CN110440596B - 一种闪速炉配气系统及配气冶炼方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供了一种闪速炉配气系统，包括与闪速炉给气装置出口连接的配气塔，塔体位于闪速炉反应塔内，该配气塔为多层结构，其由上至下每一层塔体内径逐渐递减，相邻两塔体在连接部留有间隙。本发明创造结构设计合理，从加料装置分散下落的矿粉会被配气塔的各层塔体间的间隙中吹出的多层气流多次冲击，不断的受到动力搅拌，矿粉呈均匀态迅速弥散，在离开配气塔后，能获得极佳的弥散状态。

Description

一种闪速炉配气系统及配气冶炼方法

技术领域

本发明创造属于冶炼金属氧化矿技术领域，尤其是涉及一种闪速炉配气系统及配气冶炼方法。

背景技术

把原应用金属硫化矿的闪速炉拓展应用于冶炼金属氧化矿(如铁精矿)，现有专利技术(专利号：CN105925809A)对闪速炉做出了改进，其引入煤气化系统，利用煤气所带有热能、动能和化学能，使空间还原冶炼变为可行；该技术解决问题的思路是：只要提高煤气的产量，就能同步加大投矿量，从而按比例的提高产量，但是，实际情况并非如此，究其主要原因是：当矿量及煤气量增加到一定程度后，处理量取决于矿粉和气体的混合程度，只有气固混合得均匀，才能保证所加入的矿粉都能快速得发生化学反应。但是，闪速熔炼工艺的一大难点就是如何提高气固混合得均匀度。在高温的、不能使用动力设备的环境中，如何控制和改变气体与矿粉颗粒的混合状态，是闪速冶金领域专业人员一直都在研究、寻找更好解决办法的问题，现有技术还无法使气固混合达到最佳状态，始终存在提升的空间。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种闪速炉配气系统。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种闪速炉配气系统，包括与闪速炉给气装置出口连接的配气塔，塔体位于闪速炉反应塔内，该配气塔为多层结构，其由上至下每一层塔体内径逐渐递减，相邻两塔体在连接部留有间隙。

进一步，每一层所述塔体的立剖面均大致呈三角形。

进一步，每一层所述塔体的横剖面均呈圆形。

进一步，每两层塔体间的连接棒数量为3-12根。

进一步，所述连接棒朝向配气塔中心的一侧为最大截面，且其截面向配气塔外侧逐渐收缩至线状。

进一步，所述加料装置布置成环形下料方式的加料嘴、或是在加料装置圆周方向上均布多个点式的加料嘴。

进一步，所述加料装置外围呈环形布置点式烧嘴。

进一步，给气装置喷出的气体压力工作范围为0.2kg/cm²至50kg/cm²。

一种应用上述的闪速炉配气系统进行配气冶炼的方法：

1)在安装于反应塔顶部的给气装置的附近设置若干加料装置及烧嘴；

2)从给气装置给入的高压气体进入配气塔，该气体从配气塔多层塔体连接部的间隙处喷出，切入闪速炉反应塔熔炼空间；

3)加料时，矿粉在下降的过程中，被配气塔喷出的气流多次冲击，迅速弥散，使矿粉能以较大的比表面积与配气系统喷出的反应气流接触；

4)通过烧嘴喷入燃料和含氧气体并使之充分燃烧，用以补充闪速炉反应塔空间冶炼所需的热量。

相对于现有技术，本发明创造具有以下优势：

本发明创造结构设计合理，从加料装置分散下落的矿粉被配气塔的各层塔体间的间隙中吹出的气流多次冲击，不断的受到动力搅拌，矿粉呈均匀态迅速弥散，在离开配气塔后，能获得极佳的弥散状态。同时，从给气装置给入的高压气体通过配气塔塔体逐层不断降压，最终以低压沿水平方向喷入闪速炉内，延长了气体在反应塔内驻留的时间，避免了该高压气体进入反应塔后直接高速向下冲击可能会造成的对塔体的损伤，另外，气流直冲向下也会使气流裹挟矿粉快速通过反应塔空间，减少了反应气体与矿粉的接触时间，降低了反应塔空间的冶炼效率。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造的结构示意图；

