顶吹喷枪的制作方法

本发明涉及冶炼技术领域，更具体地，涉及一种顶吹喷枪。

背景技术：

浸没式顶吹喷枪熔池熔炼技术在火法冶炼的不同金属熔炼与吹炼过程得到广泛应用，另外也用于国际先进的处理电子废料熔炼技术当中。

喷枪作为浸没式顶吹喷枪熔池熔炼技术核心设备，向熔池中输送工艺风、氧气、燃料并进行强烈搅拌，完成传热、传质和熔炼过程物理化学反应，其使用寿命直接关系到工艺过程的顺利与否。喷枪结构对于熔炼强度、效率、能耗等都有重要影响。

技术实现要素：

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出了一种顶吹喷枪，所述顶吹喷枪有助于提高熔炼效率。

根据本发明实施例的顶吹喷枪，顶吹喷枪包括：喷枪外管，所述喷枪外管内限定有安装通道，所述喷枪外管的一端设有与所述安装通道连通的出口；风管，所述风管设在所述安装通道内；氧气管，所述氧气管设在所述风管内，所述氧气管的外周面与所述风管的内周面之间限定有风通道；燃料管，所述燃料管设在所述氧气管内，所述燃料管的外周面与所述氧气管的内周面之间限定有氧气通道，所述燃料管内限定有燃料通道；气体旋流装置，所述气体旋流装置设在所述混合腔内且与所述燃料管的一端相连，所述气体旋流装置被构造成可使经过其的燃料气体形成旋流。

根据本发明实施例的顶吹喷枪，可以提高熔炼效率，降低能耗。

另外，根据本发明上述实施例的顶吹喷枪还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一些实施例，所述气体旋流装置包括：旋流筒，所述旋流筒内限定有旋流腔，所述旋流筒的远离所述出口的一端与所述燃料管相连且所述旋流腔与所述燃料通道连通，所述旋流筒的外周壁上设有多个间隔开设置且连通所述旋流腔与所述混合腔的旋流孔，每个所述旋流孔具有出口段，所述出口段所在直线与所述旋流筒的中心线异面。

根据本发明的一些实施例，在沿所述旋流筒的轴向上，所述出口段向外且向远离所述燃料管的方向倾斜延伸。

根据本发明的一些实施例，在沿所述旋流孔的延伸方向上，所述旋流孔形成为直线形 孔或曲线形孔。

根据本发明的一些实施例，所述旋流孔的横截面形成为圆形或长条形。

根据本发明的一些实施例，所述旋流筒的邻近所述出口的一端设有旋流板，所述旋流板上也设有所述旋流孔。

根据本发明的一些实施例，多个所述旋流孔的横截面积之和小于或者等于所述燃料管的横截面积。

根据本发明的一些实施例，设在所述旋流筒上的多个所述旋流孔呈矩阵分布。

根据本发明的一些实施例，所述旋流筒形成为圆筒形，所述旋流筒的内径与外径分别等于所述燃料管的内径和外径。

根据本发明的一些实施例，所述气体旋流装置与所述燃料管焊接或螺纹连接。

可选地，在沿所述喷枪外管的轴向上，所述气体旋流装置的邻近所述出口的一端与所述喷枪外管的一端之间的距离d的取值范围为：400mm≤d≤1000mm。

根据本发明的一些实施例，顶吹喷枪还包括旋流片，所述旋流片设在所述燃料通道内且邻近所述气体旋流装置设置，所述旋流片被构造成可使经过其的燃料气体形成旋流。

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

图1是根据本发明实施例的顶吹喷枪的部分结构示意图；

图2是根据本发明实施例的顶吹喷枪的剖视图。

附图标记：

顶吹喷枪100；

喷枪外管10；混合腔101；

风管20；风通道201；

氧气管30；氧气通道301；

燃料管40；燃料通道401；

气体旋流装置50；旋流筒51；旋流板52；旋流孔501；旋流腔502；

旋流片60。

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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面结合附图详细描述根据本发明实施例的顶吹喷枪100。

参照图1和图2所示，根据本发明实施例的顶吹喷枪100可以包括喷枪外管10、风管20、氧气管30、燃料管40和气体旋流装置50。

喷枪外管10、风管20、氧气管30和燃料管40可以嵌套设置，气体旋流装置50可以设在喷枪外管10内，并且与燃料管40相连。具体地，喷枪外管10内可以限定有安装通道，喷枪外管10的一端可以设有与安装通道连通的出口，换言之，喷枪外管10内限定有安装通道，安装通道具有出口，喷枪外管10的一端形成为出口端，出口设在出口端上。

风管20可以设在安装通道内，氧气管30可以设在风管20内，燃料管40可以设在氧气管30内。氧气管30的外周面与风管20的内周面之间可以限定有风通道201，燃料管40的外周面与氧气管30的内周面之间可以限定有氧气通道301，燃料管40内可以限定有燃料通道401。燃气通道401内流动有燃料气体，可选地，燃料气体可以为天然气。

