專利名稱：一種冶煉爐及其噴嘴的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及有色金屬冶煉技術，確切地說涉及到一種冶煉銅、鎳、鉛、鋅的冶煉技術，具體涉及一種冶煉爐的噴嘴，還涉及一種包括該噴嘴的冶煉爐。
背景技術：
在有色金屬行業(yè)，常用火法冶金法進行金屬冶煉；火法冶金法是使硫化物礦中的硫和鐵與氧反應最終被脫除而得到有色金屬的方法。隨著市場競爭日益激烈，環(huán)保要求也越來越高，如何強化金屬冶煉過程的環(huán)保性，同時降低生產(chǎn)成本成為有色金屬冶煉的重要課題；同時這也促進新的冶金工藝不斷涌現(xiàn)。雖然各種工藝遵循的化學反應機理相同，但在過程上，火法冶金法大致可以分為 熔池熔煉和空間懸浮熔煉兩大類；空間懸浮熔煉應用最廣泛的是發(fā)端于芬蘭的奧托昆普閃速熔煉?？臻g懸浮熔煉的實質(zhì)就是利用干燥后粉狀硫化物礦的巨大表面積，使物料粒子與氧充分結合，在瞬間(2 3秒)內(nèi)完成氧化反應，達到脫硫的目的。由于氧化反應過程中產(chǎn)生巨大的熱量，產(chǎn)物是高溫煙氣和高溫熔體，反應爐需要承受巨大的熱負荷；目前常用的懸浮熔煉爐要承受的熱負荷不低于2000MJ/m3. h，但此時，該熔煉爐的爐襯被沖刷腐蝕現(xiàn)象比較嚴重。中國專利文獻CN102268558A公開一種旋流卷吸冶金技術。該專利文獻公開的旋流發(fā)生器中設置有圓錐形的出口風速控制器，該出口風速控制器能夠在反應氣體通道中上下移動，改變出口風速控制器的上下位置可以改變旋流發(fā)生器的出口面積，進而可以控制反應氣體進入爐體反應空間的速度。但在實際生產(chǎn)中，由于需要對出口風速控制器的位置進行連續(xù)調(diào)整，由于機械傳動及控制系統(tǒng)本身的誤差存在，進而容易導致出口風速控制器位置會產(chǎn)生偏差，導致進入反應空間的反應氣體的旋流速度難以控制，影響反應空間反應的穩(wěn)定性，進而導致金屬冶煉過程不穩(wěn)定。另外，圓錐形的出口風速控制器還會對反應氣體產(chǎn)生一定的阻力，導致冶煉爐的運轉成本較高。

實用新型內(nèi)容本實用新型的第一個目的是提供一種噴嘴，利用該噴嘴可以提高金屬冶煉的穩(wěn)定性。在提供上述噴嘴的基礎上，本實用新型還提供一種包括該噴嘴的冶煉爐。本實用新型提供的冶煉爐的噴嘴包括外殼體和旋流發(fā)生器；所述旋流發(fā)生器包括旋流筒和回轉進風通道；旋流筒的中心線與水平面垂直，且旋流筒上端封閉，內(nèi)部形成反應氣體通道；所述旋流筒具有若干個沿圓周切向布置的進風口，所述回轉進風通道通過進風口與反應氣體通道相通；所述旋流筒的外壁面與外殼體的內(nèi)壁面之間形成環(huán)形的物料通道?？蛇x的，所述旋流筒下部形成從上向下通流截面逐漸減小的旋流收縮部。[0010]可選的，與旋流收縮部相對應，所述外殼體下部形成從上向下內(nèi)壁面直徑逐漸減小的殼體收縮部?？蛇x的，所述進風口均勻分布在所述旋流筒中心線的周圍?？蛇x的，各所述回轉進風通道上安裝有調(diào)節(jié)閥，各所述調(diào)節(jié)閥均與同一信號控制器相連?？蛇x的，所述外殼體外側設置有冷卻水套。可選的，所述反應氣體通道中設置有中心供氧通道?？蛇x的，在所述中心供氧通道中，還設置有燃料槍。 本實用新型提供的冶煉爐包括爐體和噴嘴，所述噴嘴安裝在爐體的頂壁上，所述噴嘴為上述任一種冶煉爐的噴嘴；所述爐體形成的反應空間的橫截面大于所述外殼體下端的橫截面。本實用新型提供的噴嘴中，旋流發(fā)生器包括旋流筒和回轉進風通道，旋流筒內(nèi)形成反應氣體通道，回轉進風通道與旋流筒內(nèi)的反應氣體通道相通，并能夠在切向方向上向反應氣體通道供入反應氣體，這樣就可以在反應氣體通道內(nèi)形成旋轉氣流；另外，外殼體的內(nèi)壁面和旋流筒的外壁面之間形成環(huán)形的物料通道；這樣，物料與反應氣體在離開噴嘴之前并不混合。