专利名称：一种旋流冶炼喷嘴及冶炼炉的制作方法
技术领域：
本发明涉及有色金属冶炼技术，涉及一种空间冶炼工艺的进料进风装置，确切地说涉及一种冶炼铜、镍、铅或锌使用的旋流冶炼喷嘴，还涉及一种包括该旋流冶炼喷嘴的冶炼炉。
背景技术：
在有色金属冶炼行业，尤其是铜冶炼行业，空间悬浮冶炼是最主要的冶炼技术之一；空间悬浮冶炼应用最广泛的是芬兰的闪速冶炼技术。闪速冶炼技术的原理是干燥后粉状硫化物矿等物料在冶炼炉的反应空间中被分布风完全分散悬浮，再利用物料形成的巨大表面积，使物料粒子与氧充分结合，在瞬间0 3秒)内完成氧化反应，达到脱硫冶炼的目的。闪速冶炼技术的核心设备是安装在冶炼炉上的冶炼喷嘴。冶炼喷嘴包括物料通道和供风通道；通过物料通道可以向冶炼炉的反应空间供给物料；通过供风通道可以将富氧空气、空气、纯氧或其他反应气体供给到反应空间中。
闪速冶炼技术可以采用中央扩散型冶炼喷嘴或文丘里式冶炼喷嘴。由于这两种冶炼喷嘴的结构限制，在进行金属冶炼时，物料与反应气体的混合程度受到制约，导致冶炼过程存在氧利用率低、烟尘发生率高的不足。另外，利用这两种冶炼喷嘴进行冶炼时，烟气与高温熔融体会充满整个反应空间，进而冶炼过程中产生的烟气和高温熔融体还会对反应空间炉壁的耐火材料产生冲刷腐蚀使用，导致冶炼炉能够承受的热负荷较小，限制了闪速冶炼技术优势发挥，也限制了冶炼炉产能的提高。
随着冶炼工业的发展，新冶炼工艺和新型冶炼喷嘴不断涌现。其中，中国专利文献 CN201548066U公开了一种旋流冶炼喷嘴。该旋流冶炼喷嘴包括由外向内布置的物料通道、 供风通道、氧枪和燃料烧嘴；供风通道的空腔插入氧枪，在氧枪的出口外层设置旋流器，旋流器位于供风通道中。反应气体通过供风通道驱动旋流器旋转，然后以旋流风的方式供入反应空间中，使供风通道形成旋流风通道；物料通过物料通道进入，并从旋流器外周进入反应空间。在工作过程中，旋流风与物料混合，在反应空间内形成旋转的混合流体；混合流体在旋流过程中完成氧化反应，实现脱硫、冶炼的目的。
利用该旋流冶炼喷嘴虽然能够提高氧和物料的混合程度，降低烟尘发生率，克服现有中央扩散型冶炼喷嘴或文丘里式冶炼喷嘴的上述不足，但在工作过程中也存在以下问题
第一、在旋流风作用下，物料供给形成的环状物料带过大，进而容易导致物料分布不易控制，进而无法保证物料与反应气体混合均勻性，导致物料反应不彻底，限制了冶炼炉的生产能力。
第二、在实际应用中，也存在旋流器的转速不易控制、物料会对旋流器产生磨损、 旋流器的作用容易导致氧枪摆动，进而导致反应不稳定。
第三、在冶炼喷嘴中，物料通道与供风通道相通，这也容易造成反应气体通过物料通道外泄，影响进料及金属冶炼效果。
中国专利文献CN201787818U中公开了另一种旋流冶炼喷嘴。该冶炼喷嘴同样存在上述第一方面的问题。
因此，在利用旋流冶炼喷嘴时，如何进一步提高物料分布可控性，提高物料与反应气体的混合均勻性是当前本领域技术人员需要解决的问题。发明内容
基于上述说明，本发明的目的是提供一种旋流冶炼喷嘴，该旋流冶炼喷嘴能够提高物料与反应气体混合均勻性。
在提供上述旋流冶炼喷嘴的基础上，本发明的另一个目的在于提供一种包括该旋冶炼喷嘴的冶炼炉。
本发明提供的旋流冶炼喷嘴包括主体，主体内形成截面均为环状的物料通道和旋流风通道，所述物料通道位于所述旋流风通道的内侧。
可选的，所述主体还形成内风通道，所述内风通道位于所述物料通道的内侧。
可选的，所述内风通道与脉动产生装置相连，以向冶炼炉的反应空间以脉动方式供给反应气体。
可选的，所述内风通道的下端形成渐扩部；在从上向下的方向上，所述渐扩部的通流截面逐渐增加。
