CN104567431B - 旋风式精矿喷嘴 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种旋风式精矿喷嘴，包括输料管，所述输料管内同轴设置有中央油枪，所述输料管的外侧固设有气室，所述气室为倒圆台形，所述气室的下端上固定有一能够形成旋转风的旋风鸟巢水套，所述输料管的外侧设有用于提供冷却用气体的输料管外层，所述输料管和输料管外层的下端固设有一能够形成旋转风的旋风管，所述旋风鸟巢水套设置在所述输料管外层的外侧，两者之间的间隙形成出风口；所述旋风鸟巢水套和旋风管产生的旋转风风向相同，且在所述出料口处结合形成高速旋转流场。通过设置两种旋风机构，将两种旋转风结合，使精矿与反应气体充分混合，降低烟灰率；同时增加出料口处负压值，有效减少返风返料的问题，提高精矿投料生产能力。

Description

旋风式精矿喷嘴

技术领域

本发明涉及一种精矿喷嘴，尤其是一种适用于铜、铅、锌、镍等重有色金属采用粉状精矿进行空间熔炼反应的旋风式精矿喷嘴。

背景技术

精矿喷嘴主要用于金属铜（镍）的闪速熔炼工艺，其设置在反应塔顶部，干燥的精矿铜、溶剂和工艺风通过精矿喷嘴喷入反应塔内，精矿与反应气体充分混合，迅速燃烧，氧化形成炉渣和冰铜。故精矿与反应气体混合的均匀程度对精矿氧化反应起着决定作用，若混合不好，就会有局部未反应的物料落入沉淀池，形成“下生料”现象，造成反应塔炉况变差，铜渣分离不清，排铜排渣困难，同时烟尘发生率大。目前，闪速熔炼所采用的精矿喷嘴为中央喷射扩散型精矿喷嘴，该喷嘴带有调风锥、分料锥及分散风和中央油枪，通过移动调风锥的上下位置，平稳无级调节旋转风出风速度，将反应塔内精矿与富氧空气混合均匀，是目前我国冶炼厂使用最多的。但随着反应塔生产能力的不断增加和熔炼强度的不断增大，生产中下生料、炉体过热及烟尘率上升等非正常状况发生率明显增加，现有精矿喷嘴结构已不能很好地满足高投料量条件下炉内气料充分混合、迅速反应的需要。另外据检索发现，专利号为200880105946.7的中国专利公开了一种精矿喷嘴，在现有精矿喷嘴基础上，其在空气室内设置有导流叶片，用来提供相应的旋转风流场，这样设置的精矿喷嘴制造工艺复杂，且设置后反应气体在经过鸟巢水套到达闪速炉顶时其旋转风流场强度已经降低削弱，达不到预期的要求，精矿喷嘴仍然存在物料混合不均、气流向上返流、精矿下料不畅的现象，效果不佳。

发明内容

鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提出一种结构精简、控制简单、生产效率高的旋风式精矿喷嘴。

本发明的目的将通过以下技术方案得以实现：

一种旋风式精矿喷嘴，设置于反应塔的上方，其包括向所述反应塔提供精矿的进料出料机构，所述进料出料机构包括上下同轴固定连接的进料壳体和输料管，所述进料壳体上设有进料口，所述输料管下端设有出料口；所述输料管内同轴装配有将精矿均匀分散分布的分配器；所述分配器内部同轴连接有向所述反应塔提供重油和氧气的中央油枪，所述中央油枪的部分伸出于所述进料壳体的上方；所述输料管的外侧固设有用于提供反应气体的进出风机构，所述进出风机构包括进风口、气室和出风口，所述气室为倒圆台形，所述气室的下端上固定有一能够形成旋转风的旋风鸟巢水套，所述输料管的外侧设有用于提供冷却用气体的输料管外层，所述输料管和输料管外层的下端固设有一能够形成旋转风的旋风管，所述旋风鸟巢水套设置在所述输料管外层的外侧，两者之间的间隙形成所述出风口；所述旋风鸟巢水套和旋风管产生的旋转风风向相同，且在所述出料口处结合形成高速旋转流场。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述输料管和输料管外层伸出于所述旋风鸟巢水套，轴向方向上所述旋风管低于所述旋风鸟巢水套。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述输料管外层为与所述输料管同轴的空心管，所述输料管和输料管外层之间的夹层为冷却用气体的通道，所述旋风管的内、外径分别与所述输料管、输料管外层的外径相等。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述进风口包括至少一对设置于所述气室上表面且对称分布于所述输料管两侧的轴向通孔，进行轴向进风；所述气室与旋风鸟巢水套之间设有轴向旋风进风口。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述进出风机构内设置有调风机构，所述调风机构包括调节杆及由其驱动的可轴向移动地套接于所述输料管外层外壁上的梯形调风锥，所述梯形调风锥与所述旋风鸟巢水套之间构成一条风道，该风道的下端为出风口；所述调节杆能够带动所述梯形调风锥沿所述输料管外层的外壁轴向移动，改变所述旋风鸟巢水套与梯形调风锥之间的出风口的横截面积。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述旋风鸟巢水套与所述气室同心连接，且卡设于所述反应塔顶壁，所述旋风鸟巢水套内侧圆周上等距焊接有能够将反应气体转变成旋转风的导流叶片。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述导流叶片为母线沿着所述圆柱面上的内准线连续运动所形成的曲面，所述母线是一条与一半径为的圆柱面相交并且与所述圆柱面在交点处的法线保持固定交角的直线，所述内准线符合方程：

