CN114001552B - 一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构和方法。插钎机构包含机构底座(6)，机构底座(6)上方固定着动力缸(1)、下方固定在炉盖(9)上；动力缸(1)伸出有活塞杆(2)，活塞杆(2)下方通过连接法兰或螺丝(3)连接着插钎管(7)，插钎管(7)上包含喷吹口(4)、中空防堵结构(5)和挂件(8)；喷吹口(4)可以通过中空的插钎管(7)向炉内添加多种原料，插钎管(7)端部和挂件(8)能够上下运动插入料层中。此发明结构简单、安全可靠、自动化程度高，可进一步调整和控制炉内冶炼气氛，增加了矿热炉冶炼镍铁的安全性，是镍铁矿热炉冶炼领域有益、实用、可行的发明，可进一步推广实施。
Description
技术领域
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构和方法。
背景技术
目前镍铁火法冶炼行业使用的冶金炉主要是矿热炉(电弧炉)。其冶炼工艺是将含水25～40％的红土镍矿经烧结机或回转窑干燥脱水和预还原处理后，再送入电炉进一步还原熔融，在电炉内加热到1450℃～1600℃的高温下还原熔炼产出镍生铁。
在电炉冶炼过程中，往往会有电炉炉内料层塌陷、翻渣等事故出现，分析其原因是由于炉内料层透气性差、炉料烧结成大块粘性炉料，导致搭桥、中空，炉料熔融到一定程度就会导致料层塌陷和翻渣，造成炉顶喷火、甚至炉体喷爆事故，是非常危险的。在行业内，减少这种事故的措施一般是控制料层厚度、控制电极功率和电极压放速度等手段，但是往往效果不佳。
同时在镍铁冶炼时，按照工艺要求不同，要求炉顶压力不同，炉内气体含量也要求不同，单靠配矿及控制操作不容易达到控制炉内气氛的目的。所以为了解决料层的透气性和炉内气氛的调节，迫切需要一种新的技术方案来解决镍铁冶炼矿热炉领域以上两个大问题。
发明内容
发明的目的：为了提供效果更好的一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构和方法，具体目的见具体实施部分的多个实质技术效果。
为了达到如上目的，本发明采取如下技术方案：
方案一：
一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，插钎机构包含机构底座6，机构底座6上方固定着动力缸1、下方固定在炉盖9上；动力缸1伸出有活塞杆2，活塞杆2下方通过连接法兰或螺丝3连接着插钎管7，插钎管7端部布置有挂件8；挂件8插入和拔出料层中能够增加增加镍铁冶炼矿热炉透气性。
本发明进一步技术方案在于，插钎管7上包含喷吹口4、中空防堵结构5和挂件8，喷吹口4可以通过中空的插钎管7向炉内添加多种原料，中空防堵结构5的管壁13能够被螺丝12堵住；插钎管7端部和挂件8能够上下运动插入料层中。
本发明进一步技术方案在于，挂件8为固定式挂件，该固定式挂件包含中部的轴一个以上的钢板叶片，钢板叶片围绕中部的轴圆周分布。
本发明进一步技术方案在于，挂件8为伸缩式挂件，伸缩式挂件上包含一个以上的翼板81，翼板81一体化制作于或者固定于插钎管7上，在翼板81上布置有滑孔84，滑孔84为竖直的滑孔，翼板81上通过铰接轴三87铰接着连杆一82，连杆一82中部通过铰接轴一85铰接着连杆二83，连杆二83的端部包含铰接轴二86，铰接轴二86位于滑孔84中能够相对滑动。
本发明进一步技术方案在于，所述的翼板81包含两个。
本发明进一步技术方案在于，还包含来料管14，来料管14对接着喷吹口4。
本发明进一步技术方案在于，来料管14连接着还原剂、不可燃气体、碱度调整物质中的任意一种。
一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎方法，其特征在于，利用如上任意一项所述的插钎机构，包含如下步骤，
插钎管采用中空防堵结构清理口，在插钎的过程，通过喷吹口4向炉内吹入气体、粉体或液体，来达到松散料层或调节炉内气氛的目的；插钎管采用钢管或高强度耐火材料制成，在插钎管上设置一处或多处清理口，堵管清理口与管壁斜交，且在管壁上加工沉孔和攻丝，不清理时使用丝堵将清理口堵住而不影响正常的插钎作业；需要清理时可以在不同方位的堵管清理口使用铁丝或钢筋向下捅，达到清理目的，插钎动作的动力源是气缸或液压缸。
