锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴的制作方法
【专利摘要】锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴，包括中心喷管，中间喷管，窑头喷管，前支撑板和后支撑板，中心喷管轴线向下倾斜与窑轴线交角0°～10°，中心喷管为吹氧管，中间喷管沿中心喷管外壁面均匀布置，窑头喷管沿中间喷管外围均匀布置，窑头喷管喷出射流覆盖中间喷管，中间喷管喷出射流覆盖中心喷管，中心喷管喷出射流能流过窑轴线中点位置。中间喷管和窑头喷管包括相间布置的鼓风管和吹氧管，鼓风管和吹氧管呈阶梯状管束置于高速射流低温区域，做到长距离、长时间、沿窑轴线同时喷吹补充富氧空气。锌浸出渣大型挥发回转窑回收锌铅金属可使用本发明。应用表明：使用寿命延长，劳动强度减轻，ZnO回收率高达95％，生产效率提高，渣含焦低于2％。
【专利说明】锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴
[0001]【技术领域】发明涉及一种适用于挥发性有色金属冶炼【技术领域】使用，特别是锌湿法冶炼工艺用大型挥发回转窑装置、大型底吹/侧吹/顶吹冶炼炉装置高强度还原氧化冶炼回收锌浸出渣中锌铅等挥发性有价金属，回收处理累年堆积含铅的锌浸出渣并解决铅污染隐患等场所使用。
[0002]【背景技术】传统锌冶炼工艺使用挥发回转窑(简称“挥发窑”)处理锌浸出渣来回收锌铅金属。窑壁转动使锌浸出渣与焦碳粉混合窑料上下翻滚，并从一端翻滚着流向另一端。在此过程中，窑内窑料中和气相空间接触的最外层焦粉迅速燃烧成CO，锌铅氧化物较好地接触焦粉和CO后被还原成锌蒸汽进入窑料层上空。气相空间里焦粉、锌蒸汽和CO遇氧分子燃烧，使窑温维持1000°c?1300°C水平。气相空间燃烧将热量以辐射传热方式传递给窑壁，随着窑体转动窑壁将其蓄热以直接接触导热方式传递给窑料。
[0003]挥发窑运行需要消耗焦粉和压缩空气。焦粉主要作为燃料使用，同时兼作还原剂，焦粉/锌浸出渣维持在50%左右，大型回转窑因窑体加长(从20m延长到60m左右)原因使配比高达55%?60%。压缩空气用于向窑内强制鼓风，使窑头产生负压，反应带增长，并吹起翻动窑料。强制鼓风要求选择适合的鼓风管摆放位置，以便起到强化生产，稳定窑况和提闻生广效率等作用。
[0004]目前国内企业采用的鼓风管/吹氧管大多为一根细长专制钢管，钢管入窑段为直喷嘴或渐缩收口后接一段直管型的喷嘴。为适应窑长的需要，钢管长达一二十米以上。压缩空气只能从钢管前端喷嘴高速喷出，对应于鼓风管中间及头部的窑内区域燃烧补氧明显不足，只能依赖于人工操作来回快速拉出伸进移动鼓风管实现。鼓风管人工送入窑内后，鼓风管前端、中间及尾端即受到1000°c?1300°C高温窑气冲刷，加上窑内氧分子作用迅速变红软化向下弯曲甚至被烧断，导致鼓风管往往是一次性使用。这种简易的单根鼓风管补充氧化剂气流方法存在许多缺陷:①压缩风对窑内衬的冲刷磨损加大；②因管径较小难于堆砌浇注料且浇注料寿命无法保证，只能通过外加隔热套管等方式短时间保护，鼓风管/吹氧管需要频繁地更换，日常消耗多；③窑前工人操作劳动强度大、技术要求高，在短短的一二十几分钟时间里需要来回快速拉出伸进鼓风管窑内反应带短，窑内O2及CO分布、还原反应吸热和氧化反应放热分布、窑温分布不均匀，明显影响到焦粉利用率和ZnO回收率，大型挥发窑因窑体长使得这一缺限极其明显；⑤反应物含氧浓度低于21 %，窑内还原氧化反应强度低，生产效率低，设备潜能没有得到充分发挥。统计表明，随窑渣排出未烧透的焦占到20%以上，以致于需要考虑窑渣残留焦回收。