1）

2）

3）

其中：以半径为r的圆周长方向η为横坐标，z轴为纵坐标，沿着圆柱母线将圆柱面展开为平面直角坐标系ηoz，叶片的内准线是一段与Z轴切于原点o的半径为ρ的圆弧，β为叶片出口角，h为叶片高度，l为叶片包弧长。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述旋风管内焊接有导流叶片，所述导流叶片与所述旋风鸟巢水套内固设的导流叶片的形状、旋向一致。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述旋风管的导流叶片的母线长度为所述旋风管内外径的差值。

优选的，所述旋风式精矿喷嘴，其中：所述分配器的末端还固设有能够将精矿在所述出料口处扩散进入所述反应塔内的分料锥。

本发明的有益效果为：

通过将旋风鸟巢水套的位置下移至输料口附近，同时在旋风鸟巢水套内设置有经过科学设计的多个导流叶片，控制反应气体的旋转程度及旋转出口角度，减小径向的风量，增加旋转风的轴向速度，减小了旋转风行进过程中的损耗，保证了旋转风的强度,同时避免精矿物料因径向风而粘贴到反应塔炉壁上，导致炉壁温度升高及出现返生料问题。

通过设置输料管及输料管外层，并在所述输料管及输料管外层的夹层之间通冷却用气体，一方面实现对输料管的冷却，减少了水冷设计中需增加螺旋罩的设置；同时，通过在输料管下方设置旋风管，使冷却用气体转变为旋转风，并与旋风鸟巢水套产生的旋转风结合加强，进一步提高了旋转风的强度。

通过设置两种旋风机构，产生的轴向旋转风能够在精矿喷嘴出料口下部加成形成圆柱状旋转气流，将精矿与反应气体在反应塔炉内中心处充分混合，使精矿燃烧反应完全，降低烟灰率；同时，旋转气流能够增加精矿喷嘴出料口处负压值，使输料管内气流向下趋势强劲，有利于出料，有效减少返风返料的问题，提高精矿投料生产能力。

通过设置轴向进风口实现轴向进风，增加了反应气体垂直方向的流速，进一步保证了旋转风的强度。

通过设置调风机构，调节旋风鸟巢水套与调风锥之间的横截面积，实现旋风鸟巢水套风量的控制，以适应在不同工况下调节一定工艺风流量所要求的工艺风速。

以下便结合实施例附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详述，以使本发明技术方案更易于理解、掌握。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为本发明中旋风管示意图；

图3为本发明中旋风管导向叶片示意图；

图4为本发明中旋风鸟巢水套剖视图；

图5为本发明中旋风鸟巢水套中导向叶片设计图。

具体实施方式

本发明揭示了一种旋风式精矿喷嘴，如附图1所示，设置于反应塔12的上方，其包括向所述反应塔12提供精矿的进料出料机构，所述进料出料机构包括上下同轴固定连接的进料壳体3和输料管5，所述进料壳体3上设有进料口2，所述输料管5的外侧设有用于提供冷却用气体的输料管外层8，所述输料管外层8为与所述输料管5同轴的空心管，所述输料管5和输料管外层8之间的夹层形成冷却用气体的通道，所述冷却用气体是用于冷却所述输料管5和输料管外层8的空气；所述输料管5下端设有出料口10。

所述输料管5内同轴装配有将精矿均匀分散分布的分配器6，所述分配器6的末端固设有能够将精矿在所述出料口10处扩散进入所述反应塔12内的分料锥11，所述分料锥11下端圆周上开设有细密的小孔；所述分配器6内部同轴连接有向所述反应塔12提供重油和氧气的中央油枪1，所述中央油枪1的部分伸出于所述进料壳体3的上方，所述中央油枪1的下部分贯穿所述分配器6及分料锥11并延伸进所述反应塔12。和现有技术相同，所述重油和氧气通过所述分配器6的内部，所述氧气从所述分料锥11的小孔中排出，所述重油从延伸出所述分料锥11的小喷嘴喷出。

