专利名称:细颗粒固体高温冶炼生产熔融产品的设备的制作方法
本发明涉及对细颗粒固体进行高温冶炼处理以生产在过程温度下为熔融产品的设备。
德国书22 53 074(以及相应的美国专利3，915，692)公开了一种细颗粒固体高温冶炼生产在过程温度下为熔融产品的方法。在该方法中，悬浮在高氧含量气体中的固体在竖直的燃烧段中反应，它们在这个燃烧段中高速移动以防止回火。所得到的悬浮物主要含熔融颗粒进入一个水平方向延伸的旋流室。在公知的装置中，含有熔融滴的热气体离开竖直的园筒型燃烧段并沿切线方向从一端直接进入水平的园筒型旋流室，通过一个排气环在该旋流室的另一端的中心离开旋流室进入随后的第二室。已被分离出的熔融物料在气流通向第二室的出口端流过一个高的狭缝，这个狭缝开在排气环下面竖直中心面的端壁上。
公布在德国专利20 10 872和相应的加拿大专利926，631中的旋流熔炼室被用于类似方法中。该旋流熔炼室有一个近于水平的轴线，这个轴线向下倾斜与水平面的夹角不超过大约30度。没有采用分离的燃烧段，固体和予热了的气体从上部沿着割线方向被吹送入园筒型旋流室。几乎是在旋流室的整个长度上进料。气流通过在端壁中心的一个排气环进入第二室。熔融物料通过排气环下面端壁最低点的一个孔口也进入第二室。
与所加工的固体的性质有关，用于前述公知的方法中的旋流室的操作经常发生问题。在高生产率下操作时，由于熔融物料不能在旋流室中有效地分离，致使气体出口处形成厚的渣壳。
本发明的目的是提供一种用于细颗粒固体高温冶炼过程的设备，特别是一个旋流室，在这个旋流室中避免了公知设备的缺点，尤其是上面提到的缺点。
在悬浮于高氧含量气体中的颗粒固体高温冶炼设备中，包括一个通常是水平延伸的园筒型容器和一个燃烧炉，燃烧炉在竖直方向上张开连入容器，容器有一个排气开口和一个排放熔融物料的开口，按照本发明，燃烧炉的口沿切向张开进入容器螺旋形通道的入口，通道张开接排料槽，排料槽开在该容器的壳体上，在大体上是在园筒型容器壳的较低部位，实际上平行延伸于容器的纵轴。
根据本发明的设备，在操作时，高温冶炼了的颗粒实际上完全从气相(气流)分离出来，特别是当气流具有μ＝7公斤熔融颗粒/公斤气体的高负荷时更是如此。
根据本发明所采取的措施，是基于这样的认识，即在携带熔融颗粒气流负荷高的情况下，几乎所有从燃烧炉出来的熔融颗粒都在离心作用下在弧形流入通道的初始段就已经贴近容器壁，从而在这些区域的陡峭的园筒壁上就立刻形成了一个附着的快速流动的熔融物膜。
在旋流室壁的下部倾斜角减小时，高速流动膜的速度减小到原来的几分之一。在那种所不希望的情况下，熔融膜将滞留在传统的旋流室中并形成波涌，一部分气流在波涌处或者在表面上犹如被一块挡板阻挡而偏转直接流向气体出口。那一部分向上偏置而越过这些波涌的气流，则会以一种所不希望的方式从液体波撕裂下大量大液滴，并且由于排出气流的动压的作用，这些波涌表现出很强的脉动和湍流。这些被夹带的液滴缓慢地上升，几乎沿垂直的方向进入旋流室气流中心的旋涡，这个旋涡高度无规则地旋转和摆动，在这个旋涡中那些被夹带的液滴更加偏转朝着气体出口的轴向方向。被加速和旋转的液滴有一部分也被分离和沉积在气体出口的内表面上，而另一部分被气流夹带通过气体出口(图1和2)。
根据本发明的装置产生了所希望的结果，熔融颗粒从气流中分离出来，在螺旋形壁上，事实上是在螺旋形进口通道(14)的主要的弧形部分形成膜(4)，所分离的颗粒几乎全部输送到排料槽或者类似槽的排料通道(16)。熔融物料象一个射流一样流过排料槽进入收集这些熔融物料的容器(图3中的19)。熔融物料能从收集容器传送到一个冶炼炉前炉，在这个前炉混合的熔融物料被分离成它的各种组分。在适当的安排下，例如如果在用于收集熔融物料的容器(19)中有一个废气开口(20)，一小部分气流可以通过排料槽(16)和收集熔融物料的容器排放。
