本发明涉及冶金领域，具体地，涉及侧吹熔炼炉。
背景技术：
目前，熔池熔炼处理铜精矿得到铜锍成为先进的铜冶炼工艺。在生产过程中，铜锍的品位会达到60％以上。而在熔炼过程中由于气体射流动力存在不足，使得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。
由此，熔池搅拌能力强、使用寿命长的熔炼炉有待研究。
技术实现要素：
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种侧吹熔炼炉，该侧吹熔炼炉的侧吹喷枪相对错开设置，并在侧吹喷枪的出口处设置分流罩，喷射物的射流从枪口喷射出时，射流被分流罩分割成多股旋转射流，多股旋转射流与被搅拌的熔池熔体相互影响产生向熔池中心流动的脉冲射流，对熔池的搅拌效果显著增强。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种侧吹熔炼炉。该侧吹熔炼炉包括：炉体，所述炉体的侧壁上具有多对喷枪插孔，且每对所述喷枪插孔均相对错开设置；和多个侧吹喷枪，所述多个侧吹喷枪经所述喷枪插孔插入所述炉体内，每个侧吹喷枪均具有：中心管道；分流罩，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；套管，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；冷却介质管道，所述冷却介质管道设置在所述冷却介质容纳空间内。
根据本发明实施例的侧吹熔炼炉，侧吹喷枪在喷射过程中，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熔池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，喷射物在熔池内停留的时间延长，使反应进行的更彻底从而，对熔池的搅拌效果显著增强。同时，侧吹喷枪相对错开设置，避免两股喷射物射流产生动力叠加，熔池中心搅动过饱和，导致的熔池表面喷溅严重的问题。由此，该侧吹熔炼炉的熔池搅拌动力强、能耗低、使用寿命长。
另外，根据本发明上述实施例的侧吹熔炼炉，还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的实施例，所述中心管道为渐扩式拉瓦尔喷管。
根据本发明的实施例，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。
根据本发明的实施例，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。
根据本发明的实施例，所述第三分流孔呈多层分布。
根据本发明的实施例，所述分流罩与所述中心管道的中心轴呈80-85度夹角。
根据本发明的实施例，冷却介质管道为多条，且沿所述中心管道的周向均匀分布。
根据本发明的实施例，该侧吹熔炼炉进一步包括：倾角调节阀，所述倾角调节阀设置在所述套管的外壁上。
根据本发明的实施例，所述侧吹喷枪与所述炉体的侧壁呈70-90度夹角。
根据本发明的实施例，所述喷枪插孔距所述炉体底部的高度为0.8-1.2米。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1显示了根据本发明一个实施例的侧吹熔炼炉的结构示意图；
图2显示了根据本发明一个实施例的侧吹喷枪的结构示意图；
图3显示了根据本发明一个实施例的侧吹喷枪的局部结构示意图；
图4显示了根据本发明一个实施例的侧吹喷枪的局部结构示意图；
图5显示了根据本发明一个实施例的侧吹喷枪的局部结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”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发明而不是要求本发明必须以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”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”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。进一步地，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
根据本发明的一个方面，本发明提供了一种侧吹熔炼炉。根据本发明实施例的侧吹熔炼炉，侧吹喷枪在喷射过程中，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熔池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，喷射物在熔池内停留的时间延长，使反应进行的更彻底从而，对熔池的搅拌效果显著增强。同时，侧吹喷枪相对错开设置，避免两股喷射物射流产生动力叠加，熔池中心搅动过饱和，导致的熔池表面喷溅严重的问题。由此，该侧吹熔炼炉的熔池搅拌动力强、能耗低、使用寿命长。
参考图1，根据本发明的实施例，对该侧吹熔炼炉进行解释说明，该侧吹熔炼炉包括：
