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CN101809175B - 精矿喷嘴 - Google Patents

精矿喷嘴 Download PDF

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CN101809175B CN2008801059467A CN200880105946A CN101809175B CN 101809175 B CN101809175 B CN 101809175B CN 2008801059467 A CN2008801059467 A CN 2008801059467A CN 200880105946 A CN200880105946 A CN 200880105946A CN 101809175 B CN101809175 B CN 101809175B
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Abstract

一种用于将粉末状精矿混合物和反应气体供给到闪速熔炼炉的反应塔(1)中的精矿喷嘴。所述精矿喷嘴包括将精矿混合物供给到反应塔(1)中的进料管(2)和分散装置(4)，该进料管的孔口通向反应塔的进料管孔(3)，该分散装置同心地设置在进料管(2)的内部并且从反应塔(1)内部的孔口延伸一定距离，以将分散气体导向围绕分散装置流动的精矿混合物。为了将反应气体供给到反应塔(1)中，气体供应装置(5)包括反应气体室(6)，所述反应气体室(6)位于反应塔的外部并且通过同心地环绕进料管(2)的环形排放口(7)通向反应塔(1)，以便将从排放口排出的反应气体与从进料管的中部排出的精矿混合物混合，该精矿混合物通过分散气体被导向侧部。反应气体室(6)包括湍流室，进口通道(9)成切线地通向该湍流室，用于沿切线方向将反应气体导向反应气体室。在进口通道(9)内设置有调节部件(11)，用于调节反应气体流的横截面面积。

