铜冶炼连续吹炼炉氧枪喷头的制作方法

本实用新型涉及一种铜冶炼连续吹炼炉氧枪喷头，属于有色金属冶炼中火法吹炼铜锍的加氧设备技术领域。

背景技术：

随着经济的全球化，我国铜冶炼技术在快速更新发展中。在各类技术更新中，铜冶炼采用富氧底吹熔炼+富氧底吹连续吹炼+精炼回转炉冶炼工艺(简称三连炉)是先进实用工艺。在三连炉铜冶炼工艺中富氧底吹连续吹炼氧枪是关键的设备，它关系到扩产能，提高氧气的利用率、提高产品质量，降低生产成本、安全环保等诸多问题。

在铜冶炼行业成功使用连续吹炼炉的目前只有本申请人一家。连续吹炼炉的氧枪是关键设备，各企业均在不断研究开发中。

连续吹炼炉刚生产时，输入混合气体冲出液面进入烟气中，当温降到650℃以下时，氧气与SO2反应，在Fe2O3催化作用下产生大量无用SO3，给后续污酸处理系统加重负担，严竣了环保形势。氧气的无用消耗，造成了能耗的增加，生产1t铜多耗氧气2～3m³，所以研制一种新的氧枪刻不容缓。

研发理念：

1.以提高氧利用率、促进硫化亚铁反应为出发点研制连续吹炉氧枪

铜冶炼连续吹炼炉是以冰铜为原料，加部分冷料及熔剂进行吹炼，整个作业过程分为造渣期和造铜期两个阶段。造渣期，用氧枪加入氧气与空气的混合气体与冰铜发生放热反应，气流搅拌冰铜，氧气助燃，冰铜中的硫化亚铁(FeS)被氧化成氧化亚铁(FeO)和SO2气体，氧化亚铁与熔剂中二氧化硅(SiO2)进行造渣反应生存炉渣。连续吹炼炉中上层是渣，下层称为白冰铜。对白冰铜加氧继续吹炼。白冰铜(Cu2S)与氧气发生氧化反应，生成粗铜与烟气SO2，烟气进入制酸工序，粗铜进入精炼工序。整过反应过程中氧枪是连吹炉关键设备。研发的氧枪要结构合理，氧枪喷头喷出的氧气角度要恰到好处，穿透力要强，冲击搅拌面积要大，要求达到铜锍流动性强，不能出现喷溅，氧气要充分利用。

2.节能减排，节约成本

连续吹炉是近上才开始使用的新技术，使用的氧枪参照炼钢用氧枪，炼钢用氧枪基本采用纯铜铸造，4孔或5孔的氧气喷头。以这种氧枪为基础进行改制，保留氧气喷头，将中间水冷改为氧气喷头，增加环形空气冷却。这种设计喷头喷孔只有5～6个，氧与空气的比例欠恰当，氧气分布密度不够，氧利用率低，脱铁、硫时间长，延长了吹炼时间，也减少了单位时间的产量。这种氧枪达不到节能减排，除成本的目的。

按以上研发理念，从材料优选、设计精确，加工精度通盘考虑，来设计一款耐磨、耐热、精度高，使用时间长、节能环保的氧枪，此种氧枪的枪体结构已经成型，关键部件为氧枪喷头。

技术实现要素：

本实用新型的目的是为了提高氧气的利用率、提高产品产量，提供一种供氧强度大、脱硫、铁速度快，缩短连吹炉的吹炼时间、减少SO3产生的铜冶炼连续吹炼炉氧枪喷头。

本实用新型的提供的技术方案如下：

本实用新型包括氧枪喷头外壳、氧枪喷头芯体，其特征是：氧枪喷头外壳为圆管状，氧枪喷头芯体为三层同心圆套管结构，在中心管和内排管之间围成的环形区域内以及内排管和外排管之间围成的环形区域内均按圆周等分的设有隔墙，每个隔墙均按同心圆法向设置，并与同心圆套管等长，隔墙将中心管和内排管之间、内排管和外排管之间分隔出等间隔分布的截面为扇形的喷孔，以氧枪喷头外壳的横截面计，氧枪喷头的开孔率在38.5～38.8％之间，在氧枪喷头外壳的一端设有氧枪喷头与枪管连接法兰，在氧枪喷头芯体的一端设有连接螺纹段，氧枪喷头芯体装在氧枪喷头外壳中通过连接螺纹段与氧枪喷头与枪管连接法兰连接固定，并使得氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳间隙配合且保持同心。

