用于增强浸没式燃烧的顶部浸没式喷射喷枪制造技术

一种用于火法冶金操作(10)中顶部浸没式喷枪(TSL)喷射的喷枪(24)，其中，该喷枪(24)具有至少两个基本上同心的管(28，30)，在最外管(28)与紧邻管(30)之间限定出含氧气体环形通道(42)并且在最内管(30)内部限定出另一燃料通道(46)；从喷枪(24)的可浸没式下出口端起，最外管(28)具有长度上的下部，借此，最外管(28)延伸超出其它管(30)的出口端，以在最外管(28)的出口端与其它管(30)的出口端之间限定出与含氧气体环形通道(42)连通的腔室(34)；并且，喷枪(24)还包括气流更改装置(60)，气流更改装置邻近腔室(34)设置在含氧气体环形通道(42)的下端部中，并且可用来使流入腔室(34)并且在腔室内纵向地流向喷枪(24)出口端的含氧气体产生离开最外管(28)内表面的向内流动分量，从而增强含氧气体与从燃料通道(46)流入腔室(34)的燃料的混合。

Top Immersion Jet Gun for Improving Immersion Combustion

A spray gun (24) for top immersion spray gun (TSL) injection in Pyrometallurgical operation (10), in which the spray gun (24) has at least two essentially concentric tubes (28, 30), an oxygen-containing gas annular passage (42) between the outer tube (28) and the adjacent tube (30) and another fuel passage (46) within the innermost tube (30); starting from the submerged lower outlet end of the spray gun (24), the outermost one. The tube (28) has a lower part in length, whereby the outermost tube (28) extends beyond the outlet end of the other tube (30) to define a chamber (34) connected with the oxygen-containing gas annular channel (42) between the outlet end of the outermost tube (28) and the outlet end of the other tube (30); and the spray gun (24) also includes a gas flow changing device (60), and the gas flow changing device is located adjacent to the chamber (34) in the oxygen-containing gas annular channel (42). In the lower end, the oxygen-containing gas flowing into the chamber (34) and longitudinally to the outlet end of the gun (24) in the chamber can generate an inward flow component away from the inner surface of the outermost tube (28), thereby enhancing the mixing of the oxygen-containing gas with the fuel flowing into the chamber (34) from the fuel passage (46).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于增强浸没式燃烧的顶部浸没式喷射喷枪
本专利技术涉及用于熔池火法冶金操作的顶部浸没式喷射喷枪。
技术介绍