可选的，所述内风通道外壁面形成向下倾斜伸出的分散锥面；所述分散锥面至少部分伸出所述物料通道外壁面的下边沿。
可选的，所述分散锥面最大直径小于所述物料通道外壁面的直径。
可选的，所述的旋流风通道上端具有若干个沿圆周切向布置的进风口，所述进风口与供风管道连通。
可选的，所述旋流风通道的下端形成渐缩部；在从上向下的方向上，所述渐缩部的通流截面逐渐减小。
可选的，所述物料通道的出口位于所述旋流风通道的出口之下。
本发明提供的冶炼炉包括冶炼喷嘴、反应器、熔池和与熔池相连的排烟道；所述冶炼喷嘴安装在反应器顶部；所述冶炼喷嘴为上述任一种旋流冶炼喷嘴。
本发明提供的旋流冶炼喷嘴中，使所述物料通道位于旋流风通道内侧；这样，旋流风通道向冶炼炉的反应空间以旋流方式送入反应气体，物料通道位于旋流风通道内侧，物料的外侧受到旋流风作用，同样可以形成旋转的混合流体，产生现有技术中旋流冶炼的效果。更重要是，与现有技术中物料的内侧受到旋流风作用相比，物料下落过程中外侧受到旋流风作用形成的环形物料带较小，进而使得物料分布更容易控制，进而可以提高物料与反应气体的混合均勻性，同时使物料与气体的反应区域更接近于反应空间的中轴线位置，可以更进一步地减小熔融体与烟气对反应空间内壁耐火材料的冲刷腐蚀作用，提高冶炼炉承受的热负荷，进而为提高冶炼炉的产能提供前提。
在进一步的技术方案中，主体还形成位于物料通道内侧的内风通道。通过内风通道可以在物料内侧向反应空间送入反应气体；这样可以使物料与内侧反应气体混合，使内风通道供给的反应气体在中轴线处膨胀，进而使反应气体的膨胀运动与旋流运动相结构， 进一步提高物料与反应气体的混合度，提高混合流体的反应性能和反应速度，提高氧利用率。
在进一步的技术方案中，所述内风通道与脉动产生装置相连，以向冶炼炉的反应空间以脉动方式供给气体。在物料带内侧以脉动方式送入反应气体，可以在旋流的混合流体中旋流轴线位置形成脉动气流，使脉动、膨胀运动及旋流运动相结合，进而增加物料料子与氧气碰撞结合的机率，提高氧利用率。
在进一步的技术方案中，所述物料通道的内壁面形成向下倾斜伸出的分散锥面； 所述分散锥面至少部分伸出所述物料通道外壁面的下边沿。利用分散锥面可以使得下落的粉状物料产生径向向外的运动速度，使物料径向散开，增加物料与位于外侧的旋流风之间混合程度，提高反应速度及氧利用率。
在进一步的技术方案中，旋流风通道下端形成渐缩部，在从上向下的方向上，所述渐缩部的通流截面逐渐减小；这样，可以增加反应气体的旋流速度，更好地带动物料旋转， 促使反应气体和物料粒子的混合，提高反应气体与物料的混合均勻度。
在进一步的技术方案中，所述物料通道的出口位于所述旋流风通道的出口之下； 这样，反应气体在进入反应空间之前不会与物料通道相通，进而可以减少或避免反应气体通过物料通道外泄现象发生。
由于上述旋流冶炼喷嘴具有上述技术效果，包括该旋流冶炼喷嘴的冶炼炉也具有相对应的技术效果。
图1是本发明实施例提供的旋流冶炼喷嘴的剖视结构示意图。
图2是图1中A向视图。
图3是图1中I-I部分放大图。
具体实施方式
基于传统中央扩散冶炼喷嘴中利用扩散气体使物料内侧受力，进而使物料颗粒在径向扩散的技术思维，申请人之前提出了相关的旋流冶炼喷嘴技术。本次专利申请克服了传统技术思维，提出了使物料在外侧受力，使物料与反应气体混合形成混合旋流的技术方案，克服了现有技术的不足。
应当说明的是本文件中，所述“上”、“下”方位词是以旋流冶炼喷嘴使用状态为参考确定；所述“内”、“外”是以旋流冶炼喷嘴中轴线为参考确定，靠近中轴线的位置为内，远离中心线的位置为外。
下面结合附图对本发明做进一步详细说明。图1是本发明实施例提供的旋流冶炼喷嘴的剖视结构示意图；图2是图1中A向视图；图3是图1中I-I部分放大图。
本发明实施提供的旋流冶炼喷嘴包括主体100，主体100包括套装在一起的三个筒体，形成从内到外的三个通道；中心通道为柱状、中间通道及外层通道为环状；三个通道的上端互不相通，相互封闭隔离；为便于拆装、检修和定位，三个筒体上端相互间可以采用法兰的对接方式相连。当然，主体100不限于上述结构，也可以通过其他结构形成上述通道。
外层通道称为旋流风通道120。结合图1和图2，本例中，旋流风通道120为旋风筒结构；旋流风通道120上端与两个沿圆周切向布置的进风口 122对接并相通，进风口 122 与反应气体管道相通；旋流风通道120下端的开口可以与冶炼炉的反应空间相通。这样，反应气体通过切向布置的进风口 122进入旋流风通道120，再从旋流风通道120下端的出口进入反应空间中；在进入反应空间中时，反应气体就会形成旋流风，并在反应空间中以旋流方式运动。为保证旋流体内不出现偏心现象，本例中，旋风筒采用对称两个切向进风口 121。 当然，旋风不限于采用两个切向进风口 121，也可以设置一个或更多个，进风口 121可以对换布置或均勻布置。
中间层通道称为物料通道110。物料通道110上端形成进料口 111，进料口 111与物料仓相通，进而物料可以沿物料通道110进入反应空间中，如图1及图3箭头所示。为了保证进料可靠性，在进料口 111与物料仓之间可以设置流化给料器，以对物料进行流化。
中心通道称为内风通道130。内风通道130上端通过与脉动产生装置131与反应气体管道相通，以向冶炼炉的反应空间以脉动方式供给反应气体。本例中，脉动产生装置131 为一气阀，通过定时或以设定的周期进行开关该气阀，可以实现脉动供气，以脉动的方式向反应空间供给反应气体。当然，脉动产生装置131也可以是脉动枪或其他能够产生脉动的直ο
如图3所示，三个通道的下端形成阶梯状，内风通道130开口伸出物料通道110开口下方，二者之间的距离Hl可以选用合适的尺寸，Hl可以在100mm-400mm之间，也可以在 150mm-300mm之间。物料通道110出口伸出旋流风通道120出口下方；二者之间的距离H2 可以选用合适的尺寸，H2可以在20mm-200mm之间，也可以在50mm-100mm之间。三个通道具有同一个轴心线，该轴心线称为中轴线0-0。
本实施例中，物料通道110设置在旋流风通道120与内风通道130之间，且内风通道130以脉动方式供给反应气体。在工作过程中，反应气体一部分通过旋流风通道120进入，在旋流风通道120内形成旋流风，在旋流风通道120的出口以旋流风的方式喷出。物料沿物料通道110进入反应空间中，在物料通道110的出口被高速旋转的旋流风卷入，形成类似龙卷风状的高旋气固态的混合流体。反应气体的另一部分经过脉动产生装置131，转化为脉冲反应气流，通过内风通道130以脉动的方式进入到混合流体的中心，在混合流体的中心产生膨胀，体积变化的松涨作用制造出轴向和径向的脉动紊流，使高速旋转的混合流体转换为高频脉动的混合流体；同时，受到冶炼炉反应空间内高温的影响，混合流体内的气体受热急速膨胀，促使反应气体的粒子和物料的粒子在径向上相对运动。上述脉动紊流、旋流风及反应气体膨胀共同作用下，将供入的反应气体和物料转换为一种高频脉动、高速旋转的混合流体。在冶炼炉内，当混合流体被加热到反应所需的温度(物料的着火点)时，物料粒子与氧粒子产生剧烈的燃烧(氧化反应)，实现脱硫及冶炼的目的。
