浸没式喷枪及侧吹炉的制作方法

1.本实用新型涉及侧吹炉技术领域，尤其是涉及一种浸没式喷枪及侧吹炉。


背景技术：

2.目前富氧侧吹熔炼作为一种强化熔池熔炼技术，越来越受到重视，已经逐步代替了原有的冶炼工艺和二次物料处理工艺而成为有色金属熔炼和二次物料处理最具前景的工艺之一。由于富氧侧吹熔炼工艺流程短，气密性好，环保好，投资省，因此熔池喷吹熔炼法在有色金属的熔炼和二次物料处理中逐渐占据了主要的地位。随着富氧侧吹熔炼工艺的迅速发展，当前正逐步推进其在锌、铅、锑、锡、铜、镍等金属的精矿和相关二次物料处理领域的应用。
3.侧吹熔炼炉作为富氧侧吹熔炼工艺的核心设备，侧吹熔炼炉的结构至关重要，是富氧侧吹熔炼工艺发展进步的关键。喷枪作为侧吹熔炼炉的核心部件，喷枪的使用寿命和效率基本决定了炉窑的作业率和能力。
4.侧吹熔炼过程中，为了对炉内原料进行搅动，加快物料熔化、氧化还原反应的速度，提高熔炼的效率，广泛采用向炉内喷吹富氧空气搅动熔体，并参与反应过程的方式。这种在熔池液面以下工作的喷枪，其结构设计至关重要。
5.侧吹浸没燃烧熔池熔炼技术采用喷枪直接向炉内喷吹煤粉、天然气、煤气或燃油等燃料，直接在熔池中燃烧放热，补充炉内需要的大量热量，这样补热方式更加直接高效，更加有利于炉窑维持热平衡。这样的喷枪一般采用套管结构，将燃料和富氧空气等分开，但喷枪结构复杂、维护困难。为了保证枪头不被堵塞，枪头一般采用微孔结构，提高介质流速和压力，尽管这样仍存在枪头被堵塞的情况，影响炉窑作业效率，需要降低炉内熔体液面至喷枪以下，再人工拆解清理或更换喷枪。这种喷枪在使用大量燃料，高富氧燃烧的情况下，喷枪出口区域的热强度极大，对枪头的烧损较为严重，更容易引起枪头堵塞。在使用粉煤等固体燃料时由于喷枪头的微孔结构，容易被粉煤堵塞。所以这种结构的喷枪不利于喷枪能力的提升。
6.瓦纽科夫型富氧侧吹工艺采用向炉内喷吹富氧空气，同时在原料中补加块煤，作为燃料和还原剂，弥足热量不足的问题。该工艺在处理不发热物料上，需要大量的块煤，燃烧效率偏低，炉内热平衡维持困难。其喷枪一般采用大口径，介质压力较低，也存在枪头被堵塞问题，但其喷枪结构简单、维护较容易。在枪头被堵塞的情况下，无需降低渣面，人工使用钢钎清理喷枪，操作比较简单。由于熔炼工艺要求、喷枪结构设计原因以及介质压力特点，这种喷枪的富氧浓度有限，氧浓度过高不利于喷枪和炉身寿命提高，同时影响熔体搅拌。
7.现有技术有一种侧吹浸没燃烧熔池冶金炉的喷枪100，如图3所示，包括外喷管、内喷管、封堵件和插接自锁件，外喷管内具有助燃气入口、助燃气出口和插口；插接自锁件具有自锁关闭功能，插接自锁件安装在外喷管的插口处；内喷管具有介质进口、介质喷口和介质清理口，内喷管可拆卸地插接在插接自锁件上，且内喷管上有介质喷口的一端通过插口
伸入外喷管，内喷管脱出插接自锁件时插接自锁件自锁关闭以封堵插口，封堵件安装在内喷管上以打开或关闭介质清理口。本实用新型的喷枪对套管式喷枪进行改进，增加了清理手段，可以清理管道的堵塞，但堵塞清理问题较为复杂，不便操作，喷枪结构较为复杂，枪体较长，制作、加工难度大。
8.现有技术还有一种侧吹炉200，如图4所示，该侧吹炉包括炉体1、第一喷枪2和第二喷枪3，炉体1内具有熔池；第一喷枪2设置在炉体1上且用于向熔池内喷出燃料；第二喷枪3设置在炉体上1且用于向熔池内喷射助燃剂。多通道喷枪工作时，燃气和助燃空气以及氧气直接在喷枪前端熔池区域进行燃烧，温度可达1600
‑
1800℃，造成喷枪座在过高的热强度下损伤、磨损，造成喷枪烧损，造成炉体1侧墙形成损伤，影响正常作业和缩短炉寿的问题。将多通道喷枪分成燃料喷枪和富氧喷枪，分置于炉体1两侧，燃料燃烧的位置处于熔池的中部，并在熔池的中部形成高温区，避免喷枪前端区域的温度过高，可以有效地提高喷枪的寿命，避免炉砖的烧损。这样的设计可以避免喷枪前端区域的温度过高，减少喷枪区域炉墙烧损。但这样的布置却忽略了两侧介质种类、流量和压力不同，带来的搅动不平衡问题，可能引起两侧炉墙受到的压力、温度、熔体侵蚀均不一致。