上述中心管的中心管孔、中心管和内排管之间的扇形喷孔、内排管和外排管之间的扇形喷孔均为空气与氧气的混合通气孔。

为了确定氧枪喷头混合通气孔总面积的准确性，以氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳的装配间隙来调整氧枪喷头的开孔面积值。

本实用新型的优点是：使用本发明的氧枪喷头的氧枪用于铜冶炼连续吹炼炉，供氧强度大、脱硫、铁速度快、吹炼时间短，可使氧气得到充分利用，减少过量氧而产生SO3的量，生产一吨铜少处理稀酸0.1kg；氧枪氧气燃烧充分，反应效果好，可提高产量10％；此外，当氧枪喷头有烧蚀时更换极为方便。

附图说明

图1是本实用新型的铜冶炼连续吹炼炉氧枪喷头的横剖视图；

图2是图1的纵向剖视图。

图中：1-氧枪喷头外壳，2-氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳的装配间隙，3-外排扇形喷孔，4-外排喷孔纵隔墙，5-内排管，6-内排扇形喷孔，7-内排纵隔墙，8-中心管，9-外排管，10-氧枪喷头芯体的连接螺纹段，11-氧枪喷头与枪管连接法兰。

具体实施方式

参照附图1、2，本实用新型包括氧枪喷头外壳1、氧枪喷头芯体，氧枪喷头外壳为圆管状，氧枪喷头芯体为三层同心圆套管结构，在中心管8和内排管5之间围成的环形区域内以及内排管和外排管9之间围成的环形区域内分别按圆周等分的设有内排纵隔墙7和外排喷孔纵隔墙4，每个隔墙均按同心圆法向设置，并与同心圆套管等长，隔墙将中心管和内排管之间、内排管和外排管之间分隔出等间隔分布的截面为扇形的喷孔，分别为内排扇形喷孔6、外排扇形喷孔3，以氧枪喷头芯体的横截面计，氧枪喷头芯体的开孔率在38.5～38.8％之间(包括内排扇形喷孔、外排扇形喷孔和中心管孔)，在氧枪喷头外壳的一端设有氧枪喷头与枪管连接法兰11，在氧枪喷头芯体的一端设有连接螺纹段10，氧枪喷头芯体装在氧枪喷头外壳中通过连接螺纹段与氧枪喷头与枪管连接法兰连接固定，并使得氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳间隙配合且保持同心。

上述中心管孔、中心管和内排管之间的扇形喷孔、内排管和外排管之间的扇形喷孔均为空气与氧气的混合通气孔。

为了确定氧枪喷头混合通气孔总面积的准确性，以氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳的装配间隙2来调整开孔总面积值。

实施例：

以铜冶炼φ3.8×15mm连续吹炼炉氧枪为例，铜冶炼φ3.8×15mm连续吹炼炉氧枪是铜冶炼连续吹炼炉的重点设备，本实用新型是根据连续吹炉参数研制的一种适合此类炉子的氧枪喷头。

连续吹炼炉基本参数(参阅表1)

氧枪喷头试制及试验

1.氧耗量：根据基本参数表，O流＝(184.45*15)/60＝46.11m³/min＝2766.75m³/h

2.混合气耗量：根据基本参数表：氧气在混合气中的比例22.96％，气混合＝12050m³/h。

3.氧枪喷头面积试定：铜冶炼富氧连续吹炼炉是近年推广的炉子，使用单位不多，故氧枪更无法检索到相关资料。目前本申请人较前沿，采用试验方法求取工艺要求的氧枪喷头面积。