以上描述了实施例产生的综合效果，在实施生产中，不限于以上述方式进行金属冶炼，也可以根据实际情况，采用不同的技术方案进行金属冶炼。以下对本发明提供技术方案中相应技术内容的工作原理及作用进行说明。
本发明提供的旋流冶炼喷嘴中，使物料通道110位于旋流风通道120内侧；这样， 旋流风通道120向冶炼炉的反应空间以旋流方式送入反应气体时，物料的外侧受到旋流风作用，可以形成旋转的混合流体，产生现有技术中旋流冶炼的效果。更重要是，与现有技术中物料的内侧受到旋流风作用相比，物料的外侧受到旋流风作用，物料下落后形成的环形物料带较小，进而使得物料分布更容易控制，进而可以提高物料与反应气体的混合均勻性， 同时使物料与气体的反应区域更接近于反应空间的中轴线0-0位置，可以更进一步地减小熔融体与烟气对反应空间内壁耐火材料的冲刷腐蚀作用，提高冶炼炉承受的热负荷，进而为提高冶炼炉的产能提供前提。
上述实施例中，内风通道130与脉动产生装置131相连，以向冶炼炉的反应空间以脉动方式供给反应气体。在物料带内侧以脉动方式送入反应气体，可以在旋流的混合流体中旋流轴线位置形成脉动气流，进而增加物料料子与氧气碰撞结合的机率，提高氧利用率。 根据实际需要，内风通道130不限于以脉动方式供给反应气体，也可以其他方式供给反应气体，比如可以直流、旋流或其他方式供给反应气体。如图3所示，本例中，从上向下，内风通道130出口部形成通流截面逐渐增加的渐扩部分，这样可以使通过内风通道130供给的反应气体产生径向运动，进而对物料产生作用，提高反应气体与物料之间的碰撞机率。
本实施例中，还在内风通道130的外壁面形成向下倾斜伸出的分散锥面140。分散锥面140至少部分伸出物料通道110外壁面的下边沿；本例中，分散锥面140完全位于物料通道110外壁面下边沿之下。这样，在物料下落过程中，由于分散锥面140的作用，下落的粉状物料会产生径向向外的速度，使物料径向散开，进而可以增加物料位于外侧的旋流风之间混合程度，提高反应速度及氧利用率。优选技术方案中，可以使分散锥面140最大直径 (本例中，为分散锥140下边沿处的直径)小于物料通道110外壁面的直径，这样可以使物料到达旋流风通道120出口位置，保证旋流风与物料的接触和混合。
结合图1和图3，本实施例中，旋流风通道120下端形成渐缩部121 ；在从上向下的方向上，渐缩部121的通流截面逐渐减小。渐缩部121可以产生导向节流作用，在反应气体喷出旋流风通道120后，可以增加反应气体的旋流速度，更好地带动物料旋转，促使反应气体的粒子和物料粒子的混合，提高反应气体与物料的混合均勻度。优选技术方案中，渐缩部 121的外壁面向内凸；这样可以使旋流风更靠近内侧，进而更好地驱动物料粒子旋转流动， 进而更好地控制物料的分布。当然，渐缩部121不限于通过使外壁面向内凸起形成，也可以通过其他方式形成。
结合图1和图3，本实施例中，物料通道110的出口位于旋流风通道120的出口之下；这样，反应气体在进入反应空间之前不会与物料通道110相通，进而可以减少或避免反应气体通过物料通道外泄。物料通道Iio出口与旋流风通道120出口之间的距离可以根据实际需要调整和确定。
本发明提供的冶炼炉包括冶炼喷嘴、反应器、熔池和与熔池相连的排烟道，所述冶炼喷嘴安装在反应器顶部，所述冶炼喷嘴为上述任一种旋流冶炼喷嘴。由于上述旋流冶炼喷嘴具有上述技术效果，包括该旋流冶炼喷嘴的冶炼炉也具有相对应的技术效果，在此不再赘述。
本发明所述的技术方案并不限制于本发明所述的实施例的范围内。本发明未详尽描述的技术内容均为公知技术。
对所公开的实施例的上述说明，是本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。 对本实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