炉体100：根据本发明的实施例，该炉体100的侧壁上具有多对喷枪插孔110，且每对喷枪插孔110均相对错开设置，换句话说，也就是每对喷枪不对喷，相互错开，避免喷枪喷射的两股射流相对射出产生动力叠加，避免熔池中心搅动过饱和产生的熔池表面喷溅严重。
根据本发明的实施例，喷枪插孔110距该炉体100底部的高度为0.8-1.2米。由此，喷枪的高度适宜，喷枪口处于熔池渣层中下部，一方面对渣层的搅动效果好，促进氧气和渣中硫化物反应，另一方面尽量减少气体射流对底部熔体的扰动，减少渣含铜量。如果喷枪插孔的高度过高，则喷枪位于熔池渣层的上部或更高，对渣层的搅动效果差，氧化反应不充分，而如果喷枪插孔的高度过低，则喷枪容易伸入底部熔体，不利于铜的沉积，渣含铜量高。
多个侧吹喷枪200：根据本发明的实施例，多个侧吹喷枪200经喷枪插孔110插入炉体100内，每个侧吹喷枪200均具有：中心管道210、分流罩220、套管230和冷却介质管道240。
为了便于理解该侧吹喷枪200的结构，参考图2和3，根据本发明的实施例，对侧吹喷枪200进行解释说明：
中心管道210：根据本发明的实施例，该中心管道210为喷枪输送喷射的物质，如果该侧吹喷枪作为氧枪，则该中心管道210可以输送富氧气体，在喷射过程中，富氧气体在中心管道210内形成以中心管道轴线为中心的高速脉冲气体射流。
根据本发明的实施例，该中心管道210为渐扩式拉瓦尔喷管。其中，需要说明对是，“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的过程中形成的射流的流型更为聚集，速度显著提高，从而对熔池的搅拌动力更强。
分流罩220：根据本发明的实施例，该分流罩220设置在中心管道210的出口处，该分流罩220上具有分流孔221。由于侧吹气体射流搅拌熔池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210的出口处设置分流罩220，当加速的脉冲射流从枪口喷射出时，中心射流被分流罩的分流孔221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熔池，同时，多股旋转射流与被搅拌的熔池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。
根据本发明的实施例，分流孔210的设置方式不受特别的限制，只要对射流起到分流作用即可。
参考图3，根据本发明的实施例，分流孔211包括：第一分流孔212和多个第二分流孔213，其中，第一分流孔212位于分流罩220的中心处，多个第二分流孔213沿第一分流孔212的周向均匀分布，也就是说，多个第二分流孔213围绕着第一分流孔212均匀分布。根据反应对需要，第一分流孔212可以为主分流孔，第一分流孔212的孔径大，通过该孔的射流的流量大。而第二分流孔213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212和第二分流孔213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213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。
参考图4，根据本发明的实施例，分流孔211包括：多个第三分流孔214，该多个第三分流孔214沿分流罩220的周向均匀分布。多个第三分流孔214可以大小相同，也可以大小不同。
进一步地，参考图5，根据本发明的实施例，第三分流孔214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。
根据本发明的实施例，该分流罩220与中心管道210的中心轴呈80-85度夹角。由此，延长射流在熔池的流动距离，减缓气泡上升的冲击力，有效抑制液面喷溅的发生，保护炉体的上方炉壁、烟道和喷枪免受溅起的熔融液体的腐蚀。
套管230：根据本发明的实施例，该套管230套设在中心管道210外，且该套管230内壁与中心管道210外壁限定出冷却介质容纳空间。由此，冷却介质包覆在中心管道的外侧，防止高温对中心管道的损伤。
冷却介质管道240：根据本发明的实施例，该冷却介质管道240设置在冷却介质容纳空间内。由此，冷却介质在冷却介质管道中流动，维持为中心管道的冷却效果，延长喷枪的使用寿命。
根据本发明的实施例，冷却介质管道240为多条，且沿中心管道210的周向均匀分布，即多条冷却介质管道形成的冷却系统与中心管道同轴。由此，冷却效果更好。
根据本发明的实施例，该侧吹喷枪进一步包括：倾角调节阀250，该倾角调节阀250设置在套管230的外壁上，该倾角调节阀250用于调节侧吹喷枪的角度。如果喷枪对角度固定，容易造成熔池表面喷溅严重，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侧吹喷枪对熔池的搅拌作用强，剧烈的搅拌作用将使熔池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，缩短炉体及喷枪的使用寿命。
