[发明专利]向冶金炉中喷吹气体的装置

说明书

本发明提供一种向冶金炉中喷吹气体的装置，该装置特别适合但不仅限于在高温条件下用于向冶金炉中喷吹气流。举例来说，这种冶金炉可以是一种熔炼炉，在该熔炼炉中通过直接熔融冶炼工艺生产熔融金属。

一种众所周知的以熔融金属料层作为反应介质并通常被称作HIsmelt的直接熔融冶炼工艺已在国际专利申请PCT/AU96/00197(WO96/31627)中以申请人的名义发表。

正如在国际专利申请中所阐述的那样，HIsmelt工艺包括：

(a)在冶金炉中形成一个铁水和炉渣熔池；

(b)向该熔池中喷入：

含有金属的原料，一般为金属氧化物；

固体含碳原料，一般为煤，它是作为金属氧化物的还原剂和能源；

(c)在熔融金属料层中将含有金属的原料冶炼为金属。

在这里，术语“冶炼”被理解为是指发生金属氧化物还原反应产生液态金属的高温过程。

HIsmelt工艺还包括从熔池中释放出来的位于熔池上方空间的气体与含氧气体(如一氧化碳和氢气等)的二次燃烧反应，并将二次燃烧产生的热量传递给熔池，为冶炼金属原料补充所需热能。

HIsmelt工艺还包括在熔池名义静止液面上方形成的一个过渡区，在该过渡区存在大量的上升和下降的熔融金属或炉渣液滴、飞溅物、液流，它们成为将熔池上方二次燃烧反应气体所产生的热能向熔池中传递的有效介质。

在HIsmelt工艺中，含有金属的原料和固体含碳原料是通过一些喷枪/风口喷入金属层的，这些喷枪/风口是向下倾斜以穿过冶金炉的侧壁向内延伸至冶金炉的下部区域，从而将固体原料输送到位于冶金炉底部的金属层中。为了促进在冶金炉上部的反应气体的二次燃烧，通过向下延伸的热风喷枪，将可以是富氧的热鼓风吹入冶金炉的上部。为了促使冶金炉上部气体进行有效的二次燃烧，热鼓风最好是以旋流方式从喷枪中吹出。为了实现这一目标，喷枪的出口可以安装内部流体导向装置以产生适宜的旋流。冶金炉上部的温度可以达到约2000℃，而输入喷枪的热风温度则大约为1100℃～1400℃。因此，喷枪必须能够特别耐炉内和炉壁的高温，特别是伸到冶金炉燃烧区域的喷枪出口端要耐高温。本发明提供一种喷枪结构，它能使相应的部件从内部进行水冷，从而可以在极高温度环境下作业。

根据本发明，提供一种向冶金炉中喷吹气体的装置，它包括：

气流管道，该气流管道从后端向前端延伸以便吹出气体；

长形导杆，该导杆安装在管道前端的中心线上，因此气流通过管道的前端沿长形中心导杆流出；

多个气流导向叶片，该叶片安装在长形中心导杆和管道之间，从而当在气流通过管道的前端时产生旋流；

冷却水供水和回水通道装置，该装置沿着管道壁从其后端一直贯通到前端，以将冷却水输送到管道的前端并返回；

内冷水通道装置，该装置位于管道前端的管嘴内，并与冷却水供水和回水通道相连以接收和返回对管嘴进行内冷的冷却水流；

冷却水流通道装置，该通道位于叶片和长形中心导杆内，并与管道前端的冷却水供水和回水通道装置相连，使水流通过供水通道向内流经叶片进入长形中心导杆的冷却通道，并通过这些通道向外流经叶片进入管道的冷却水回水通道。

冷却水供水和回水通道装置最好包括第一和第二供水和回水通道，第一供水和回水通道与管嘴内的内部水冷通道装置相连，第二供水和回水通道与叶片和中心导杆内的水流通道相连。

管嘴可以做成中空环形结构，并从管道的边缘向前伸出，中空结构确定了构成管嘴的所述内部水冷通道的环形通道结构。

管道可包括有几层同心管，它们构成了作为水流供水和回水通道的多个环形空间，可以是4个这样的管构成3个同心环形空间。两个外层的环形空间可以提供水流进出管嘴内部的水冷通道的供水和回水通道。最内层的环形通道可在内部分开，以便为出入叶片和长形中心导杆的水冷通道提供供水和回水通道。

中心导杆一般是头部为穹形的圆柱形结构。

叶片最好为多头(multi-start)螺旋结构。这样，叶片就可围绕管道圆周间隔地在几个位置与管道连接。特别是，可以是4个叶片布置成四通(fourstart)螺旋结构，并在叶片的前端以90度的间隔在4个位置围绕管道并与之连接。

在管道内的冷却水供水通道装置则可以包括分开的数量适当的水流通道，每个通道向一个叶片提供冷却水。这些水流通道可通过一适当环形通道内的间隔物形成，这些间隔物可设置在管道诸管之间，并沿管道螺旋延伸。