对专利技术背景的以下论述用来促进对本专利技术的理解。然而，应当知道，以下论述并不一定是承认提到的任何资料为截至本申请优先权日为止公开的、已知的或者公知常识的一部分。需要熔池与含氧气体源之间相互作用的熔池熔炼操作或者其它火法冶金操作采用几种不同的供气配置。通常，这些操作涉及直接喷入到熔融冰铜/金属中。这可以通过如Bessemer式炉中的底吹风口或者Peirce-Smith式转炉中的侧吹风口来进行。替代地，喷气可以借助于喷枪来提供顶吹或者浸没式喷射。顶吹喷枪喷射的实例是KALDO炼钢厂和BOP炼钢厂，其中，从熔池上方吹纯氧来由熔融铁生产钢。另一实例是三菱制铜法，其中，喷射喷枪使气体射流(例如空气或者富氧空气)冲击并且穿透熔池顶面，以分别生产冰铜和吹炼冰铜。在浸没式喷枪喷射的情况中，喷枪下端浸没，使得在熔池渣层内而不是从熔池渣层上方进行喷射，以提供顶部浸没式喷枪(TSL)喷射，公知实例是应用于各类金属加工的OutotecAusmeltTSL技术。对于从上方喷射的两种形式，也就是说顶吹和TSL喷射两者，喷枪经受到极高的熔池温度。三菱制铜法中的顶吹使用了多个较小的钢喷枪，其具有大约50mm直径的内管和大约100mm直径的外管。内管大约终止于炉顶高度处，大大高于反应区。外管向下延伸到炉的气体空间中，以将其下端定位在熔池上表面上方大约500-800mm处，外管是可旋转的以防止其粘到炉顶处的水冷箍上。由空气携带的粒料吹过内管，而富氧空气吹过内外管之间的环形空间。尽管外管的下端在熔池液面上方间隔开且喷枪由流过的气体来冷却，但外管每日烧损大约400mm。因此，外管在操作期间慢慢地下降以补偿该烧损，并且当需要时将新的管段附连至该易耗式外管的顶部。用于TSL喷射的喷枪比用于顶吹(例如上述三菱法中)的喷枪大很多。如在下文中所假设的那样，TSL喷枪通常至少具有内管和外管，但是也可具有至少一个与内管和外管同心的其它管。典型的大型TSL喷枪具有200到500mm或更大的外管直径。此外，喷枪更长并且向下延伸穿过TSL反应器(大约10到15m高)的顶部，以使得外管下端浸没在熔池的溶渣相中大约300mm以上的深度处，但是由外管内部喷射气流的冷却作用所形成并保持在外管外表面上的凝固渣覆层来保护。内管可与外管大约终止于相同高度处，或者内管终止于外管下端上方约达1000mm的更高处。因此，可以是仅外管的下端浸没。无论如何，螺旋形叶片或者其它整流装置可以安装在内管的外表面上，横跨内管与外管之间的环形空间。叶片使空气或者富氧风沿着该环形空间产生强烈涡旋，并且用来增强冷却效果，以及确保气体与经内管供应的燃料和进料的很好混合，混合基本上在由外管所限定出的在内管下端下面的混合室中进行，其中，内管终止于外管下端上方足够大的距离处。TSL喷枪的外管在下端处磨损和烧损，但是与没有覆层的情况相比，通过凝固渣保护覆层显著地减小了损耗速度。然而，这很大程度上是通过TSL技术的操作模式来控制的。该操作模式使得TSL技术是可行的，尽管喷枪下端是浸没在溶渣池的强反应性和强腐蚀性环境中。TSL喷枪的内管可以用来供应进料，例如待喷入熔池渣层中的精矿、助熔剂和还原剂，或者可以用于供应燃料。含氧气体(例如空气或者富氧空气)通过内外管之间的环形空间供应。在开始进行熔池渣层内的浸没式喷射之前，喷枪定位成其下端(也就是说外管下端)在渣面上方间隔开合适距离。含氧气体和燃料(例如燃料油、煤粉或者碳氢化合物气)供应至喷枪，并且把生成的氧气/燃料混合物点燃以产生冲击熔渣的喷射火焰。这促使熔渣飞溅而在喷枪外管上形成液态熔渣覆层，通过流过喷枪的气流使该液态熔渣覆层凝固以提供上述的固态熔渣覆层。当然后喷枪降下以在熔渣内进行喷射时，流过喷枪的含氧气体使喷枪下部维持在凝固熔渣覆层能够保持并且凝固熔渣覆层能够保护外管的温度。对于新的TSL喷枪，外管下端与内管下端的相对位置，也就是说内管下端从外管下端缩进的距离(如果有的话)，是在设计期间所确定的特定火法冶金操作窗口的最佳长度。该最佳长度对于TSL技术的不同应用可以是不同的。因此，在氧经熔渣转至冰铜而把冰铜吹炼成粗铜的两步式批操作中、在使冰铜吹炼成粗铜的连续单步操作中、在用于还原含铅熔渣的工艺中、或者在用于熔炼氧化铁进料以生产生铁的工艺中，全都具有各自不同的最佳混合室长度。然而，在所有情况中，随着外管的下端慢慢地磨损和烧损，混合室的长度逐渐降到火法冶金操作的最佳长度之下。类似地，如果在外管端部与内管端部之间为零偏置，则内管下端会随着磨损和烧损而暴露于熔渣中。因此，需要定期切割至少外管的下端来提供整洁的边缘，以焊接一段合适直径的管段，从而重新建立内外管下端的最佳相对位置以优化熔炼条件。外管下端磨损和烧损的速率随所进行的熔池火法冶金操作而变化。决定上述速率的因素包括进料处理速率、操作温度、熔池流动性和化学成分、喷枪流速等。有时，腐蚀磨损和烧损的速率是比较高的，并且在最坏的情况中，由于需要中断处理以从操作中移除磨损了的喷枪并且用另一个来替换，同时修复取下的磨损喷枪，因此在一天中会失去好几个小时的操作时间。这种停工在一天中会出现若干次，每次停工都增加了非处理时间。虽然TSL技术相对于其它技术提供了显著好处(包括节省成本)，但是更换喷枪所损失的操作时间带来了显著的成本代价。