[发明专利]用于顶部浸没喷射的喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及用于火法冶金操作的熔融的熔池的顶部浸没喷射喷枪。

背景技术

需要熔池和含氧气体的源之间的相互作用的熔融熔池熔炼或其它火法冶金操作使用多种不同布置来供应该气体。通常，这些操作涉及直接喷射到熔融的冰铜/金属中。这可以如Bessemer式熔炉中通过底部风口或如Peirce-Smith式转炉中通过侧部风口。替代地，气体的喷射可以通过喷枪以提供顶吹或浸没喷射。顶吹喷枪喷射的例子是KALDO和BOP钢铁制造设备，其中从熔池上方吹纯氧以用熔融的铁产生钢。顶吹喷枪喷射的另一例子由Mitsubishi铜工艺的熔炼和冰铜转换阶段提供，其中喷射喷枪引起诸如空气或富氧空气的含氧气体的射流撞击和穿透熔池的顶表面，分别用来产生和转换冰铜。在浸没喷枪喷射的情况下，喷枪的下端部被浸没使得喷射发生在熔池的矿渣层内而不是从熔池的矿渣层上方，从而提供顶部浸没喷枪（TSL）喷射，其熟知的例子是应用于各种各样金属处理的Outotec Ausmelt TSL技术。

在两种形式的从上方喷射（即，顶吹和TSL喷射）的情况中，喷枪受到强烈的盛行的熔池温度。Mitsubishi铜工艺中的顶吹使用许多相对小的钢喷枪，该钢喷枪具有大约50mm直径的内管和大约100mm直径的外管。内管终止于远远高于反应区域的大约熔炉顶板的水平。可旋转以防止它粘住熔炉顶板处的水冷却的套圈的外管向下延伸到熔炉的气体空间中，以将其下端部布置在熔融的熔池的上表面上方大约500-800mm处。

空气中夹带的微粒供给物被吹过内管，而富氧空气被吹过管之间的环形空间。尽管具有在熔池表面上方的外管的下端部的间隔，和通过穿过喷枪的气体的喷枪的任何冷却，但该外管每天烧损大约400mm。因此外管缓慢下降，并且当需要时，新的段连接到外部可消耗管的顶部。

用于TSL喷射的喷枪远远大于用于顶吹过程（诸如上述Mitsubishi过程）的那些喷枪。TSL喷枪通常具有至少内和外管，如下面呈现的，但可以具有与该内和外管同心的至少一个其它管。典型的大尺寸TSL喷枪具有200到500mm或更大的外管直径。而且，该喷枪长得多并且向下延伸通过可以是大约10到15米高的TSL反应器的顶板，使得外管的下端部浸没到熔池的熔融矿渣相中的大约300mm或更大的深度。包括浸没部分的TSL喷枪的下部区域被固化或冻结矿渣的覆盖层保护，该覆盖层通过喷射的气体流的冷却作用形成且维持在外管的外表面上。内管可以与外管终止于大约相同的水平，或者在外管的下端部上方达到大约1000mm的较高水平。因此，可以是以下情况：仅仅外管的下端部被浸没。在任何情况下，螺旋叶片或其它流动成形装置可以安装在内管的外表面上以跨越内和外管之间的环形空间。该叶片沿那个环形空间给予空气或富氧气流强的旋流作用并且用于增强冷却效果以及保证气体与通过内管供应的燃料和供给材料良好混合。该混合基本上发生在在内管的下端部下方由外管限定的混合室中，其中内管终止于外管的下端部上方充分的距离处。

TSL喷枪的外管在其下端部磨损且烧损，但与没有该覆盖层的情况相比，其速率通过保护性冻结矿渣覆盖层显著减小。然而，这在很大程度上由通过TSL技术的操作模式控制。该操作模式使得该技术可行，尽管喷枪的下端部浸没在熔融矿渣熔池的高度反应性且腐蚀性的环境中。TSL喷枪的内管可以用于供应供给材料，诸如精矿、要被喷射到熔池的矿渣层中的助熔剂和还原剂，或者它可以用于供应燃料，诸如燃料油、颗粒煤或粉碎的塑料。通过管之间的环形空间供应含氧气体（诸如空气或富氧空气）。在开始在熔池的矿渣层内的浸没喷射之前，喷枪布置成其下端部（即，外管的下端部）在矿渣表面上方间隔合适的距离。含氧气体和燃料（诸如燃料油、细煤或烃类气体）被供应到喷枪并且由此形成的氧气/燃料混合物被点燃以产生火焰射流，该火焰射流冲击到矿渣上。这引起矿渣飞溅而在外喷枪管上形成矿渣层，该矿渣层被穿过喷枪的气体流固化以提供上述固体矿渣覆盖层。然后，喷枪能够降低以实现在矿渣内的喷射，含氧气体持续穿过喷枪以将喷枪的下部维持在一定温度，在该温度下固化矿渣覆盖层被维持并且保护外管。