一種反向旋浮熔煉方法、噴嘴和冶金設(shè)備的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及有色冶金技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及熔煉含有銅、鎳、鉛、鋅等金屬硫化物精礦粉得到硫甚至金屬產(chǎn)品的方法及設(shè)備。
【背景技術(shù)】
[0002]在火法冶金彳丁業(yè)，恪煉硫化物精礦就是利用硫化物礦中的硫和鐵與氧反應(yīng)最終被脫除而得到金屬的過程?；鸱ㄒ苯鸸に嚧笾驴煞譃槿鄢厝蹮捄涂臻g熔煉兩大類，空間懸浮熔煉的實(shí)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(jié)合，在瞬間(2?3秒)內(nèi)完成氧化反應(yīng)?？臻g懸浮熔煉應(yīng)用最廣泛的是芬蘭科學(xué)家于1949年發(fā)明的奧托昆普閃速熔煉，其工藝核心采用的是直流噴射技術(shù)，由于受直流特性的影響，生產(chǎn)中常常會(huì)出現(xiàn)氧利用率低、煙塵率高、爐襯被沖刷腐蝕嚴(yán)重、精礦沒有反應(yīng)在爐內(nèi)堆積成生料堆等惡性狀況。隨著冶煉技術(shù)向高投料量、高負(fù)荷、高氧濃和高作業(yè)率的“四高”方向發(fā)展，直流噴射技術(shù)已越來越難適應(yīng)現(xiàn)代火法冶金要求。
[0003]近年來，旋流噴射技術(shù)在火法冶金行業(yè)得到了較好的應(yīng)用，如中國專利(專利號(hào):ZL200910230500.3)中貢獻(xiàn)的方法，但是該方法在生產(chǎn)中遭遇了設(shè)備磨損嚴(yán)重，精礦流被分選造成反應(yīng)偏析的狀況；改進(jìn)的方案如中國專利(專利號(hào):ZL201020284998.X和ZL201110208013.4)中貢獻(xiàn)的方法，這兩種方法都是將精礦完全布置在反應(yīng)空氣旋流的外圈上，依靠旋流擴(kuò)張帶動(dòng)精礦粒子運(yùn)動(dòng)形成高速旋轉(zhuǎn)的混合旋流體并完成氣粒間的傳質(zhì)、傳熱。然而上述方法在生產(chǎn)實(shí)踐中具有以下問題:由于旋流體外卷吸量過大，造成大量反應(yīng)后的高溫?zé)煔饣亓鞯椒磻?yīng)塔頂，造成反應(yīng)塔頂損耗過快；對(duì)于個(gè)體精礦粒子，其物理規(guī)格、比重、化學(xué)成分等性質(zhì)差異較大，旋流強(qiáng)度可以調(diào)節(jié)但難以掌控，過小不足以帶動(dòng)粒子做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，過大又會(huì)出現(xiàn)飛邊現(xiàn)象而損傷爐體；反應(yīng)氣體由內(nèi)向外擴(kuò)散，在到達(dá)料環(huán)外圈時(shí)，大部分氧已被消耗，造成料環(huán)外圈的精礦粒子無法被氧化。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明提供了一種新的反向旋浮熔煉方法，以解決上述工藝方案中出現(xiàn)的技術(shù)問題。
[0005]本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的反向旋浮熔煉噴嘴。
[0006]本發(fā)明提供了一種應(yīng)用上述反向旋浮熔煉噴嘴的冶金設(shè)備。
[0007]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案:
[0008]一種反向旋浮熔煉方法，將干燥的粉狀硫化精礦和對(duì)應(yīng)量的含氧氣體噴射到高溫的反應(yīng)塔的空間中，水平面上呈“風(fēng)?礦?風(fēng)”的布置特征；其中:
[0009]含氧氣體包括第一含氧氣體和第二含氧氣體:第二含氧氣體以環(huán)狀旋轉(zhuǎn)的方式噴入反應(yīng)塔中，并在反應(yīng)塔內(nèi)高溫和自身受旋轉(zhuǎn)擴(kuò)張的作用形成水平漸擴(kuò)、豎直延伸的鐘罩形旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕；第一含氧氣體轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)射流射入到旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕的中心，且旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕和旋轉(zhuǎn)射流的旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0010]經(jīng)過計(jì)量控制的干燥硫化精礦以偏向中心軸線的方向進(jìn)入旋轉(zhuǎn)射流和旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕兩股氣流之間的環(huán)狀空間內(nèi)；