图2为本发明创造配气过程示意图；

图3为本发明创造应用于闪速冶金设备时的示意图。

附图标记说明：

1-配气塔；2-加料嘴；3-连接棒；4-烧嘴；5-塔体；6-间隙。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明创造中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明创造的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

下面结合实施例来详细说明本发明创造。

一种闪速炉配气系统，如图1至3所示，包括与闪速炉给气装置出口连接的配气塔1，塔体5位于闪速炉反应塔内，该配气塔为多层结构，其由上至下每一层塔体5内径逐渐递减，相邻两塔体在连接部留有间隙6。

通过配气塔的最上一层的塔体把给气装置、配气塔及熔炼空间紧密结合起来，配气塔的最上一层塔体周边接熔炼空间的顶部装置。每一层所述塔体的立剖面均大致呈三角形。每一层所述塔体的横剖面均呈圆形。

在一个可选的实施例中，如图1所示，塔体共分为6层，直径逐渐减小，每一层之间，用连接棒3连接，每两层塔体间的连接棒数量为3-12根。视工况环境定，配气塔的不同层级间，连接棒的数量可以不同。

上述连接棒朝向配气塔中心的一侧为最大截面，且其截面向配气塔外侧逐渐收缩至线状。即，连接棒采用可有效减少阻力的流线型状设计。

配气塔的塔体结构如图2所示，每一层塔体结构靠近中心一侧的上缘标记为A、下缘标记为B，而其远离中心的最外缘标记为C，如第一层塔体的内壁表面标记为A₂B₂，上侧表面标记为A₂C₂，而第一层塔体与第二层塔体间的缝隙高度标记为B₂A₃。需要指出的是，实际上，配气塔的最上层连接在给气装置上，因此，将给气装置内侧的上下缘标记为A₁、B₁点。因此，配气塔的结构从第一层塔体以“2”开始标记。需要指出的是，从某种意义上来说，也可把给气装置伸入反应塔内的部分认为是配气塔的第一层。

给气装置的高温、高压气体从上向下，在流经配气塔的第一层塔体和第二层塔体之间时，由于第二塔体的内径小于第一塔体的内径，从第一塔体流向第二塔体的气体的外围一层会被A₂C₂形成的面引导出配气塔，进入熔炼空间。依次类推，当达到适合的层级时，从给气装置喷出的高温、高压气体被分成近似“一片一片”的流体结构(即一层一层薄薄的气流层)，并以向四周均匀喷洒的方式，切入反应塔熔炼空间。

具体的参数设计调整可以包括：

改变A₁B₁、A₂B₂…A_nB_n的长度，可以改变气流搅拌矿粉的频率；

改变B₁A₂、B₂A₃…B_n-1An的距离，可以改变切入熔炼空间气体初速度；

改变各塔体内径的尺寸，可以改变每一层间隙单位时间喷出气体的量；

改变塔体层数，可以改变为气固混合提供持续动力的时间；

气固混合效果对配气塔尺寸和形状的变化的敏感度极高，比如:改变A₂C₂连线的形状，可以改变气流切入矿粉的角度。

在一个可选的实施例中，把A₁B₁、A₂B₂…A_nB_n以及A₂C₂、A₃C₃…A_nC_n的表面做成螺旋状的引导面，就可以获得带有旋转喷出的气流，从而为矿粉提供更佳的“搅拌”动力。

给气装置喷出的气体的压强在一定的范围内可调，从0.2kg/cm²到50kg/cm²均可。因此，在设计配气塔时可以有多种的选择，受到的局限性小。

下面提供一种应用上述的闪速炉配气系统进行配气冶炼的方法，

1)在闪速炉反应塔顶给气装置安装位置的外侧设置若干加料嘴2及烧嘴4，如图3所示。

2)高温、高压气体经给气装置进入配气塔，再从配气塔多层塔体的间隙处向外喷出，高温、高压气体被分成近似“一层一层”的流体结构，并以向四周均匀喷洒的方式，切入闪速炉熔炼空间。