在公知的方法中，旋流室壁本身是由管壁(17)组成的，这些管壁是蒸汽冷却的并带有钉头和耐火材料敷层。那样的壁被一薄层固化了的熔融产物可靠地保护着。
在旋流室下部螺旋形进口通道(14)被平面壁(15)所限定，这个平壁以切线方向终止并与排料槽(16)的下边界面接续。这个平的表面以与水平约为20到45度角向下倾斜。排料槽的另一个表面，即上边界表面，在被排料槽所断开的螺旋形表面处与壁面相连。
排料槽可以由一般来讲是平行的壁面所限定。但是，至少有一个壁面向着熔融物料收集容器的方向偏离排料槽的轴是适宜的。
燃烧炉的横截面一般是园的。根据本发明的设备，燃烧炉切向通入旋流室，旋流室口的横截面为椭圆形是相宜的。在很多情况下，希望旋流室口有矩形的横截面。从入口横截面起，螺旋形入口通道的宽度连续增加，直到它的宽度大约与排料槽的长度一样为止。排料槽在旋流室轴向的长度大到约为螺旋形入口通道在入口处宽度的三倍。
根据本发明所希望的具体装置中，在旋流室的衬里上形成一个槽，这个槽在该衬里的最低点并且从靠近气体出口处开始。这个槽(图3a中的18)的深度向着排料槽的方向增加，并且使得随后从主气流中分离出的残留熔融颗粒形成的熔融膜反向回流。这个使熔融膜反向流动的挡墙回收槽从距排料槽约为气体出口直径的1/3到2/3的位置开始延伸并增加深度直到排料槽。在排料槽处，回收槽的宽度“B”约为气体出口直径的1/4到1/2，深度“T”大约与宽度“B”一样。这种设计保证了确实使最后残余的熔融颗粒从气流中分离出来并且使被分离的熔融物料通道回收槽完全回收到排料槽。
根据本发明所特别希望的具体设备中，水平延伸的园筒形旋流室的一部分向上成一个角度，这意味着旋流室的园筒部分全部向上成一个角度，从而旋流室有一部分是非对称的截头园锥形。纵轴向上成一个约为15到30度的α角，旋流室成一个角度的部分的长度大约和旋流室外壳底部回收槽的长度相同。最后，旋流室整个外壳可以是向着靠近成角度的纵轴的气体出口逐渐变细的园锥形。
很多固体都可以在本发明的设备中进行高温冶炼。该设备特别适于非铁金属矿石的精矿砂和硫化物矿石，也可以用于经予先破碎处理的氧化铁矿石或者铁矿石的精矿砂，以及中间产品的冶炼过程。
参照图和实施例，可以更详细地说明本发明。
图1为传统型水平延伸旋流室的剖面图。
图2为沿图1中的A-A′-A″线的纵向剖面图。
图3为本发明的旋流室的剖面和后续的熔融物料容器的剖面图。
图3a是与图3相类似的剖面图，但同时也示出了回收槽和通向第二室的剖面图。
图4是沿图3a中B-C-D线的纵剖面图。
图4a是与图4相类似的剖面图，并同时示出了回收槽。
图5是纵轴有一个角度的旋流室向着气体出口方向的剖视图。
图6是沿图5中的E-F-G-H线的纵剖面图。
图7是沿图5中的J-K线的纵剖面图。
图8是采用根据本发明的结构，通向旋流室的燃烧炉的剖面图。
图1和图2示出了传统型的旋流室，图中的各项如下燃烧炉1，燃烧炉口2，被热气流夹带并将被分离的液滴3，壁上的膜4，熔融物料的波涌5，被夹带离开波涌的大滴6，轴向偏转的部分气流7，径向偏转的主气流8，气体出口或排气环9，积存物10，第二室11，锅炉管壁12和熔融物料中心出口13。
图3和图3a示出了燃烧炉1和燃烧炉口2，气体出口9，由半圈螺旋线组成的入口通道14，在壁面上快速运动的熔融物料膜4，通向排料槽16的倾斜平表面15，旋流室的锅炉管壁17，回收槽18，收集熔融物料的容器19，该容器通向第二室的开口20。