[0005]回转窑头吹送压缩空气或富氧空气新装置不多见。论文(卢长海.挥发窑处理含锌浸出渣挥发率及工艺节能探究[J].有色矿冶，2011，27 (2):34-37)报道了拉瓦尔型喷嘴取代传统直喷嘴或渐缩收口，有利于减少压缩空气对窑衬的冲刷。专利CN103421955 A提到用双层隔热套管式氧枪替代传统单根式喷管吹送富氧空气。这些均没有解决传统单根鼓风管存在的使用寿命短、工人劳动强度大、窑内流动传热传质明显不均匀、渣含焦高及ZnO回收率低等问题。能检索到基于传统简易的单根式专制钢制喷管吹送压缩空气/富氧空气/氧气的新方法发明专利，如专利CN102399995 A、专利CN103421955 A、专利CN101985695A和专利CN102321806 A等，涉及锌浸出渣挥发窑、底吹炉或侧吹炉等冶炼炉回收铅锌有价金属。
[0006]近年来，由于能源价格上涨，锌冶炼企业的生产成本不断提高，集成节能新技术如富氧燃烧，提高锌铅氧化物挥发率，降低焦粉消耗，提高生产效率，增加企业的市场竞争力，已是企业急需解决的课题。开发结构简单、窑内流动传热还原氧化过程调控性好、适合于大型锌浸出渣挥发窑使用的锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴，具有良好的经济、节能环保和社会效益。
[0007]
【发明内容】
为了克服传统简易的单根鼓风管存在的易烧损使用寿命短，工人操作强度大，窑内o2/co、还原氧化反应热交换和窑温分布及其不均匀，窑内流动传热传质明显不均匀且没有得到合理强化等缺点，发明公布一种具有“鼓风管和吹氧管交叉布置成阶梯状管束、管束布置在高速射流根部及轴线低温区域”等结构特征，“长距离、长时间、大速度且沿窑轴线同时喷吹富氧空气和压缩空气”等技术优势，以满足锌浸出渣大型挥发窑高强度冶炼回收锌铅挥发性有价金属需要的锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴。
[0008]锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴，主要包括中心喷管，中间喷管，窑头喷管，呈圆板状的前支撑板和呈圆板状的后支撑板，后支撑板和前支撑板布置供呈细长圆管状的喷管穿过且孔径及位置相同的众多圆孔，喷管穿过后支撑板圆孔后，再穿过前支撑板相应位置圆孔，最后从窑头伸入窑内，众多喷管轴线相互平行，中心喷管轴线在通过窑轴线的竖直面上且向下倾斜与窑轴线交角0°?10°，中间喷管和窑头喷管包括相间布置的吹氧管和鼓风管，中间喷管沿中心喷管外壁面均匀布置，窑头喷管沿中间喷管外围均匀布置，窑头喷管喷口距窑头内端面Omm?50mm，窑头喷管喷出射流流过中间喷管喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中心喷管为一根吹氧管，中间喷管喷出射流流过中心喷管喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中心喷管喷出射流流过1/2窑长位置时速度衰减到出口速度的I/ (10?20)，前支撑板和后支撑板固定在窑外支架上并支撑固定众多喷管，前支撑板阻止环境空气从窑头渗入窑内，吹氧管输送富氧空气/氧气，鼓风管输送压缩空气。
[0009]铅锌等挥发性有价金属冶炼【技术领域】，尤其是锌湿法冶炼用锌浸出渣大型挥发回转窑、大型底侧顶吹冶炼炉还原氧化高强度回收冶炼锌浸出渣中锌铅等挥发性有价金属，需要回收处理累年堆积含铅的锌浸出渣并解决其铅污染隐患等场所，都可以使用本发明。