[0011 ] 在風(fēng)幕的中心，高速旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)射流向四周的擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)同時(shí)卷入硫化精礦和來自反應(yīng)塔下部的高溫氣流，形成水平方向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)張、豎直向下的氣粒兩相旋轉(zhuǎn)射流；旋轉(zhuǎn)較強(qiáng)的兩相旋轉(zhuǎn)射流向外進(jìn)一步的擴(kuò)張被旋轉(zhuǎn)較弱的旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕限制，以阻止飛邊現(xiàn)象的發(fā)生，同時(shí)補(bǔ)償兩相旋轉(zhuǎn)射流外圈的氧勢(shì)；
[0012]在運(yùn)動(dòng)的過程中，硫化精礦被高溫?zé)煔夂头磻?yīng)塔內(nèi)輻射的高溫點(diǎn)燃，與氧氣發(fā)生劇烈的燃燒反應(yīng)并釋放出富含SO2的煙氣，同時(shí)反應(yīng)生成含锍(或金屬)和爐渣的混合熔融物，最終在反應(yīng)塔的底部，锍(或金屬)與爐渣分離，完成冶金過程。
[0013]優(yōu)選的，所述的第一含氧氣體和第二含氧氣體是同一種反應(yīng)氣體，具有相同的壓力、溫度和含氧量，其所含氧量為25%?95% (wt)。
[0014]優(yōu)選的，所述的第一含氧氣體和第二含氧氣體中所含氧的和是硫化精礦反應(yīng)所需總量，分配比例是20%?80% (體積比)。
[0015]優(yōu)選的，所述的旋轉(zhuǎn)射流的旋流強(qiáng)度多0.5 ;所述的旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕的旋流強(qiáng)度< 0.3。
[0016]優(yōu)選的，所述的干燥粉狀硫化精礦是指含有Cu、N1、Pb和/或Zn金屬硫化物的分選礦物。
[0017]從上述的技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明提供的反向旋浮熔煉方法，將硫化精礦設(shè)置在兩層反應(yīng)含氧氣體的中間，利用中間高速旋轉(zhuǎn)的含氧氣體向四周擴(kuò)展運(yùn)動(dòng)，同時(shí)卷入硫化精礦和來自反應(yīng)塔下部的高溫氣流，形成水平方向旋轉(zhuǎn)擴(kuò)張、垂直向下的氣粒兩相旋轉(zhuǎn)射流。當(dāng)氣粒兩相旋轉(zhuǎn)射流向外擴(kuò)張到達(dá)反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕的內(nèi)壁幕墻時(shí)，受到風(fēng)幕攏聚作用的控制，阻止其進(jìn)一步向外的無序擴(kuò)張，以消除飛邊現(xiàn)象；反向旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕在氣粒兩相旋轉(zhuǎn)射流的外圈不間斷向其補(bǔ)充外側(cè)所需的卷吸風(fēng)量，以補(bǔ)償氣粒兩相旋轉(zhuǎn)射流外圈的氧勢(shì)，同時(shí)，因旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕的旋轉(zhuǎn)強(qiáng)度較弱，其外圈的卷吸量較小，避免了反應(yīng)后的高溫?zé)煔獯罅炕亓鞯椒磻?yīng)塔頂，造成反應(yīng)塔頂損耗過快；更有利的是，旋轉(zhuǎn)風(fēng)幕的反向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)阻止了部分精礦粒子隨兩相旋轉(zhuǎn)射流12的旋轉(zhuǎn)方向運(yùn)動(dòng)，甚至帶動(dòng)部分精礦粒子逆向運(yùn)動(dòng)，兩股氣流的交匯形成劇烈的湍流，使精礦粒子在空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡變得雜亂無章，促進(jìn)了精礦粒子間的碰撞，為精礦粒子間的傳質(zhì)傳熱提供了動(dòng)力學(xué)條件。
