授予 De Saint Martin)、3338570 (授予 Zimmer)、3411716(授予 Stephan 等)、3488044(授予 Shepherd)、3730505(授予Ramacc1tti 等)、3802681(授予 Pfeifer)、3828850 (授予 McMinn 等)、3876190(授予Johnstone 等)、3889933 (授予 Jaquay) n4097030 (授予 Desaar)、4396182 (授予 Schaffar等)、4541617 (授予 Okane 等)和 6565800 (授予 Dunne)中。
[0008]这些参考文献中除授予Bertram等人的3223398和授予Belkin的3269829之外，都利用布置成使能沿供给通道向喷枪的出口尖端的流体流动并从尖端沿返回通道的流回来的同心最外管，虽然Bertram等人使用将这种流动限制到喷枪的喷嘴部分的变体。虽然Belkin提供冷却水，但其沿内管的长度通过出口以混合沿内管和外管之间的环形通道供给的氧，以便作为具有氧气的蒸汽喷射。水的加热和蒸发提供Belkin的喷枪的冷却，而产生和喷射的蒸汽被认为将热带回熔池。
[0009]美国专利3521872 (授予 Themelis)、4023676 (授予 Bennett 等)和 4326701 (授予Hayden, Jr.等)声称公开了用于浸没喷射的喷枪。Themelis的建议类似于授予Belkin的US 3269829的建议。都使用了通过加水到气流并依靠蒸发成喷射流来冷却的喷枪，即，一种不同于在封闭系统中通过热传递来用水冷却喷枪的布置。然而，Themelis的布置不具有内管，并且气体和水沿着汽化水的单一管道供给。Bennett等人的建议虽然称为喷枪，但更类似于在熔融铁基金属的表面之下喷射通过包含熔融金属的炉子的周壁的风口。在Bennett等人的建议中，用于喷射的同心管在陶瓷套筒内延伸，而冷却水通过包裹在陶瓷中的管道循环。在Hayden，Jr.等人的情况下，冷却流体的提供仅仅在喷枪的上部范围中进行，而到可浸没出口端的下部范围包括包裹在耐火水泥中的单一管道。
[0010]现有技术的建议的限制被Themelis发现。该讨论涉及利用氧气喷射的铜精炼。虽然铜具有约1085°C的熔点，但Themelis指出在约1140°C至1195°C的过热温度下进行精炼。在这样的温度下，最好的不锈钢或合金钢的喷枪也只有很小的强度。因此，甚至顶吹喷枪也通常利用循环流体冷却，或在Bennett和Hayden，Jr.等人的浸没喷枪的情况下，利用耐火或陶瓷覆盖层。授予Belkin的US 3269829的推进以及Themelis提供的在Belkin之上的改进，利用能够通过在喷射气体内混合的水的蒸发来实现强力冷却。在每一种情况下，蒸发将在喷枪内实现并冷却。Themelis在Belkin之上的改进在于在冷却水供给到喷枪之前冷却水处于雾化状态，以避免喷枪出现结构故障和在熔融金属内液态水的喷射造成的爆炸的风险。
[0011]授予Dunne的美国专利6565800公开了用于使用不反应载体将固体颗粒材料喷射到熔融材料的固体喷射喷枪。也就是说，喷枪仅仅用于输送颗粒材料进入熔体，而不是作为使能材料混合和燃烧的器件。该喷枪具有通过其吹入颗粒材料的中央芯管，和处于与芯管的外表面直接热接触的、诸如水之类的冷却剂可以通过其循环的双壁夹套。该夹套沿着芯管的长度的一部分延伸，在喷枪的出口端离开芯管的突出长度。该喷枪具有至少1.5米的长度，并从逼真的附图中可以看出，该夹套的外径显而易见是大约12厘米的数量级，而该芯管的内径是大约4厘米的数量级。该夹套包括焊接在一起的连续长度，钢的主要长度和更接近喷枪的出口端的端部分是铜或铜合金的。内管的突出出口端是不锈钢的，其为了便于更换而通过螺纹啮合连接到内管的主要长度。
[0012]授予Dunne的US 6565800的喷枪被认为适用于恪融铁基金属的生产的Hlsmelt工艺，该喷枪能够喷射铁氧化物进料材料和含碳还原剂。在这种情况下，喷枪暴露于恶劣条件下，包括约1400°C的数量级的操作温度。然而，如上参照Themelis所述，铜具有约1085°C的熔点并且甚至在约1140°C至1195°C的温度下，不锈钢具有非常小的强度。也许Dunne的建议适用于Hlsmelt工艺的情况，假定在冷却时夹套横截面与芯管横截面之比具有约8:1的高比率并且涉及小总横截面的话。Dunne的喷枪不是顶浸没喷射喷枪，也不适用于顶浸没喷射技术。
[0013]用于基于顶浸没喷射技术的火法冶金工艺的喷枪的例子由均授予Floyd的美国专利4251271和525187