CN108267007B - 一种喷吹物料的配料方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种喷吹物料的配料方法，向固态原料中混入含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料，得到固态混合料，将固态混合料通过喷枪高速送入高温熔池中。本发明所述的喷吹物料的配料方法，能够使喷枪枪口附近由于冷料进入而形成的壳受到冲击而爆裂，进而使向熔池加料的浸入式喷枪枪口不会被堵塞，从而保证在熔池熔炼中，向熔池内部喷入固态物料的浸入式喷枪能够长期稳定运行。

Description

一种喷吹物料的配料方法
技术领域
本发明属于冶金领域，尤其是涉及一种喷吹物料的配料方法。
背景技术
自然界中，金属矿多是以硫化物和氧化物的形式存在，熔池熔炼是一种重要的火法冶金工艺，在熔池熔炼中，不同的炉型采用不同的物料的加料方式，例如通过顶吹、底吹、侧吹等浸没式喷枪向熔池加入含氧气体或物料。
对于金属硫化矿的熔池冶炼，目前已大规模使用的有顶吹、底吹、侧吹等加料方式，由于枪口附近形成硫化物比较疏松，使得喷枪喷出的高速物料可以冲破其阻碍进入熔池熔体内。而金属氧化矿冶炼时若采用浸入式喷枪向熔池熔体内加料，特别是加入固态的物料，一段时间后，大量冷料会在熔池内的枪口附近区域形成一层坚固的壳，造成喷枪枪口的堵塞，进行影响喷枪的使用寿命。在目前金属氧化矿冶炼的产业化应用中，还未有浸没式喷枪向熔池内部喷入固态物料能长期稳定运行的先例。
发明内容
有鉴于此，本发明旨在提出一种喷吹物料的配料方法，以解决目前金属氧化矿的熔池熔炼中，向熔池内部喷入固态物料的浸入式喷枪无法长期稳定运行的难题。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种喷吹物料的配料方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：向固态原料中混入含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料，得到固态混合料；多数应用中，常规的方式是长期按固定比例在固态原料中均匀混入含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料；但在一些应用中，只需要在喷枪枪口被堵住的初期或在被堵塞的临界点之前，在喷吹的固态原料中混入一定比例的含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料即可，不必长期按固定比例配料，将含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料混入固态原料的方式可以是断续式的，也可以是渐进式的，另外也不必均匀混入，根据实际需要和生产成本综合来考量。
S2：将固态混合料通过枪口深入熔池熔体内的浸没式喷枪高速送入高温熔池中；当配入含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料的固态混合料从喷枪枪口喷出，进入高温熔池瞬间，其中的含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料迅速升温并发生分解反应，由于分解出的水分子位于物料原大分子的内部，水在高温下迅速气化膨胀造成固态原料爆裂，形成微爆的效果，使喷枪枪口附近区域无法形成壳或使已形成的壳受到冲击而爆裂，从而使喷枪不会被堵塞。
优选的，按质量分数计，固态混合料中含结晶水的物料占0.5％-20％，或在高温下可分解出水分子的物料占0.5％-20％，或固态混合料中含结晶水的物料及在高温下可分解出水分子总量占0.5％-20％。
优选的，含结晶水的物料结晶水分解温度在200℃-1000℃之间，高温下可分解出水分子的物料分解温度在200℃-1000℃之间；
优选的，含结晶水的物料结晶水分解温度在300℃-600℃之间，高温下可分解出水分子的物料分解温度在300℃-600℃之间。