技术实现要素：

9.本实用新型旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本实用新型的一个目的在于提出一种浸没式喷枪，清理方便、结构简单且制作加工简单。
10.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪，所述浸没式喷枪用于安装在侧吹炉炉身上且工作在渣面以下，所述浸没式喷枪由两个单支枪左右邻近间隔开组配而成，两个所述单支枪的前端彼此靠近且后端彼此远离，两个所述单支枪中的一个所述单支枪用于向所述侧吹炉内喷送燃料，两个所述单支枪中的另一个所述单支枪用于向所述侧吹炉内喷送富氧空气，两个所述单支枪设有中空直通通道，两个所述单支枪的尾部还设有与所述中空直通通道连通且与所述中空直通通道形成y形的介质入口。
11.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪，浸没式喷枪安装在侧吹炉炉身上且工作在渣面以下，当需要向侧吹炉内输送燃料时，燃料从浸没式喷枪的一个单支枪的介质入口进入中空直通通道并从中空直通通道的前端喷入侧吹炉内，当需要向侧吹炉内输送富氧空气时，富氧空气从浸没式喷枪的另一个单支枪的介质入口进入中空直通通道并从中空直通通道的前端喷入侧吹炉内。
12.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪，浸没式喷枪安装在侧吹炉炉身上且工作在渣面以下，可以为侧吹炉提供富氧空气及燃料，并能为熔池搅动提供动力；由于两个单支枪两两为一组构成浸没式喷枪，且两个单支枪均分别设有中空直通通道和与中空直通通道相连的介质入口，不存在任何复杂的结构，避免了现有技术中套管式喷枪复杂的结构，制作加工方便，单支枪内不易发生堵塞，即使单支枪内发生堵塞，也可以采用钢钎清理单支枪内的堵塞物，清理方便。此外，浸没式喷枪由两个单支枪左右邻近间隔开组配而成，两个单支枪的前端彼此靠近且后端彼此远离，使得熔池区域只在很小的范围内有一定的不均匀，而绝大部分熔池区域的性质基本一致，从而不会引起其它不良反应。
13.根据本实用新型第一方面的一个实施例，每一所述单支枪均包括头部喷头、中间枪座、尾部连接段和封堵件，所述头部喷头的后端与所述中间枪座的前端可拆卸连接，所述
中间枪座的后端与所述尾部连接段的前端可拆卸连接，所述头部喷头、所述中间枪座和所述尾部连接段共同限定出所述中空直通通道，所述尾部连接段上限定出所述介质入口，所述封堵件可拆卸地封堵在所述中空直通通道的后端。
14.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，所述头部喷头采用耐高温合金制作而成。
15.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，所述中间枪座用于通过螺栓与所述侧吹炉炉身固定。
16.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，所述封堵件为自封堵钢球、螺帽和阀门中的一种或两种组合。
17.根据本实用新型第一方面的一些实施例，两个所述单支枪的轴线之间形成0
°
～30
°
的夹角且在所述侧吹炉内交汇于一点。
18.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述中空直通通道的前端形成缩口。
19.根据本实用新型第一方面的一些实施例，所述中空直通通道中的出口处介质流速为100～500m/s。
20.本实用新型第二方面还提出了一种侧吹炉。