在旋流筒中的反應氣體通道中，雖然反應氣體高速旋轉，由于其未攜帶物料顆粒，進而不會對旋流筒產(chǎn)生磨損；物料在環(huán)形的物料通道內(nèi)自由下落，由于其下落速度較小，對外殼體及旋流筒的磨損也非常小(可以不考慮)。這樣，噴嘴就能夠較長時間使用，具有較長的使用壽命。在物料及反應氣體到達爐體的反應空間后，粉狀的物料沿反應氣體的周圍自由下落形成環(huán)形物料流；以旋轉流體形式進入反應空間的反應氣體能夠在反應空間內(nèi)卷吸物料和上部的高溫爐氣，能夠形成混合旋流體；同時,在反應空間的高溫爐氣被卷吸時要通過環(huán)形的物料流，進而能夠加熱物料，使物料粒子在進入反應空間的第一時間即被高溫爐氣加熱，進而能夠加快物料的反應速度，使物料粒子從加熱到化學反應能在更短的時間(I秒)內(nèi)完成。更重要的是，旋流筒中形成反應氣體通道，反應氣體通道中不存在任何阻礙反應氣體向下或在周向上旋轉的出口風速控制器，進而可以使反應氣體比較穩(wěn)定的方式運動，進而提高向爐體供給反應氣體的穩(wěn)定性，為金屬冶煉的穩(wěn)定性提供良好前提。在進一步的技術方案中，所述旋流筒下部形成從上向下通流截面逐漸減小的旋流收縮部。這樣，在反應氣體從旋流筒的下端噴出后，可以具有更高的速度，進而提高旋轉氣流的旋轉速度，提高對物料及高溫爐氣的卷吸力。在進一步的技術方案中，與旋流收縮部相對應，所述外殼體下部形成殼體收縮部，在從上向下的方向上，殼體收縮部的內(nèi)壁面的直徑逐漸減小。這樣可以使物料下落形成的物料帶更靠近旋流筒的中心線，提高物料在反應空間中心線位置的集中度。本實用新型提供冶煉爐包括上述任一種噴嘴，由于噴嘴具有上述技術效果，包括該噴嘴的冶煉爐也具有相對應的技術效果。

圖I是本實用新型實施例提供的冶煉爐的噴嘴的結構示意圖，為了描述的方便，圖中還示出的爐體結構。圖2是圖I中A向示意圖。[0023]圖3是本實用新型實施例提供的冶煉爐的噴嘴的工作原理示意圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型提供的技術方案進行詳細描述，本部分的描述僅是示范性和解釋性，不應視為對本實用新型公開技術內(nèi)容的限制。應當說明的是本文件中，所述“上”、“下”方位詞是以噴嘴使用狀態(tài)為參考確定；所述“內(nèi)”、“外”是以噴嘴中軸線為參考確定，靠近中軸線的位置為內(nèi)，遠離中軸線的位置為外；所述橫截面均為與水平面平行的截面。請參考圖I和圖2，圖I是本實用新型實施例提供的冶煉爐的噴嘴的結構示意圖；為了描述的方便，圖中示出的爐體4結構，爐體形成的反應空間的橫截面大于噴嘴外殼體的下端橫截面。圖2是圖I中A向示意圖。實施例提供的噴嘴包括外殼體I和位于外殼體I內(nèi)的旋流發(fā)生器2。旋流發(fā)生器2包括旋流筒21和回轉進風通道22。本例中，外殼體I和旋流筒21均為筒狀結構，且二者的中心線重合；旋流筒21的中心線與水平面垂直，旋流筒21的中心線形成噴嘴的中軸線O。旋流筒21和外殼體I保持固定，外殼體I安裝在爐體4的頂壁上，且外殼體外側設置有冷卻水套，以通過水冷方式對外殼體I進行冷卻。旋流筒21上端封閉，下端敞開，內(nèi)部形成反應氣體通道23 ;反應氣體通道23下端與爐體4形成的反應空間41相通?？拷隙说牟糠?，旋流筒21具有兩個沿圓周切向布置的進風口 211。回轉進風通道22的延伸方向與旋流筒21的中心線保持垂直，且通過進風口 211與反應氣體通道23相通；在從遠離旋流筒21的中心線位置向靠近該中心線位置的方向，回轉進風通道22的通流截面逐漸減小。