Description

精矿喷嘴
技术领域
本发明涉及一种精矿喷嘴(concentrate burner)。
背景技术
闪速熔炼工艺在闪速熔炼炉中进行，所述闪速熔炼炉包括三部分：反应塔、下部燃烧室和上升烟道。在闪速熔炼过程中，包括硫化物精矿、熔剂和其它粉末状组分的粉末状精矿混合物通过位于反应塔上部的精矿喷嘴与反应气体混合。精矿喷嘴的结构对闪速熔炉过程的正确进行起到根本作用。所述反应气体可包括空气、富氧空气或氧气。所述精矿喷嘴包括多个同心通道，通过这些通道，所述反应气体和精矿被吹向燃烧室并在其中混合。从例如公布的专利FI 98071B和FI100889B中可知道以前的精矿喷嘴。该包括用于粉末状固体物质例如精矿、熔剂和生产气体的独立通道的精矿喷嘴(通常称为奥托昆普(Outokumpo)喷嘴)是全世界在闪速熔炼炉中应用最广泛的喷嘴。所述精矿喷嘴包括进料管，该进料管的孔口通向反应塔以便将粉末状物质输送到反应塔中。最好采用空气或部分反应气体作为分散气体，并且最好将其沿着分散管从进料管内部输送。所述分散管的下部的上表面被设计成向外弯曲，并且其下部边缘设有指向侧部的孔，通过这些孔，反应气体基本水平地朝向下落的固体物质供给。分散管同心地设置在进料管内部，并且其从反应塔内的孔口延伸一定距离，以便将分散气体导向绕分散管流动的精矿粉末。大部分反应气体通过气体供应装置被输入反应塔中。所述气体供应装置包括反应气体室，所述反应气体室位于反应塔外部并且通过同心地环绕中间进料管的环形排放口通向反应塔，以用于将从排放口排出的反应气体与通过重力作用从进料管流出且通过分散气体被导向侧边的粉末状物质流混合。精矿喷嘴的主要作用是在反应塔中为固体颗粒和反应气体提供最优的悬浮。单独的颗粒被加热，以及在被点燃以后，他们开始与反应气体中的氧气燃烧。具有细微硫化物的燃烧反应是迅速的并且释放大量的热量，从而导致了精矿混合物颗粒与进料混合物中的其它固体物质的完美熔融。熔融的颗粒向下流动并且聚集在下部燃烧室中，在这里，炉渣与硫化物锍沉积成单独的层。燃烧气体(主要为二氧化硫(SO2)与氮气(N2)的混合物)通过上升烟道流入费热锅炉，在该费热锅炉处，它的热量得到回收。
公开的专利CN2513062Y和CN1246486C公开了一种精矿喷嘴，其中，相互设置在其内的反应气体室形成湍流室，以便提供从排放口排出的反应气体的湍流。每个反应气体室包括圆柱形上部和圆锥形下部，进口通道沿切线通向所述圆柱形上部，用于沿切线方向将反应气体导入到内部，所述圆锥形下部从所述圆柱形上部向下朝向所述排放口圆锥形收敛。采用这种设置，反应气体可以在反应气体室中进行漩涡，在这里，反应气体从排放口到反应塔退出漩涡。
这种已知的精矿喷嘴的一个问题在于没有办法调节湍流的量。湍流能够过快地点燃过度有效火焰(excessively effective flame)，从而导致反应塔的中部出现问题。
发明目的
本发明的目的是消除上述缺陷。
本发明的另一个目的是进一步提高和加强闪速熔炼方法。
本发明的特别目的是公开一种精矿喷嘴，该精矿喷嘴：
-延长反应塔中精矿混合物颗粒的处理时间，
-改善由精矿喷嘴供给的物质的混合以形成悬浮物，以及他们之间的化学反应，
-提高氧气的利用效率，和
-提高火焰的稳定性和提供比以前更有优势的火焰形式。
发明内容
本发明提供了一种用于将粉末状精矿混合物和反应气体供给到闪速熔炼炉的反应塔中的精矿喷嘴，包括：将精矿混合物输送到反应塔中的进料管，该进料管的孔口通向所述反应塔，分散装置，所述分散装置同心地设置在进料管的内部，并且在反应塔的内部从所述孔口延伸一定距离，用于将分散气体导向围绕分散装置流动的精矿混合物，用于将反应气体供给到反应塔中的气体供应装置，所述气体供应装置包括反应气体室，所述反应气体室位于反应塔的外部并且通过同心地环绕进料管的环形排放口通向反应塔，以将从排放口排出的反应气体与从进料管的中部排出的粉末状固体物料混合，所述固体物料通过分散气体被向侧面引导，所述反应气体室形成为湍流室，以提供从环形排放口排出的反应气体的湍流，进口通道成切线地通向反应气体室，以便沿切线方向将反应气体引导到反应气体室，其特征在于，在进口通道内设置有调节部件，用于调节反应气体流的横截面面积。
根据本发明，在进口通道中设置有调节部件，用于调节反应气体流的横截面面积。
这能够调节从排放口排出的湍流速率。湍流的量可被调节。如果湍流过快地点燃过度有效火焰，导致反应塔的中部出现问题，那么可以利用调节部件调节湍流的量并且可将其降低到接近零。
在精矿喷嘴的一个应用中，反应气体室包括圆柱形上部和圆锥形下部，所述进口道道成切线地通向该圆柱形上部，所述圆锥形下部从所述圆柱形上部向下朝排放口圆锥形地收敛。
在一个精矿喷嘴的应用中，进口通道具有矩形横截面。该矩形的进口通道具有结构上和流动技术上的优点。反应气体从该矩形的进口通道向反应气体室的流动甚至贯穿其整个宽度。
在一个精矿喷嘴的应用中，在反应气体室内设置有导流叶片以限定反应气体的湍流的漩涡角。由于漩涡角在不同的操作条件下(例如改变湍流速度和体积流率)保持不变，因此导流叶片可用于提高火焰的稳定性。因此，流型在变化的操作调节下保持相当一致。火焰的稳定性、混合、化学反应和氧气的利用效率都得到了提高。由于获得了负的径向速度，或者生产气体的径向运动受到限制，因此精矿混合物粒子与生产气体的混合也能得到改善，以及于是氧气的使用率得到了提高。另外，获得了可由湍流获得的所有优点；换句话说，增加了精矿混合物颗粒在反应塔中的处理时间，增加了由精矿喷嘴提供的物质的混合以形成悬浮，它们之间的化学反应得到了改善，氧气的使用率得到了改善，火焰的稳定性得到了改善，提供了比以前的火焰形状具有更多优点的火焰形状(适合的宽度和适合的长度)。氧气使用的高效率使得精矿喷嘴尤其有利地使用在已知的Direct Blister Smelting中和DON方法中，其中，氧化度很高。Direct Blister Smelting是铜的闪速熔炼方法，用于产生粗铜。DON方法(Direct Outokumpu(Outotec)Nickel Process)是镍的闪速熔炼方法。
