CN104251622B - 一种悬浮熔炼炉喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种悬浮熔炼炉喷嘴，从内至外依次包括套装的中央氧气管、预混风圆环管和下料溜管；预混风圆环管的长度为中央氧气管长度的1/3-1/2，下料溜管的长度为预混风圆环管长度的1.1-1.6倍；预混风圆环管下端内侧设置预混风旋流装置，预混风旋流装置包括若干与预混风圆环管内壁连接的第一导流叶片，第一导流叶片与预混风圆环管内壁切线的夹角为120°-160°。本发明装置采用风料夹层的布局方式，具有调控性好、气粒两相混合均匀的有益效果；分别从预混风圆环管和下料溜管喷出的旋转气流和精矿颗粒实现入炉前的预混，进入反应炉的气粒两相混合物体系均匀，提高精矿颗粒的着火位置、加快熔炼反应进行，提高熔炼效率。
Description
技术领域
本发明涉及冶金工业设备领域，特别地，涉及一种悬浮熔炼炉喷嘴。
背景技术
悬浮熔炼主要是充分利用细磨物料的巨大活性表面，使干燥的固体物料颗粒在反应炉内与氧气接触，高温条件下，以极高的速度完成可控氧化反应，放出大量热量，实现自热熔炼。悬浮熔炼具有生产率高、环保效益显著等优点，其典型代表如铜、镍金属的闪速熔炼过程以及基夫赛特炼铅过程。
冶金喷嘴是悬浮熔炼工艺的核心设备，主要有文丘里型精矿喷嘴和中央喷射型精矿喷嘴。目前世界上悬浮熔炼反应炉大多采用中央喷射型精矿喷嘴，现在的中央喷射型精矿喷嘴已经发展到第五代——带中央油枪的中央喷射型精矿喷嘴。其在第四代精矿喷嘴的基础上，在中央氧气管内部插入一根同心的重油（或天然气）燃烧器；主要包括同心的氧气管、下料溜管，用于物料分散的双曲型分散锥等装置。第五代的中央喷射型精矿喷嘴处理量可达160—200t/h。当入炉精矿量达到200t/h以上时，易出现精矿与氧气混合不均，精矿颗粒着火延迟，氧气利用率低，甚至出现“下生料”等问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种悬浮熔炼炉喷嘴，以解决上述精矿与氧气混合不均的技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种悬浮熔炼炉喷嘴，从内至外依次包括套装的中央氧气管、预混风圆环管和下料溜管；所述预混风圆环管的长度为所述中央氧气管长度的1/3-1/2，所述下料溜管的长度为所述预混风圆环管长度的1.1-1.6倍；
所述预混风圆环管下端内侧设置预混风旋流装置，所述预混风旋流装置包括若干与预混风圆环管内壁连接的第一导流叶片，所述第一导流叶片与所述预混风圆环管内壁切线的夹角为120°-160°。
优选的，从所述预混风圆环管顶端向下俯视，所述第一导流叶片的倾斜方向为逆时针方向。
优选的，从所述预混风圆环管侧面看，所述第一导流叶片与水平面的夹角为30°-70°。
优选的，所述下料溜管的外侧套装有二次风通道，所述二次风通道内壁上设置二次风调速器，所述二次风调速器包括若干连接片，所述连接片与所述二次风通道内壁为半活动连接。
优选的，所述下料溜管的底部与倒置的扩散锥连接，所述扩散锥的开口套装在中央氧气管外周。
优选的，所述扩散锥的锥角为30-60°。
优选的，所述扩散锥的底部内壁上设置若干分散风孔，所述分散风孔的直径为5-10mm。
优选的，所述中央氧气管的下端内侧设置中央氧旋流装置，所述中央氧旋流装置包括若干与中央氧气管内壁连接的第二导流叶片，所述第二导流叶片与所述中央氧气管内壁切线的夹角为120°-160°。
本发明装置采用风料夹层的布局方式，具有调控性好、气粒两相混合均匀的有益效果：
A、在预混风圆环管和下料溜管下端设置预混区，使得分别从预混风圆环管和下料溜管喷出的旋转气流和精矿颗粒实现入炉前的预混，让进入反应炉的气粒两相混合物体系均匀，提高精矿颗粒的着火位置、加快熔炼反应的进行，提高熔炼效率；
B、预混风圆环管下端内侧设置预混风旋流装置，导流叶片为倾斜状，使通过叶片间隙喷出的气流有旋转特点，加大与固体颗粒的混合速度与力度；
C、扩散锥下方侧壁上分布了多个分散风孔，从分散孔喷出的分散风对物料起分散作用；
D、二次风通道内的二次风调速器由多个连接片组成，通过调节连接片间重叠部分的大小，即可改变二次风入炉时的外径，从而改变二次风入炉的横截面积，调节二次风速度大小。
通过数值仿真模拟，在本发明高性能预混型精矿喷嘴结构下，精矿颗粒着火明显得到提前，着火感应区缩短，闪速熔炼效率得到提高。在高投料量下（>200t/h）工况下，相比于中央喷射型精矿喷嘴，本发明预混型精矿喷嘴可加快精矿颗粒1.5～2m的位置着火，氧气利用率高、烟尘率低。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的喷嘴结构示意图；
图2是本发明优选实施例的预混风旋流装置俯视图；
图3是本发明优选实施例的预混风旋流装置侧视图；
图4是本发明优选实施例的中央氧旋流装置俯视图；
图5是本发明优选实施例的二次风调速器俯视图；
其中，1、中央天然气管，2、中央氧旋流装置，3、中央氧气管，4、分散风孔，5、扩散锥，6、预混区，7、二次风调速器，8、预混风旋流器，9、下料溜管，10、第一导流叶片，11、预混风圆环管，12、第二导流叶片，13、二次风通道。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，一种悬浮熔炼炉喷嘴，从内之外依次包括套装的进天然气的中央天然气管1、中央氧气管3、预混风圆环管11和下料溜管9；所述预混风圆环管11的长度为所述中央氧气管3长度的1/3-1/2，所述下料溜管9的长度为所述预混风圆环管11长度的1.1-1.6倍；如此，可在下料溜管9和预混风圆环管11的下端形成预混区6，使得旋转气流和精矿颗粒在入炉前混合均匀。