[0010]发明铅锌等挥发性有价金属回收率高、经济性良好、节能环保效益显著。应用本发明，锌浸出渣氧化锌挥发率高达95%以上(比传统工艺提高15%以上)，余热锅炉回收的氧化锌含量高达60%以上(比传统工艺提高5-20%以上)锌铅等有价金属回收效益明显提高；挥发窑排出的渣含碳低于2% (比传统工艺降低18%左右)，混锌浸出渣用优质焦粉可以用烟煤或低热值煤替代。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴通过中心轴线B-B的垂直剖面图，图2为锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴垂直于中心轴线A-A的垂直剖面图。I为中心喷管、2为中间喷管、3为窑头喷管、4为前支撑板,5为后支撑板。
【具体实施方式】
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[0012]下面结合附图对发明作进一步的说明。
[0013]如附图1和附图2所示，锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴，主要包括中心喷管1，中间喷管2，窑头喷管3，呈圆板状的前支撑板4和呈圆板状的后支撑板5。后支撑板5和前支撑板4布置孔径及位置相同的众多圆孔，圆孔供细长圆管状喷管穿过。后支撑板5和前支撑板4圆孔以中心圆孔为中心，分内外两圈布置，内外两圈分别呈正多边形或圆形。后支撑板5和前支撑板4中心圆孔用于固定中心圆管I,内圈圆孔用于固定中间喷管2,外圈圆孔用于固定窑头喷管3。每一根喷管穿过后支撑板5圆孔后，再穿过前支撑板4相应位置圆孔，最后从窑头伸入窑内。中心喷管I依次穿过后支撑板5中心圆孔和前支撑板4对应中心圆孔伸进挥发窑内，中间喷管2依次穿过后支撑板5内圈圆孔和前支撑板4对应内圈圆孔伸进挥发窑内，窑头喷管3依次穿过后支撑板5外圈圆孔和前支撑板4对应外圈圆孔伸进挥发窑内。中心喷管I为一根吹氧管。中间喷管2包括多根吹氧管和鼓风管，吹氧管和鼓风管相间布置。窑头喷管3包括多根吹氧管和鼓风管，吹氧管和鼓风管相间布置。吹氧管及鼓风管喷口可以为直喷嘴、或渐缩收口后接一段直管，也可以是拉瓦尔喷口后接一段直管。在后支撑板5和前支撑板4众多圆孔作用下，中心喷管1、中间喷管2和窑头喷管3的众多喷管轴线相互平行。调整后支撑板5和前支撑板4位置，能调节中心喷管I轴线位置及其与挥发窑轴线夹角，使得中心喷管I轴线在通过窑轴线的垂直面上且向下倾斜与窑轴线交角在0°?10°范围。前支撑板4和后支撑板5固定在窑头窑外钢制支架或台架上并支撑固定众多喷管，前支撑板4贴近挥发窑窑头外端面布置，起到阻止环境空气从窑头渗入窑内。
[0014]中间喷管2众多喷管沿中心喷管I外壁面均匀布置，窑头喷管3众多喷管沿中间喷管2外围均匀布置。窑头喷管3喷口位置靠近窑头内端面，中心喷管I喷头位置靠近窑轴线中点位置，中间喷管2喷口位置在中心喷管I喷口位置和窑头喷管3喷口位置之间。窑头喷管3喷口距窑头内端面Omm?50mm，窑头喷管3喷出射流流过中间喷管2喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中间喷管2喷出射流流过中心喷管I喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中心喷管I喷出射流流过1/2窑长位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)。窑头喷管3喷出的低温高速射流覆盖中间喷管2超出窑头喷管3部分管道外表面，冷却保护该部分管道并补充该部分管道所处的窑内区域冶炼所需的氧化剂气流。中间喷管2喷出的低温高速射流覆盖中心喷管I超出中间喷管2部分管道外表面，冷却保护该部分管道并补充该部分管道所处的窑内区域冶炼所需的氧化剂气流。中心喷管I喷出的高速射流补充中心喷管I喷口至窑轴线中点窑内区域冶炼所需的氧化剂气流。