优选的，含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料的平均粒径大于10um。若含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料平均粒径过小，大量的物料在进入熔池后离开喷枪枪头不远的位置，即发生爆裂，可能会造成喷枪枪头的损伤；但物料的平均粒径过大，也会存在喷吹能耗大及喷入熔池的深度有限等问题，因而含结晶水的物料或在高温下可分解出水分子的物料平均粒径原则上不宜超过1mm，而与其混合的固态原料的平均粒径不宜超过2mm。
优选的，含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料的粒度分布如下：粒度为10～20目的物料比例为10％；粒度为20～100目的物料比例为15％；粒度为100～200目的物料比例为25％；粒度为200～300目的物料比例为40％；粒度小于300目的物料比例为10％。不同粒径的含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料，传热和分解反应速度不同，因而爆裂发生的位置(与喷枪枪口的距离)和爆裂的强度也不同，一定的粒径分布，有助于形成从近到远的爆破梯度，从而更有效的防止枪口附近结壳现象的产生。
优选的，将步骤S1中固态混合料干燥至含外水质量比例小于5％。若固态混合料本身含水较低，则不用进行干燥；若固态原料及含结晶水和/或在高温下可分解出水分子的物料含外水量较高，可以分别先干燥再混合，也可以混合后再干燥，总之，固态混合料的含外水量需要控制在一定范围内，以能安全输运及不影响熔池冶炼过程为原则。
优选的，固态混合料干燥温度低于200℃。若温度过高，则可能使含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料中的水分子提前分解，影响其喷入熔池后的“爆破”效果。
优选的，所述浸没式喷枪枪身设有水冷却装置，步骤S2中用压缩空气将干燥的固态混合料通过喷枪高速送入高温熔池中。水冷装置可以保证固态混合料在喷枪内输送过程中温度不高于200℃。
优选的，所述含结晶水的物料或在高温下可分解出水分子的物料含有待冶炼金属的有效成分，可以充当冶炼原料；优选的，所述含结晶水的物料为红土镍矿，也可是珍珠岩矿粉(包括珍珠岩、黑曜岩和松脂岩)。
优选的，所述含结晶水的物料或在高温下可分解出水分子的物料的有效成分，在熔池高温分解后可以充当熔池冶炼的熔剂；优选的，所述高温下可分解出水分子的物料为Ca(OH)2。
相对于现有技术，本发明所述的喷吹物料的配料方法具有以下优势：
当配入含结晶水的物料和/或在高温下可分解水分子的物料的固态混合料通过浸入式喷枪向熔池内部加料时，喷枪内部的温度低于结晶水或高温下可分解水分子的物料的分解温度，含结晶水的物料或在高温下可分解水分子的物料不会分解，当固态混合料从喷枪枪口喷出，进入高温熔池的一瞬间，其含结晶水的物料或在高温下可分解水分子的物料迅速受热分解出水分子，由于分解出的水分子位于固态物料分子的内部，水在高温下迅速气化造成固态原料分子膨胀爆裂，形成微爆的效果，使喷枪枪口附近由于固态冷料进入而形成的壳受到冲击而爆裂，进而使向熔池内加料的浸入式喷枪不会被堵塞，从而保证在熔池熔炼中，向熔池内部喷入固态物料的浸入式喷枪能够长期稳定运行。
具体实施方式
除非另外说明，本文中所用的术语均具有本领域技术人员常规理解的含义，为了便于理解本发明，将本文中使用的一些术语进行了下述定义。
在说明书和权利要求书中使用的，单数型“一个”和“这个”包括复数参考，除非上下文另有清楚的表述。例如，术语“(一个)细胞”包括复数的细胞，包括其混合物。
所有的数字标识，例如pH、温度、时间、浓度，包括范围，都是近似值。要了解，虽然不总是明确的叙述所有的数字标识之前都加上术语“约”。同时也要了解，虽然不总是明确的叙述，本文中描述的试剂仅仅是示例，其等价物是本领域已知的。
下面结合实施例来详细说明本发明。
本发明实施例1-2中及对比例1-2中：红土镍矿原料均来自印尼，含镍质量比例为1.9％。
实施例1
红土镍矿闪速熔炼：
通过闪速炉反应塔顶部的喷嘴向闪速炉内加入待冶炼的干燥的红土镍矿矿粉，原料在反应塔空间进行空间还原冶炼，在空间反应完成后，物料落入熔池中，通过浸没式的侧吹喷枪向熔体内喷入煤粉和氧气，为熔池提供还原剂并补充热量，使熔池维持高温还原环境。