這樣，通過回轉進風通道22及進風口 211進入旋流筒21內(nèi)的反應氣體就會在旋流筒21側壁的導向作用下在反應氣體通道23中形成旋轉氣流。在反應氣體通道23中,旋轉氣流能夠沿旋流筒21向下流動,使反應氣體以旋流的方式進入爐體4的反應空間41中。本實施例中，旋流筒21中未設置調(diào)節(jié)進入反應空間41的反應氣體速度的出口風速控制器，在旋流筒21中形成反應氣體通道23，這樣可以減小其他部分對反應氣體運動的阻礙，保證反應氣體在反應氣體通道23運動的穩(wěn)定性，進而提高反應氣體供給的穩(wěn)定性，為金屬冶煉過程的穩(wěn)定性提供良好前提。如圖所示，旋流筒21位于外殼體I內(nèi)部；這樣，在旋流筒21的外壁面與外殼體I的內(nèi)壁面之間形成相應的環(huán)形空間，該環(huán)形空間構成物料通道12。物料通道12上端的進料口可以設置流化布料裝置11，以便于持續(xù)、順暢供料；另外，流化布料裝置11可以與計量給料裝置對接，以控制供料速度及流量。如圖I所示，噴嘴還包括中心筒31，中心筒31位于反應氣體通道23中，優(yōu)選使中心筒31的中心線與旋流筒21中心線重合；這樣，通過回轉進風道22進入旋流筒21的反應氣體就可以沿中心筒31與旋流筒21之間的空間運動，使反應氣體通道23形成環(huán)形結構；該結構更有利于反應氣體的旋轉運動，有利于旋轉氣流的形成和保持。當然，也可以在中心筒31內(nèi)形成一個氣體供入通道，該氣體供入通道稱為中心供氧通道30，通過中心供氧通道30可以向反應空間41中以直流方式供入純氧、富氧空氣或其他反應氣體，以補充反應空間41中心部分氧的消耗，提高物料與反應氣體之間的反應質(zhì)量。如圖I所示，在中心供氧通道30中，還可以設置燃料槍32，使燃料槍32沿中心筒31的中心線伸入；這樣，通過燃料槍32可以在啟動或低溫時向反應空間41供入燃料,保證反應空間41中反應持續(xù)性。請參考圖3，該圖是本實用新型實施例提供的冶煉爐的噴嘴的工作原理示意圖。在冶煉金屬過程中，反應氣體23a沿回轉進風通道22及進風口 211沿旋流筒21的切線進入反應氣體通道23中，形成旋轉氣流23b。在回轉進風通道22之前設置適當?shù)目刂崎y，可以控制進入旋流筒21中反應氣體的速度，進而可以控制旋轉氣流23b的旋轉速度。旋轉氣流23b沿旋流筒21向下流動并進入爐體4形成反應空間41中。粉狀的物料通過流化布料裝置11進入物料通道12中，形成的物料流沿物料通道12下落，進入到反應空間41中。這樣，物料與反應氣體在離開噴嘴之前并不混合。在旋流筒21中的反應氣體通道23中，雖然以旋轉流體形式存在的反應氣體高速旋轉流動，由于其未攜帶物料顆粒，進而不會對旋流筒21產(chǎn)生磨損；物料在環(huán)形的物料通道12內(nèi)自由下落，其下落速度較小，物料對 外殼體I及旋流筒21的磨損也非常小(可以不考慮)。因此，由于反應氣體和物料均不會對噴嘴產(chǎn)生很強的磨損作用，進而噴嘴能夠在較長時間內(nèi)使用，具有較長的使用壽命。在反應空間41中，粉狀的物料在反應氣體的周圍自由下落形成環(huán)形物料流。在BI區(qū)域，以旋轉氣流形式存在的反應氣體在反應空間中內(nèi)卷吸物料和反應空間41中心線周圍的高溫爐氣，形成混合旋流體24a;在卷吸過程中，高溫爐氣被卷吸時要通過環(huán)形的物料流，這樣就可以對物料進行加熱，使物料粒子在進入反應空間的第一時間即被高溫爐氣加熱，進而能夠迅速達到著火溫度，使物料粒子從加熱到化學反應能在較短的時間(I秒)內(nèi)完成。