CN110777265B - 一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，精矿从出料口出来后，先与工艺风室下来的工艺风接触部分混合，再被旋流风管出来的旋流风强力扰动，使得精矿的分散性更好，与工艺风、旋流风混合的更加均匀，而外层，在较高流速的工艺风笼罩下，使得精矿和工艺风形成的旋流混合物控制在炉体中心区域内，从而减少对反应塔炉壁的蚀损。整个精矿喷嘴结构简单，但强化了反应塔内的传质、传热速率，从而使得熔炼得到的冰铜产能提升，进而有效降低烟尘发生率以及烟气中的SO3生成率，为后序的烟气处理降低难度。
Description
技术领域
本发明涉及铜冶炼技术领域，特别地，涉及一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴。
背景技术
闪速炉是芬兰奥托昆普公司发明的处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备，一般由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池、上升烟道等4个主要部分组成。铜的闪速熔炼工艺中，精矿喷嘴是其核心部件，位于反应塔顶部，铜精矿和工艺风、分散风通过精矿喷嘴喷入反应塔内，精矿与反应气体混合后发生燃烧反应，氧化形成炉渣和冰铜，并放出大量的热。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，有可能出现着火延迟的现象，影响整个燃烧反应的传质、传热速率，甚至有局部未反应的物料直接落入沉淀池，形成“下生料”现象，造成反应塔炉况变差，炉渣中的四氧化三铁含量增加、排铜排渣困难，同时烟尘发生率增大、烟尘中SO3生成率上升，氧的利用效率明显下降等现象。
目前我国冶炼厂闪速熔炼所采用的精矿喷嘴多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，平稳无级调节工艺风出风速度，使反应塔内精矿与富氧空气进行混合。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、物料偏析、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。
专利CN200880105946.7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。
专利CN201410725685.6公开了一种旋风式精矿喷嘴，在现有精矿喷嘴基础上，其在空气室的下端上固定有一能够形成旋转风的旋风鸟巢水套，在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，旋风鸟巢水套和旋风管产生的旋转风风向相同。喷嘴制造工艺复杂，气体旋转进入炉内与精矿的混合效果未见明显增强，进入反应塔时旋转风流场强度达不到预期的要求，精矿喷嘴仍然存在物料混合不均、未见显著效果。
专利CN201020284998.X和CN201110208013.4公开了两种方法，这两种方法都是将精矿完全布置在反应空气旋流的外圈上，依靠旋流扩张带动精矿粒子运动形成高速旋转的混合旋流体并完成气粒间的传质、传热。但由于旋流体外卷吸量过大，造成大量反应后的高温烟气回流到反应塔顶，造成反应塔顶损耗过快；旋流强度可以调节但难以掌控；反应气体由内向外扩散，在到达料环外圈时，大部分氧已被消耗，造成料环外圈的精矿粒子无法被氧化。
专利CN201510078260.5公开了一种旋浮熔炼方法，将粉状硫化精矿和含氧气体通过设备喷射到高温的反应塔的空间中。含氧气体在进入设备前被分成两部分：第二含氧气体以环状直流的方式喷入反应塔中形成钟罩形的风幕；第一含氧气体经设备转化为旋转射流，在风幕的中心射入。在两股气流中间的环状空间内，精矿以偏向中心的方向进入，被旋转射流卷入并抽吸来自反应塔下部的高温烟气形成气粒混合的两相旋转射流。当硫化精矿被高温点燃，即与氧发生剧烈的燃烧反应并释放出富含SO2的烟气，同时形成含锍(或金属)和炉渣的混合熔融物，最终在反应塔的底部，锍(或金属)与炉渣分离完成冶金过程。然其对投料的适应性较差，在较大投料量时反应效果较好，而当改变投料量时，特别是投料量较小时，炉况变差，出现下生料的现象。
发明内容