根据本发明的实施例，侧吹喷枪200与炉体100的侧壁呈70-90度夹角。由此，能够减少气体射流向上冲击的动力的同时增加气泡向上运动的距离，能够有效抑制喷溅的幅度，使得熔池液面波动幅度下降，避免熔池内的熔融液体对炉体的上方炉壁、烟道和喷枪的腐蚀作用。
根据本发明的实施例，该侧吹喷枪进一步包括：氧气接头(图中未示出)，该氧气接头形成有与中心管道100连通的富氧气体入口通道，利用侧吹喷枪向炉体内输送富氧气体。由于空气中的氧气含量少，与矿料中的硫发生反应强度小，放出的热量不足以维持炉体所需温度，常需要大量添加燃料，增加生产成本。而采用富氧气体，根据本发明的一些实施例，富氧气体的含氧量为90～95wt％，富氧空气与精矿发生化学反应所放出的热量以及旋转富氧气体射流与可燃气体燃烧放出的热量来维持，减少冶炼过程中的外加燃料，降低生产成本，延长炉体连续作业时间以及炉体关键部位的寿命。
根据本发明的实施例，该侧吹喷枪进一步包括：冷却介质接头(图中未示出)，该冷却介质接头形成有与冷却介质管道连通的冷却介质入口通道，为冷却介质管道输送冷却介质。由此，通过输送冷却介质，促进冷却介质在冷却介质管道循环，冷却效果更好。
下面参考具体实施例，对本发明进行说明，需要说明的是，这些实施例仅仅是说明性的，而不能理解为对本发明的限制。
下面将结合实施例对本发明的方案进行解释。本领域技术人员将会理解，下面的实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
实施例1
本实施例中，采用本发明实施例的侧吹熔炼炉对精铜矿进行冶炼，其中，侧吹喷枪位于熔炼炉的对侧的侧壁，且侧吹喷枪两两错开排布，铜精矿包括(质量百分比组分)：Cu35％、Fe4.5％、S22％和Ni1％等，具体方法如下：
将1000kg铜精矿从加料口加入炉体内，富氧气体(含氧量为95wt％)从氧枪中的气体通道、冷却水从水冷通道通入，调整氧枪与炉体壁面法线的夹角为10°，气体在气体通道内获得加速，在枪口出被带有倾斜角度的分流罩分散成多股旋转射流，多股气体射流互相影响彼此排斥分散流动，相较于大流量喷吹扩大了搅拌面积，且由于多股射流在流动的方向上存在不规律性，破坏了熔池内的稳定流场，在液相内部使得矿料颗粒与氧气充分接触，促进粒子间的碰撞，化学反应进行更为彻底，释放热量，在高氧化区附近温度能够保持在2100～2300k左右。在整个熔炼过程中固体炉壁面处的温度能够恒定在1600～1700k。而冷却水的通入始终将氧枪头部及枪体的温度维持在1000℃以内，保护氧枪持续稳定的工作。
相对于现有的常规熔炼炉，通过采用本发明实施例的侧吹喷枪，氧气在熔池内搅拌充分，流动路径长，烟气中残氧含量由6％降至3％以下，烟尘率由1.42％降至0.80％以下，渣含铜由3.2％降至2.4％以下，含金由0.67g/t降至0.27g/t以下，含银114g/t降至62g/t以下，烟气中SO2含量平均提高了2.5％以上，SO2的瞬时浓度可达8000～12000mg/Nm3。本实施例制备得到的熔体经现有流程的方法制备得到后续产品金回收率由93％提升至98.50％，银回收率由94％提升至96％。
实施例2
本实施例中，采用本发明实施例的侧吹熔炼炉对精铜矿进行冶炼，其中，铜精矿包括(质量百分比组分)Cu28％，Fe27％，S30％，SiO27％和石英熔剂(含SiO295％)等，侧吹熔炼炉侧吹喷枪位于炉体的对侧的侧壁，且侧吹喷枪枪体与炉体壁面法线方向夹角为15°，喷吹气体的出口速度方向向熔池下部流动，该种喷吹方式一部分减弱了水平方向的速度分量，另一方面增加了气体在竖直方向上的流动路径，使得氧气与熔体充分接触，氧化反应更为彻底，放出的热量更多，基本满足自热熔炼的需求。同时气体喷吹的速度在竖直方向上是向下，进一步气体向上流动的完全靠熔池浮力带动，因此有效抑制了熔池的表面喷溅现象。并且相对设置的喷枪两两错开排布。该侧吹熔炼炉进行冶炼的具体方法如下：将1000kg铜精矿从加料口加入炉体内，富氧气体(含氧量为97wt％)从氧枪中的气体通道、冷却水从水冷通道通入，调整氧枪与炉体壁面法线的夹角为15°，气体在气体通道内获得加速，在枪口出被带有倾斜角度的分流罩分散成多股旋转射流，几股气体射流互相影响产生脉冲的搅拌作用，由于其脉冲射流在流动的方向上存在不规律性，能够破坏熔池内的稳定流场，在液相内部使得矿料颗粒与氧气充分接触，促进粒子间的碰撞，化学反应进行更为彻底，释放大量热量，在高氧化区附近温度能够保持在1800～1900k左右。在整个熔炼过程中固体炉壁面处的温度能够恒定在1500k。
相对于现有的常规侧吹熔炼炉，通过采用本发明实施例的侧吹喷枪，氧气在熔池内搅拌范围广，搅动动力强，流动路径长，氧气与矿料充分接触，烟气中残氧含量由6％降至最低2％以下，烟尘率由1.42％降至0.50％以下，渣含铜由3.2％降至2％以下，含金由0.67g/t降至0.25g/t以下，含银114g/t降至60g/t以下，烟气中SO2含量平均提高了3％以上，SO2的瞬时浓度可达9000～13000mg/Nm3。。本实施例制备得到的熔体经现有流程的方法制备得到后续产品金回收率由93％提升至98％，银回收率由94％提升至97％。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。