21.根据本实用新型第二方面实施例的侧吹炉，包括：
22.炉身；
23.多个浸没式喷枪，多个所述浸没式喷枪均为根据第一方面实施例中任意一项所述的浸没式喷枪，多个所述浸没式喷枪间隔开地安装在所述炉身的相对两侧上。
24.根据本实用新型第二方面实施例的侧吹炉，通过在炉身相对的两侧上间隔开地安装多个浸没式喷枪，浸没式喷枪结构简单，制作加工简单，清理方便，由此，可以有效地提高侧吹炉的工作效率。
25.根据本实用新型第二方面的一个实施例，所述炉身上设有与多个所述浸没式喷枪一一对应的多个喷枪区喷枪座；每一所述喷枪区喷枪座由两个独立的单支枪喷枪座构成，每一所述喷枪区喷枪座中的两个所述单支枪喷枪座均采用从所述侧吹炉内向所述侧吹炉外的方向顺次布置的内衬耐火砖和铜水套构成，每一所述喷枪区喷枪座中的两个所述单支枪喷枪座分别限定出供每一所述浸没式喷枪的两个所述单支枪对应插入的插孔；每一所述浸没式喷枪的两个所述单支枪分别对应地插入每一所述喷枪区喷枪座中的两个所述插孔中并与所述炉身固定。
26.根据本实用新型第二方面进一步的实施例，多个所述浸没式喷枪均为根据本实用新型第一方面进一步的实施例所述的浸没式喷枪，每一所述浸没式喷枪的两个所述单支枪的所述头部喷头分别对应地插入每一所述喷枪区喷枪座中的两个所述插孔中，每一所述浸没式喷枪的两个所述单支枪的所述中间枪座分别通过所述螺栓固定在对应的所述喷枪座的外侧面上。
27.根据本实用新型第二方面的一些实施例，所述浸没式喷枪中的两个所述单支枪水平布置。
28.根据本实用新型第二方面的一些实施例，所述浸没式喷枪中的两个所述单支枪的前端向下倾斜布置，两个所述单支枪的倾斜角度相同。
29.根据本实用新型第二方面的一个实施例，两个所述单支枪与水平面的夹角成0
°
～
5
°
。
30.本实用新型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，或通过本实用新型的实践了解到。
附图说明
31.本实用新型的上述和/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：
32.图1为本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪的结构示意图。
33.图2为本实用新型第二方面实施例的侧吹炉的结构示意图。
34.图3为现有技术的侧吹浸没燃烧熔池冶金炉的喷枪的结构示意图。
35.图4为现有技术的侧吹炉的结构示意图。
36.附图标记：
37.浸没式喷枪1000
38.单支枪1 头部喷头11 中间枪座12 尾部连接段13 封堵件14
39.自封堵钢球141 螺帽142 中空直通通道15 介质入口16
40.侧吹炉2000
41.炉身2
42.喷枪区喷枪座3 单支枪喷枪座31 铜水套32 内衬耐火砖33
具体实施方式
43.下面详细描述本实用新型的实施例，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，仅用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。
44.下面结合图1至图2来描述根据本实用新型实施例浸没式喷枪1000。
45.如图1和图2所示，根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪1000，浸没式喷枪1000用于安装在侧吹炉2000炉身2上且工作在渣面以下，浸没式喷枪1000由两个单支枪1左右邻近间隔开组配而成，两个单支枪1的前端彼此靠近且后端彼此远离，两个单支枪1中的一个单支枪1用于向侧吹炉2000内喷送燃料，两个单支枪1中的另一个单支枪1用于向侧吹炉2000内喷送富氧空气，两个单支枪1设有中空直通通道15，两个单支枪1的尾部还设有与中空直通通道15连通且与中空直通通道15形成y形的介质入口16。
46.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪1000，浸没式喷枪1000安装在侧吹炉2000炉身2上且工作在渣面以下，当需要向侧吹炉2000内输送燃料时，燃料从浸没式喷枪1000的一个单支枪1的介质入口16进入中空直通通道15并从中空直通通道15的前端喷入侧吹炉2000内，当需要向侧吹炉2000内输送富氧空气时，富氧空气从浸没式喷枪1000的另一个单支枪1的介质入口16进入中空直通通道15并从中空直通通道15的前端喷入侧吹炉2000内。
47.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪1000，浸没式喷枪1000安装在侧吹炉2000炉身2上且工作在渣面以下，可以为侧吹炉2000提供富氧空气及燃料，并能为熔池搅
动提供动力；由于两个单支枪1两两为一组构成浸没式喷枪1000，且两个单支枪1均分别设有中空直通通道15和与中空直通通道15相连的介质入口16，不存在任何复杂的结构，避免了现有技术中套管式喷枪复杂的结构，制作加工方便，单支枪1内不易发生堵塞，即使单支枪1内发生堵塞，也可以采用钢钎清理单支枪1内的堵塞物，清理方便。此外，浸没式喷枪1000由两个单支枪1左右邻近间隔开组配而成，两个单支枪1的前端彼此靠近且后端彼此远离，使得熔池区域只在很小的范围内有一定的不均匀，而绝大部分熔池区域的性质基本一致，从而不会引起其它不良反应。
48.需要说明的是，两个单支枪1中的一个单支枪1用于向侧吹炉2000内喷送燃料，燃料可以为天然气、煤气、粉煤或燃油等；两个单支枪1中的另一个单支枪1用于向侧吹炉2000内喷送富氧空气，富氧空气的浓度在20％～99％之间，两个单支枪1中的另一个单支枪1还可以用于向侧吹炉2000提供压缩空气、氧气等助燃气体。
49.根据本实用新型第一方面的一个实施例，每一单支枪1均包括头部喷头11、中间枪座12、尾部连接段13和封堵件14，头部喷头11的后端与中间枪座12的前端可拆卸连接，中间枪座12的后端与尾部连接段13的前端可拆卸连接，头部喷头11、中间枪座12和尾部连接段13共同限定出中空直通通道15，尾部连接段13上限定出介质入口16，封堵件14可拆卸地封堵在中空直通通道15的后端。可以理解的是，每一单支枪均为分体式结构设计，头部喷头11的后端与中间枪座12的前端可拆卸连接，中间枪座12的后端与尾部连接段13的前端可拆卸连接，例如，头部喷头11的后端与中间枪座12的前端可以采用螺纹连接，中间枪座12的后端与尾部连接段13的前端可以采用法兰连接，由于中间枪座12及尾部连接段13的使用寿命长，互换性较强，由此，每一单支枪1的互换性好，提高了浸没式喷枪1000的使用寿命；头部喷头11、中间枪座12和尾部连接段13共同限定出中空直通通道15，结构简单，便于采用钢钎清理堵塞物；尾部连接段13上限定出介质入口16，这样，富氧空气或燃料可以通过介质入口16输送进侧吹炉2000内；封堵件14可拆卸地封堵在中空直通通道15的后端，当需要对单支枪进行清理堵塞物时，可拆卸封堵件，利用钢钎插入中空直通通道中来清理堵塞物，当不需要对单支枪清理堵塞物时，将封堵件封堵在中空直通道到的后端中，避免侧吹炉2000内介质泄露。
50.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，头部喷头11采用耐高温合金制作而成。这样，头部喷头11可以有效抵抗高温烧损，提高了使用寿命。
51.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，中间枪座12用于通过螺栓与侧吹炉2000炉身2固定。由此，可以将浸没式喷枪1000与侧吹炉2000炉身2固定安装。