所述预混风圆环管11下端内侧设置预混风旋流装置8，所述预混风旋流装置8包括若干与预混风圆环管11内壁连接的第一导流叶片10，所述第一导流叶片10与所述预混风圆环管11内壁切线的夹角β1为120°-160°，则限定气流旋转的角度大小，从而控制气流的旋转力度。
参见图2，从所述预混风圆环管11顶端向下俯视，所述第一导流叶片10的倾斜方向为逆时针方向，利于精矿颗粒旋转混合。
参见图3，从所述预混风圆环管11侧面看，所述第一导流叶片10与水平面的夹角α1为30°-70°，用于改变气流方向。
参见图4，所述中央氧气管3的下端内侧设置中央氧旋流装置2，所述中央氧旋流装置2包括若干与中央氧气管3内壁连接的第二导流叶片12，所述第二导流叶片12与所述中央氧气管3内壁切线的夹角β2为120°-160°。中央氧旋流装置2与预混风旋流装置8的结构相似，由于中央氧气管的直径小，第二导流叶片12数量较于预混风旋流装置第一导流叶片10要少。
参见图5，所述下料溜管9的外侧套装有二次风调速器7，所述二次风调速器7位于二次风通道13的内壁，二次风调速器7包括若干连接片，所述连接片与所述二次风通道13内壁为半活动连接，可调节连接片间重叠部分的大小，改变二次风入炉时的外径R0的大小，从而改变二次风速度大小。
所述下料溜管9的底部与倒置的扩散锥5连接，所述扩散锥5的开口套装在中央氧气管3外周。扩散锥5引导精矿物料向外扩散，利于物料分散。
所述扩散锥5的锥角γ为30-60°，限制物料扩散的角度和大小。
所述扩散锥5的底部内壁上设置若干分散风孔4，所述分散风孔4的直径为5-10mm，从分散风孔喷出的分散风，对物料进行第二次分散，保证混合效果。
从图1的整体结构来看，中央天然气管1位于整个精矿喷嘴的中心位置，由内向外分别是同心的中央氧气管3、预混风圆环管11、下料溜管9和最外层的二次风通道13。中央天然气管1的直径大小可为50—80mm，外层中央氧气管3的直径可为60—120mm。预混风圆环管11的内外环半径分别可为200—400mm，400—800mm范围内。下料溜管9的直径可为500—1000mm，二次风通道13的直径可为800—1200mm。
中央氧气管3、预混风圆环管11的下部分别装有中央氧旋流装置2和预混风旋流装置8，中央氧旋流装置2、预混风旋流装置8的高度范围分别可为50—200mm，100—500mm。
在预混风旋流装置8的出口外，下料溜管9的下部是精矿粉末与预混风的预混区6，预混区6的大小可以通过改变下料溜管9、预混风圆环管11的相对位置进行调节；预混区6的下方，中央氧气管3外是圆锥形的钝体扩散锥5，扩散锥5的下截面直径可为300—800mm，扩散锥5下方有多个分散风孔4，分散风孔径可为5—10mm。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，从内至外依次包括套装的中央氧气管、预混风圆环管和下料溜管；所述预混风圆环管的长度为所述中央氧气管长度的1/3-1/2，所述下料溜管的长度为所述预混风圆环管长度的1.1-1.6倍；
所述预混风圆环管下端内侧设置预混风旋流装置，所述预混风旋流装置包括若干与预混风圆环管内壁连接的第一导流叶片，所述第一导流叶片与所述预混风圆环管内壁切线的夹角为120°-160°；
在预混风旋流装置的出口外，下料溜管的下部是精矿粉末与预混风的预混区，预混区的大小通过下料溜管、预混风圆环管的相对位置进行调节；下料溜管的底部与倒置的扩散锥连接。
2.根据权利要求1所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，从所述预混风圆环管顶端向下俯视，所述第一导流叶片的倾斜方向为逆时针方向。
3.根据权利要求1所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，从所述预混风圆环管侧面看，所述第一导流叶片与水平面的夹角为30°-70°。
4.根据权利要求1所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，所述下料溜管的外侧套装有二次风通道，所述二次风通道内壁上设置二次风调速器，所述二次风调速器包括若干连接片，所述连接片与所述二次风通道内壁为半活动连接。
5.根据权利要求1至4任一项所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，所述下料溜管的底部与倒置的扩散锥连接，所述扩散锥的开口套装在中央氧气管外周。
6.根据权利要求5所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，所述扩散锥的锥角为30-60°。
7.根据权利要求5所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，所述扩散锥的底部内壁上设置若干分散风孔，所述分散风孔的直径为5-10mm。
8.根据权利要求1所述的一种悬浮熔炼炉喷嘴，其特征在于，所述中央氧气管的下端内侧设置中央氧旋流装置，所述中央氧旋流装置包括若干与中央氧气管内壁连接的第二导流叶片，所述第二导流叶片与所述中央氧气管内壁切线的夹角为120°-160°。
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