图4和图4a示出了俯视图的螺旋通道的轮廓22，这个通道的宽度是连续变化的，回收槽18，同样在俯视图中的燃烧炉口2，气体出口9和旋流室的锅炉管壁17。
图5示出了排料槽16，通向排料槽16的平壁部分15，在旋流室的端部的气体出口21，这个旋流室为一个逐渐变细的不对称园锥，接收熔融物料的容器19，容器的气体出口20和回收槽18。
图6示出了在园锥形的旋流室外壳端部的气体出口21，螺旋形通道的轮廓22。这个通道从燃烧炉口2起延伸并且其宽度在这个延伸方向上向两侧扩大，锅炉管壁17和回收槽18。
图7示出了成一个角(μ角)的旋流室轴22，旋流室的一部分23，这部分是逐渐变细的非对称园锥形，熔融物料收集容器的气体出口20，主气流出口21和回收槽18。
图8是带有燃烧器和炉口2的燃烧炉1的剖面图。由半圈螺旋线组成的通道14的壁上的熔融物料从排料16排出。旋流室的锅炉壁标示为17，气体出口标示为9。
在下述的实施例中，通过根据本发明的设备用于加工细颗粒固体，在高温冶炼过程温度下生成熔融产品的实例，来更详细地说明这个设备。
实施例经过前面的仓斗和干燥、配料、混合设备，具有下文指出的复合铜矿的精矿砂供入图8中所示的燃烧器。这些铜矿的精矿砂以7000公斤/小时的速率在气动输送管线中与作为夹带气体的主空气流一起供入燃烧器。主空气流的速率为380到390标准立方米/小时。矿石的精矿砂的组成如下铜 Cu 21～23%铁 Fe 22～25%硫 S 30～33%锌 Zn 9～11%铅 Pb 6～8%二氧化硅 SiO21%并且其颗粒尺寸在0.5和100微米之间，其中的53%是由15到100微米之间颗粒组成。其残余湿含量为0.1到0.3%。在夹带精矿砂的空气流进入燃烧器之前，以1300公斤/小时的速率加入含SiO2的造渣剂砂粒，以使生成的铁的氧化物与之结合形成渣。用于这个目的的砂粒，其残余湿含量为0.1%，颗粒尺寸最大到0.7毫米。主流体股含有7000公斤/小时的精矿砂、1300公斤/小时的矿砂和380到390标准立方米/小时的夹带空气，与由600标准立方米/小时的空气和1800标准立方米/小时的氧混合而成的二次气流相混合。均匀的无旋流的流体射流喷入竖直的燃烧炉并被点燃(德国专利申请P34 36 624)。
随着反应的进行，温度很快升高，并在燃烧炉1的园铜部分达到最大值约为1640℃(图8)。夹带燃烧颗粒的气流在螺旋形入口通道14的入口处进入旋流室(图3)。气流中的熔融颗粒被分离在螺旋形通道的主要部分竖直方向上的螺旋形壁面4上，并且几乎全部都被送入排料槽16中去。熔融物料的射流从排料槽16进入熔融物料收集容器19。旋流室的壁面是用公知的方法由蒸汽冷却管壁组成，这些蒸汽冷却管壁带有钉头并有耐火材料敷层。这些壁面被熔融物料固化形成的薄层可靠地保护着。
在这个实施例中，这个过程的热量是自满足的。在混合物产生反应热少的过程中，需提供气体、液体或固体形式的辅助燃料。
对每1000公斤的精矿砂所产生的反应热，通过反应器设备的冷却壁耗散通常可发生60巴的蒸汽约1000公斤。
从旋流容器提炼出来的产品为冰铜铜 Cu 74%铅 Pb 2.2%铁 Fe 1.8%硫 S 21.7%锌 Zn 0.6%熔渣含铜 Cu 1.8%铅 Pb 1.8%锌 Zn 9.3%铁 Fe 35.8%二氧化硅 SiO228.8%铜冰和熔渣一起以温度约为1320℃的熔融物料从水平旋流容器的排料口排出。
温度为1320℃约含56%(体积)二氧化硫的废气沿轴向离开旋流容器(图3，9)。
废气所夹带的含有氧化物和硫化物的细粉尘具有下述组成铜 Cu 2.3%铅 Pb 22.0%锌 Zn 26.0%硫 S 14%铁 Fe 2%
这些细的粉尘在旋流室后的废热锅炉和气体净化装置中被收集起来。