52.根据本实用新型第一方面进一步的实施例，封堵件14为自封堵钢球141、螺帽142和阀门中的一种或两种组合。这样，可以有效地避免侧吹炉2000内介质泄露，结构简单可靠，同时，能够更加方便地在线清理浸没式喷枪1000。
53.需要说明的是，如图1所示，封堵件14选择自封堵钢球141和螺帽142两种组合串联，结构更加简单可靠。
54.根据本实用新型第一方面的一些实施例，两个单支枪1的轴线之间形成0
°
～30
°
的夹角且在侧吹炉2000内交汇于一点。可以理解的是，两个单支枪1的轴线之间的夹角角度合理，第一方面可以让高温区向熔池内部移动，远离炉墙，有效保护炉衬和水套，第二方面可以保证燃料的燃烧效率，避免燃料不完全反应。
55.根据本实用新型第一方面的一些实施例，中空直通通道15的前端形成缩口。这样，能提高富氧空气和燃料的入炉速率，防止喷枪发生堵塞。
56.根据本实用新型第一方面的一些实施例，中空直通通道15中的出口处介质流速为100～500m/s。由此，可以进一步地防止喷枪发生堵塞。
57.根据本实用新型第一方面实施例的浸没式喷枪1000，当浸没式喷枪1000正常工作时，封堵件14中的自封堵钢球141自然封堵，同时拧紧螺帽142，避免侧吹炉2000内介质泄露，两个单支枪1中的一个单支枪1向侧吹炉2000内喷送燃料，两个单支枪1中的另一个单支枪1向侧吹炉2000内喷送富氧空气，在熔池中经过一小段距离后燃烧放热，并在熔池的内部形成超高温区，避免浸没式喷枪1000前端区域的温度过高，从而可以有效提高浸没式喷枪1000的使用寿命，避免烧损铜水套32和内衬耐火砖33，同时由于两个单支枪1的前端彼此靠近，使得熔池区域只在很小的范围内有一定的不均匀，而绝大部分熔池区域的性质基本一致，从而不会引起其它不良反应；当向侧吹炉2000内喷送富氧空气的单支枪1出现堵塞问题时，将出现堵塞问题的单支枪1的螺帽142打开，使用钢钎直接疏通，而不影响侧吹炉2000的正常生产，当向侧吹炉2000内喷送燃料的单支枪1出现堵塞问题时，先使用惰性气体置换并停用出现堵塞问题的单支枪1，从而避免燃料泄露，置换完成后直接打开单支枪1的螺帽142，使用钢钎直接疏通，清理完成后恢复向侧吹炉2000内喷送燃料；当浸没式喷枪1000出现烧损，影响使用时，需要降低渣面，露出浸没式喷枪1000，进行临时拆卸更换。
58.本实用新型第二方面还提出了一种侧吹炉2000。
59.如图1和图2所示，根据本实用新型第二方面实施例的侧吹炉2000，包括炉身2和多个浸没式喷枪1000，多个浸没式喷枪1000均为根据第一方面实施例中任意一项的浸没式喷枪1000，多个浸没式喷枪1000间隔开地安装在炉身2的相对两侧上。
60.根据本实用新型第二方面实施例的侧吹炉2000，通过在炉身2相对的两侧上间隔开地安装多个浸没式喷枪1000，浸没式喷枪1000结构简单，制作加工简单，清理方便，由此，可以有效地提高侧吹炉2000的工作效率；浸没式喷枪10000的可操作性强，对现有侧吹炉2000稍加改动即可实施。
61.根据本实用新型第二方面的一个实施例，炉身2上设有与多个浸没式喷枪1000一一对应的多个喷枪区喷枪座3；每一喷枪区喷枪座3由两个独立的单支枪喷枪座31构成，每一喷枪区喷枪座3中的两个单支枪喷枪座31均采用从侧吹炉2000内向侧吹炉2000外的方向顺次布置的内衬耐火砖33和铜水套32构成，每一喷枪区喷枪座3中的两个单支枪喷枪座31分别限定出供每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1对应插入的插孔；每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1分别对应地插入每一喷枪区喷枪座3中的两个插孔中并与炉身2固定。