在气流中引起涡旋制造技术

本发明专利技术涉及一种用于向容器内注入气体的装置。该装置可包括气流导管和位于导管前端部的中心本体。中心本体和气流导管形成环形喷嘴，用于从导管中排出气体。围绕中心本体设置多个流动引导叶片，以便使通过喷嘴的气流产生涡旋。流动引导叶片具有从中心本体向外辐射并且沿着导管延伸的基本直的前端部。流动引导叶片还具有朝向导管前端围绕中心本体螺旋延伸的基本螺旋形的后端部，以及将前端部结合到后端部并且成形为均平滑地合并到前端部和后端部并且在它们之间平滑地且连续地改变形状的过渡部。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于在气流中引起涡旋的涡旋诱导器。其特别的，但是并非仅仅的，用于在高温环境下向冶金容器内注入涡旋气流的装置。这种冶金容器例如可以是其中利用直接熔融工艺生产熔融金属的熔炼容器。
技术介绍
在以本专利技术申请人作为申请人的国际专利申请PCT/AU96/00197(WO 96/31627)中描述了一种已知的直接熔融工艺，其使用熔融金属层作为反应介质，并且通常被称为HIsmelt工艺。在该国际专利申请中描述的HIsmelt工艺包括(a)在容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；(b)向该熔池中注入(i)含金属供料，通常为金属氧化物；以及(ii)含碳固体材料，通常为煤，其用作金属氧化物的还原剂以及能源；并且(c)在金属层中将含金属供料熔炼成金属。术语“熔炼”在此应该理解为表示其中发生还原金属氧化物的化学反应以生产液态金属的热处理。HIsmelt工艺还包括二次燃烧反应气体，例如CO和H2，它们从熔池中释放出来，位于熔池上方空间内且与含氧气体一起，并且将二次燃烧所产生的热量传递到熔池以便对熔炼含金属供料所需的热能做出贡献。HIsmelt工艺还包括在熔池的标定静止表面上方形成过渡区，其中存在适量的上升的并且随后下降的熔融金属和/或熔渣的微滴或溅液或者液流，它们提供用于将位于熔池上方的二次燃烧反应气体所产生的热能传递到熔池中的有效介质。在HIsmelt工艺中，通过多个喷管/鼓风口将含金属供料和含碳固体材料注入到金属层中，所述的喷管/鼓风口偏离垂直方向倾斜的设置，以便向下并且向内延伸通过熔炼容器的侧壁并且进入容器的下部区域内，从而将所述固体材料送入容器底部中的金属层内。为了促进容器上部中的反应气体的二次燃烧，通过向下延伸的热空气注入喷管将可以是富含氧气的热气流注入到容器的上部区域内。为了促进容器上部中的反应气体的有效二次燃烧，期望所送入的热空气流以涡旋运动的形式离开喷管。为此，喷管的出口端可以安装内部气流引导件以便使得所述气流产生适当的涡旋运动。容器的上部区域可能达到约2000℃的温度，并且热空气能够以大概1100-1400℃的温度送入喷管内。因此该喷管应该在其内部以及在其外壁上均能够经受极高的温度，特别是在其伸入到容器的燃绕区域内的喷管出口端处。在本申请人的国际专利申请No.PCT/AU02/00458(WO02/083958)中公开了一种适于将气体注入冶金容器以执行HIsmelt工艺的喷管构造。在该装置中，气体流经气流导管，其中气流导管具有细长中心管状结构，并且多个气流引导叶片围绕该中心管状结构朝向导管的前端设置以便向流经导管的气体赋予涡旋运动。涡旋产生叶片设置在四分头螺旋结构中，其中每个叶片在其整个长度上是螺旋形式的并且旋转180°延伸以便使气流产生显著的涡旋运动。业已发现，这种形式的叶片还赋予气流显著的湍流运动，而所述湍流在实际中将降低所诱导的涡旋程度。根据本专利技术，涡旋叶片的形状可被改进以便能够诱导具有降低的湍流的涡旋。而且，根据本专利技术改进叶片的形状还便于对其进行制造。对于例如在HIsmelt工艺中的高温应用，应该利用具有较高熔化温度的材料铸造该叶片，而这种材料难以被模制为复杂的形状。
技术实现思路
根据本专利技术，用于向容器内注入气体的装置具有从后端向前端延伸的气流导管，在所述前端处从所述导管排出气体；位于导管的前端区域内并且与之相配合以形成用以从导管排出气体的环形喷嘴的中心本体；以及围绕中心本体设置的多个流动引导叶片，以便使得通过喷嘴的气流产生涡旋；其中流动引导叶片具有从中心本体向外辐射并且沿着导管延伸的基本直的前端部、朝向导管前端围绕中心本体螺旋延伸的基本螺旋形的后端部，以及将前端部结合到后端部并且成形为均平滑地合并到前端部和后端部并且在它们之间平滑地且连续地改变形状的过渡部。叶片的前端部可沿着纵向逐渐减小其厚度，从而从叶片的前缘向叶片的过渡部厚度逐渐增加。还可沿着从叶片径向向外的方向逐渐降低叶片的厚度。它们例如可以具有基本为梯形的截面形状并且从其底部到顶部逐渐变尖，该顶部比底部更薄。叶片的径向截面在整个过渡部和后端部上可以是基本恒定的。可以围绕中心本体沿着周边相间隔地设置四个叶片，以便从前端部开始通过过渡部形成四分头螺旋结构。叶片的直的前端部可以在低于沿着导管纵向测量的叶片总长度的20％的长度上延伸。可以降低前端部的长度从而仅在相当于叶片总长度的3％-4％的大约20mm的长度上延伸。叶片的过渡部也可至少在沿着导管长度方向测量的叶片总长度的20％的长度上延伸。叶片的直的前端部和过渡部可以一起在位于叶片外直径的0.4-0.8倍的范围内的长度上延伸。各个叶片可以在其前缘和后缘之间以80°-120°范围中的角度旋转。旋转角度可以大约为90°从而各个叶片在其前缘和后缘之间围绕中心本体延伸大约四分之一个整圈。各个叶片可在其过渡部以10°-20°范围内的角度旋转，并且可在其后端部以60°-80°范围内的进一步的角度旋转。更具体的，各个叶片可在其过渡部旋转大约13°-14°的角度，并且可在其后端部以76°-77°之间的进一步的角度旋转。叶片的螺旋部相对于导管的纵向轴线的角度使得能够在从导管排出的气体中产生大小在0.3-07范围内，优选大约为0.5的涡旋。中心本体可由在气流导管内从其后端到其前端延伸的细长中心管状结构的前端部分形成，并且叶片安装在中心本体上。叶片可与安装套筒成一体的形成，叶片利用该安装套筒安装在中心本体上。本专利技术还涉及一种安装在气流导管内以便使流经其中的气体产生涡旋的气体涡旋诱导器，其包括细长的中心部分和围绕该中心部分设置并且沿其延伸的多个涡旋叶片，其中该涡旋叶片具有从中心部分向外辐射并且沿其笔直延伸的基本直的前端部、围绕中心部分螺旋延伸的基本螺旋形的后端部，以及将前端部结合到后端部并且成形为均平滑地合并到前端部和后端部并且在它们之间平滑地且连续地改变形状的过渡部。附图说明为了对本专利技术进行更充分的解释，将根据如下附图详细描述一个 具体实施例方式图1图示了适合于在国际专利申请PCT/AU96/00197中所描述的HIsmelt工艺中操作的直接熔融容器。所述冶金容器通常用标号11来表示，并具有包括由耐火砖构造的基座12和侧部13的炉床；侧壁14，其形成了从所述炉床的侧部13向上延伸的大致为圆柱形的圆筒，且其包括圆筒上部15和圆筒下部16；顶板17；用于排出气体的出口18；用于连续地排放熔融金属的前部炉床19；以及用于排放熔渣的出渣口21。在使用中，所述容器包含铁和熔渣的熔池，所述熔池包括熔融金属层22和在所述熔融金属层22上的熔渣层23。由数字24标出的箭头显示了金属层22的标定静止表面位置，由数字25标出的箭头显示了熔渣层23的标定静止表面的位置。术语“静止表面”应该理解为当不再向容器内注入气体和固体时的表面。所述容器安装有热空气注入喷管26和固体注入喷管27(仅示出两个)，所述热空气注入喷管26是向下延伸的并用于将热空气气流传送进入所述容器的上部区域，而固体注入喷管27向下和向内延伸通过侧壁14并进入所述熔渣层23，其用于将铁矿石、固体含碳材料和夹带在贫氧载体气体中的助熔剂注入到金属层22内。所述喷管27的位置这样选择，使得它们的出口端28在所述工艺操作期间位于金属层22的表面的上方。所述喷管的这个本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于向容器内注入气体的装置，包括：从后端向前端延伸的气流导管，在所述前端处从所述导管排出气体；位于导管的前端区域内并且与之相配合以形成用以从导管排出气体的环形喷嘴的中心本体；以及围绕中心本体设置的多个流动引导叶片，以便使得通过喷嘴的气流产生涡旋；其中流动引导叶片具有从中心本体向外辐射并且沿着导管延伸的基本直的前端部、朝向导管前端围绕中心本体螺旋延伸的基本螺旋形的后端部，以及将前端部结合到后端部并且成形为均平滑地合并到前端部和后端部并且在它们之间平滑地且连续地改变形状的过渡部。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：罗德尼詹姆士德里，马克普雷斯顿戴维斯，赫克托梅迪纳，
申请(专利权)人：技术资源有限公司，
类型：发明
国别省市：AU[澳大利亚]