另外，旋流筒21位于爐體4的頂部，反應空間41的橫截面大于外殼體I下端的橫截面，這樣，在反應氣體從旋流筒21到達反應空間41中時，構成突然擴張的流管結構；進而，在反應氣體離開旋流筒21到達反應空間41中，旋轉的反應氣體在反應空間41內(nèi)卷吸物料和高溫爐氣時，可以使物料及高溫爐氣同時向反應空間41的中心線方向運動，在反應空間41的中心線位置，即渦核位置形成氧勢和物料都高度集中的區(qū)域，即而能夠使混合旋流體24a的斷面上形成以渦核為中心的物質(zhì)(包括物料與氧)富集區(qū)，在周圍形成物質(zhì)貧乏區(qū)；在物質(zhì)富集區(qū)，由內(nèi)向外物質(zhì)的分布密度逐漸減小。當混合旋流體24a由上向下運行到B2區(qū)域，且物料溫度到達著火的溫度時，物料與氧之間產(chǎn)生相應的反應，反應瞬間產(chǎn)生的高溫使混合旋流體24a的體積急速膨脹，旋流強度減弱；由于渦核位置是物質(zhì)富集區(qū)，該區(qū)域是反應的焦點區(qū)和高溫區(qū)，反應后的混合旋流體24a內(nèi)溫度的分布同樣是以渦核為中心的向外逐漸減弱的趨勢。反應后的混合旋流體24a由熔融小液滴和爐氣組成，熔融小液滴相互碰撞長大而沉降，進而與高溫爐氣分離。同時，在混合旋流體24a最外層形成溫度相對降低的爐氣，該部分爐氣在反應空間41內(nèi)形成自下而上運行的回流爐氣24b，該回流爐氣24b可以填補反應空間41上部由于旋轉氣流卷吸而形成的物質(zhì)貧乏區(qū)。這樣，在反應空間41上部旋轉氣流向中心線卷吸、下部混合旋流體24a膨脹爐氣向外運動，二者的聯(lián)合作用就會在混合旋流體24a與反應空間41的壁的空間之間形成自下而上的回流爐氣24b ;回流爐氣24b夾帶的部分熔融小液滴會粘貼在反應空間的內(nèi)襯上，最終殘留下難熔的物質(zhì)(例如磁鐵)，這些難熔物質(zhì)可以形成對爐襯的保護層，進而可以提高爐體4爐襯的耐沖刷腐蝕性。總之，利用該實施例提供的噴嘴，可以產(chǎn)生以下技術效果[0038]第一、由于可以利用高溫爐氣在第一時間對物料進行加熱，進而可以提高對物料加熱速度、提高氧利用率高，增加反應完全性。第二、由于反應區(qū)域比較集中，進而物料進行反應的空間較小，高溫區(qū)比較集中，對爐體4的爐襯的輻射距離遠，且高溫區(qū)與爐襯間存在溫度較低的回流爐氣24b，可以減小爐氣及熔融體對爐體4爐襯的沖刷和腐蝕。第三、旋轉氣流的旋轉運動、旋轉氣流的卷吸作用及回流爐氣24b的運動可以增加反應氣體與物料粒子之間的碰 撞機率高，利于反應后的熔融體的沉降，降低煙塵發(fā)生率低。請參考圖1，實施例中，旋流筒21下部形成從上向下通流截面逐漸減小的旋流收縮部13。這樣，在反應氣體從旋流筒21的下端噴出后，可以具有更高的速度，進而提高旋轉氣流23b的旋轉速度，提高對物料及高溫爐氣的卷吸力。與旋流收縮部13相對應，外殼體I下部形成殼體收縮部；在從上向下的方向上，殼體收縮部的內(nèi)壁面的直徑逐漸減小。這樣就使物料通道12具有向內(nèi)彎的結構，進而可以使物料下落形成的物料帶更靠近反應空間41的中心線，提高物料在反應空間中心線位置的集中度。實施例中，旋流筒21設置兩個進風口 211，與進風口 211相對應設置有兩個回轉進風通道22，兩個進風口 211對稱均勻在分布在旋流筒21中心線周圍，這樣可以保證反應氣體通道內(nèi)旋轉氣流23b的中心與旋流筒21的中心線重合，保證旋轉氣流23b的穩(wěn)定性，進而保證混合旋流體24a的穩(wěn)定性。當然，旋流筒21還可以設置多個進風口 211，相對應的，還可以設置多個與各進風口 211相對應的回轉進風通道22。為了保證各回轉進風通道22進風的同步性，還可以在各回轉進風通道22上安裝有調(diào)節(jié)閥，并使各調(diào)節(jié)閥均與同一信號控制器相連；這樣就可以利用同一信號控制器控制各調(diào)節(jié)閥，使各回轉進風通道22進風保持冋步。在提供上述噴嘴基礎上，本實用新型還提供一種冶煉爐，該冶煉爐包括爐體和噴嘴，噴嘴安裝在爐體頂壁上，噴嘴可以為上述任一種冶煉爐的噴嘴；且所述爐體形成的反應空間的橫截面大于噴嘴的外殼體I下端的橫截面。本文中應用了具體個例對本實用新型提供的技術方案進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本實用新型提供的技術方案。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以對本實用新型進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本實用新型權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求1.一種冶煉爐的噴嘴，其特征是，包括外殼體⑴和旋流發(fā)生器⑵；所述旋流發(fā)生器(2)包括旋流筒(21)和回轉進風通道(22);旋流筒(21)的中心線與水平面垂直，且旋流筒(21)上端封閉，內(nèi)部形成反應氣體通道(23);所述旋流筒(21)具有若干個沿圓周切向布置的進風口(211)，所述回轉進風通道(22)通過進風口(211)與反應氣體通道(23)相通；所述旋流筒(21)的外壁面與外殼體(I)的內(nèi)壁面之間形成環(huán)形的物料通道(12)。
2.如權利要求I所述的冶煉爐的噴嘴，其特征是，所述旋流筒(21)下部形成從上向下通流截面逐漸減小的旋流收縮部(13)。
3.如權利要求2所述的冶煉爐的噴嘴，其特征是，與旋流收縮部(13)相對應，所述外殼體(I)下部形成從上向下內(nèi)壁面直徑逐漸減小的殼體收縮部。
4.如權利要求I至3任一項所述的冶煉爐的噴嘴，其特征是，所述進風口(211)均勻分布在所述旋流筒(21)中心線的周圍。
5.如權利要求I至3任一項所述的冶煉爐的噴嘴，其特征是，各所述回轉進風通道(22)上安裝有調(diào)節(jié)閥，各所述調(diào)節(jié)閥均與同一信號控制器相連。
6.如權利要求I至3任一項所述的冶煉爐的噴嘴，其特征是，所述外殼體(I)外側設置有冷卻水套。
7.如權利要求I至3任一項所述的旋流噴嘴，其特征是，所述反應氣體通道(23)中設置有中心供氧通道(30)。
8.如權利要求7所述的旋流噴嘴，其特征是，在所述中心供氧通道(30)中，還設置有燃料槍(32)。
9.一種冶煉爐，包括爐體(4)和噴嘴，所述噴嘴安裝在爐體(4)的頂壁上，其特征是，所述噴嘴為權利要求1-8任一項所述的冶煉爐的噴嘴；所述爐體(4)形成的反應空間(41)的橫截面大于所述外殼體(I)下端的橫截面。
專利摘要本實用新型公開一種冶煉爐及其噴嘴。公開的冶煉爐的噴嘴包括外殼體和旋流發(fā)生器；所述旋流發(fā)生器包括旋流筒和回轉進風通道；旋流筒的中心線與水平面垂直，且旋流筒上端封閉，內(nèi)部形成反應氣體通道；所述旋流筒具有若干個沿圓周切向布置的進風口，所述回轉進風通道通過進風口與反應氣體通道相通；所述旋流筒的外壁面與外殼體的內(nèi)壁面之間形成環(huán)形的物料通道。利用該噴嘴，在旋流筒中，由于反應氣體未攜帶物料顆粒，進而不會對旋流筒產(chǎn)生磨損；物料在環(huán)形的物料通道內(nèi)自由下落，由于其下落速度較小，對外殼體及旋流筒的磨損也非常小，進而，該噴嘴具有較長的使用壽命。
文檔編號F27B15/00GK202420173SQ20122001594
公開日2012年9月5日 申請日期2012年1月13日 優(yōu)先權日2012年1月13日
發(fā)明者劉衛(wèi)東, 周松林 申請人:陽谷祥光銅業(yè)有限公司