喷枪外管10的一端延伸超过风管20的一端、氧气管30的一端以及燃料管40的一端，以使安装通道的一端形成混合腔101，也就是说，风管出口端、氧气管出口端以及燃料管出口端分别位于喷枪外管出口端之内，而没有超出喷枪外管出口端。由此，安装通道的出口端可以空出来形成混合腔101，风通道201、氧气通道301和燃料通道401分别与混合腔101连通，换言之，风通道201、氧气通道301和燃料通道401的出口分别朝向混合腔101。

气体旋流装置50可以设在混合腔101内，并且气体旋流装置50可以与燃料管40的邻近喷枪外管10的出口的一端相连，气体旋流装置50被构造成可以使经过气体旋流装置50的燃料气体变成旋流，旋流即旋转着流动的状态，气体在运动中可以绕着自身的瞬时轴线作旋转运动。

换言之，燃料管40的邻近喷枪外管10的出口的一端为燃料管出口端，气体旋流装置50可以连接在燃料管出口端，并且位于混合腔101内，从燃料管出口端流出的燃料气体可以直接流向气体旋流装置50，气体旋流装置50可以使大致沿直线流动的燃料气体变成为旋转着流动的状态，即气体旋流装置50可以使燃料气体的流向从轴向向径向进行改变，燃料气体可以旋流着流入混合腔101内，可以与氧气、风等气体进行混合后旋流着从喷枪外管10的出口流出。

根据本发明实施例的顶吹喷枪100，通过在燃料管出口端设置气体旋流装置50，使得燃料气体可以变得旋流，呈一定空间切线角度进入熔体，同时带动外侧的氧气、空气也向顶吹喷枪100的周围不同程度发散，从而可以加强对熔池熔体的搅拌，使各相之间的接触更充分、均匀，有利于提高燃烧效率和改善浸没式喷枪顶吹熔池熔炼过程的传热与传质效果，该顶吹喷枪100结构相对简单，便于制造，可以直接在现有喷枪的基础上进行改进，便于实施，能有效提高熔炼效率，降低能耗。

气体旋流装置50与燃料管40的连接方式可以有多种，可选地，气体旋流装置50可以与燃料管40焊接或螺纹连接。由此，连接操作方便且连接牢固，便于在喷枪外管10内进行操作。在下面所描述的实施例中，当气体旋流装置50包括旋流筒51时，旋流筒51可以与燃料管40焊接或螺纹连接。

气体旋流装置50的结构可形成为多种，只要能够满足使流经其的气体变得大致可以旋转着流动的要求即可。可选地，根据本发明的一些实施例，气体旋流装置50可以包括旋流筒51，旋流筒51内可以限定有旋流腔502，旋流筒51的远离出口的一端可以与燃料管40相连，并且旋流腔502可以与燃料通道401连通，燃料通道401内的燃料气体可以流入到旋流腔502内。旋流筒51的外周壁上可以设有多个旋流孔501，多个旋流孔501可以间隔开设置，并且每个旋流孔501均可以连通旋流腔502与混合腔101，使旋流腔502中的气体可以通过旋流孔501流入到混合腔101内。

其中，旋流孔501可以具有入口段和出口段，出口段所在直线与旋流筒51的中心线异面，也就是说，出口段的延伸方向既不与旋流筒51的中心线平行，也不与旋流筒51的中心线相交，旋流筒51的中心线沿着旋流筒51轴向延伸，在图1中，旋流筒51的轴向为上下方向。因此，出口段的延伸方向不是沿着经过旋流筒51的中心的径向，而是相对于旋流筒51的径向倾斜设置。

由此，当燃料气体从旋流孔501的出口段流出时，燃料气体的流动方向将不是沿着旋流筒51的径向，而是与旋流筒51的径向之间具有一定的夹角，向旋流筒51的周向发生偏移，形成大致沿喷枪的周向绕旋流筒51的轴向旋转着流动的状态，使燃料气体可以形成旋流。

在本发明的一些较优选的实施例中，旋流孔501的出口段不仅向旋流筒51的周向发生偏移，而且还朝向喷枪外管10的出口倾斜延伸设置。具体而言，在沿旋流筒51的轴向上，出口段向外且向远离燃料管的方向倾斜延伸。这里，“向外”指的是向远离旋流筒51的中心线的方向。也就是说，出口段向外且向喷枪外管10的出口的方向延伸。

由此，当燃料气体从出口段流出时，还可以具有大致朝向喷枪外管10的出口流动的趋势，此时，出口段即相对于旋流筒51的径向倾斜，也相对于旋流筒51的轴向倾斜，燃料气体可以旋流着流动，例如，如图1所示，燃料气体可以旋流着不断向下流动，气体流动更加顺畅，保证了气体流量，顶吹喷枪100工作性能好，可以提高熔炼效率。

可选地，在沿旋流孔501的延伸方向上，旋流孔501可以形成为直线形孔或曲线形孔。也就是说，旋流孔501的延伸方向可以形成为直线或曲线。由此，旋流孔501整体可以形成一种形状，旋流孔501的出口段与旋流孔的其它部分形成可以为一个整体，不会形成折角，旋流孔501的内壁可以平滑延伸，保证了燃料气体流动的顺畅性。