本发明目的在于提供一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，以解决传质、传热速率低，烟尘污染严重等技术问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，由内及外包括竖直、套设布置的支撑柱、旋流风管和进料管，支撑柱与旋流风管之间形成旋流风通道，旋流风管与进料管之间形成精矿通道，精矿通道的底部设有出料口，旋流风通道的底部设有旋流叶片，旋流叶片的最低端低于出料口，在进料管的外部套设水套，进料管与水套之间形成工艺风腔室，工艺风腔室的底部设有工艺风出口，工艺风出口高于出料口。
优选的，所述精矿喷嘴设置于反应塔的上方。
优选的，支撑柱、旋流风管和进料管的中心线重合并竖直，直径或管径依次增大。
优选的，支撑柱的底部安装圆锥台，旋流风通道的底部设有旋流风出口，在旋流风出口的位置，旋流风管管壁与圆锥台侧面之间通过螺纹固定旋流叶片，旋流叶片可通过螺纹连接上下移动或改变倾斜角度。
进一步优选的，圆锥台与支撑柱通过螺纹连接。
进一步优选的，所述旋流叶片的外边缘形成的虚拟曲面与圆锥台的侧面具有重合的中心线。
优选的，进料管的外侧设有可上下移动的调节锥，调节锥中间区域为圆柱面，上下两端渐缩形成类似圆锥台状。当调节锥向下移动时，其表面和工艺风腔室内水套之间的距离减小，工艺风流速增大。反之，调节锥向上移动时，工艺风速度减小。
上述一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴的工作方法，具体步骤如下：
(1)精矿进入精矿通道并经出料口下行，同时，旋流风进入旋流风通道下行至旋流风出口，工艺风进入工艺风腔室下行至工艺风出口；
(2)一部分精矿被旋流叶片外侧打散并向外扩散，另一部分精矿先与工艺风出口出来的工艺风接触部分混合，再被旋流风出口出来的旋流风强力扰动，使得精矿充分分散，与工艺风、旋流风混合均匀，形成旋流混合物，控制在反应塔中心区域内，减少对反应塔炉壁的蚀损。
优选的，步骤(2)中，旋流叶片可向上移动，减小出料口面积，迫使精矿进一步受到旋流叶片外侧的分散作用，进入反应塔内，更好地与工艺风、旋流风接触进行反应。
进一步优选的，旋流叶片可改变与水平方向的夹角，以改变旋流风出口旋流风出射角度，使得旋流强度随投料量进行相应变化，可以有效提高精矿与工艺风的混合的均匀性，进而提高精矿燃烧效果；在不同投料量下，旋流风的流量适应性改变。
本发明具有以下有益效果：
利用本发明的精矿喷嘴，精矿从出料口出来后，先与工艺风室下来的工艺风接触部分混合，再被旋流风管出来的旋流风强力扰动，使得精矿的分散性更好，与工艺风、旋流风混合的更加均匀，而外层，在较高的工艺风笼罩下，使得精矿和风形成的旋流混合物控制在炉内空间内，从而减少对反应塔炉壁的蚀损。
通过现场工业试验，在140t/h的精矿投料量下，反应塔内精矿燃烧效果提升明显，塔内的传质、传热速率得到改善，渣中Fe3O4的含量减少2％，烟尘发生率降低至3％左右，氧利用率得到提升，烟尘中的SO3生成率降低约1％，为后序的烟尘处理降低了难度。
整个精矿喷嘴结构简单，但强化了反应塔内的传质、传热速率，熔炼得到的冰铜产能提升5％。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明的结构示意图；
图2是旋流叶片的局部放大图；
其中，1为旋流风通道，2为精矿通道，3为工艺风腔室，4为水套，5为旋流风管，6为调节锥，7为支撑柱，8为进料管，9为反应塔，10为工艺风出口，11为出料口，12为旋流叶片，13为旋流风出口，14为圆锥台。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
如图1～图2所示的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，由内及外包括竖直、套设布置的支撑柱7、旋流风管5和进料管8，支撑柱7与旋流风管5之间形成旋流风通道1，旋流风管5与进料管8之间形成精矿通道2，精矿通道2的底部设有出料口11，旋流风通道1的底部设有旋流叶片12，旋流叶片12的最低端低于出料口11，在进料管8的外部套设水套4，进料管8与水套4之间形成工艺风腔室3，工艺风腔室3的底部设有工艺风出口10，工艺风出口10高于出料口11。
精矿喷嘴设置于反应塔9的上方。
支撑柱7、旋流风管5和进料管8的中心线重合并竖直，直径或管径依次增大。