经初步试算，用DN80mm的304不锈钢管加工氧枪喷头，开孔率31.7％，直径φ10mm×10孔，面积0.001413mm²，气速789m/s。试验时，发现搅拌强度稍差点，但反应强度和液体冰铜流动逊色，有液柱冲穿透白铜层和渣层，部分混合气进入烟气中，关键是对脱除冰铜中的硫和铁效果不理想；接力风机前后管线有稀酸流出现象，说明：氧枪喷头喷孔太少，密度不够，氧气利用率低，部分未参加反应氧进入烟气中，加剧了SO3的产生，对高温风机及管线造成了腐蚀。

针对不理想的结果，对氧枪喷头孔径和数量经过35次试验，确定氧枪的参数为：

1.喷头喷孔面积：从理论上，开孔率密度大，能搅拌动液态铜锍，氧气的利用率应更高，从这层面考虑，氧枪喷头开孔率按38.5～38.8％之间确定，开孔面积按经验选平均值：38.65％，故有65*65*0.785*38.65％＝1281.87mm²；

2.氧枪喷头孔数及孔径的确定及加精度要求：按基本参数，连续吹炼炉一小时耗混合气12050m³/h，压力1.0Mpa，故流量：12050/3600/3＝1.1157m³/s，通过喷头喷嘴的流速测算约870m/s，故介于冰铜溶体密度大，混合气体入炉后保证流速，布点越多越对脱硫、铁有利，经试验确定为：氧枪喷头的有效内径定为Dn65mm，外径φ75mm，除中心管孔外喷孔截面制成扇形，外排孔(内排管和外排管之间的喷孔)45.89mm²*13，内排孔(中心管和内排管之间的喷孔)52.14*11mm²，中心管孔60.79mm²，调节面积50.81mm²(氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳的装配间隙)。中心管孔、中心管和内排管之间的扇形喷孔、内排管和外排管之间的扇形喷孔均为混合空气喷孔。氧枪喷头横截面总面积1281.7mm²，喷头长度为60mm，氧枪喷头芯体喷孔尺寸加工误码率差±0.02mm，内孔光洁度无刀痕、台阶等。氧枪喷头芯体安装在氧枪喷头外壳中与氧枪喷头外壳间隙配合，氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳间的间隙51mm²，氧枪喷头芯体的轴线与氧枪喷头外壳横截面垂直，氧枪喷头芯体与氧枪喷头外壳保持同心度不低于0.025。氧枪喷头制成后安装在氧枪上投入试运行48小时，液体白铜反应激烈，脱铁、脱硫效果好，氧气的使用量从210m³/t铜降到184.45m³/t铜，降低了12％，进入制酸系统的烟气酸雾较低，说明氧气无过量氧气现象。氧枪实现了节能环保，无气体冲出炉渣层的情况发生。这表明氧枪喷头截面积和喷孔适合连续吹炉运行要求。

停车后检查氧枪发现：氧枪喷头运行48小时有烧毁现象，氧枪喷头结构复杂加工难度大，如使用48小时更换，成本高。根据以上情况改进为：

1.氧枪喷头可多次使用，氧枪喷头加工长度改为200mm，运行时烧毁部分截去部分喷头还可利用；

2.材质选择06CrNi20，提高材质的耐热磨能力；

3.氧枪喷头与氧枪枪管的安装为可拆式安装。

改进后的氧枪喷头安装在氧枪上正式投入使用，氧枪喷头的气体流速、喷射强度、搅拌力度等指标达到最佳状，运行了72小时后得到了满足的结果。生产粗铜1188吨，产品各指标达粗铜国家标准；这证明：氧枪喷头供氧强度适合炉内状况，反应激烈，脱硫、铁效果好，供氧恰到好处，无过氧量，提高了单位时间内的粗铜产量，降低了酸雾的产生，达到了减排、节能的效果。