本发明进一步技术方案在于，插钎管下部焊接或螺栓连接挂件，使得挂件插入料层以下，达到稳定作业动作和增加通气面积作用；
挂件包含两种主要形式：
固定式挂件：在钎插管下部焊接片以上的钢板叶片，主要作用是稳定钎插管作用，使得钎插管不折弯或晃动，同时起到增加料层透气性作用；
伸缩式挂件：在钎插时受到料层阻力挂连杆收紧缩小，利于插入料层；在上拔时受重力和机构上部物料压力影响挂件连杆张开扩大；主要作用是在钎插管拔出后，料层的透气性明显增加，同时起到作用使得钎插管不折弯或晃动；
本发明进一步技术方案在于，当矿热炉内需要补充还原剂时，可以通过钎插机构插入料层以下，从喷吹口吹入需要的还原剂，使得还原剂用量满足冶炼要求；
当矿热炉内氧气量过多，需要增加不可燃气体来稀释氧气浓度，确保炉内氧气含量降低到爆炸极限下限以下，确保设备安全；此时可以将此发明的钎插机构插入炉盖下方，通过喷吹口吹入二氧化碳、氮气、惰性气体；
当矿热炉内负压较低，炉顶倒灌空气，可能会引起爆炸危险，此时需要增加负压冲入不可燃气体来增加炉内气体压力，确保炉内氧气含量降低到爆炸极限下限以下，确保设备安全；此时可以将此发明的钎插机构插入炉盖下方，通过喷吹口吹入二氧化碳、氮气、惰性气体；
当矿热炉内渣液碱度过高，需要降低渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入硅铁或低碱度的物料；当矿热炉内渣液碱度过低，需要增加渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入氧化钙或氧化镁粉等碱性物料；从而可以调节炉内冶炼渣相。
采用如上技术方案的本发明，相对于现有技术有如下有益效果：此发明结构简单精巧、可靠耐用、提高了电炉料层的透气性、减少了炉内料层塌陷风险，进一步控制炉内冶炼气氛，是镍铁矿热炉冶炼领域有益、实用、可行的发明，可进一步推广实施。
附图说明
为了进一步说明本发明，下面结合附图进一步进行说明：
图1为钎插机构的结构形式；
图2为钎插管防堵结构示意图；
图3为星型钎插挂件的结构断面图；
图4为发明缩小到张开的位态图；
图5为连杆式钎插挂件的结构形式细节图；
图6为图4的局部放大图；
图7为镍铁冶炼矿热炉结构及钎插机构的安装示意图；
其中：1动力缸；2活塞杆；3连接法兰或螺丝；4喷吹口；5中空防堵结构；6机构底座；7插钎管；8挂件；9.炉盖；10.炉料线一；11.炉料线二；12.螺丝；13.管壁；14.来料管；81.翼板；82.连杆一；83.连杆二；84.滑孔；85.铰接轴一；86.铰接轴二；87.铰接轴三。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
本专利提供多种并列方案，不同表述之处，属于基于基本方案的改进型方案或者是并列型方案。每种方案都有自己的独特特点。此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。文中未表述的固定方式，可以是螺纹固定，螺栓固定或者是胶水粘结等任意一种固定方式。
实施例一：结合全部附图；一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，插钎机构包含机构底座6，机构底座6上方固定着动力缸1，机构底座6下方固定在炉盖9上，动力缸1伸出有活塞杆2，活塞杆2下方通过连接法兰或螺丝3连接着插钎管7，插钎管7端部布置有挂件8。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下任意之一：挂件8为固定式挂件，该固定式挂件包含中部的轴一个以上的钢板叶片，钢板叶片围绕中部的轴圆周分布。另外一种：挂件8为伸缩式挂件，伸缩式挂件上包含一个以上的翼板81，翼板81一体化制作于或者固定于插钎管7上，在翼板81上布置有滑孔84，滑孔84为竖直的滑孔，翼板81上通过铰接轴三87铰接着连杆一82，连杆一82中部通过铰接轴一85铰接着连杆二83，连杆二83的端部包含铰接轴二86，铰接轴二86位于滑孔84中能够相对滑动。
整个系统可能有多种挂件形式，甚至有螺杆式、叶桨式的第三种、第四种、N种形式，类似的实现结构均在本专利的保护范围内，用自动化机械方式增加镍铁冶炼矿热炉透气性这个思路是关键的，至于挂件的形式，可以多样化。
