一种高效侧吹熔炼炉的制作方法

本发明涉及铸造设备技术领域，尤其涉及一种高效侧吹熔炼炉。

背景技术：

铸造是人类掌握比较早的一种金属热加工工艺，已有约6000年的历史。中国约在公元前1700～前1000年之间已进入青铜铸件的全盛期，工艺上已达到相当高的水平。铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。被铸物质多为原为固态但加热至液态的金属(例:铜、铁、铝、锡、铅等)，而铸模的材料可以是砂、金属甚至陶瓷。因应不同要求，使用的方法也会有所不同。

相关技术中的熔池熔炼冶金炉存在一个比较普遍的问题是从加料口加入到炉内的物料容易漂浮在熔体表层，无法充分参与熔池反应，影响生产效率，有时甚至不能正常生产。例如，相关技术中的侧吹熔炼技术中，侧面喷吹方式对于熔池的搅拌效果有限，这极大的限制了侧吹炉的单炉处理能力，因此炉体尺寸设计均较小。为了强化搅拌效果，增加气体动力，更多的是增加喷吹氧枪个数及喷吹气体出口速度，而气体射流带动熔体流动容易在熔池表面产生喷溅，高温熔体溅射在炉顶及炉壁，造成炉壁以及烟道口耐火材料均有损耗，影响炉体整体使用寿命，所以需要一种效率高、使用寿命长的侧吹熔炼炉。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的熔炼效率低、容易引起损耗的问题，本发明提供了一种高效侧吹熔炼炉。

一种高效侧吹熔炼炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述小径区和大径区具有圆形横截面，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区下端设有排料口，所述炉体侧壁在小径区区域上沿所述炉体的周向相对错开设置多个喷枪口，所述大径区设有补风口；

炉顶，所述炉顶设在所述炉体上且封盖所述空腔的上端，所述炉顶为穹形，所述炉顶的顶部设有加料口，所述加料口处设有密封装置；

排气烟道，所述排气烟道倾斜向上设在所述炉体的侧壁上，所述排气烟道与所述空腔连通；

多个喷枪，所述喷枪插入到所述喷枪口内，所述喷枪包括中心管道、分流罩、套管、冷却介质管道，所述分流罩设置在所述中心管道的出口处，所述分流罩上具有分流孔，所述套管套设在所述中心管道外，且所述套管内壁与所述中心管道外壁限定出冷却介质容纳空间，所述冷却介质管道设置在所述冷却介质容纳空间内；

冷却水套，所述冷却水套设在所述炉体外部且对所述炉体和所述排气烟道形成包裹结构。

在本发明一优选实施例中，所述分流孔包括：

第一分流孔，所述第一分流孔位于所述分流罩的中心处；

多个第二分流孔，所述多个第二分流孔沿所述第一分流孔的周向均匀分布。

在本发明一优选实施例中，所述分流孔包括多个第三分流孔，所述多个第三分流孔沿所述分流罩的周向均匀分布。

在本发明一优选实施例中，所述第三分流孔呈多层分布。

在本发明一优选实施例中，所述排气烟道设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁，所述排气烟道与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。

在本发明一优选实施例中，所述大径区和所述小径区之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区。

在本发明一优选实施例中，所述炉体的侧壁上设有清洁口，所述清洁口在上下方向上邻近所述炉顶。

在本发明一优选实施例中，所述炉体的底面为球形，所述炉体的底面和侧壁的耐火层为镁铬砖层，所述炉顶的耐火层为耐火钢纤维捣打料层。

在本发明一优选实施例中，所述炉顶还设置有用于伸入测量尺的测量口和烧嘴口，所述烧嘴设在所述烧嘴口处且向下延伸至所述大径区内。

在本发明一优选实施例中，所述排料口包括排铜口和排渣口，所述排铜口设在所述炉体的底部，所述排渣口位于所述排铜口的上方。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)喷枪在喷射过程中，喷射物在中心管道内形成以中心管道轴线为中心的高速射流，从枪口喷射出时，通过在喷枪中心管道的出口处设置分流罩，中心射流被分流罩分割成多股旋转射流，增大了射流对搅动面积，多股旋转射流与被搅拌的炉体熔体相互影响产生向熔池中心流动的脉冲射流，使射流对气体动力增强，再借助浮力作用向上运动，改变了单一的熔体运动方式，延迟了射流向上流动的时间，喷射物在炉体内停留的时间延长，使反应进行的更彻底从而，对炉体的搅拌效果显著增强；