根据上面讨论的过程所得出的冶炼数据与无排料槽的传统型的旋流室的比较如下，该旋流室在操作上很明显地优于传统型旋流室。
无排料槽的 根据本发明带有传统型旋流室 排料槽的旋流室加料 排出产品的% 加料 排出产品的%精矿砂 % Cu 铜 22.3 22.0% Fe 铁 23.5 25.0% Pb 铅 6.3 6.4% Zn 锌 9.3 10.5熔融产物冰铜 % Cu 铜 75 83 74 90.5% Pb 铅 2.6 10 2.2 8.8% Zn 锌 0.2 0.5 0.6 1.4熔渣 % Cu 铜 2.1 5 1.8 5.5% Pb 铅 2.4 21 1.8 18.4% Zn 锌 8.4 48 9.3 52.5粉尘 % Cu 铜 7.0 12 2.3 4.0% Pb 铅 16.7 69 22.0 72.8% Zn 锌 21.7 51.5 26.0 46.41)根据德国书22 53 074和美国专利3，915，692的传统型旋流室。
权利要求
1.高氧含量气体中悬浮的细颗粒固体高温冶炼的设备，由通常是水平延伸的一个园筒型容器和一个燃烧炉组成，该燃烧室竖直地与该容器连通，该容器具有一个排气开口和一个排放熔融物料的开口，其特点在于燃烧炉的炉口在容器的螺旋形入口通道的入口处沿切向与容器连通，螺旋形入口通道与容器壁上成型的排料槽相连通，该排料槽实际上是开在园筒壁容器外壳的下部并且沿着与容器的纵轴实质上是平行的方向延伸。
2.根据权利要求
1所述的设备，其特征在于排料槽的下表面是螺旋形入口通道的下部外边界表面的延续，并且该下部外表面有一个切向平面的端部，与水平倾斜20到40度角。
3.根据权利要求
1或2所述的设备，其特征在于排料槽沿园筒纵轴的长度实际上与螺旋形入口通道的宽度一样。
4.根据权利要求
1到3所述的设备，其特征在于燃烧炉切向与入口通道相连的炉口的横截面由椭圆变到矩形。
5.根据权利要求
1到4所述的设备，其特征在于螺旋形入口通道的宽度连续地增加到等于排料槽的长度，并且该排料的长度达到大约为螺旋形通道在入口处的宽度的三倍。
6.根据权利要求
1到5所述的设备，其特征在于该容器壳的下部具有熔融物料回收槽，该回收槽从气体排出口延伸到排料槽，而且沿着这个方向该槽的深度增加。
7.根据权利要求
1到6所述的设备，其特征在于回收槽开始于从排料槽起1/3到2/3气体出口直径D的位置，结束于排料槽处，并且该回收槽出口端的宽度“B”为D/4到D/2，深度T＝B。
8.根据权利要求
1到7所述的设备，其特征在于该旋流室在约等于回收槽的长度的一部分向上成一个角度，旋流室容器的纵轴与水平成15到30度角。
9.根据权利要求
1到8所述的设备，其特征在于该旋流室下半部外壁形成了回收槽，并向着排气出口逐渐收缩成非对称的园锥形。
专利摘要
该设备用于悬浮在高氧含量气体中细颗粒固体 的高温冶炼过程，由一个一般是水平方向延伸的圆 筒型容器和一个燃烧炉组成，燃烧炉竖直张开连接 容器，容器有一个排气开口和一个排放熔融物料的 开口。燃烧炉口沿切向张开通入容器的螺旋形入口 通道，使熔融颗粒几乎全部被分离。螺旋形入口通道 与容器外壳上的排料槽相连通；排料槽在实际上是 圆筒容器外壳的下部，并沿与容器纵轴实际上平行 的方向延伸。
文档编号C22B5/14GK86100416SQ86100416
公开日1986年10月1日 申请日期1986年2月21日
发明者埃德加·马舍纳茨, 俄恩斯特·比克, 阿达尔伯特·巴特施, 拉斯·克斯坦, 乔格·格斯波斯, 格哈德·伯恩德特 申请人:北德阿芬纳里股份公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan