用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置及其应用制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置及其应用，该喷嘴装置包括喷嘴体和至少一条第一通道，第一通道设计用于引导所述含氧气体流向喷嘴体的输出端，至少一条第一通道是以至少逐段弯曲的或螺旋的方式轴向延伸地贯穿喷嘴体，该第一通道延伸至喷嘴体的输出端形成喷射孔，含氧气体通过所述喷射孔离开喷嘴装置进入冶金装置中。该喷嘴装置喷射的含氧气体以不同方向离开喷嘴，使得每个喷射孔自成旋流反应区，加大了反应面积，提高了含氧空气的利用率，提高熔池搅拌效果，显著改善熔池内的化学反应的动力学条件。

【技术实现步骤摘要】
用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置及其应用
本专利技术属于有色金属冶炼领域，涉及一种底吹式喷枪的喷嘴装置及其应用。
技术介绍
氧气底吹熔炼工艺是有色金属冶炼行业中能耗较低的一种新兴工艺。以铜冶炼为例，混合矿料不需要干燥和磨细，由皮带传输连续从炉顶的加料口加入到炉内的高温熔池中。富氧空气通过底部氧枪连续送入炉内的铜锍层，氧气以大量的小气泡动态地悬浮于熔体中，连续加入的矿料不断地被迅速氧化及造渣。该工艺过程简单，原料适应性强，投资低，能源消耗低，噪音低。同时，由于氧浓度高，因此排出的烟气量少，热损失少，炉体散热少，保证了氧气的充分有效利用，直接排放的尾气大大减少。公告号为CN101165196B的中国专利技术专利披露了这种采用氧气底吹炉连续炼铜的工艺，硫化铜精矿与熔剂、返回的包括烟尘、渣铜精矿和吹炼炉渣的中间铜物料，经圆盘制粒机混合制粒后，由给料机送至底吹熔炼炉上部的炉子加料口加入炉内，氧气通过设在炉底与垂线成0至16°角的氧气喷枪送入炉内进行熔炼反应，混合好的入炉粒料经熔炼生成铜硫和熔炼渣，熔炼温度为1080至1250℃。底吹熔炼炉中，从吹炼炉底部连续送入富氧空气，粗铜的氧势高，有利于As、Sb、Bi等V族元素的脱除，同时降低Fe3O4的生成量。底吹炉连续吹炼，炉温稳定，克服了转炉周期作业温度波动过大的缺点，有利于提高吹炼炉的寿命，降低耐火材料消耗和维修工程量，降低炼铜成本。底吹炼铜法的投资少，工艺流程短，原料适应性强。底吹技术中，常用的氧枪装置可以是例如公告号为CN200974858Y的中国专利所公开的，这种氧枪由内层套管和外层套管套合而成，内层套管的数量为2至5个，其上设有若干通气槽，且各个内层套管上设置的通气孔的数量和面积不同，合理地组织了各层通道的通气量，保持了适当的气流速度，同时使得气流比较分散，增加了气体与熔体的反应面积，使得供氧压力明显降低。但是这类传统的多层套管氧枪需要控制较大的供气压力，才能保证足量的气体进入熔池，使喷出的气体与熔体充分接触，否则熔体极易倒吸入氧枪中，造成氧枪堵塞。熔池的熔炼过程中，熔体成分非常复杂，熔体的流动状态并不明确，上述传统的套管式氧枪的喷嘴的设计，一些入炉矿料难以被迅速卷吸进熔体中，熔池中容易发生喷溅导致加料口堵塞。有鉴于此，如何设计一种新的底吹式喷枪的喷嘴装置，有效提升氧气在炉内熔池的搅拌强度和卷吸率，以消除现有技术中的上述缺陷和不足，从而使熔炼底吹炉达到最佳的冶金效果，是业内相关技术人员亟待解决的一项课题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种用于冶金操作中的底吹式喷枪的喷嘴装置，喷枪从熔池底部插入，在熔炼过程中不断鼓入含氧气体，被熔体破碎成小气泡或者小气流，以提供熔炼所需的氧化气氛。同时，喷嘴装置射出的含氧气体能够有效地加强熔池内部的物质流动和卷吸率，通过形成涡旋增大气液相接触面积和接触历程，加强了传质作用，具有剧烈的搅拌特性和良好的反应动力学条件。本专利技术提供的喷嘴装置可以具有多种应用，典型地可以应用在底吹炉的有色金属冶炼工艺中。为了解决熔体卷吸率低和容易飞溅的问题，本专利技术第一方面提供了一种用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置，所述喷嘴装置包括：喷嘴体，所述喷嘴体的一端作为输入端，连接一含氧气体源，另一相对端为喷嘴体的输出端；至少一条第一通道，所述第一通道设计用于引导所述含氧气体流向喷嘴体的输出端，至少一条第一通道是以至少逐段弯曲的或螺旋的方式轴向延伸地贯穿喷嘴体，该第一通道延伸至喷嘴体的输出端形成喷射孔，含氧气体通过所述喷射孔离开喷嘴装置进入冶金装置中。进一步地，所述第一通道具有在中心轴线方向上的小于360°的盘绕，较佳地为小于90°的盘绕。进一步地，至少一条第一通道的旋转半径始终保持不变。当然，围绕喷嘴体的中心轴线上，至少一条的第一通道的旋转半径也可以逐渐递减。此时的变径喷嘴体可以为类似锥形管的结构，如拉法尔喷嘴那样，由两个锥形管组成，整体上经历了收缩段、喉部和扩张段，这一结构可使含氧气体的流速因径向截面积的变化而变化，使气流由亚音速到音速，甚至加速到超音速。另外，本文中，至少一条第一通道的内径始终保持不变。进一步地，喷嘴体内相邻的两条第一通道之间的空隙距离始终相等。进一步地，喷嘴体内相邻的两条第一通道之间具有递减或递增的空隙距离。进一步地，至少一条第一通道构造成与喷嘴体的中心轴线同轴的圆柱体形状。进一步地，各第一通道的喷射孔限定了所述含氧气体的各射出方向，从而增强含氧气体与冶金装置中炉料的混合。进一步地，所述含氧气体从各第一通道的喷射孔的射出方向与喷嘴体的输出端所在的平面所成的锐角θ的范围为大于等于30°小于90°，较佳地为大于等于45°小于90°，更佳地为大于等于45°小于60°。从喷嘴体的输出端喷出的含氧气体以不同方向离开喷嘴，产生离开喷嘴体的输出端表面的各个方向的流动分量，使得每个喷射孔自成旋流反应区，加大了反应面积，增强含氧气体与炉料的混合，提高了含氧气体的利用率。进一步地，所述第一通道的数量为1至10条，较佳地为2至7条。进一步地，所述喷嘴装置还包括输送冷却流体和/或保护流体的第二通道，该第二通道布置在喷嘴体内部且沿着中心轴线方向延伸，该第二通道到达喷嘴体输出端的开口位于所述喷射孔和所述喷嘴体的边缘之间。第一通道基本轴向延伸地贯穿了喷嘴装置，约束含氧气体成螺旋形地流动。所述喷嘴装置还包括输送冷却流体和/或保护流体的第二通道，该第二通道布置在喷嘴体内部且沿着中心轴线方向延伸。因为底吹炉内的熔体是超过1000摄氏度的高温液体，可以用常温气体作为冷却气体，冷却气体有利于形成蘑菇头，避免氧枪与高温熔体接触，降低高温熔体对氧枪的磨损和消耗。示例性地可以制成双层喷枪，里层为空气或氧气通道，外层可为氮气等保护性气体的通道，氮气可以冷却喷枪的喷头，起到保护氧枪和延长寿命的作用。另外，高速流动的含氧气体一定程度上可实现自冷却的效果，同样提高了冷却效率。进一步地，所述第二通道沿喷嘴体的内壁所限制的面在喷嘴体的轴向方向上延伸。进一步地，所述第二通道在喷嘴体的轴向方向上呈狭缝状或圆柱状，并且，到达喷嘴的输出端的开口呈四边形、圆形或椭圆形。进一步地，所述喷嘴体与所述第一通道通过3D打印一体形成。进一步地，所述各喷射孔的截面积与输出端的截面积之比为1:25至1:100。本专利技术第二方面，提供了一种配备有如本专利技术第一方面所述的喷嘴装置和含氧气体源的喷射装置，其中，所述含氧气体源设定成用于向喷嘴装置输送含氧气体。本专利技术第三方面，提供了一种在冶金装置中生产有色金属熔液的方法，包括步骤：(1)提供含有有色金属和/或有色金属氧化物的炉料至冶金装置中；(2)通过至少一个带有本专利技术第一方面所述的喷嘴装置将含氧气体输送到冶金装置中；(3)炉料与含氧气体在冶金装置中产生熔炼反应，生成熔炼产物。与现有技术相比较，本专利技术所提供的技术方案具有以下优点：1)从喷嘴装置喷射的含氧气体以不同方向离开喷嘴，产生离开各个方向的流动分量本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴装置包括：/n喷嘴体，所述喷嘴体的一端作为输入端，连接一含氧气体源，另一相对端为喷嘴体的输出端；/n至少一条第一通道，所述第一通道设计用于引导含氧气体流向喷嘴体的输出端，至少一条第一通道是以至少逐段弯曲的或螺旋的方式轴向延伸地贯穿喷嘴体，该第一通道延伸至喷嘴体的输出端形成喷射孔，含氧气体通过所述喷射孔离开喷嘴装置进入冶金装置中。/n

【技术特征摘要】
1.一种用于冶金装置的底吹式喷枪的喷嘴装置，其特征在于，所述喷嘴装置包括：
喷嘴体，所述喷嘴体的一端作为输入端，连接一含氧气体源，另一相对端为喷嘴体的输出端；
至少一条第一通道，所述第一通道设计用于引导含氧气体流向喷嘴体的输出端，至少一条第一通道是以至少逐段弯曲的或螺旋的方式轴向延伸地贯穿喷嘴体，该第一通道延伸至喷嘴体的输出端形成喷射孔，含氧气体通过所述喷射孔离开喷嘴装置进入冶金装置中。


2.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，所述第一通道具有在中心轴线方向上的小于360°的盘绕，较佳地为小于90°的盘绕。


3.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，至少一条第一通道的旋转半径始终保持不变。


4.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，喷嘴体内相邻的两条第一通道之间的空隙距离始终相等。


5.如权利要求1所述的喷嘴装置，其特征在于，各第一通道的喷射孔限定了所述含氧气体的各射出方向，从而增强含氧气体与冶金装置中炉料的混合。


6.如权利要求5所述的喷嘴装置，其特征在于，所述含氧气...

【专利技术属性】
技术研发人员：张妍，瑞米·奇亚瓦，张廷安，刘燕，李瑞冰，朱国海，兰先进，
申请(专利权)人：东北大学，乔治洛德方法研究和开发液化空气有限公司，
类型：发明
国别省市：辽宁;21