为保证侧吹喷枪的使用寿命，向煤粉中混入含结晶水的红土镍矿矿粉组成固态混合料。将煤粉研磨至平均粒径小于2mm，将红土镍矿研磨至平均粒径大于10um且小于1mm；按比例，向平均粒径小于2mm的煤粉中均匀混入磨碎后的红土镍矿，得到固态混合料，固态混合料中红土镍矿占5％；在120℃下进行干燥，至固态混合料的含外水质量比例小于5％。
用压缩空气将干燥的固态混合料通过浸没式喷枪高速以0.5t/h侧吹喷入高温熔池中，本实例中浸没式喷枪枪身设有水冷却装置。在喷枪内，由于冷却装置的作用，含结晶水的红土镍矿不会发生分解。红土镍矿中结晶水分解温度区间为250-864℃，当喷枪高速把固态混合料喷入1300-1650℃的高温熔池中，在进入熔池的瞬间，固态物料中结晶水迅速分解气化，形成微爆现象，使枪口附近的区域不会由于冷料的进入形成一层坚固的壳，从而避免了向熔池内加料的侧吹喷枪被堵塞。
同时，通过浸没式喷枪向熔池加入的红土镍矿既可以防止喷枪堵塞，其本身也是冶炼原料，也增加了冶炼后镍铁合金产品的产量，一举两得。
喷枪已使用时间为：14个月
喷枪目前还在正常使用。
实施例2
红土镍矿闪速熔炼：
按比例，向平均粒径小于2mm的煤粉中均匀混入平均粒径大于10um且小于0.8mm的红土镍矿，得到固态混合料，固态混合料中红土镍矿占15％；
在150℃下干燥，至固态混合料的含外水质量比例小于3％；
用气压为0.6Mpa的压缩空气将干燥的固态混合料通过浸没式喷枪高速以0.8t/h的速度侧吹喷入高温熔池中。在喷枪内，由于冷却装置的作用，含结晶水的红土镍矿不会发生分解。红土镍矿中结晶水分解温度区间为250-864℃，当喷枪高速把固态混合料喷入1300-1650℃的高温熔池中，在进入熔池的瞬间，固态物料中结晶水迅速分解气化，形成微爆现象，使枪口附近不会由于冷料的进入形成一层坚固的壳，从而避免了向熔池内加料的侧吹喷枪被堵塞。
喷枪已使用时间为：12个月。
喷枪目前还在正常使用。
对比例1
红土镍矿闪速熔炼：
将平均粒径小于2mm的煤粉干燥至含外水质量比例小于1％，用压缩空气将干燥的煤粉通过浸没式喷枪以0.5t/h侧吹喷入1300-1650℃的熔池中。
喷枪仅能够使用不到1个月，就必须更换。
对比例2
红土镍矿闪速熔炼：
将平均粒径小于2mm的煤粉干燥至含外水质量比例小于1％，用压缩空气将干燥的煤粉通过浸没式喷枪以0.8t/h侧吹喷入1300-1650℃的熔池中。
喷枪仅能够使用不到20天，就必须更换。
本发明实施例3-4中及对比例3-4中：废旧金属原料均来自报废电视机和电脑的电路板的粉料，电路板粉料含铜质量比例为16％。
实施例3
废旧金属的闪速熔炼：
通过闪速炉反应塔顶部的喷嘴向闪速炉内加入待冶炼的干燥的废旧金属的粉料，同时喷入少量燃料，原料在反应塔空间进行空间氧化熔炼，废旧金属中的有机物在空间彻底燃烧进入炉气，其余的反应产物落入熔池中，通过浸没式的侧吹喷枪向熔体内喷入煤粉和氧气，为熔池提供还原剂并补充热量，使熔池维持高温还原环境，使在空间中部分被氧化的铜在熔池中完成还原。
本实施例中：固态原料为煤粉，高温下可分解出水分子的物料为熟石灰(主要成分为Ca(OH)2)，Ca(OH)2的加入既可以防止喷枪堵塞，其分解后生成的CaO又可以作为造渣过程中的熔剂，一举两得。
按比例，向平均粒径小于2mm的煤粉中均匀混入平均粒径大于50um且小于1mm的熟石灰，得到固态混合料，固态混合料中Ca(OH)2占5％；
在120℃下干燥，至固态混合料的含外水质量比例小于3％；
用压缩空气将干燥的固态混合料通过浸没式喷枪以0.5t/h侧吹喷入1300-1650℃的高温熔池中。本实例中Ca(OH)2在500-600℃发生分解反应，固态混合料在离开喷枪枪口进入高温熔池瞬间剧烈受热分解出水分子，水气化后产生微爆效应，避免了固体冷料进入炉内可能造成的喷枪枪口的堵塞。
喷枪已使用时间为：15个月。
喷枪目前还在正常使用。
实施例4
废旧金属的闪速熔炼：
本实施例中：固态原料为煤粉，高温下可分解出水分子的物料为熟石灰(主要成分为Ca(OH)2)。
按比例，向平均粒径小于2mm的煤粉中均匀混入平均粒径小于1mm的熟石灰，得到固态混合料，固态混合料中Ca(OH)2占10.5％；
