一种带有侧吹熔池段的闪速炉的制作方法
专利名称:一种带有侧吹熔池段的闪速炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种带有侧吹熔池段的闪速炉，包括反应塔，反应塔下部设有至少一个熔池，各熔池上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，侧吹熔池段末端设置有排渣口，侧吹熔池段位于排渣口和反应塔之间；闪速炉还包括上升烟道，上升烟道通过熔池与反应塔相连通。本实用新型所述的闪速炉通过设置内宽小于3米的侧吹熔池段，使熔池的各个部位都可被侧吹直接影响，特别是中心部位可以被吹透，侧吹一方面为熔池补充热量，使熔池形成流动性良好的液态熔体环境，从而实现造渣、渣和金属的沉淀分层及排放等功能，同时，侧吹设置也可为熔池提供还原剂，完成渣层中剩余待冶炼金属氧化物的还原，提高金属的回收率。
【专利说明】
一种带有侧吹熔池段的闪速炉
技术领域
[0001]本实用新型属于冶金领域，尤其是涉及一种带有侧吹熔池段的闪速炉。
【背景技术】
[0002]闪速冶金从发明到现在，只用于硫化矿的冶炼，还没有应用于氧化矿的冶炼，以闪速炼铜为例，闪速炼铜工艺是将干燥后的粉状铜硫化物精矿经精矿喷嘴与富氧空气充分混合后喷入闪速炉，在高温反应塔内进行热离解和氧化反应，使铜精矿中部分铁氧化并造渣除去，产出含铜较高的冰铜。由于硫化物和氧气反应会放出大量的热量，所以无须再额外为熔池补充热量。
[0003]传统硫化矿闪速炉结构示意图如图1所示。
[0004]传统奥托昆普硫化矿闪速炉在设计时，熔池的内宽是根据反应塔的内径确定的，一般为反应塔内径加上1-2米，其俯视示意图如图2所示。
[0005]氧化矿闪速冶金原理是矿粉在炽热的充满还原气氛的闪速炉反应塔空间悬浮下落的过程中，利用矿粉与高温还原气体接触的比表面积较大，反应速度快的特点，实现对矿粉中的待冶炼金属氧化物的还原，未完全还原的金属氧化物落入熔池后继续完成还原。
[0006]氧化矿闪速炉的熔池除了要完成剩余待冶炼金属氧化物的还原外，还要进行造渣反应及完成液态金属和熔渣的分离和排放，因而需要维持一个高温的还原环境，仅靠反应塔传递来的热量和还原剂还远远不足以完成上述工作。因而，通过侧吹的方式为熔池补充热量和提供还原剂就成为一种必要的手段。熔池侧吹是通过在熔池侧面布置侧吹喷管实现的，在中国，通过喷管侧吹煤和氧是其中一种最经济的方案。我们根据大量试验得出:侧吹熔池的内宽不能大于3米，否则熔池的中心部位难以被吹透。
[0007]但根据传统的奥拓昆普闪速炉的设计原则，熔池的内宽要比反应塔直径大1-2米，目前还未出现过熔池内宽小于反应塔直径的闪速炉，也未出现一台闪速炉拥有多个熔池的情况。受空间冶炼原理的限制，迄今为止所有实际应用的闪速炉的直径都在3米以上，也即熔池内宽都大于4米，若采用侧吹的方式为熔池补充热量和反应物料，对于内宽大于3米以上的熔池，若喷枪深入熔池过浅，则熔池中心无法被影响到，造成熔池中部区域温度低、粘度高、熔渣中待冶炼的金属氧化物含量高，若喷枪深入熔池过深，虽然中心部位可以被吹透，但熔池的边缘部位无法被直接影响到，又会造成熔池边缘区域温度低、粘度高、熔渣中待冶炼的金属氧化物含量高。这就意味着传统奥拓昆普硫化矿闪速炉无法有效的应用侧吹的方式为熔池补充热量及提供反应物料。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种带有侧吹熔池段的闪速炉，以解决现有的闪速炉熔池无法通过侧吹对金属氧化矿进行熔炼的问题。
[0009]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0010]—种带有侧吹熔池段的闪速炉，包括反应塔I，所述反应塔I上设有给料装置，所述反应塔I下部设有至少一个熔池2，各所述熔池2上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，所述侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，所述熔池2上设置有排渣口 5，所述侧吹熔池段位于所述排渣口 5和所述反应塔I之间；所述闪速炉还包括上升烟道3，所述上升烟道3通过所述熔池2与所述反应塔I相连通，上升烟道3用于排出反应过程中所产生的烟气。
[0011]所述侧吹布置用来向所述侧吹熔池段炉体内喷入燃料及含氧气体，为熔池2内提供热量及还原剂，所述燃料为重油、天然气、液化石油气、煤、焦丁、碳氢化合物气体中的一种;所述含氧气体为空气，氧气一空气混合物或者工艺氧中的一种。小于3米的侧吹熔池段的设置能够使熔池2的各个部位都可以被侧吹直接影响，进而为熔池2内补充热量和提供还原剂。侧吹熔池段位于排渣口和熔池2之间，以便使熔体经过侧吹熔池段的侧吹熔炼，进一步沉淀分层后排放，从而降低渣层中待冶炼金属的含量，提高待冶炼金属的回收率。
[0012]优选的，所述上升烟道3数目与所述熔池2数目一致。
[0013]优选的，所述侧吹熔池段的长度为8-20米。
[0014]优选的，所述侧吹熔池段为长方体。优选的，侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米，在该宽度范围内，侧吹熔池段两侧喷枪可以共同影响到熔池中心区域，同时又能兼顾对熔池两侧壁的熔体施加有效的影响，若侧吹熔池段宽度过窄，会影响熔池对熔体的承载量，则需增加熔池的数目，增加投资。
[0015]优选的，所述熔池2的内宽由所述反应塔I端向远端逐渐减小至小于3米且不小于I米。从而使熔体和烟气流速能够平缓的变化，减小对冶炼过程的影响。
[0016]进一步的，所述熔池2的数目为1-4个。
[0017]进一步的，所述侧吹布置包括对称设置在所述侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管4。
[0018]进一步的，所述侧吹布置所在位置与所述侧吹熔池段中熔渣层对应，以便使所述侧吹布置向所述侧吹熔池段熔渣层内喷吹含氧气体和燃料，使熔渣翻滚或对流，促进熔体内热量的交流传递及熔渣层中的化学反应，提高待冶炼金属的回收率。
[0019]进一步的，所述熔池2上或上升烟道3侧壁上设有风口。含氧气体(空气、氧一空气混合物或者工艺氧)通过风口喷入熔池液面上部的连通烟道使还原气体(C(KH2) 二次燃烧，一方面为熔池补充热量，另一方面降低尾气中CO的含量。通过烟道3侧壁上设置的风口喷入含氧气体和烟气中的还原气体进行燃烧，一方面可以避免由于烟气在流动过程中温度下降造成的烟尘粘结堵塞烟道，另一个作用是可以烧掉尾气中的CO，减少后续的烟气处理工序。
[0020]进一步的，所述给料装置为喷嘴或喷嘴、烧嘴或烧嘴与喷嘴、喷枪的结合。通过设置给料装置向闪速炉加入冶炼所必需的原料、燃料和辅助材料，必要时，也可通过给料装置如烧嘴为反应塔I空间内补充热量。
[0021]进一步的，所述上升烟道3设置在靠近所述侧吹熔池段入口处的熔池2上部。烟气不经过侧吹熔池段直接进入烟道，从而避免由于侧吹熔池段熔池宽度的变化引起出炉烟气流速的波动。
[0022]进一步的，所述反应塔I连接有气体输运管道，以便从闪速炉外部引入的反应气体及其所带的热量可以直接输送至炉内。所述反应气体为含C0、H2或碳氢化合物气体中的一种或多种;优选的，为工业生产排放的含还原气氛的废气或煤制气装置所生产的煤气;更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉尾气、回转窑尾气、转底炉尾气中的一种或多种。
[0023]相对于现有技术，本实用新型所述的带有侧吹熔池段的闪速炉具有以下优势:
[0024]本实用新型所述的闪速炉通过设置内宽小于3米的侧吹熔池段，使熔池的各个部位都可以被侧吹直接影响，特别是中心部位可以被吹透，侧吹一方面为熔池补充热量，使熔池形成流动性良好的液态熔体环境，从而实现造渣、渣和金属的沉淀分层、渣和金属的排放等功能，同时，侧吹设置也可为熔池提供还原剂，完成渣层中剩余待冶炼金属氧化物的还原，提高待冶炼金属的回收率。
【附图说明】
[0025]构成本实用新型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:
[0026]图1为现有的闪速炉的结构示意图；
[0027]图2为现有的闪速炉的布局结构示意图；图3为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的一种结构示意图；
[0028]图4为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的另一种结构示意图；
[0029]图5为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第三种结构示意图；
[0030]图6为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第四种结构示意图；
[0031]图7为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第五种结构示意图；
[0032]图8为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第六种结构示意图；
[0033]图9为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第七种结构示意图；
[0034]图10为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第八种结构示意图；
[0035]图11为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第九种结构示意图；
[0036]图12为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第十种结构示意图。
[0037]附图标记说明:
[0038]1-反应塔，2-恪池，3-上升烟道，4-侧吹喷管，5-排渣口。
【具体实施方式】
[0039]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0041]在本实用新型的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0042]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0043]—种带有侧吹熔池段的闪速炉，如图3-12所示，包括反应塔I，反应塔I上设有给料装置，反应塔I下部设有至少一个熔池2，各熔池2上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，熔池2上设置有排渣口 5，侧吹熔池段位于排渣口 5和反应塔I之间；闪速炉还包括用于排出反应过程中所产生烟气的上升烟道3，上升烟道3通过熔池2与所述反应塔I相连通。
[0044]本实例的工作过程:
[0045]向反应塔I中喷入待冶炼的金属氧化矿矿粉、还原气体(如⑶或H2)或可造还原气体的反应物(如氧气和粉煤)及熔剂(参与造渣)，矿粉在高温炽热的、充满还原气氛的反应塔I中，通过快速的传热、传质和气-固、气-液反应，迅速完成其中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
[0046]在反应塔I中完成化学反应的熔体落入闪速炉下部的熔池2，熔池2侧面设有侧吹布置，通过侧吹燃料和氧气为熔池补充热量，使熔池2维持一定的高温环境。
[0047]在熔池中特别设有内宽小于3米侧吹熔池段，当熔体流经侧吹熔池段时，通过侧吹向熔体中喷吹燃料和含氧气体，本实施例中向熔渣层中分别喷吹煤粉和氧气，为侧吹熔池段提供热量并维持熔池的还原环境，同时使熔渣层翻滚或对流，加快上下层间热量和物质的交换，促进化学反应的快速进行，从而使在反应塔I中未被完全还原的金属氧化物在侧吹熔池段中完成还原。小于3米的侧吹熔池段的设计，使侧吹熔池段的各个位置即便是中心部位也可以被侧吹直接影响到，从而消除了死角，提高了待冶炼金属的还原率和回收率，降低了熔池2中熔体的整体粘度。
[0048]在熔池2中，矿粉中的脉石成分与熔剂造渣，在经过侧吹熔池段的还原熔炼和澄清后，被还原出的金属与熔渣沉淀分层，由于密度差异形成渣层和粗金属层，渣从熔池末端的排渣口排出。被还原出来的低沸点金属气化后进入烟气从上升烟道3流出炉外，后续可通过冷凝的方式进行回收。
[0049]将本实用新型提供的带有侧吹熔池段的闪速炉应用于氧化锰矿的冶炼，这是首次把闪速炉创新应用于生产锰合金，具体冶炼工艺如下:
[0050]I)闪速炉设计:
[0051]反应塔直径为4米，高7米，熔池总长20米，如图11所示，其中内宽小于3米的侧吹熔池段长为12米，侧吹熔池段末端内宽为1.2米，年处理矿量120万吨。
[0052]2)原料准备:
[0053]经选矿富集后的二氧化锰矿(软锰矿或硬锰矿，含锰量大于25%)，烘干至水份50.3%，磨矿使80%颗粒小于200目；粉煤分为两种，一种从反应塔顶部喷入闪速炉用于造气，该粉煤须进行磨煤及干燥处理，使其含水量低于1%、粒度小于200目占85%，另一种用于侧吹喷吹用，不需要经过特别干燥，粒度为；恪剂为生石灰，粒度小于Imm，含水量低于1% O
[0054]3)熔炼过程:
[0055]二氧化锰粉矿、粉煤、富氧、熔剂CaO从闪速炉反应塔顶部喷嘴喷入反应塔，粉煤与氧气反应生产⑶及少量出并为反应塔空间提供热量，反应塔的温度为1200_1450°C，在炽热的呈还原气氛的空间中，矿粉中的二氧化锰与C0发生还原反应，生成MnO,矿粉中的氧化铁也被还原成低价的FeO及部分金属Fe。[〇〇56]反应塔空间主要的反应如下:
[0057]2C+〇2 = 2CO
[0058]4Mn02+2C0 = 2Mn2〇3+2C02
[0059]3Mn2〇3+CO = 2Mn3〇4+C〇2
[0060]Mn304+C0 = 3Mn0+C02
[0061]3Fe2〇3+CO = 2Fe3〇4+C〇2
[0062]Fe304+C0 = 3Fe0+C02
[0063]Fe0+C0=Fe+C02[〇〇64]在空间反应后的熔体落入熔池，由于MnO比较难还原，只能在熔池中由固碳进行还原，在熔体流经侧吹熔池段时，通过侧吹喷管向熔体喷入氧气和煤粉(工艺氧浓度为 99.6%，煤粉过量)，一方面为熔池补充热量，使熔池维持1450°(:-1650°(:的高温，同时使熔池2形成强还原环境;另一方面，通过向渣层下部喷吹煤氧的侧吹布置，可使渣层翻滚，加快熔体上下层间的热量交换，同时使锰和铁氧化物与碳还原剂能充分接触，即便在熔池中心部位热量和还原剂也充足，从而使MnO和FeO彻底的被C还原。
[0065]在熔池中，矿粉中的脉石成分和熔剂造渣，由于密度的差异，还原后的液态的金属流到熔池底部，和熔渣沉淀分层后，从上至下分别形成渣层和碳锰铁合金层，熔渣经过侧吹熔池段熔炼后，从熔池的末端排渣口5排出炉外，金属合金从熔池排出后得到高碳锰铁，锰的回收率达95%以上，单位产品的综合能耗低于850kgce/t，相对于目前氧化锰矿高炉或矿热炉(电炉)冶炼工艺不到90 %的锰回收率、高于1 OOOkgce/t的综合能耗，在回收效率和能耗指标方面得到了较大的提升。[〇〇66]熔池发生的主要化学反应如下:
[0067]C+02 = C〇2
[0068]C〇2+C = 2CO
[0069]MnO ? Si〇2+CaO = CaO ? Si〇2+MnO
[0070]Fe0+C=Fe+C0
[0071]3Mn0+4C=Mn3C+3C0
[0072]4)在氧化锰矿的闪速熔炼工艺中，若不加熔剂或少加熔剂，通过上述流程则可生产含磷低的富锰渣，富锰渣可用于后续生产硅锰合金或金属锰。[〇〇73]若在原料中添加硅石，同时提高熔池的温度至1665°C以上(Si02在该温度开始被C还原成Si)，则可用该闪速炉直接生产硅锰合金，反应如下:
[0074]Si02+2C = Si+2C0
[0075]Mn3C+3Si = 3MnSi+C
[0076]上升烟道3数目与熔池2数目一致，如图9-12所示。[〇〇77]侧吹熔池段的长度为8-20米。
[0078]侧吹熔池段为长方体，如图3-5及图9-10所示。优选的，侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米，在该范围内，侧吹熔池段两侧喷枪根据需要可以深入炉内0.3-1.1米，共同影响到熔池中心的区域，同时又避免喷枪深入过深无法对熔池两侧壁边的熔体施加有效的影响，若侧吹熔池段宽度过窄，会影响对熔体的承载量，则需增加熔池的数目，增加投资。[〇〇79]熔池2的内宽由反应塔1端向远端逐渐减小至1米，如图6-8所示，从而使熔体和烟气流速能够平缓的变化，减小对冶炼过程的影响。
[0080] 熔池2的数目为1-4个。[0081 ]侧吹布置包括对称设置在侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管4。
[0082]侧吹布置所在位置与侧吹熔池段中熔渣层对应，以便使所述侧吹布置向所述侧吹熔池段熔渣层内喷吹含氧气体和燃料，使熔渣翻滚或对流，促进熔体内热量的交流传递及熔渣层中的化学反应，提高金属的回收率。
[0083]各熔池2均设有向熔池2内喷入燃料和含氧气体的侧吹布置。燃料可以为重油、天然气、液化石油气、煤、焦丁或碳氢化合物气体中的一种;含氧气体为空气、氧气一空气混合物或者工艺氧中的一种。
[0084]熔池2上或上升烟道3侧壁上设有风口。含氧气体(空气、氧一空气混合物或者工艺氧)通过风口喷入熔池液面上部的连通烟道使还原气体(C0、H2)二次燃烧，一方面为熔池补充热量，另一方面降低尾气中C0的含量。通过烟道3侧壁上设置的风口喷入含氧气体和烟气中的还原气体进行燃烧，一方面可以避免由于烟气在流动过程中温度下降造成的烟尘粘结堵塞烟道，另一个作用是可以烧掉尾气中的C0,减少后续的烟气处理工序。
[0085]给料装置为喷嘴或喷嘴、烧嘴或烧嘴与喷嘴、喷枪的结合。通过设置在反应塔顶部的喷嘴和/或喷枪向闪速炉加入冶炼所必需的原料、燃料和辅助材料，也可同时在反应塔上设置烧嘴，当闪速炉内热量不足时，通过烧嘴为反应塔1空间内补充热量。
[0086]上升烟道3设置在靠近侧吹熔池段入口处的熔池2上部，烟气不经过侧吹熔池段直接进入烟道，从而避免由于侧吹熔池段熔池宽度的变化引起出炉烟气流速的波动，如图11 所示。[〇〇87]反应塔1连接有气体输运管道，以便从闪速炉外部引入的反应气体及其所带的热量可以直接输送至炉内。所述反应气体为含〇)、出或碳氢化合物气体中的一种或多种;优选的，为工业生产排放的含还原气氛的废气或煤制气装置所生产的煤气;更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉尾气、回转窑尾气、转底炉尾气中的一种或多种。
[0088]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。
【主权项】
1.一种带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:包括反应塔(I)，所述反应塔(I)上设有给料装置，所述反应塔(I)下部设有至少一个熔池(2)，各所述熔池(2)上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，所述侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，所述熔池(2)上设置有排渣口(5)，所述侧吹熔池段位于所述排渣口(5)和所述反应塔(I)之间；所述闪速炉还包括上升烟道(3)，所述上升烟道(3)通过所述熔池(2)与所述反应塔(I)相连通。2.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹熔池段为长方体。3.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)的内宽由所述反应塔(I)端向远端逐渐减小至小于3米且不小于I米。4.根据权利要求1-3任一项所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)的数目为1-4个。5.根据权利要求4所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹布置包括对称设置在所述侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管(4)。6.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹布置所在位置与所述侧吹熔池段中熔渣层对应。7.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)上或上升烟道(3)侧壁上设有风口。8.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:其特征在于:所述给料装置为喷嘴，或者所述给料装置为喷嘴及烧嘴，或者所述给料装置为烧嘴与喷嘴、喷枪的全士么云口 口 ο9.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述上升烟道(3)设置在靠近所述侧吹熔池段入口处的熔池(2)上部。10.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述反应塔(I)上连接有气体输运管道。11.根据权利要求2所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米。
【文档编号】C22B15/00GK205710869SQ201620387022
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】李效东, 夏明 , 邱江波, 黄小兵
【申请人】天津闪速炼铁技术有限公司
【专利摘要】本实用新型提供了一种带有侧吹熔池段的闪速炉，包括反应塔，反应塔下部设有至少一个熔池，各熔池上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，侧吹熔池段末端设置有排渣口，侧吹熔池段位于排渣口和反应塔之间；闪速炉还包括上升烟道，上升烟道通过熔池与反应塔相连通。本实用新型所述的闪速炉通过设置内宽小于3米的侧吹熔池段，使熔池的各个部位都可被侧吹直接影响，特别是中心部位可以被吹透，侧吹一方面为熔池补充热量，使熔池形成流动性良好的液态熔体环境，从而实现造渣、渣和金属的沉淀分层及排放等功能，同时，侧吹设置也可为熔池提供还原剂，完成渣层中剩余待冶炼金属氧化物的还原，提高金属的回收率。
【专利说明】
一种带有侧吹熔池段的闪速炉
技术领域
[0001]本实用新型属于冶金领域，尤其是涉及一种带有侧吹熔池段的闪速炉。
【背景技术】
[0002]闪速冶金从发明到现在，只用于硫化矿的冶炼，还没有应用于氧化矿的冶炼，以闪速炼铜为例，闪速炼铜工艺是将干燥后的粉状铜硫化物精矿经精矿喷嘴与富氧空气充分混合后喷入闪速炉，在高温反应塔内进行热离解和氧化反应，使铜精矿中部分铁氧化并造渣除去，产出含铜较高的冰铜。由于硫化物和氧气反应会放出大量的热量，所以无须再额外为熔池补充热量。
[0003]传统硫化矿闪速炉结构示意图如图1所示。
[0004]传统奥托昆普硫化矿闪速炉在设计时，熔池的内宽是根据反应塔的内径确定的，一般为反应塔内径加上1-2米，其俯视示意图如图2所示。
[0005]氧化矿闪速冶金原理是矿粉在炽热的充满还原气氛的闪速炉反应塔空间悬浮下落的过程中，利用矿粉与高温还原气体接触的比表面积较大，反应速度快的特点，实现对矿粉中的待冶炼金属氧化物的还原，未完全还原的金属氧化物落入熔池后继续完成还原。
[0006]氧化矿闪速炉的熔池除了要完成剩余待冶炼金属氧化物的还原外，还要进行造渣反应及完成液态金属和熔渣的分离和排放，因而需要维持一个高温的还原环境，仅靠反应塔传递来的热量和还原剂还远远不足以完成上述工作。因而，通过侧吹的方式为熔池补充热量和提供还原剂就成为一种必要的手段。熔池侧吹是通过在熔池侧面布置侧吹喷管实现的，在中国，通过喷管侧吹煤和氧是其中一种最经济的方案。我们根据大量试验得出:侧吹熔池的内宽不能大于3米，否则熔池的中心部位难以被吹透。
[0007]但根据传统的奥拓昆普闪速炉的设计原则，熔池的内宽要比反应塔直径大1-2米，目前还未出现过熔池内宽小于反应塔直径的闪速炉，也未出现一台闪速炉拥有多个熔池的情况。受空间冶炼原理的限制，迄今为止所有实际应用的闪速炉的直径都在3米以上，也即熔池内宽都大于4米，若采用侧吹的方式为熔池补充热量和反应物料，对于内宽大于3米以上的熔池，若喷枪深入熔池过浅，则熔池中心无法被影响到，造成熔池中部区域温度低、粘度高、熔渣中待冶炼的金属氧化物含量高，若喷枪深入熔池过深，虽然中心部位可以被吹透，但熔池的边缘部位无法被直接影响到，又会造成熔池边缘区域温度低、粘度高、熔渣中待冶炼的金属氧化物含量高。这就意味着传统奥拓昆普硫化矿闪速炉无法有效的应用侧吹的方式为熔池补充热量及提供反应物料。
【发明内容】
[0008]有鉴于此，本实用新型旨在提出一种带有侧吹熔池段的闪速炉，以解决现有的闪速炉熔池无法通过侧吹对金属氧化矿进行熔炼的问题。
[0009]为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0010]—种带有侧吹熔池段的闪速炉，包括反应塔I，所述反应塔I上设有给料装置，所述反应塔I下部设有至少一个熔池2，各所述熔池2上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，所述侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，所述熔池2上设置有排渣口 5，所述侧吹熔池段位于所述排渣口 5和所述反应塔I之间；所述闪速炉还包括上升烟道3，所述上升烟道3通过所述熔池2与所述反应塔I相连通，上升烟道3用于排出反应过程中所产生的烟气。
[0011]所述侧吹布置用来向所述侧吹熔池段炉体内喷入燃料及含氧气体，为熔池2内提供热量及还原剂，所述燃料为重油、天然气、液化石油气、煤、焦丁、碳氢化合物气体中的一种;所述含氧气体为空气，氧气一空气混合物或者工艺氧中的一种。小于3米的侧吹熔池段的设置能够使熔池2的各个部位都可以被侧吹直接影响，进而为熔池2内补充热量和提供还原剂。侧吹熔池段位于排渣口和熔池2之间，以便使熔体经过侧吹熔池段的侧吹熔炼，进一步沉淀分层后排放，从而降低渣层中待冶炼金属的含量，提高待冶炼金属的回收率。
[0012]优选的，所述上升烟道3数目与所述熔池2数目一致。
[0013]优选的，所述侧吹熔池段的长度为8-20米。
[0014]优选的，所述侧吹熔池段为长方体。优选的，侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米，在该宽度范围内，侧吹熔池段两侧喷枪可以共同影响到熔池中心区域，同时又能兼顾对熔池两侧壁的熔体施加有效的影响，若侧吹熔池段宽度过窄，会影响熔池对熔体的承载量，则需增加熔池的数目，增加投资。
[0015]优选的，所述熔池2的内宽由所述反应塔I端向远端逐渐减小至小于3米且不小于I米。从而使熔体和烟气流速能够平缓的变化，减小对冶炼过程的影响。
[0016]进一步的，所述熔池2的数目为1-4个。
[0017]进一步的，所述侧吹布置包括对称设置在所述侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管4。
[0018]进一步的，所述侧吹布置所在位置与所述侧吹熔池段中熔渣层对应，以便使所述侧吹布置向所述侧吹熔池段熔渣层内喷吹含氧气体和燃料，使熔渣翻滚或对流，促进熔体内热量的交流传递及熔渣层中的化学反应，提高待冶炼金属的回收率。
[0019]进一步的，所述熔池2上或上升烟道3侧壁上设有风口。含氧气体(空气、氧一空气混合物或者工艺氧)通过风口喷入熔池液面上部的连通烟道使还原气体(C(KH2) 二次燃烧，一方面为熔池补充热量，另一方面降低尾气中CO的含量。通过烟道3侧壁上设置的风口喷入含氧气体和烟气中的还原气体进行燃烧，一方面可以避免由于烟气在流动过程中温度下降造成的烟尘粘结堵塞烟道，另一个作用是可以烧掉尾气中的CO，减少后续的烟气处理工序。
[0020]进一步的，所述给料装置为喷嘴或喷嘴、烧嘴或烧嘴与喷嘴、喷枪的结合。通过设置给料装置向闪速炉加入冶炼所必需的原料、燃料和辅助材料，必要时，也可通过给料装置如烧嘴为反应塔I空间内补充热量。
[0021]进一步的，所述上升烟道3设置在靠近所述侧吹熔池段入口处的熔池2上部。烟气不经过侧吹熔池段直接进入烟道，从而避免由于侧吹熔池段熔池宽度的变化引起出炉烟气流速的波动。
[0022]进一步的，所述反应塔I连接有气体输运管道，以便从闪速炉外部引入的反应气体及其所带的热量可以直接输送至炉内。所述反应气体为含C0、H2或碳氢化合物气体中的一种或多种;优选的，为工业生产排放的含还原气氛的废气或煤制气装置所生产的煤气;更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉尾气、回转窑尾气、转底炉尾气中的一种或多种。
[0023]相对于现有技术，本实用新型所述的带有侧吹熔池段的闪速炉具有以下优势:
[0024]本实用新型所述的闪速炉通过设置内宽小于3米的侧吹熔池段，使熔池的各个部位都可以被侧吹直接影响，特别是中心部位可以被吹透，侧吹一方面为熔池补充热量，使熔池形成流动性良好的液态熔体环境，从而实现造渣、渣和金属的沉淀分层、渣和金属的排放等功能，同时，侧吹设置也可为熔池提供还原剂，完成渣层中剩余待冶炼金属氧化物的还原，提高待冶炼金属的回收率。
【附图说明】
[0025]构成本实用新型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:
[0026]图1为现有的闪速炉的结构示意图；
[0027]图2为现有的闪速炉的布局结构示意图；图3为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的一种结构示意图；
[0028]图4为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的另一种结构示意图；
[0029]图5为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第三种结构示意图；
[0030]图6为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第四种结构示意图；
[0031]图7为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第五种结构示意图；
[0032]图8为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第六种结构示意图；
[0033]图9为本实用新型实施例所述的带有侧吹熔池段的闪速炉的第七种结构示意图；
[0034]图10为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第八种结构示意图；
[0035]图11为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第九种结构示意图；
[0036]图12为本实用新型实施例所述带有侧吹熔池段的闪速炉的第十种结构示意图。
[0037]附图标记说明:
[0038]1-反应塔，2-恪池，3-上升烟道，4-侧吹喷管，5-排渣口。
【具体实施方式】
[0039]需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0040]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。
[0041]在本实用新型的描述中，需要说明的是，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，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
[0042]下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
[0043]—种带有侧吹熔池段的闪速炉，如图3-12所示，包括反应塔I，反应塔I上设有给料装置，反应塔I下部设有至少一个熔池2，各熔池2上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，熔池2上设置有排渣口 5，侧吹熔池段位于排渣口 5和反应塔I之间；闪速炉还包括用于排出反应过程中所产生烟气的上升烟道3，上升烟道3通过熔池2与所述反应塔I相连通。
[0044]本实例的工作过程:
[0045]向反应塔I中喷入待冶炼的金属氧化矿矿粉、还原气体(如⑶或H2)或可造还原气体的反应物(如氧气和粉煤)及熔剂(参与造渣)，矿粉在高温炽热的、充满还原气氛的反应塔I中，通过快速的传热、传质和气-固、气-液反应，迅速完成其中待冶炼金属氧化物的还原和熔化。
[0046]在反应塔I中完成化学反应的熔体落入闪速炉下部的熔池2，熔池2侧面设有侧吹布置，通过侧吹燃料和氧气为熔池补充热量，使熔池2维持一定的高温环境。
[0047]在熔池中特别设有内宽小于3米侧吹熔池段，当熔体流经侧吹熔池段时，通过侧吹向熔体中喷吹燃料和含氧气体，本实施例中向熔渣层中分别喷吹煤粉和氧气，为侧吹熔池段提供热量并维持熔池的还原环境，同时使熔渣层翻滚或对流，加快上下层间热量和物质的交换，促进化学反应的快速进行，从而使在反应塔I中未被完全还原的金属氧化物在侧吹熔池段中完成还原。小于3米的侧吹熔池段的设计，使侧吹熔池段的各个位置即便是中心部位也可以被侧吹直接影响到，从而消除了死角，提高了待冶炼金属的还原率和回收率，降低了熔池2中熔体的整体粘度。
[0048]在熔池2中，矿粉中的脉石成分与熔剂造渣，在经过侧吹熔池段的还原熔炼和澄清后，被还原出的金属与熔渣沉淀分层，由于密度差异形成渣层和粗金属层，渣从熔池末端的排渣口排出。被还原出来的低沸点金属气化后进入烟气从上升烟道3流出炉外，后续可通过冷凝的方式进行回收。
[0049]将本实用新型提供的带有侧吹熔池段的闪速炉应用于氧化锰矿的冶炼，这是首次把闪速炉创新应用于生产锰合金，具体冶炼工艺如下:
[0050]I)闪速炉设计:
[0051]反应塔直径为4米，高7米，熔池总长20米，如图11所示，其中内宽小于3米的侧吹熔池段长为12米，侧吹熔池段末端内宽为1.2米，年处理矿量120万吨。
[0052]2)原料准备:
[0053]经选矿富集后的二氧化锰矿(软锰矿或硬锰矿，含锰量大于25%)，烘干至水份50.3%，磨矿使80%颗粒小于200目；粉煤分为两种，一种从反应塔顶部喷入闪速炉用于造气，该粉煤须进行磨煤及干燥处理，使其含水量低于1%、粒度小于200目占85%，另一种用于侧吹喷吹用，不需要经过特别干燥，粒度为；恪剂为生石灰，粒度小于Imm，含水量低于1% O
[0054]3)熔炼过程:
[0055]二氧化锰粉矿、粉煤、富氧、熔剂CaO从闪速炉反应塔顶部喷嘴喷入反应塔，粉煤与氧气反应生产⑶及少量出并为反应塔空间提供热量，反应塔的温度为1200_1450°C，在炽热的呈还原气氛的空间中，矿粉中的二氧化锰与C0发生还原反应，生成MnO,矿粉中的氧化铁也被还原成低价的FeO及部分金属Fe。[〇〇56]反应塔空间主要的反应如下:
[0057]2C+〇2 = 2CO
[0058]4Mn02+2C0 = 2Mn2〇3+2C02
[0059]3Mn2〇3+CO = 2Mn3〇4+C〇2
[0060]Mn304+C0 = 3Mn0+C02
[0061]3Fe2〇3+CO = 2Fe3〇4+C〇2
[0062]Fe304+C0 = 3Fe0+C02
[0063]Fe0+C0=Fe+C02[〇〇64]在空间反应后的熔体落入熔池，由于MnO比较难还原，只能在熔池中由固碳进行还原，在熔体流经侧吹熔池段时，通过侧吹喷管向熔体喷入氧气和煤粉(工艺氧浓度为 99.6%，煤粉过量)，一方面为熔池补充热量，使熔池维持1450°(:-1650°(:的高温，同时使熔池2形成强还原环境;另一方面，通过向渣层下部喷吹煤氧的侧吹布置，可使渣层翻滚，加快熔体上下层间的热量交换，同时使锰和铁氧化物与碳还原剂能充分接触，即便在熔池中心部位热量和还原剂也充足，从而使MnO和FeO彻底的被C还原。
[0065]在熔池中，矿粉中的脉石成分和熔剂造渣，由于密度的差异，还原后的液态的金属流到熔池底部，和熔渣沉淀分层后，从上至下分别形成渣层和碳锰铁合金层，熔渣经过侧吹熔池段熔炼后，从熔池的末端排渣口5排出炉外，金属合金从熔池排出后得到高碳锰铁，锰的回收率达95%以上，单位产品的综合能耗低于850kgce/t，相对于目前氧化锰矿高炉或矿热炉(电炉)冶炼工艺不到90 %的锰回收率、高于1 OOOkgce/t的综合能耗，在回收效率和能耗指标方面得到了较大的提升。[〇〇66]熔池发生的主要化学反应如下:
[0067]C+02 = C〇2
[0068]C〇2+C = 2CO
[0069]MnO ? Si〇2+CaO = CaO ? Si〇2+MnO
[0070]Fe0+C=Fe+C0
[0071]3Mn0+4C=Mn3C+3C0
[0072]4)在氧化锰矿的闪速熔炼工艺中，若不加熔剂或少加熔剂，通过上述流程则可生产含磷低的富锰渣，富锰渣可用于后续生产硅锰合金或金属锰。[〇〇73]若在原料中添加硅石，同时提高熔池的温度至1665°C以上(Si02在该温度开始被C还原成Si)，则可用该闪速炉直接生产硅锰合金，反应如下:
[0074]Si02+2C = Si+2C0
[0075]Mn3C+3Si = 3MnSi+C
[0076]上升烟道3数目与熔池2数目一致，如图9-12所示。[〇〇77]侧吹熔池段的长度为8-20米。
[0078]侧吹熔池段为长方体，如图3-5及图9-10所示。优选的，侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米，在该范围内，侧吹熔池段两侧喷枪根据需要可以深入炉内0.3-1.1米，共同影响到熔池中心的区域，同时又避免喷枪深入过深无法对熔池两侧壁边的熔体施加有效的影响，若侧吹熔池段宽度过窄，会影响对熔体的承载量，则需增加熔池的数目，增加投资。[〇〇79]熔池2的内宽由反应塔1端向远端逐渐减小至1米，如图6-8所示，从而使熔体和烟气流速能够平缓的变化，减小对冶炼过程的影响。