所述输料管5的外侧固设有用于提供反应气体的进出风机构，优选的，所述反应气体为空气和/或氧气和/或富氧空气所述进出风机构包括进风口4、气室14和出风口19，所述气室14为倒圆台形，所述气室14上表面上设置有至少一对轴向进风口4，切所述轴向进风口4对称分布于所述输料管5两侧，进行轴向进风。

所述气室14的下端同心固定有一能够形成旋转风的旋风鸟巢水套13，所述气室14与旋风鸟巢水套13之间设有轴向旋风进风口16；如图4所示，所述旋风鸟巢水套13卡设于所述反应塔12顶壁且其内侧圆周上等距焊接有能够将反应气体转变成旋转风的导流叶片18，所述导流叶片18的形状由内准线和母线长度共同确定；所述导流叶片18能够将轴向进入的反应气体转变为旋转风的功能主要由内准线决定，所述母线长度影响较小，因此母线长度可以根据实际需要设置。如附图5所示，所述导流叶片18为母线沿着所述圆柱面上的内准线连续运动所形成的曲面，所述母线是一条与一半径为的圆柱面相交并且与所述圆柱面在交点处的法线保持固定交角的直线，所述内准线符合方程：

1）

2）

3）

其中：以半径为r的圆周长方向η为横坐标，z轴为纵坐标，沿着圆柱母线将圆柱面展开为平面直角坐标系ηoz，叶片的内准线是一段与Z轴切于原点o的半径为ρ的圆弧，β为叶片出口角，h为叶片高度，l为叶片包弧长。

所述气室14内设置有调风机构，所述调风机构包括调节杆15及由其驱动的可轴向移动地套接于所述输料管外层8外壁上的梯形调风锥7，所述调节杆15与所述输料管5轴向平行且其上端连接于所述气室14上；所述梯形调风锥7与所述旋风鸟巢水套13之间构成一条风道，该风道的下端为出风口19；所述调节杆15能够带动所述梯形调风锥7沿所述输料管外层8的外壁轴向移动，改变所述旋风鸟巢水套13与梯形调风锥7之间的出风口19的横截面积。当该装置未设置所述梯形调风锥7时，所述旋风鸟巢水套13设置在所述输料管外层8的外侧，两者之间的间隙形成所述出风口19。

所述输料管5和输料管外层8的下端固设有一能够形成旋转风的旋风管9，如附图2-3所示，所述旋风管9的内、外径分别与所述输料管5、输料管外层8的外径相等；所述输料管5和输料管外层8伸出于所述旋风鸟巢水套13，轴向方向上所述旋风管9低于所述旋风鸟巢水套13；所述旋风管9内焊接有导流叶片17，所述导流叶片17与所述旋风鸟巢水套13内固设的导流叶片18的形状、旋向一致，为了使所述导流叶片17与所述旋风管9相匹配，所述导流叶片17的母线长度为所述旋风管9内外径的差值。

所述旋风鸟巢水套13和旋风管9产生的旋转风风向相同，且在所述出料口10处结合形成高速旋转流场，所述高速旋转流场将所述输料管5输出的精矿物料与所述中央油枪1提供的油气充分混合熔炼，并在所述出料口10下方产生负压。

本实施例中，本发明的工作过程如下：

根据上述结构将装置组装完毕后，启动装置，向所述进风口4输送反应气体，所述反应气体经气室14后由旋风鸟巢水套进风口16进入旋风鸟巢水套13，旋风鸟巢水套13内设置的导流叶片18将垂直进入的反应气体转变为旋转风，并从所述出风口19排出，所述旋转风朝向所述出料口10；同时外向输料管5和输料管外层8的夹层内输送冷却用气体，冷却用气体经所述夹层至设置于输料管5末端的旋风管9，旋风管9内的导流叶片17将所述冷却用气体由轴向转变成旋转风并从所述旋风管9排出，所述旋转风也朝向所述出料口10；所述旋风鸟巢水套13与旋风管9产生的旋转风在所述出料口10处汇集结合，形成高速旋转气流场，并增加所述出料口10 的下方的负压。

将精矿物料通过所述进料壳体3上设置的进料口2输入输料管5内部进行输送，所述输料管5内的分配器6将精矿物料进行均匀分散分布，所述分料锥11使精矿物料在所述分配器6的出口处扩散进入所述反应塔12中，由于所述出料口10下方的负压增强，精矿物料向下进入反应塔12中的速度加快；同时重油及氧气通过中央油枪1输送到反应塔12内。

所述反应塔12内的精矿物料与重油、反应气体在所述高速旋转气流场的作用下，在所述反应塔12炉中心位置充分混合，并进行一系列的熔炼反应。由于轴向进风口实现轴向进风，增加了反应气体垂直方向的流速，确保精矿物料均在反应塔12内完成混合，而不会像现有技术一样，由于混合后径向力比较大导致精矿物料会被贴到反应塔12的侧壁上，导致反应塔12的侧壁温度高。因此，本发明的反应均在反应塔12中部完成，其温度大概在1300°的高温，而反应塔12的侧壁则保持在450°，达到了节能的效果。