已经提出了一些方案用于顶吹喷枪和TSL喷枪的流体冷却，以使喷枪免受火法冶金工艺中高温的影响。在以下的美国专利中公开了用于顶吹的流体冷却喷枪实例：Bertram等的US3,223,398,Belkin的US3,269,829,DeSaintMartin的US3,321,139,Zimmer的US3,338,570,Stephan等的US3,411,716,Shepherd的US3,488,044,Ramacciotti等的US3,730,505，Pfeifer的US3,802,681,McMinn等的US3,828,850,Johnstone等的US3,876,190,Jaquay的US3,889,933,Desaar的US4,097,030,Schaffar等的US4,396,182,Okane等的US4,541,617,以及Dunne的US6,565,800。除了Bertram等的US3,223,398和Belkin的US3,269,829之外的全部上述参考文献采用了同心布置的最外管，设置成使流体能沿着供应通道流至喷枪出口端并且沿着返回通道从出口端流回，而Bertram等使用的变型中上述流体流动只限于喷枪的喷嘴部。虽然Belkin提供了冷却水，但冷却水沿着内管的长度穿过出口以与沿着内管与外管之间环形通道供应的氧气混合，从而以带有氧气的蒸汽喷射。水的加热和蒸发提供了Belkin喷枪的冷却，而所产生和喷射的流将热量返回至熔池。Themelis的美国专利US3,521,872、Bennett等的US4,023,676和Hayden,Jr等的US4,326,701公开了用于浸没式喷射的喷枪。Themelis的方案类似于Belkin的US3,269,829。它们使用的喷枪均是通过将水加入到气流中本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于火法冶金操作中顶部浸没式喷枪喷射的喷枪，其中，该喷枪具有至少两个基本上同心的管，在最外管与紧邻管之间限定出含氧气体环形通道并且在最内管内部限定出另一燃料通道；从喷枪的可浸没式下出口端起，最外管具有长度上的下部，借此，最外管延伸超出其它管的出口端，以在最外管的出口端与其它管的出口端之间限定出与含氧气体环形通道连通的腔室；并且，喷枪还包括气流更改装置，气流更改装置邻近腔室设置在含氧气体环形通道的下端部中，并且可用来使流入腔室并且在腔室内纵向地流向喷枪出口端的含氧气体产生离开最外管内表面的向内流动分量，从而增强含氧气体与从燃料通道流入腔室的燃料的混合；气流更改装置具有螺旋形的至少一个内部构件和围绕所述至少一个内部构件延伸的外部构件，以使得气流更改装置约束流至环形通道下端部的气体流过螺旋流路，该螺旋流路由外部构件的内表面、内部构件、以及所述紧邻管的外表面限定而成，并且该螺旋流路围绕所述紧邻管的外表面且具有从上到下递减横截面；其中，气流更改装置适用于在所述螺旋流路中使沿含氧气体环形通道向下流动的大比例气体产生向内流动分量，但是气流更改装置在最外管的内表面与外部构件的外表面之间限定出环形间隙，小比例气体能够以环幕形式流过该环形间隙以在最外管的内表面上流动。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.10.16 AU 20139039791.一种用于火法冶金操作中顶部浸没式喷枪喷射的喷枪，其中，该喷枪具有至少两个基本上同心的管，在最外管与紧邻管之间限定出含氧气体环形通道并且在最内管内部限定出另一燃料通道；从喷枪的可浸没式下出口端起，最外管具有长度上的下部，借此，最外管延伸超出其它管的出口端，以在最外管的出口端与其它管的出口端之间限定出与含氧气体环形通道连通的腔室；并且，喷枪还包括气流更改装置，气流更改装置邻近腔室设置在含氧气体环形通道的下端部中，并且可用来使流入腔室并且在腔室内纵向地流向喷枪出口端的含氧气体产生离开最外管内表面的向内流动分量，从而增强含氧气体与从燃料通道流入腔室的燃料的混合；气流更改装置具有螺旋形的至少一个内部构件和围绕所述至少一个内部构件延伸的外部构件，以使得气流更改装置约束流至环形通道下端部的气体流过螺旋流路，该螺旋流路由外部构件的内表面、内部构件、以及所述紧邻管的外表面限定而成，并且该螺旋流路围绕所述紧邻管的外表面且具有从上到下递减横截面；其中，气流更改装置适用于在所述螺旋流路中使沿含氧气体环形通道向下流动的大比例气体产生向内流动分量，但是气流更改装置在最外管的内表面与外部构件的外表面之间限定出环形间隙，小比例气体能够以环幕形式流过该环形间隙以在最外管的内表面上流动。2....

【专利技术属性】
技术研发人员：M·勒特尔，R·W·玛祖塞韦奇，夏吉良，N·雅可布森，
申请(专利权)人：奥图泰芬兰公司，
类型：发明
国别省市：芬兰,FI