支撑柱7的底部安装圆锥台14，旋流风通道1的底部设有旋流风出口13，在旋流风出口13的位置，旋流风管管壁与圆锥台14侧面之间通过螺纹固定旋流叶片12，旋流叶片12可通过螺纹连接上下移动或改变倾斜角度。圆锥台14与支撑柱7通过螺纹连接。旋流叶片12的外边缘形成的虚拟曲面与圆锥台14的侧面具有重合的中心线。
进料管8的外侧设有可上下移动的调节锥6，调节锥中间区域为圆柱面，上下两端渐缩形成类似圆锥台状。当调节锥向下移动时，其表面和工艺风腔室内水套之间的距离减小，工艺风流速增大。反之，调节锥向上移动时，工艺风速度减小。
上述一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴的工作方法，具体步骤如下：
(1)精矿进入精矿通道2并经出料口11下行，同时，旋流风进入旋流风通道1下行至旋流风出口13，工艺风进入工艺风腔室3下行至工艺风出口10；
(2)一部分精矿被旋流叶片12外侧打散并向外扩散，另一部分精矿先与工艺风出口10出来的工艺风接触部分混合，再被旋流风出口13出来的旋流风强力扰动，使得精矿充分分散，与工艺风、旋流风混合均匀，形成旋流混合物，控制在反应塔9内，减少对反应塔9炉壁的蚀损。
优选的，步骤(2)中，旋流叶片12可向上移动，减小出料口面积，迫使精矿进一步受到旋流叶片12外侧的分散作用，进入反应塔9内，更好地与工艺风、旋流风接触进行反应。
旋流叶片可改变与水平方向的夹角，以改变旋流风出口旋流风出射角度，使得旋流强度随投料量进行相应变化，可以有效提高精矿与工艺风的混合的均匀性，进而提高精矿燃烧效果；在不同投料量下，旋流风的流量适应性改变。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (8)
1.一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，由内及外包括竖直、套设布置的支撑柱、旋流风管和进料管，支撑柱与旋流风管之间形成旋流风通道，旋流风管与进料管之间形成精矿通道，精矿通道的底部设有出料口，旋流风通道的底部设有旋流叶片，旋流叶片的最低端低于出料口，在进料管的外部套设水套，进料管与水套之间形成工艺风腔室，工艺风腔室的底部设有工艺风出口，工艺风出口高于出料口；
支撑柱的底部安装圆锥台，旋流风通道的底部设有旋流风出口，在旋流风出口的位置，旋流风管管壁与圆锥台侧面之间通过螺纹固定旋流叶片，旋流叶片可通过螺纹连接上下移动或改变倾斜角度。
2.根据权利要求1所述的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，所述精矿喷嘴设置于反应塔的上方。
3.根据权利要求1所述的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，支撑柱、旋流风管和进料管的中心线重合并竖直，直径或管径依次增大。
4.根据权利要求1所述的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，圆锥台与支撑柱通过螺纹连接。
5.根据权利要求1所述的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，所述旋流叶片的外边缘形成的虚拟曲面与圆锥台的侧面具有重合的中心线。
6.根据权利要求1所述的一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴，其特征在于，进料管的外侧设有可上下移动的调节锥，调节锥中间区域为圆柱面，上下两端渐缩形成类似圆锥台状。
7.权利要求1～6中任一项所述一种旋流扩散型闪速炉精矿喷嘴的工作方法，其特征在于，具体步骤如下：
(1)精矿进入精矿通道并经出料口下行，同时，旋流风进入旋流风通道下行至旋流风出口，工艺风进入工艺风腔室下行至工艺风出口；
(2)一部分精矿被旋流叶片外侧打散并向外扩散，另一部分精矿先与工艺风出口出来的工艺风接触部分混合，再被旋流风出口出来的旋流风强力扰动，使得精矿充分分散，与工艺风、旋流风混合均匀，形成旋流混合物，控制在反应塔内，减少对反应塔炉壁的蚀损。
8.根据权利要求7所述的工作方法，其特征在于，步骤(2)中，旋流叶片可向上移动，减小出料口面积，迫使精矿进一步受到旋流叶片外侧的分散作用，进入反应塔内，更好地与工艺风、旋流风接触进行反应。
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