在一个精矿喷嘴的应用中，在反应气体室的圆锥形下部区域中设置有导流叶片。
在一个精矿喷嘴的应用中，在邻近排放口的下端处在下部部分中具有没有导流叶片的区域。这有利于从导流叶片附近移去烧结物，尽管如此，还能够为反应气体提供优化的漩涡角，还漩涡角由导流叶片限定。应该注意到，根据应用的条件，导流叶片可以更靠近进口通道设置。
在一个精矿喷嘴的应用中，反应气体室的环形排放口在侧向上和外部被壁部部分限制，所述壁部分具有截头圆锥形状，与垂直轴线成一角度θ向下且向内地收敛。环形排放口的外壁的如此向内倾斜是有利的，因为它可以进一步被用于提高火焰的稳定性、增加精矿混合物颗粒的处理时间、改善混合和化学反应、以及提供优选的火焰形状。在大部分已知的精矿喷嘴中，上述的截头圆锥体壁部分与垂直轴线成一定角度向下和向外延伸，从而在从排放口排出的湍流中产生正的径向速度，这反过来能使反应气体和精矿混合物颗粒混合不好，并因此导致流动条件不利于化学反应和燃烧。所述正的径向速度随着湍流量的增加而增加。具有高切向速率的高湍流可具有如此高的正的径向速度，以致于火焰可以伸展(这不利于燃烧室的耐火炉衬)，并且形成不稳定的燃烧。在湍流条件下形成的离心力和正的径向速度的影响下，一些精矿混合物粒子也能够达到燃烧室的壁。利用这种结构，如果反应气体室的环形排放口在侧向上和外部由与垂直轴线成一定角度θ向下且向内收敛的截头圆锥形的壁部分限定，则在从排放口排出的湍流中提供负的径向速度。根据向内倾斜的角度θ，在具有很高切向速度的非常强的湍流中仍然会出现正的径向速度，但是与传统的精矿喷嘴相比，这种正的径向速度可被大大减少。由于连续的向下收敛的区域，排放区域反应的反应的准确位置很可能移动到更下游的位置。由于上述角度的帮助，提供了稳定火焰的优选的流型，改善了化学反应，获得了优选的火焰形状(不太宽也不太长)。这导致氧气的使用效率更高，如已经描述的，这在Direct Blister Smelting中是关键的，且在某种程度上，在DON方法中也是关键的。
在一个精矿喷嘴的应用中，所述角度θ为约20°-50°，优选约30°-35°。
在一个精矿喷嘴的应用中，精矿喷嘴包括调节体，所述调节体围绕进料管设置以便在控制下可以沿着进料管方向活动，从而调节排放口的横截面面积。所述精矿喷嘴还包括调节棒，所述调节棒设置在进料管外部以移动调节体。另外，所述精矿喷嘴包括套管，所述套管适于环绕进料管和调节棒以便在反应气体室中提供基本未被干扰的湍流。由套管覆盖的调节棒不会影响流动，由此尽可能地减少了在反应气体室的流动中产生干扰。
附图说明
在下文，本发明通过示例性的实施例并参考附图进行详细描述，在附图中：
图1显示了根据本发明的精矿喷嘴的一个实施例的示意性截面；
图2显示了图1中的精矿喷嘴的沿II-II看的视图；
图3显示了图1的III-III截面；和
图4显示了图1中放大的部分A。
具体实施方式
图1显示了安装在闪速熔炼炉的反应塔1的上部中的精矿喷嘴，用于将粉末状精矿混合物和反应气体供给到所述闪速熔炼炉的反应塔1。
所述精矿喷嘴包括进料管2，该进料管的孔口3通向反应塔，用于将精矿混合物输送到反应塔1中。在进料管2的内部设有分散装置4，所述分散装置同心地设置，并且从所述孔口3朝向反应塔1的内部延伸一定距离。所述分散装置4将通过它从所述分散装置的下边缘到侧部输送的气体导向在分散装置的外部被向下引导的固体流。此外，所述精矿喷嘴包括用于将反应气体供给到反应塔1中的气体供应装置5。所述气体供应装置包括反应气体室6，所述反应气体室位于反应塔1外部并且通过同心地环绕进料管2的环形排放口7通向反应塔1。从排放口7排出的反应气体与从进料管2的中部排出的粉末状固体物质混合，从而形成悬浮物，排放口7附近的固体物质通过从分散装置吹出的气体被向侧面引导。
反应气体室6形成为湍流室，以提供从排放口7排放的反应气体的湍流。为了这个目的，反应气体室6包括圆柱形上部8，进口通道9成切线地通向所述圆柱形上部8。反应气体沿切线方向进入反应气体室6的内部，从而产生反应气体湍流，反应气体从圆柱形上部8圆锥形地前进通过向下收敛的圆锥形下部10，并流出到排放口7外。在反应气体室6中，设置有导流叶片12，该导流叶片12设置成限定反应气体的湍流的漩涡角。导流叶片12设置在反应气体室6的圆锥形下部10的区域中。在临近下部10的排放口7的下端处，具有没有导流叶片12的区域。
如图2中所示，进口通道9具有矩形横截面。
图3显示了在进口通道9中设有调节部件11，该调节部件11设置成用于调节反应气体流的横截面面积。调节部件11包括调节阀，所述调节阀被控制以便相对于进口通道的纵轴线成一定角度并且沿着与反应气体室6基本相切的方向移动横过进口通道9。调节阀11可用于调节反应气体的流入速度。
图1和图3显示，精矿喷嘴包括调节体14，所述调节体围绕进料管设置以便可控制地并且沿着进料管的方向移动，从而调节排放口7的横截面面积。调节棒15设置在进料管2外部以移动调节体14。套管16适于围绕进料管2和调节棒15以便在反应气体室中提供基本不受干扰的湍流。
图4显示了反应气体室6的环形排放口7在侧向上且在外部被截头圆锥形壁部分13限制，该壁部分13向下且向内地与垂直轴线成一定角度θ收敛。所述角θ为约20°-50°，优选为约30°-35°度。
本发明并不仅仅限制于上述的示例性实施例，对本发明做出的各种修改都可能落入由本发明的权利要求限定的本发明的构思内。

