CN211204921U - 一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，精矿先与旋流风混合，产生预混效果，并使得精矿颗粒在旋流风的作用下分散更均匀。预混好的精矿和旋流风经由导流锥表面导流作用分散性进一步加强。由分散表面的分散流道口出来的分布风，使得运动到此处的精矿进一步分散，和外围工艺风混合的程度更加充分和均匀，进而改善精矿燃烧效果，强化反应塔内的传质、传热速率，有助于提升设备产能，有效降低烟尘发生率及烟气中的SO₃生成率。

Description

一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴

技术领域

本实用新型涉及铜冶炼、铅冶炼技术领域，特别地，涉及一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴。

背景技术

闪速炉是芬兰奥托昆普公司实用新型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、烟气中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。但由于反应空气的旋流强度取决于设备的精矿装入量，当生产能力较小时，反应气流旋流强度过小将不足以带动粒子做旋转运动，而当反应气流量过大又容易对反应塔壁造成冲刷蚀损。

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，旋流风量大，旋流强度高，反应效果较好，但烟尘发生率较高；而当改变投料量时，特别是投料量较小时，旋流风量较小，不足以带动粒子做旋转运动，炉况变差，甚至出现下生料的现象。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，以提高悬浮熔炼过程中气粒传质、传热速率，解决烟尘率高等技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，由内及外包括竖直、套设布置的供氧管、旋流风管和进料管，对应地，形成中央氧通道、分布风通道、旋流风通道和精矿通道，精矿通道的底部设有精矿通道出口，旋流风通道的底部设有旋流叶片，旋流叶片的最低端高于精矿通道出口，分布风通道向下探出精矿通道出口，并于底部安装开设分散流道的导流锥，导流锥与分散流道的连接处形成分散表面，中央氧通道向下至导流锥底部，设有中央氧出口，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，工艺风出口高于精矿通道出口。

优选的，所述喷嘴设置于反应塔上。

优选的，供氧管、旋流风管和进料管的中心线重合并竖直，管径依次增大。

优选的，供氧管内形成分布风通道，供氧管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。

优选的，旋流风通道的底部设有旋流风出口，在旋流风出口的位置，分布风管壁与旋流风管壁之间通过螺纹固定旋流叶片，旋流叶片可通过螺纹连接竖直上下移动或改变倾斜角度。

优选的，在分散表面下方上均匀开设水平分布的一圈分散流道，分散流道与分散表面夹角为60°，呈旋转分布。

进一步优选的，导流锥的下端为圆柱状，分散流道位于圆柱中心位置，分布风以与侧壁呈60°夹角方向径向射出。

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，其表面和水套之间的距离减小，工艺风出口面积减小，工艺风流速增大。反之，调节锥向上移动时，工艺风速度减小。

上述一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴的工作方法，具体步骤如下：

(1)精矿通道进入的精矿，与旋流风通道进入的旋流风在精矿通道内进行混合，形成空气-精矿混合体，以旋流的状态继续下行；同时，分布风通道进入的分布风下行至分散流道口，工艺风腔室进入的工艺风下行至工艺风出口；

(2)在分散表面的分散作用下，一部分混合体沿分散表面继续向外扩散，另一部分混合体仍以旋流的状态进入炉内，在分散流道口喷射出来相同旋转方向的分布风的分散作用下，混合体与工艺风出口出来的工艺风充分、均匀混合。

优选的，步骤(1)中，在旋流叶片的作用下，旋流风行至旋流风出口处形成旋流，从而带动精矿形成旋流状态的空气-精矿混合体。

进一步优选的，旋流叶片可向上移动，增大精矿和旋流风的混合空间。

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。

优选的，步骤(1)中，分散流道的横截面积可扩大1倍，数目由60个可调整为90个，可由一排调整成两排，从而使得出射的分布风更好地分散上方下来的精矿，从而增强精矿与工艺风的混合程度，进而提升精矿燃烧效果。

优选的，步骤(2)中，当精矿投料量增大10t/h时，导流锥的位置下移10mm，以使混合体经分散表面进入闪速炉的空间更宽，出射速度水平方向分量更大。

进一步优选的，可增大分散表面的曲率半径R，最大不超过1/2圆柱面直径D，从而使沿分散表面运动的精矿得到更好分散，与工艺风的混合效果更好。

本实用新型具有以下有益效果：

利用本实用新型的精矿喷嘴，精矿先与旋流风混合，产生预混效果，并使得精矿颗粒在旋流风的作用下分散更均匀。预混好的精矿和旋流风经由导流锥表面导流作用分散性进一步加强。在分散流道的作用下形成旋流的旋流分布风，使得运动到此处的精矿进一步分散，加强了空气-精矿混合体的旋流强度，从而与外围工艺风混合的程度更加充分和均匀。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，氧利用率提升约1％，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。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本实用新型还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本实用新型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实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是旋流叶片的局部放大图；

图3是导流锥的结构示意图；

图4是导流锥底部结构示意图

其中，1为中央氧通道，2为分布风通道，3为旋流风通道，4为精矿通道，5为工艺风入口，6为水套，7为旋流风管壁，8为调节锥，9为分布风管壁，10为精矿通道管壁，11为旋流叶片，12为工艺风出口，13为反应塔，14为旋流风出口，15为精矿通道出口，16为分散表面，17为分散流道口，18为中央氧出口，19为导流锥，20为分散流道。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的实施例进行详细说明，但是本实用新型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3所示的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，由内及外包括竖直、套设布置的供氧管、旋流风管和进料管，对应地，形成中央氧通道1、分布风通道2、旋流风通道3 和精矿通道4，精矿通道4的底部设有精矿通道出口15，旋流风通道3的底部设有旋流叶片 11，旋流叶片11的最低端高于精矿通道出口15，分布风通道2向下探出精矿通道出口15，并于底部安装开设分散流道20的导流锥19，导流锥19与分布风通道1的连接处形成分散表面 16，在进料管的外部套设水套6，进料管与水套6之间形成工艺风腔室，工艺风腔室的顶部和底部分别设有工艺风入口5和工艺风出口12，工艺风出口12高于精矿通道出口15。

喷嘴设置于反应塔13上。

供氧管、旋流风管和进料管的中心线重合并竖直，管径依次增大。供氧管内形成中央氧通道1，供氧管和供氧管之间形成分布风通道2，供氧管与旋流风管之间形成旋流风通道,3，旋流风管与进料管之间形成精矿通道4。

旋流风通道3的底部设有旋流风出口14，在旋流风出口14的位置，分布风管壁9与旋流风管壁7之间通过螺纹固定旋流叶片11，旋流叶片11可通过螺纹连接竖直上下移动或改变倾斜角度。

在分散表面16下方均匀开设水平分布的一圈分散流道口17。分散流道20与分散表面夹角为60°，呈旋转分布。

导流锥19的下端为圆柱状，分散流道口位于圆柱中心位置，分布风以与侧壁呈60°夹角方向水平射出。

进料管的外侧(即对应的精矿通道管壁10)设有可上下移动的调节锥8，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8向下移动时，其表面和水套6之间的距离减小，工艺风出口12面积减小，工艺风流速增大。反之，调节锥8向上移动时，工艺风速度减小。

上述一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴的工作方法，具体步骤如下：

(1)精矿通道4进入的精矿，与旋流风通道3进入的旋流风在精矿通道4内进行混合，形成空气-精矿混合体，以旋流的状态继续下行；同时，分布风通道2进入的分布风下行至分散流道口17，工艺风腔室进入的工艺风下行至工艺风出口12；

(2)在分散表面16的分散作用下，一部分混合体沿分散表面继续向外扩散，另一部分混合体仍以旋流的状态进入炉内，在分散流道20喷射出来相同旋转方向的分布风的分散作用下，混合体与工艺风出口12出来的工艺风充分、均匀混合。

优选的，步骤(1)中，在旋流叶片11的作用下，旋流风行至旋流风出口14处形成旋流，从而带动精矿形成旋流状态的空气-精矿混合体。

旋流叶片11可向上移动，增大精矿和旋流风的混合空间。旋流叶片11可改变与水平方向的夹角，以改变旋流风出口14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。

步骤(1)中，分散流道20的数目可调整，从而使得出射的分布风更好地分散上方下来的精矿，从而增强精矿与工艺风的混合程度，进而提升精矿燃烧效果。

步骤(2)中，当精矿投料量大时，导流锥19的位置可适当下移，以使混合体经分散表面进入闪速炉的空间更宽，出射速度水平方向分量更大。可增大分散表面的曲率半径，从而使沿分散表面16运动的精矿得到更好分散，与工艺风的混合效果更好。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，由内及外包括竖直、套设布置的供氧管、旋流风管和进料管，对应地，形成中央氧通道、分布风通道、旋流风通道和精矿通道，精矿通道的底部设有精矿通道出口，旋流风通道的底部设有旋流叶片，旋流叶片的最低端高于精矿通道出口，分布风通道向下探出精矿通道出口，并于底部安装开设有分散流道的导流锥，导流锥与分布风通道的连接处形成分散表面，中央氧通道向下至导流锥底部，设有中央氧出口，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，工艺风出口高于精矿通道出口。

2.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，所述喷嘴设置于反应塔上。

3.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，供氧管、旋流风管和进料管的中心线重合并竖直排列，管径依次增大。

4.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，供氧管内形成分布风通道，供氧管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。

5.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，旋流风通道的底部设有旋流风出口，在旋流风出口的位置，分布风管壁与旋流风管壁之间通过螺纹固定旋流叶片，旋流叶片可通过螺纹连接竖直上下移动或改变倾斜角度。

6.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，其特征在于，在导流锥分散表面下方均匀开设水平分布的一圈分散流道，分散流道与分散表面夹角为60°，呈旋转分布。

7.根据权利要求1所述的一种用于气粒两相悬浮冶金过程的喷嘴，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；当调节锥向下移动时，其表面和水套之间的距离减小，工艺风出口面积减小，工艺风流速增大；反之，调节锥向上移动时，工艺风速度减小。

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