开创性地，以上各个效果独立存在，还能用一套结构完成上述结果的结合。
实施例二：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，插钎管7上包含喷吹口4，在插钎管7上也包含中空防堵结构5，中空防堵结构5的管壁13能够被螺丝12堵住；插钎管7端部能够插入料层中。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程即基本功能为如下：一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎方法，其特征在于，利用如上任意一项所述的插钎机构，包含如下步骤，插钎管采用中空防堵结构清理口，在插钎的过程，通过喷吹口4向炉内吹入气体、粉体或液体，来达到松散料层或调节炉内气氛的目的；插钎管采用钢管或高强度耐火材料制成，在插钎管上设置一处或多处清理口，堵管清理口与管壁斜交，且在管壁上加工沉孔和攻丝，不清理时使用丝堵将清理口堵住而不影响正常的插钎作业；需要清理时可以在不同方位的堵管清理口使用铁丝或钢筋向下捅，达到清理目的，插钎动作的动力源是气缸或液压缸。
实施例三：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，所述的翼板81包含两个。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：翼板81也可以是一个，也可以是两个，也可以是多个。
实施例四：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，还包含来料管14，来料管14对接着喷吹口4。本处的技术方案所起到的实质的技术效果及其实现过程为如下：喷吹口4用于吹气体或者物质；喷吹口4连通着插钎管的内部，物质和气体通过插钎管进入炉体内部。
实施例五：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，来料管14连接着还原剂、不可燃气体、碱度调整物质中的任意一种。
实施例六：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，插钎管下部焊接或螺栓连接挂件，使得挂件插入料层以下，达到稳定作业动作和增加通气面积作用；
挂件包含两种主要形式：
固定式挂件：在钎插管下部焊接片以上的钢板叶片，主要作用是稳定钎插管作用，使得钎插管不折弯或晃动，同时起到增加料层透气性作用；
伸缩式挂件：在钎插时受到料层阻力挂连杆收紧缩小，利于插入料层；在上拔时受重力和机构上部物料压力影响挂件连杆张开扩大；主要作用是在钎插管拔出后，料层的透气性明显增加，同时起到作用使得钎插管不折弯或晃动；
实施例七：作为进一步的可改进方案或者并列方案或可选择的独立方案，当矿热炉内需要补充还原剂时，可以通过钎插机构插入料层以下，从喷吹口吹入需要的还原剂，使得还原剂用量满足冶炼要求；
当矿热炉内氧气量过多，需要增加不可燃气体来稀释氧气浓度，确保炉内氧气含量降低到爆炸极限下限以下，确保设备安全；此时可以将此发明的钎插机构插入炉盖下方，通过喷吹口吹入二氧化碳、氮气、惰性气体；
当矿热炉内负压较低，炉顶倒灌空气，可能会引起爆炸危险，此时需要增加负压冲入不可燃气体来增加炉内气体压力，确保炉内氧气含量降低到爆炸极限下限以下，确保设备安全；此时可以将此发明的钎插机构插入炉盖下方，通过喷吹口吹入二氧化碳、氮气、惰性气体；
当矿热炉内渣液碱度过高，需要降低渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入硅铁或低碱度的物料；当矿热炉内渣液碱度过低，需要增加渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入氧化钙或氧化镁粉等碱性物料；从而可以调节炉内冶炼渣相。
当矿热炉内需要补充还原剂比如焦炭、兰炭、硫磺时，可以通过钎插机构插入料层以下，从喷吹口吹入需要的还原剂，使得还原剂用量满足冶炼要求；
当矿热炉内氧气量过多，需要增加不可燃气体比如二氧化碳、氮气、惰性气体来稀释氧气浓度，确保炉内氧气含量降低到爆炸极限下限以下，确保设备安全。此时可以将此发明的钎插机构插入炉盖下方，通过喷吹口吹入二氧化碳、氮气、惰性气体。
可以实现远程或全自动化作业。
当矿热炉内渣液碱度过高，需要降低渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入硅铁或低碱度的物料；当矿热炉内渣液碱度过低，需要增加渣的碱度，此时可以通过喷吹口吹入氧化钙或氧化镁粉等碱性物料；从而可以调节炉内冶炼渣相，保障了炉体寿命，也更加有利于镍铁冶炼的顺利进行。
总的来说：
本发明涉及机械领域，尤其涉及一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构。此机构插钎管采用中空防堵结构，机构底座固定在矿热炉炉顶上，插钎管与动力缸的活塞杆通过连接法兰或螺丝连接在一起。在插钎的过程，通过不同的喷吹口向炉内吹入一种或多种气体、粉体或液体，来达到松散料层或调节炉内气氛的目的。此发明结构简单精巧、可靠耐用、提高了电炉料层的透气性、减少了炉内料层塌陷风险，进一步控制炉内冶炼气氛，是镍铁矿热炉冶炼领域有益、实用、可行的发明。插钎管采用钢管或高强度耐火材料制成；在插钎管上设置一处或多处喷吹口，可以同时喷吹一种或多种气体、粉体或液体；在插钎管上设置一处或多处清理口，堵管清理口与管壁斜交，且在管壁上加工沉孔和攻丝，不清理时使用丝堵将清理口堵住而不影响正常的插钎作业；需要清理时可以在不同方位的堵管清理口使用铁丝或钢筋向下捅，达到清理目的；其插钎动作的动力源是气缸或液压缸；其插钎管下部可以连接挂件，使得挂件插入料层以下，达到稳定作业动作和增加通气面积作用，也可以不使用挂件。
在喷吹口4上接入来料管。来料管可以通过喷吹口4用压缩气体(主要是氮气或惰性气体)混合着粉状固体或液体同时喷吹到炉内，这个技术现在叫“气力输送”(固体粉末或颗粒)或者“雾化”(液体)技术，已经很成熟。可以使用多个喷吹口4喷吹不同的物料，比如一号喷吹口使用压缩氮气喷入焦炭粉、二号喷吹口使用压缩空气喷入另一种矿物(例如液体硫磺)，三号喷吹口为了减少燃爆的可能性直接喷入气体二氧化碳降低炉内氧气浓度。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的范围内。
Claims (4)
1.一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，插钎机构包含机构底座(6)，机构底座(6)上方固定着动力缸(1)、下方固定在炉盖(9)上；动力缸(1)伸出有活塞杆(2)，活塞杆(2)下方通过连接法兰或螺丝(3)连接着插钎管(7)；插钎管(7)上部有喷吹口(4)，下端部布置有挂件(8)；挂件(8)能够上下运动插入和拔出料层，来增加镍铁冶炼矿热炉料层的透气性。
2.如权利要求1所述的一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，挂件(8)为伸缩式挂件，伸缩式挂件上包含一个以上的翼板(81)，翼板(81)一体化制作于或者固定于插钎管(7)上，在翼板(81)上布置有滑孔(84)，滑孔(84)为竖直的滑孔，翼板(81)上通过铰接轴三(87)铰接着连杆一(82)，连杆一(82)中部通过铰接轴一(85)铰接着连杆二(83)，连杆二(83)的端部包含铰接轴二(86)，铰接轴二(86)位于滑孔(84)中能够相对滑动。
3.如权利要求2所述的一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，所述的翼板(81)包含两个。
4.如权利要求1所述的一种镍铁冶炼矿热炉多用途炉顶插钎机构，其特征在于，插钎管下部焊接或螺栓连接挂件，使得挂件插入料层，达到稳定作业动作和增加通气面积作用；
挂件包含两种主要形式：
固定式挂件：在钎插管下部焊接片以上的钢板叶片，主要作用是稳定钎插管作用，使得钎插管不折弯或晃动，同时起到增加料层透气性作用；
伸缩式挂件：在钎插时受到料层阻力挂连杆收紧缩小，利于插入料层；
在上拔时受重力和机构上部物料压力影响挂件连杆张开扩大；主要作用是在钎插管拔出后，料层的透气性明显增加，同时起到作用使得钎插管不折弯或晃动。
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