(2)喷枪相对错开设置，避免两股喷射物射流产生动力叠加，炉体中熔体产生过于剧烈的翻腾，防止喷溅，降低对炉壁、道口材料的损耗，提高使用寿命；

(3)多个喷枪均指向炉体的中心区域，能够在炉体中心产生更高的温度，有利于物料迅速熔化，极大的提高了床能率；

(4)空腔的横截面形成为圆形，可以使得空腔内耐火砖承受的应力比较均匀，极大避免了拱砖、掉砖现象，大大延长了炉体有效工作时间和运行寿命；

(5)采用内径逐渐变大的小径区、过渡区、大径区作为气相区，使得反应产生的气体和气体的反应可以在较大的空间平缓进行，提高了熔炼的效率；

(6)密封设置、补风口的设置，减少有毒有害气体的逸出，避免了污染环境。

附图说明

图1是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的结构示意图；

图2是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的喷枪的结构示意图；

图3是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的喷枪的局部结构示意图；

图4是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的喷枪的局部结构示意图；

图5是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的喷枪的局部结构示意图；

图中：1-炉体；11-空腔；111-小径区；112-大径区；113-过渡区；12排料口；121-排铜口；122-排渣口；13-补风口；14-喷枪口；2-炉顶；21-加料口；22-烧嘴口；23-测量口；3-排气烟道；4-喷枪；41-中心管道；42-分流罩；420-分流孔；421-第一分流孔；422-第二分流孔；423-第三分流孔；43-套管；44-冷却介质管道；45-倾角调节阀；5-烧嘴；6-冷却水套；7-清洁口。

具体实施方式

以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参看图1，是本发明一种高效侧吹熔炼炉一优选实施例的结构示意图，一种高效侧吹熔炼炉，包括：炉体1、炉顶2、排气烟道3、多个喷枪4。

炉体1内有上端敞开的空腔11，所述空腔11具有小径区111和位于所述小径区111上方的大径区112，所述小径区111和大径区112具有圆形横截面，所述大径区112的内径大于所述小径区111的内径。电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后可以放置在空腔11内进行熔炼，具体地，空腔11内为熔炼炉提供熔炼的反应区，反应区设置在小径区111底部。

进一步的，在本实施例中，反应区上方的小径区111和大径区112共同作为气相区，反应产生的气体以及相关气体的反应过程则在炉体1内的气相区内进行。由于大径区112的内径大于小径区111的内径，这样气相区为反应后产生的气体和气体的反应过程提供更大的空间。

炉体1的底部和侧壁都设有耐火层，耐火层由耐火砖堆砌而成，由于空腔11的小径区111和大径区112的横截面为圆形，炉体1在受热时膨胀均匀，没有集中应力，可以避免出现掉砖现象，提高了炉体1的稳定性。

进一步的，在本实施例中，所述炉体1的底面为球形，所述炉体1的底面和侧壁的耐火层为镁铬砖层，所述炉顶2的耐火层为耐火钢纤维捣打料层。

电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后，在反应区内进行熔炼反应，反应过后所产生的粗铜排出，排出后剩余的熔炼渣层内再加入还原剂进行还原反应，以还原熔炼渣层中的金属氧化物，得到粗铜和还原渣，粗铜可以循环利用，还原渣可以排出炉体1。

具体的，在本实施例中，小径区111下端设有排料口12，排料口12可以用于排出熔炼反应后的粗铜、反应渣和还原渣。

进一步的，在本实施例中，所述排料口12包括排铜口121和排渣口122，所述排铜口121设在所述炉体1的底部，所述排渣口122位于所述排铜口121的上方。

在本实施例中，炉体1侧壁在小径区111区域上沿所述炉体1的周向相对错开设置多个喷枪口14，喷枪4插入到喷枪口14内，即每对喷枪4不对喷，相互错开，避免喷枪4喷射的两股射流相对射出产生动力叠加，避免炉体内搅动过饱和产生的炉体内表面喷溅严重。