这里，需要说明的是，当旋流孔501形成为直线形孔时，旋流孔501的出口段也形成为直线形，而当旋流孔501形成为曲线形孔使，可以将旋流孔501的邻近旋流筒51的外周面的近似直线的一小段看成为出口段，此时，出口段所在直线可以近似看成该一小段的切线。

例如，根据本发明的一些具体示例，旋流孔50可以形成为直线形孔，旋流孔50既相对于旋流筒51的径向倾斜延伸，也相对于旋流筒51的轴向倾斜延伸，燃料气体可以沿着旋流筒51的割线方向流出，并且旋流着朝向喷枪外管10的出口流动。其中，旋流孔501的延伸方向与经过旋流筒51的中心且沿旋流筒51的径向延伸的直线形成的径向夹角的角度可以在大于0度和小于90度的范围内选取，较优选地，可以在20度-70度的范围内选取，更优选地，可以在40-50度的范围内选取，例如可以径向夹角可以设为45度。由此，不仅便于制造，而且气体旋流效果好，对熔体的搅动效果好。

同样地，旋流孔501的延伸方向与旋流筒51的轴线之间的轴向夹角的角度也可以在大于0度和小于90度的范围内选取，较优选地，可以在20度-70度的范围内选取，更优选地，可以在40-50度的范围内选取，例如可以将径向夹角可以设为45度。由此，不仅便于制造，而且气体流动效果好，保证了气体的供应。

可选地，在沿旋流孔501的延伸方向上，旋流孔501的横截面可以形成为圆形或长条形。也就是说，旋流孔501在旋流筒51的外周面上所形成的形状可以为圆形或长条形。由此，可以保证气体流动较顺畅。

可选地，设在旋流筒51上的多个旋流孔501可以呈矩阵分布。由此，旋流筒51上的旋流孔501分布更加均匀，使气体分布更均匀，流动性更好。

如图1所示，根据本发明的一些实施例，旋流筒51的邻近出口的一端可以设有旋流板52，旋流板52上也设有旋流孔501。由此，进入旋流腔502中的气体可以全部从旋流孔501流出，提高燃料气体的旋流效果，并且流动方向更一致，避免紊流出现的几率。

可选地，多个旋流孔501的横截面积之和可以小于或者等于燃料管40的横截面积。这里，每个旋流孔501的横截面积即为每个旋流孔501的径向截面的面积，燃料管40的截面面积则可以理解将燃料管40作径向剖切后，燃料管40的外周沿所围合形成的封闭图形的面积，即燃料管40的截面面积包括两部分：一部分为燃料管40的管壁的径向截面面积，另一部分则为燃料通道401的径向截面面积。由此，燃料气体的流量可以大致保持不变，流动顺畅。

如图1和图2所示，旋流筒51可以形成为圆筒形，旋流筒51的内径与外径可以分别等于燃料管40的内径和外径。也就是说，旋流筒51的内径可以等于燃料管40的内径，旋流筒51的外径可以等于燃料管40的外径。由此，燃料通道401的内径可以等于旋流腔502 的内径，燃料气体可以直接流入到旋流腔502内，流动顺畅，阻力小，同时旋流筒51也不会占用其它通道正下方的空间，例如，氧气通道301和风通道201，从而不会影响到氧气和风的正常流出。

可选地，在沿喷枪外管10的轴向上，气体旋流装置50的邻近出口的一端与喷枪外管10的一端之间的距离d的取值范围可以为：400mm≤d≤1000mm。例如，如图1所示，旋流板52设在旋流筒51的下端，此时，气体旋流装置50的邻近出口的一端为旋流板52，旋流板52的下表面与喷枪外管10的下端之间的距离即为d，d取值范围可以为400mm-1000mm。由此，不仅可以保证旋流筒51的正常安装，而且可以使旋流的燃料气体更易带动氧气和空气进行旋流，气体混合性能好且对熔体的搅拌性能好，提高熔炼效率。

较优选地，在沿喷枪外管10的轴向上，气体旋流装置50的邻近出口的一端与喷枪外管10的一端之间的距离d的取值范围可以为：600mm≤d≤800mm。例如，在本发明的一些具体示例中，距离d可以为650mm、700mm和750mm等。

如图1所示，顶吹喷枪100还可以包括旋流片60，旋流片60可以设在燃料通道401内并且邻近气体旋流装置50设置，旋流片60可以被构造成使经过旋流片60的燃料气体形成旋流。由此，使得燃料通道401内的燃料气体可以尽量在即将流出燃料通道401之前才发生流动状态的变化，保证了燃料气体在燃料通道401的整体顺畅和平稳流动，燃料气体供应性能好，并且燃料气体可旋流着进入旋流腔502，使得燃料气体更易于从旋流筒51的旋流孔501流出，旋流片60和气体旋流装置50共同作用，可以使燃料气体较好的按照预定的旋流路线运动。

根据本发明实施例的顶吹喷枪100的其他构成以及操作对于本领域的普通技术人员来说是可知的，在此不再详细描述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、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。

在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于 本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“具体实施例”、“示例”或“具体示例”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必须针对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一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。