[0080] 熔池2的数目为1-4个。[0081 ]侧吹布置包括对称设置在侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管4。
[0082]侧吹布置所在位置与侧吹熔池段中熔渣层对应，以便使所述侧吹布置向所述侧吹熔池段熔渣层内喷吹含氧气体和燃料，使熔渣翻滚或对流，促进熔体内热量的交流传递及熔渣层中的化学反应，提高金属的回收率。
[0083]各熔池2均设有向熔池2内喷入燃料和含氧气体的侧吹布置。燃料可以为重油、天然气、液化石油气、煤、焦丁或碳氢化合物气体中的一种;含氧气体为空气、氧气一空气混合物或者工艺氧中的一种。
[0084]熔池2上或上升烟道3侧壁上设有风口。含氧气体(空气、氧一空气混合物或者工艺氧)通过风口喷入熔池液面上部的连通烟道使还原气体(C0、H2)二次燃烧，一方面为熔池补充热量，另一方面降低尾气中C0的含量。通过烟道3侧壁上设置的风口喷入含氧气体和烟气中的还原气体进行燃烧，一方面可以避免由于烟气在流动过程中温度下降造成的烟尘粘结堵塞烟道，另一个作用是可以烧掉尾气中的C0,减少后续的烟气处理工序。
[0085]给料装置为喷嘴或喷嘴、烧嘴或烧嘴与喷嘴、喷枪的结合。通过设置在反应塔顶部的喷嘴和/或喷枪向闪速炉加入冶炼所必需的原料、燃料和辅助材料，也可同时在反应塔上设置烧嘴，当闪速炉内热量不足时，通过烧嘴为反应塔1空间内补充热量。
[0086]上升烟道3设置在靠近侧吹熔池段入口处的熔池2上部，烟气不经过侧吹熔池段直接进入烟道，从而避免由于侧吹熔池段熔池宽度的变化引起出炉烟气流速的波动，如图11 所示。[〇〇87]反应塔1连接有气体输运管道，以便从闪速炉外部引入的反应气体及其所带的热量可以直接输送至炉内。所述反应气体为含〇)、出或碳氢化合物气体中的一种或多种;优选的，为工业生产排放的含还原气氛的废气或煤制气装置所生产的煤气;更优选的，为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、电炉尾气、回转窑尾气、转底炉尾气中的一种或多种。
[0088]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，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。
【主权项】
1.一种带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:包括反应塔(I)，所述反应塔(I)上设有给料装置，所述反应塔(I)下部设有至少一个熔池(2)，各所述熔池(2)上均设有内宽小于3米的侧吹熔池段，所述侧吹熔池段的侧面设有侧吹布置，所述熔池(2)上设置有排渣口(5)，所述侧吹熔池段位于所述排渣口(5)和所述反应塔(I)之间；所述闪速炉还包括上升烟道(3)，所述上升烟道(3)通过所述熔池(2)与所述反应塔(I)相连通。2.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹熔池段为长方体。3.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)的内宽由所述反应塔(I)端向远端逐渐减小至小于3米且不小于I米。4.根据权利要求1-3任一项所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)的数目为1-4个。5.根据权利要求4所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹布置包括对称设置在所述侧吹熔池段的侧吹孔及设置在侧吹孔内的侧吹喷管(4)。6.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹布置所在位置与所述侧吹熔池段中熔渣层对应。7.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述熔池(2)上或上升烟道(3)侧壁上设有风口。8.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:其特征在于:所述给料装置为喷嘴，或者所述给料装置为喷嘴及烧嘴，或者所述给料装置为烧嘴与喷嘴、喷枪的全士么云口 口 ο9.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述上升烟道(3)设置在靠近所述侧吹熔池段入口处的熔池(2)上部。10.根据权利要求1所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述反应塔(I)上连接有气体输运管道。11.根据权利要求2所述的带有侧吹熔池段的闪速炉，其特征在于:所述侧吹熔池段的内宽为1.5-2.5米。
【文档编号】C22B15/00GK205710869SQ201620387022
【公开日】2016年11月23日
【申请日】2016年4月28日
【发明人】李效东, 夏明 , 邱江波, 黄小兵
【申请人】天津闪速炼铁技术有限公司
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