在130℃下干燥，至固态混合料的含外水质量比例小于2.5％；
用气压为0.65Mpa的压缩空气将干燥的固态混合料通过喷枪以0.8t/h的速度侧吹喷入1300-1650℃的熔池中。本实例中Ca(OH)2在500-600℃在发生分解反应，固态混合料在离开喷枪枪口进入高温熔池瞬间剧烈受热分解出水分子，水气化后产生微爆效应，避免了固体冷料进入炉内可能造成的喷枪枪口的堵塞。
喷枪已使用时间为：15个月。
喷枪目前还在正常使用。
对比例3
废旧金属的闪速熔炼：
用压缩空气将干燥的平均粒径小于2mm的煤粉，通过浸没式喷枪以0.5t/h侧吹喷入1300-1650℃的高温熔池中。
喷枪能够使用时间为：1个月。
对比例4
废旧金属的闪速熔炼：
用压缩空气将干燥的平均粒径小于2mm的煤粉，通过浸没式喷枪以0.8t/h侧吹喷入1300-1650℃的高温熔池中。
喷枪能够使用时间为：20天。
实施例1-4及对比例1-4中的喷吹速度及喷枪的使用寿命，如表1所示。
表1：
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (11)

1.一种喷吹物料的配料方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：向固态原料中混入含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料，得到固态混合料；
S2：将固态混合料通过枪口深入熔池熔体内的浸没式喷枪高速送入高温熔池中。
2.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：按质量分数计，固态混合料中含结晶水的物料占0.5％-20％，或在高温下可分解出水分子的物料占0.5％-20％，或固态混合料中含结晶水的物料及在高温下可分解出水分子总量占0.5％-20％。
3.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：含结晶水的物料结晶水分解温度在200℃-1000℃之间，高温下可分解出水分子的物料分解温度在200℃-1000℃之间；
4.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：含结晶水的物料结晶水分解温度在300℃-600℃之间，高温下可分解出水分子的物料分解温度在300℃-600℃之间。
5.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料的平均粒径大于10um。
6.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：所述含结晶水的物料和/或在高温下可分解出水分子的物料的粒度分布如下：
粒度为10～20目的物料比例为10％；粒度为20～100目的物料比例为15％；粒度为100～200目的物料比例为25％；粒度为200～300目的物料比例为40％；粒度小于300目的物料比例为10％。
7.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：将步骤S1中固态混合料干燥至含外水质量比例小于5％。
8.根据权利要求7所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：所述固态混合料干燥温度低于200℃。
9.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：步骤S2中所述浸没式喷枪枪身设有水冷却装置，步骤S2中用压缩空气将干燥的固态混合料通过喷枪高速送入高温熔池中。
10.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：所述含结晶水的物料或在高温下可分解出水分子的物料含有待冶炼金属的有效成分。
11.根据权利要求1所述的喷吹物料的配料方法，其特征在于：所述含结晶水的物料或在高温下可分解出水分子的物料含有能够充当熔池冶炼的熔剂的有效成分。
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