3)通过加料装置向闪速炉反应塔内加入矿粉，在矿粉在下降的过程中，被配气塔喷出的气流多次冲击，不断的受到动力“搅拌”，使矿粉迅速的弥散，最终获得了极佳的分散效果。从而使矿粉能以较大的比表面积与配气系统喷出的反应气流接触，快速发生化学反应。

4)通过烧嘴喷入燃料和含氧气体并使之充分燃烧，用以补充闪速炉反应塔空间冶炼所需的热量，维持空间化学反应所需的高温环境。

在一个可选的实施例中，把上述加料装置布置成环形下料方式的加料嘴2，加料装置可以是与给气装置同心布置的圆环形结构，位于其外侧，安装于闪速炉反应塔顶部，也可以采用环形布置多个点式加料嘴。

在一个可选的实施例中，在上述加料装置的外围呈环形布置点式烧嘴，用以补充闪速炉反应塔空间所需的热量，维持空间化学反应所需的高温环境。通常，在环形加料嘴或环形点式加料嘴外围对应设置环形点式烧嘴，实际上，不必苛求烧嘴与加料嘴一一完全对应，在粉料分散落下的过程中，会弥散于反应塔空间内，烧嘴只要能充分的加热粉料即可。

配气塔及环形喷嘴的制作材料，可采用市场上已有成熟的材料，例如碳化硅纤维复合碳化硅的复合材料，这种材料可以直接在高温下工作，不需要任何辅助措施，如果采用在装置中心通冷媒的方式，则材料的选择范围更大。至于冷媒，可以在通过与配气塔连接的给气装置加入，通过连接棒通到第1、2、3…n层塔体。

在一个可选的实施例中，采用本发明创造所述的配气塔进行配气冶炼的过程如下：

从环形布置的加料嘴的喷洒下来的矿粉，被从与配气塔第一层与第二层之间喷出的气体切入，此时落入空间的矿粉处于弥散度最低的状态，被高速气流冲击，矿粉将迅速的增加弥散度，可以通过合理的设计每层气体的能量，使受其冲击的矿粉，恰好不触碰到炉壁。

矿粉在被气流第一次冲击，部分矿粉开始弥撒，紧接着就受到第二次冲击，矿粉获得更大的弥散度。在不断下降的过程中，不断的受到动力“搅拌”，使矿粉朝着均匀态迅速的弥散，在离开配气塔后，获得了极佳的弥散状态。从而使矿粉以极大的比表面积与反应气体接触，快速发生化学反应。

需要说明的是：切入矿粉的气体角度、气量，以及每层气体的间距，都是可以预先设计调整好的，这就使的气固混合得程度可控，有利于得到好的气固混合效果。

本发明创造结构设计合理，从加料装置分散下落的矿粉会被配气塔的各层塔体间的缝隙中吹出的气流多次冲击，不断的受到动力搅拌，矿粉呈均匀态迅速弥散，在离开配气塔后，能获得极佳的弥散状态。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种闪速炉配气系统，其特征在于：包括与闪速炉给气装置出口连接的配气塔，配气塔的最上层连接在给气装置上，塔体位于闪速炉反应塔内，该配气塔为多层结构，其由上至下每一层塔体内径逐渐递减，相邻两塔体在连接部留有间隙；每一层所述塔体的立剖面均大致呈三角形；每一层所述塔体的横剖面均呈圆形；每两层塔体间通过3-12根连接棒固定；

所述连接棒朝向配气塔中心的一侧为最大截面，且其截面向配气塔外侧逐渐收缩至线状；

给气装置喷出的气体压力工作范围为0.2kg/cm²至50kg/cm²。

2.一种应用权利要求1所述的闪速炉配气系统进行配气冶炼的方法，其特征在于：

1)在安装于反应塔顶部的给气装置的附近设置若干加料装置及烧嘴；

2)从给气装置给入的高压气体进入配气塔，该气体从配气塔多层塔体连接部的间隙处喷出，切入闪速炉反应塔熔炼空间；

3)加料时，矿粉在下降的过程中，被配气塔喷出的气流多次冲击，迅速弥散，使矿粉能以较大的比表面积与配气系统喷出的反应气流接触；

4)通过烧嘴喷入燃料和含氧气体并使之充分燃烧，用以补充闪速炉反应塔空间冶炼所需的热量。