在本实施例中，所述喷枪4插入到所述喷枪口14内，请参看图2，所述喷枪4包括中心管道41、分流罩42、套管43、冷却介质管道44，所述分流罩42设置在所述中心管道41的出口处，所述分流罩42上具有分流孔，所述套管43套设在所述中心管道41外，且所述套管43内壁与所述中心管道41外壁限定出冷却介质容纳空间，所述冷却介质管道44设置在所述冷却介质容纳空间内。

进一步的，在本实施例中，喷枪进一步包括：倾角调节阀45，该倾角调节阀45设置在套管43的外壁上，该倾角调节阀45用于调节喷枪4的角度。如果喷枪4对角度固定，容易造成炉体内表面喷溅严重，损伤炉衬位置，单炉作业率及炉体寿命均受到影响。由于本发明实施例的喷枪对炉体1的搅拌作用强，剧烈的搅拌作用将使炉体1处于不稳定的状态下，对炉衬、氧枪头以及烟道都具有不少的冲刷作用，缩短炉体1及喷枪4的使用寿命。

进一步的，在本实施例中，中心管道41为渐扩式拉瓦尔喷管，其中，“渐扩式拉瓦尔喷管”是至喷管的前半部是由大变小向中间收缩至一个窄喉，窄喉之后又由小变大向外扩张，进而，喷管中的气体受高压流入喷嘴的前半部，穿过窄喉后由后半部逸出，由于流体在喷管中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小。发明人采用渐扩式拉瓦尔喷管作为中心管道，使喷射物通过中心管道41的过程中形成的射流的流型更为聚集，速度显著提高，从而炉体1内的搅拌动力更强。

进一步的，在本实施例中，分流罩42设置在中心管道41的出口处，该分流罩42上具有分流孔420。由于侧吹气体射流搅拌炉体1很容易形成稳定的流场，长时间的稳定搅拌对于冶炼来说效率变差。通过在喷枪中心管道41的出口处设置分流罩42，当加速的脉冲射流从枪口喷射出时，中心射流被分流罩42的分流孔420分割成多股旋转射流，利用多股射流相互影响产生摇摆振荡效果，不断破坏搅动射流中心两侧溶液形成稳定流场，促进粒子间的相互碰撞，使得氧气与矿料充分接触反应，同时释放大量热量供给炉体1，同时，多股旋转射流与被搅拌的炉体1中的熔体相互影响产生向炉体中心流动的脉冲射流，使射流对气体动力增强，再借助浮力作用向上运动，改变了单一的熔体运动方式，延迟了射流向上流动的时间，喷射物在熔池内停留的时间延长，使反应进行的更彻底。进而，通过良好的动力学条件将矿料中的化学能有效的转化为热能，热能的转化效率显著提高，减少了冶炼过程对燃料对需求，降低了生产成本，并延长量炉体连续作业时间以及炉体关键部位的寿命。

请参看图3，分流孔420包括：第一分流孔421和多个第二分流孔422，其中，第一分流孔421位于分流罩42的中心处，多个第二分流孔422沿第一分流孔421的周向均匀分布，也就是说，多个第二分流孔422围绕着第一分流孔421均匀分布。根据反应对需要，第一分流孔421可以为主分流孔，第一分流孔421的孔径大，通过该孔的射流的流量大。而第二分流孔422相对较小，通过该孔对射流的流量也相对较小。并且，第一分流孔421和第二分流孔422的形状不受特别的限制，可以为圆形、方形、椭圆形和梯形等。为了增大第二分流孔的小射流的流量，第二分流孔422可以沿着喷枪出口的截面的径向方向的面积逐渐增大，使通过该横截面的射流的面积增加。

请参看图4，分流孔420包括：多个第三分流孔423，该多个第三分流孔423沿分流罩220的周向均匀分布。多个第三分流孔423可以大小相同，也可以大小不同。

请参看图5，，第三分流孔423还可以呈多层分布。由此，使中心管道内的射流被分散成更多小的射流，对熔池对搅动面积更大，搅动更多的熔体流动，解决侧吹炉搅动不充分，炉体难以扩大的问题，同时使得氧气与熔体充分接触，氧化反应更为彻底。

在本实施例中，排气烟道3与空腔11是连通的，所述排气烟道3倾斜向上设在所述炉体1的侧壁上，可选的，排气烟道3设在大径区112区域的侧壁上；所述排气烟道3与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°