权利要求
1.一种旋流冶炼喷嘴，包括主体(100)，主体(100)内形成截面均为环状的物料通道 (110)和旋流风通道(120)，其特征在于，所述物料通道(110)位于所述旋流风通道(120) 的内侧。
2.根据权利要求1所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述主体(100)还形成内风通道 (130)，所述内风通道(130)位于所述物料通道(110)的内侧。
3.根据权利要求2所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述内风通道(130)与脉动产生装置(131)相连，以向冶炼炉的反应空间以脉动方式供给反应气体。
4.根据权利要求3所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述内风通道(130)的下端形成渐扩部(132)；在从上向下的方向上，所述渐扩部(132)的通流截面逐渐增加。
5.根据权利要求2所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述内风通道(130)外壁面形成向下倾斜伸出的分散锥面(140)；所述分散锥面(140)至少部分伸出所述物料通道(110) 外壁面的下边沿。
6.根据权利要求5所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述分散锥面(140)最大直径小于所述物料通道(110)外壁面的直径。
7.根据权利要求1至6任一项所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述的旋流风通道 (120)上端具有若干个沿圆周切向布置的进风口(122)，所述进风口(12 与供风管道连1ο
8.根据权利要求7所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述旋流风通道(120)的下端形成渐缩部(121)；在从上向下的方向上，所述渐缩部(121)的通流截面逐渐减小。
9.根据权利要求7所述的旋流冶炼喷嘴，其特征在于，所述物料通道(110)的出口位于所述旋流风通道(120)的出口之下。
10.一种冶炼炉，包括冶炼喷嘴、反应器、熔池和与熔池相连的排烟道；所述冶炼喷嘴安装在反应器顶部；其特征在于，所述冶炼喷嘴为权利要求1-9任一项所述的旋流冶炼喷嘴。
全文摘要
本发明公开一种旋流冶炼喷嘴及包括该冶炼喷嘴的冶炼炉。公开的旋流冶炼喷嘴包括主体，主体内形成截面均为环状的物料通道和旋流风通道，物料通道位于所述旋流风通道的内侧。利用本发明提供旋流冶炼喷嘴进行金属冶炼时，物料环的外侧受到旋流风作用，可以形成旋转的混合流体，产生现有技术中旋流冶炼的效果，可以提高物料与反应气体的混合均匀性；由于物料的外侧受到旋流风作用，物料与气体的反应区域更接近于反应空间的中轴线位置，可以更进一步地减小熔融体与高温烟气对反应空间内壁耐火材料的冲刷腐蚀作用，提高冶炼炉承受的热负荷，进而为提高冶炼炉的产能提供前提。
文档编号F27D3/18GK102519260SQ201110459068
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月31日 优先权日2011年12月31日
发明者刘卫东, 周松林 申请人:阳谷祥光铜业有限公司