[0015]锌浸出渣挥发窑正常运行时，工业氧气或富氧空气接入后支撑板5吹氧管，压缩空气接入后支撑板5鼓风管，分别从中心喷管1、中间喷管2和窑头喷管3各喷口高速喷出。进入窑头喷管3的气流在窑头内端面附近低温高速喷出。低温高速射流流过中间喷管2外壁面过程中，在补充沿途料层还原反应和空间氧化反应所缺氧分子的同时冷却保护深入窑内的中间喷管2，到射流速度衰减到出口速度I/ (10?20)时对中间喷管2的冷却保护作用不明显，而此时射流刚好运动到中间喷管2伸入窑内最远端喷口位置。流入中间喷管2的气流以低温射流方式高速喷出。低温高速射流流过中心喷管I外壁面过程中，在补充沿途料层还原反应和空间氧化反应所缺氧分子的同时冷却保护深入窑内的中心喷管1，到射流速度衰减到出口速度1/(10?20)时对中心喷管I的冷却保护作用不明显，而此时射流刚好运动到中心喷管I伸入窑内最远端喷口位置。中间喷管2喷口到窑头内端面对应的中心喷管I管道被中间喷管2包围，同时也被窑头喷管3喷出高速低温射流包围。流入中心喷管I的气流以低温射流方式高速喷出，为中心喷管2喷口至窑轴线中点之间窑内料层还原反应和空间氧化反应所缺氧分子。这样，伸入窑内的众多喷管集中布置成阶梯状或圆锥状管束，并且用低温高速射流包覆管束外围。通过高速低温射流分段顺序布置方式，从窑轴线中点至窑头内端面窑内各处冶炼反应均同时得到了氧分子补充；伸入窑内的所有喷管同时得到了高速低温射流的冷却保护。中间喷管2和窑头喷管3的鼓风管和吹氧管相间均匀布置、喷口位置临近、喷出射流速度相近，做到窑内较均匀混合富氧空气/氧气与压缩空气，得到含氧体积浓度21%?30%的混合富氧空气。
[0016]中心喷管1、中间喷管2和窑头喷管3喷管向下倾斜与窑轴线交角0°?10°，可以保护窑内衬，强化补充的氧分子和窑内气相空间CO分子快速渗入窑料层内，加快窑料层内的还原反应速度。
[0017]吹氧管输送0.1MPa?0.4MPa工业氧气或0.1MPa?0.4MPa含氧体积浓度21 %?40%膜法富氧空气，鼓风管输送空压站产生的0.1MPa?0.4MPa压缩空气。窑内温度维持在1000°C?1300°C水平。富氧/纯氧空气喷吹及压缩空气鼓入，以窑头不冒黑烟、能检查到烟气含氧成分、负压_30Pa?_5Pa为限。
[0018]富氧喷嘴处在窑内时不得切断富氧喷嘴各喷管气流供应，直到中心喷管I喷口拉出挥发窑窑头外端面时才可切断气流供应，避免喷管高温烧损变形。
[0019]发明结构特征、技术特征及带来的技术效果描述如下:
[0020]发明具有“鼓风管和吹氧管相间布置成阶梯状管束、管束布置于高速低温射流根部及轴线低温区域”的结构特征。富氧喷嘴所用的鼓风管与吹氧管以中心喷管为中心，分内外两圈呈正多边形或圆形布置。中间喷管2喷管沿中心喷管I外壁面均匀布置，窑头喷管3喷管沿中间喷管2外围均匀布置。从窑头内端面向内，先是较近的窑头喷管3喷口，然后是中间喷管2喷口，最后是最远的中心喷管I喷口。窑头喷管3喷出射流能覆盖冷却中间喷管2伸出窑头喷管3部分管道并补充沿途冶炼反应所缺氧分子，中间喷管2喷出射流能覆盖冷却中心喷管I伸出中间喷管2部分管道并补充沿途冶炼反应所缺氧分子，中心喷管I喷出射流能覆盖到窑轴线中点位置并补充沿途冶炼反应所缺氧分子。这样，众多喷管以阶梯状或圆锥状管束形式出现，三段高速低温射流串联相加冷却保护管束。从整体上看，窑轴线中点至窑头内端面窑内各处冶炼反应同时得到氧分子补充，伸入窑内的所有喷管同时得到高效冷却保护。管束根部窑内温度低，冶炼反应所缺氧分子多，自然多布置喷管，有效消除窑轴线中点至窑头内端面区域窑温温差。发明使用鼓风管和吹氧管相间布置的管束，避免传统工艺和专利CN102399995 A使用单根鼓风管/吹氧管快速拉出推进操作存在的高劳动强度和窑温极其不均匀问题，避免了专利CN103421955 A使用单根双层套管氧枪方式。发明鼓风管和吹氧管相间混合富氧空气，避免专利CN102399995 A在窑外专设混合罐的复杂设计问题。