Claims (10)

1.一种用于将粉末状精矿混合物和反应气体供给到闪速熔炼炉的反应塔(1)中的精矿喷嘴，包括：
将精矿混合物输送到反应塔(1)中的进料管(2)，该进料管的孔口(3)通向所述反应塔，
分散装置(4)，所述分散装置同心地设置在进料管(2)的内部，并且在反应塔(1)的内部从所述孔口延伸一定距离，用于将分散气体导向围绕分散装置流动的精矿混合物，
用于将反应气体供给到反应塔(1)中的气体供应装置(5)，所述气体供应装置包括反应气体室(6)，所述反应气体室(6)位于反应塔的外部并且通过同心地环绕进料管(2)的环形排放口(7)通向反应塔(1)，以将从排放口排出的反应气体与从进料管的中部排出的粉末状固体物料混合，所述固体物料通过分散气体被向侧面引导，所述反应气体室(6)形成为湍流室，以提供从环形排放口(7)排出的反应气体的湍流，进口通道(9)成切线地通向反应气体室(6)，以便沿切线方向将反应气体引导到反应气体室(6)，其特征在于，在进口通道(9)内设置有调节部件(11)，用于调节反应气体流的横截面面积。
2.根据权利要求1所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述反应气体室(6)包括圆柱形上部(8)和圆锥形下部(10)，所述进口通道(9)成切线地通向该圆柱形上部，所述圆锥形下部从所述圆柱形上部(8)向下朝向环形排放口(7)圆锥形地收敛。
3.根据权利要求1或2所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述进口通道(9)具有矩形横截面。
4.根据权利要求1或2所述的精矿喷嘴，其特征在于，在反应气体室(6)中设置有导流叶片(12)，以限定反应气体的湍流的漩涡角。
5.根据权利要求4所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述导流叶片(12)设置在反应气体室(6)的圆锥形下部(10)的区域中。
6.根据权利要求4所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述下部(10)包括在环形排放口(7)附近的没有导流叶片的区域。
7.根据权利要求1或2所述的精矿喷嘴，其特征在于，反应气体室(6)的环形排放口(7)在侧向上且在外部由截头圆锥形壁部分(13)限制，所述截头圆锥形壁部分相对于竖直轴线以θ角向下且向内收敛。
8.根据权利要求7所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述θ角为20°-50°。
9.根据权利要求8所述的精矿喷嘴，其特征在于，所述θ角为30°-35°。
10.根据权利要求1或2所述的精矿喷嘴，其特征在于，还包括：调节体(14)，所述调节体围绕进料管(2)设置以便可控制地并且沿着进料管的方向移动，从而调节环形排放口(7)的横截面面积；调节棒(15)，所述调节棒设置在进料管(2)的外部以便移动调节体(14)；以及套管(16)，所述套管(16)适于围绕进料管(2)和调节棒(15)以便在反应气体室中提供基本不受干扰的湍流。
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