可以理解的是，通过在炉身2上设置喷枪区喷枪座3，可以方便地对浸没式喷枪1000进行安装和拆卸；每一喷枪区喷枪座3由两个独立的单支枪喷枪座31构成，两个独立的单支枪喷枪座31外形结构尺寸一致，便于铜水套32的更换与制作，互换性强；每一喷枪区喷枪座3中的两个单支枪喷枪座31均采用从侧吹炉2000内向侧吹炉2000外的方向顺次布置的铜水套32和内衬耐火砖33构成，铜水套32采用循环水水冷保护浸没式喷枪1000和内衬耐火砖33，有效地解决了内衬耐火砖33容易烧损的问题，在内衬耐火砖33减薄的情况下，可以采用挂渣保护浸没式喷枪1000极大地提高了浸没式喷枪1000的使用寿命。
62.根据本实用新型第二方面进一步的实施例，多个浸没式喷枪1000均为根据本实用
新型第一方面进一步的实施例的浸没式喷枪1000，每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1的头部喷头11分别对应地插入每一喷枪区喷枪座3中的两个插孔中，每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1的中间枪座12分别通过螺栓固定在对应的喷枪座3的外侧面上，可以理解的是，将每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1的头部喷头11分别对应地插入每一喷枪区喷枪座3中的两个插孔中，这样，侧吹炉2000的结构合理，能够将每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1的头部喷头11固定；将每一浸没式喷枪1000的两个单支枪1的中间枪座12分别通过螺栓固定在对应的喷枪座3的外侧面上，由于头部喷头11的后端与中间枪座12的前端可拆卸连接，中间枪座12的后端与尾部连接段13的前端可拆卸连接，由此，多个浸没式喷枪1000能够分别与多个喷枪区喷枪座3一一对应可靠地固定。
63.根据本实用新型第二方面的一些实施例，浸没式喷枪1000中的两个单支枪1水平布置。可以理解的是，根据实际情况，浸没式喷枪1000中的两个单支枪1可以水平布置，这样，一方面可以让高温区向熔池内部移动，远离侧吹炉2000的炉墙，有效地保护铜水套32和内衬耐火砖33，另一方面，可以保证燃料的燃烧效率，避免燃料不完全反应。
64.根据本实用新型第二方面的一些实施例，浸没式喷枪1000中的两个单支枪1的前端向下倾斜布置，两个单支枪1的倾斜角度相同。可以理解的是，根据实际情况，浸没式喷枪1000中的两个单支枪1可以前端向下倾斜布置，这样，一方面可以让高温区向熔池内部移动，远离侧吹炉2000的炉墙，有效地保护铜水套32和内衬耐火砖33，另一方面，可以保证燃料的燃烧效率，避免燃料不完全反应。
65.根据本实用新型第二方面的一个实施例，两个单支枪1与水平面的夹角成0
°
～5
°
。可以理解的是，根据实际情况，浸没式喷枪1000中的两个单支枪1可以选择合适的角度进行布置，例如，两个单支枪1与水平面的夹角可以为0
°
、3
°
或5
°
，这样，一方面可以让高温区向熔池内部移动，远离侧吹炉2000的炉墙，有效地保护铜水套32和内衬耐火砖33，另一方面，可以保证燃料的燃烧效率，避免燃料不完全反应。
66.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“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实用新型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。
67.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。