[0021]上述结构特征导致的技术特征是长距离、长时间、高速度、沿窑轴线同时喷吹富氧空气。发明通过“窑头喷管3喷出的高速低温射流+中间喷管2喷出的高速低温射流+中心喷管I喷出的高速低温射流”方式，使得从窑轴线中心到窑头内端面窑内区域等能同时补充冶炼反应所缺氧分子，氧分子能补充到挥发窑内更深更远位置，满足了窑长从传统挥发窑20多米到目前大型挥发窑50多米发展的需要；发明通过“窑头喷管3喷出的高速低温射流冷却中间喷管2+中间喷管2喷出的高速低温射流冷却中心喷管I”方式，有效延长富氧喷嘴窑内停留时间，做到长时间补充富氧空气；发明众多喷管喷口同时喷出高速射流，强化了气相空间反应物扩散传质过程，满足了高效生产所缺的氧分子需要；针对传统挥发窑窑头区域温度低问题，在窑头区域多布置喷管多补充氧分子，克服了传统挥发窑窑温分布极其不均匀缺陷，窑内流动传热传质冶炼反应变均匀，反应带长度、窑料在高温强还原性气氛环境中停留时间均延长；为窑内反应送入混合富氧空气，提高了窑温、反应带温度和冶炼反应速度。
[0022]上述结构特征和技术特征带来的技术效果是:喷管使用寿命延长、工人劳动强度减轻、ZnO回收率提高、冶炼生产效率提高、渣含焦明显降低。
[0023]锌浸出渣大型挥发回转窑、大型底/侧/顶吹冶炼炉还原氧化高强度冶炼回收锌铅有价金属，需要回收处理累年堆积含铅的锌浸出渣并解决其铅污染隐患等场所，可以使用本发明。
[0024]工业应用表明:发明铅锌挥发性有价金属冶炼回收率高、经济性良好、节能环保效益显著。应用本发明，锌浸出渣ZnO挥发率高达95.5%以上(比传统工艺提高15%以上)，ZnO含量高达60 %以上，窑渣含碳低于2 %，锌浸出渣可配用烟煤或低热值煤，降低了焦粉外购成本。
【权利要求】
1.锌浸出渣挥发窑用富氧喷嘴，主要包括中心喷管(1)，中间喷管(2)，窑头喷管(3)，呈圆板状的前支撑板(4)和呈圆板状的后支撑板(5)，后支撑板(5)和前支撑板(4)布置供呈细长圆管状的喷管穿过且孔径及位置相同的众多圆孔，喷管穿过后支撑板(5)圆孔后，再穿过前支撑板(4)相应位置圆孔，最后从窑头伸入窑内，众多喷管轴线相互平行，中心喷管(I)轴线在通过窑轴线的竖直面上且向下倾斜与窑轴线交角0°?10°，中间喷管(2)和窑头喷管(3)包括相间布置的吹氧管和鼓风管，中间喷管(2)沿中心喷管(I)外壁面均匀布置，窑头喷管(3)沿中间喷管(2)外围均匀布置，窑头喷管(3)喷口距窑头内端面Omm?50mm，窑头喷管(3)喷出射流流过中间喷管(2)喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中心喷管(I)为一根吹氧管，中间喷管(2)喷出射流流过中心喷管(I)喷口位置时速度衰减到出口速度的1/(10?20)，中心喷管(I)喷出射流流过1/2窑长位置时速度衰减到出口速度的I/(10?20)，前支撑板(4)和后支撑板(5)固定在窑外支架上并支撑固定众多喷管，前支撑板(4)阻止环境空气从窑头渗入窑内，吹氧管输送富氧空气/氧气，鼓风管输送压缩空气。
【文档编号】C22B19/38GK104232931SQ201410491654
【公开日】2014年12月24日 申请日期:2014年9月24日 优先权日:2014年9月24日
【发明者】许志波, 许文浒, 马光辉, 汪洋洋, 鲁志昂, 艾元方 申请人:株洲火炬工业炉有限责任公司