[0018]為實(shí)現(xiàn)上述工藝目的，本發(fā)明還提供了一種反向旋浮熔煉噴嘴，所述的反向旋浮熔煉噴嘴是套裝在一起的圓筒形結(jié)構(gòu)，包括:位于中心軸線上的管狀輔助燒嘴；套裝在輔助燒嘴外部的筒狀旋流器；位于旋流器和燒嘴之間的導(dǎo)流葉片；套裝在旋流器外部的料管；套裝在料管外部的風(fēng)管；風(fēng)管上安裝有切向進(jìn)風(fēng)口，且切向進(jìn)風(fēng)口和導(dǎo)流葉片的導(dǎo)向旋轉(zhuǎn)方向相反；
[0019]其中:燒嘴的外管壁與旋流器的內(nèi)管壁之間形成旋流通道；旋流器的外管壁與料管的內(nèi)管壁之間形成底部漸縮且導(dǎo)向偏向中心軸線的料腔；料管的外管壁與風(fēng)管的內(nèi)壁之間形成旋流風(fēng)腔。
[0020]優(yōu)選的，所述的燒嘴的出口平面在旋流器的出口平面內(nèi)，所述的旋流器的出口平面超出料管出口平面，超出高度hi是30mm?10mm0
[0021 ] 優(yōu)選的，所述的料管的出口內(nèi)壁是向中心軸線方向漸縮的鈍體。
[0022]優(yōu)選的，還包括用于分配含氧氣體流量比例的調(diào)節(jié)閥；
[0023]旋流通道和旋流風(fēng)腔的進(jìn)口均通過管道連通于含氧氣體的氣源，調(diào)節(jié)閥安裝在管道上。
[0024]本發(fā)明還提供了一種冶金設(shè)備，包括反應(yīng)塔和旋浮熔煉噴嘴，所述旋浮熔煉噴嘴為上述的反向旋浮熔煉噴嘴。
[0025]本發(fā)明的有效益果:
[0026]—是氧利用率尚，物料與氧反應(yīng)完全；
[0027]二是精礦粒子間的碰撞機(jī)率高，利于反應(yīng)后的沉降，煙塵發(fā)生率低；
[0028]三是產(chǎn)能大，能適應(yīng)投料量大范圍波動(dòng)的需要，能耗低，投資少；
[0029]四是克服了旋流的飛邊現(xiàn)象和外圈大量高溫?zé)煔獾幕亓鳜F(xiàn)象，所需的反應(yīng)空間小，無反應(yīng)死區(qū)，對(duì)爐體耐火材料的沖刷??；
[0030]五是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制、操作、維護(hù)方便、可靠，充分利用流體的勢(shì)能，運(yùn)行成本低。
【附圖說明】
[0031]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0032]圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的工藝方案和冶金設(shè)備結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033]圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的冶金設(shè)備的俯視示意圖。
[0034]其中，I為燒嘴；2為旋流器，21為第一進(jìn)風(fēng)口 ；3為料管，31為第二進(jìn)料口，32為鈍體；4為風(fēng)管，41為切向進(jìn)風(fēng)口 ；5為導(dǎo)流葉片；6為調(diào)節(jié)閥；7為含氧氣體，71為第一含氧氣體，72為第二含氧氣體，73為旋轉(zhuǎn)射流，74為風(fēng)幕；8為旋流風(fēng)腔；9為料腔；10為旋流通道；11為精礦；12為兩相旋轉(zhuǎn)射流；13為反應(yīng)塔。
【具體實(shí)施方式】
[0035]本發(fā)明公開了一種新的反向旋浮熔煉方法，以提高氧利用率，使物料與氧反應(yīng)完全；克服了旋流的飛邊現(xiàn)象和外圈大量高溫?zé)煔獾幕亓鳜F(xiàn)象，所需的反應(yīng)空間小，無反應(yīng)死區(qū)，對(duì)爐體耐火材料的沖刷小。本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)上述方法的反向旋浮熔煉噴嘴，和一種應(yīng)用上述噴嘴的冶金設(shè)備。
[0036]下面將結(jié)合本發(fā)