在本实施例中，炉顶2设在炉体1上且封盖所述空腔11的上端，所述炉顶2的顶部设有加料口21；考虑到电子废料以及含铜物料、工业废渣等中的有机废物，以及燃烧后的有毒或有害气体，会在加料口21逸散，为了尽量减少这种情况的发生，可选地，可以在加料口21的外周设有密封装置。密封装置能够提高加料口21的密封性，从而有效的防止了烟气的逸散。

进一步的，在本实施例中，炉顶2的顶部还设有烧嘴口22，熔炼炉还包括烧嘴5，烧嘴5设在烧嘴口22处且向下延伸至大径区112内。烧嘴5具有补充热量的作用，当将烧嘴5通过烧嘴口22伸入到炉体1内时能够促进炉体1内的物料的熔炼和还原反应的进行，提高熔炼和还原反应的效率，进而减少有害气体等排出炉体1。

在本实施例中，大径区112设有补风口13；可以通过补风口13向气相区供入适量空气，将熔炼烟气中的参与有机物充分燃烧，还可以促进反应产生的一氧化碳进行氧化反应生成二氧化碳，还可以使得燃烧更充分，减少了有害气体等排出炉体1。

所述大径区112和所述小径区111之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区113，使大径区112和小径区111过渡平缓，而且熔炼炉100的结构更加合理，有利于熔炼炉的整体结构稳定性。

物料在炉体1内经过冶炼会形成高温的熔体，高温熔体长期对炉体1内壁冲刷、腐蚀，使熔炼炉的安全性有所降低。因此，从熔炼炉的使用安全性方面考虑，可选地，可以在炉体1的外部设置冷却水套6，冷却水套6对炉体1和排气烟道3形成包裹结构，提高炉体1内壁使用寿命，从而避免了高温高热的熔体对操作人员造成的危险，使用安全性有所提高。

进一步的，由于冷却水套6包裹在排气烟道3的外部，从而使已经随烟气进入烟道的固体颗粒团聚返回反应区，降低烟尘率，从而节省了用于维持炉温的燃料消耗，并且避免了环境污染，使操作更稳定可靠。

在本实施例中，炉顶2还设置有用于伸入测量尺的测量口23。测量口23设置在炉顶2上，测量尺可以通过测量口23伸入到炉体1内，进而可以通过测量尺确定反应区内的物料的层高，从而可以方便地使操作人员了解炉体1内的反应情况。

在本实施例中，炉体1的侧壁上设有清洁口7，清洁口7在上下方向上邻近炉顶2。如图1所示，清洁口7设置在临近炉顶2的炉体1侧壁上，考虑到大径区112上方和炉顶2下方的空间在反应时的温度较下方的温度低，这样气体内的烟尘可能遇冷形成固体颗粒粘贴在炉体1内空腔11侧壁上，清洁口7的设置可以使工作人员定期清理形成在空腔11侧壁上的固体颗粒，进而有利于熔炼炉的清洁和工作的高效性。

本申请的喷枪在喷射过程中，喷射物在中心管道内形成以中心管道轴线为中心的高速射流，从枪口喷射出时，通过在喷枪中心管道的出口处设置分流罩，中心射流被分流罩分割成多股旋转射流，增大了射流对搅动面积，多股旋转射流与被搅拌的炉体熔体相互影响产生向炉体中心流动的脉冲射流，使射流对气体动力增强，再借助浮力作用向上运动，改变了单一的熔体运动方式，延迟了射流向上流动的时间，喷射物在炉体内停留的时间延长，使反应进行的更彻底从而，对炉体的搅拌效果显著增强；喷枪相对错开设置，避免两股喷射物射流产生动力叠加，炉体中熔体产生过于剧烈的翻腾，防止喷溅，降低对炉壁、道口材料的损耗，提高使用寿命；多个喷枪均指向炉体的中心区域，能够在炉体中心产生更高的温度，有利于物料迅速熔化，极大的提高了床能率；炉腔的横截面形成为圆形，可以使得炉腔内耐火砖承受的应力比较均匀，极大避免了拱砖、掉砖现象，大大延长了炉体有效工作时间和运行寿命；采用内径逐渐变大的小径区、过渡区、大径区作为气相区，使得反应产生的气体和气体的反应可以在较大的空间平缓进行，提高了熔炼的效率；密封设置、补风口的设置，减少有毒有害气体的逸出，避免了污染环境。

上述说明示出并描述了本发明的优选实施例，如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。