持续上述过程直到加工完毕，停止所有设备。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，本领域技术人员在本发明技术精髓的启示下，还可能做出其他变更，凡采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种旋风式精矿喷嘴，设置于反应塔(12)的上方，其包括向所述反应塔(12)提供精矿的进料出料机构，所述进料出料机构包括上下同轴固定连接的进料壳体(3)和输料管(5)，所述进料壳体(3)上设有进料口(2)，所述输料管(5)下端设有出料口(10)；所述输料管(5)内同轴装配有将精矿均匀分散分布的分配器(6)；所述分配器(6)内部同轴连接有向所述反应塔(12)提供重油和氧气的中央油枪(1)，所述中央油枪(1)的部分伸出于所述进料壳体(3)的上方；所述输料管(5)的外侧固设有用于提供反应气体的进出风机构，所述进出风机构包括进风口(4)、气室(14)和出风口(19)，其特征在于：所述气室(14)为倒圆台形，所述气室(14)的下端上固定有一能够形成旋转风的旋风鸟巢水套(13)，所述输料管(5)的外侧设有用于提供冷却用气体的输料管外层(8)，所述输料管(5)和输料管外层(8)的下端固设有一能够形成旋转风的旋风管(9)，所述旋风鸟巢水套(13)设置在所述输料管外层(8)的外侧，两者之间的间隙形成所述出风口(19)；所述旋风鸟巢水套(13)和旋风管(9)产生的旋转风风向相同，且在所述出料口(10)处结合形成高速旋转流场，所述进风口(4)包括至少一对设置于所述气室(14)上表面且对称分布于所述输料管(5)两侧的轴向通孔，进行轴向进风；所述气室(14)与旋风鸟巢水套(13)之间设有轴向旋风进风口(16)。

2.根据权利要求1所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述输料管(5)和输料管外层(8)伸出于所述旋风鸟巢水套(13)，轴向方向上所述旋风管(9)低于所述旋风鸟巢水套(13)。

3.根据权利要求1所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述输料管外层(8)为与所述输料管(5)同轴的空心管，所述输料管(5)和输料管外层(8)之间的夹层为冷却用气体的通道，所述旋风管(9)的内、外径分别与所述输料管(5)、输料管外层(8)的外径相等。

4.根据权利要求1所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述进出风机构内设置有调风机构，所述调风机构包括调节杆(15)及由其驱动的可轴向移动地套接于所述输料管外层(8)外壁上的梯形调风锥(7)，所述梯形调风锥(7)与所述旋风鸟巢水套(13)之间构成一条风道，该风道的下端为出风口(19)；所述调节杆(15)能够带动所述梯形调风锥(7)沿所述输料管外层(8)的外壁轴向移动，改变所述旋风鸟巢水套(13)与梯形调风锥(71)之间的出风口(19)的横截面积。

5.根据权利要求1所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述旋风鸟巢水套(13)与所述气室(14)同心连接，且卡设于所述反应塔(12)顶壁，所述旋风鸟巢水套(13)内侧圆周上等距焊接有能够将反应气体转变成旋转风的导流叶片(18)。

6.根据权利要求5所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述导流叶片(18)为母线沿着圆柱面上的内准线连续运动所形成的曲面，所述母线是一条与一半径为r的圆柱面相交并且与所述圆柱面在交点处的法线保持固定交角的直线，所述内准线符合方程：

$\mathrm{\η}=\mathrm{\ρ}-\sqrt{{\mathrm{\ρ}}^2-z^2}---1)$

ρ＝l/(1-sinβ) 2)

h＝ρcosβ＝lcosβ/(1-sinβ) 3)

其中：以半径为r的圆周长方向η为横坐标，z轴为纵坐标，沿着圆柱母线将圆柱面展开为平面直角坐标系ηoz，叶片的内准线是一段与Z轴切于原点o的半径为ρ的圆弧，β为叶片出口角，h为叶片高度，l为叶片包弧长。

7.根据权利要求6所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述旋风管(9)内焊接有导流叶片(17)，所述导流叶片(17)与所述旋风鸟巢水套(13)内固设的导流叶片(18)的形状、旋向一致。

8.根据权利要求7所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述旋风管(9)的导流叶片(17)的母线长度为所述旋风管(9)内外径的差值。

9.根据权利要求1所述的旋风式精矿喷嘴，其特征在于：所述分配器(6)的末端还固设有能够将精矿在所述出料口(10)处扩散进入所述反应塔(12)内的分料锥(11)。