[发明专利]内旋流混合型冶金喷嘴

说明书

技术领域  发明涉及一种具有“精矿粉通道内侧纯氧旋流卷吸精矿粉混合和借助环状空气射流保护反应塔壁免遭高温粒子冲刷”等技术特征的内旋流混合型冶金喷嘴，适用于以粉料为原料进行大投料量空间熔炼反应的铜、铅、镍、锌冶炼领域使用。

背景技术  闪速炉冶炼铜、铅、镍、锌精矿粉，经济效益良好、节能环保效益显著。充分发挥现有闪速炉设备生产潜力，进行大投料量闪速冶炼，是闪速冶炼企业提高市场竞争力的关键。文丘里喷嘴或中央扩散式喷嘴(两者结构特征和技术特点完全不同)是闪速冶炼关键核心设备。就生产能力而言单个中央扩散式喷嘴能达到4个及以上文丘里喷嘴相同效果。工业实践表明：中央扩散式喷嘴大投料量闪速冶炼时需要解决工艺风与精矿粉掺混不均匀，局部炉温偏低、炉温分布不均匀，熔炼反应不充分，氧利用效率低，出现“生料”等问题。

如附图2所示，中央扩散式喷嘴主要包括由外到内顺序套装且共中心轴线的空气腔1、调风锥2、冷却水套3和分布器6，冷却水套3底面向下延伸至反应塔内，与反应塔内腔顶面距离h大于调风锥2底侧壁面21高度，分布器6包括中央氧管61、分散风管62和分散锥63，分散锥63底侧壁面开设均匀布置的众多分散风孔631。沿冷却水套3外壁面，调风锥2可上下移动以调节工艺风速度。为了强化气粒混合效果，设置环状工艺风、中央氧和众多径向分散风。在冷却水套3作用下工艺风为平行于塔中心向下垂直环状射流。从分散风孔631沿半径方向由内向外水平高速喷出的众多小股分散风以气力输送方式将精矿粉均匀分散到工艺风中。冷却水套3延伸至反应塔内，塔内分散风孔631出口附近区域为气粒混合区。冶炼实践和实验表明：这种喷嘴气粒混合效果取决于分散风动量大小。小投料量时分散风和工艺风动量作用易匹配，在分散风孔631附近区域易于气粒混合均匀，但在大投料量时工艺风动量大，分散风动量小且衰减快，以致于分散风不能将精矿粉送入工艺风射流中，导致精矿粉集中于反应塔中心轴线区域且限制于工艺风射流圈内，出现“反应塔中心料柱+料柱外围环状工艺风射流”等问题，炉况变差。更为重要的是冶炼现场通常只能供应小流量大静压分散风，大投料量时要求的大流量大静压分散风在经济技术上缺乏可行性。

专利200880105946.7(CN101809175A)和专利US20100207307A1，公开了一种中央扩散式喷嘴，空气腔为“圆筒+倒圆锥筒”组合体，倒圆锥筒内壁设置旋流导流片，在外界驱动力作用下全部工艺风切向进入空气腔圆筒空间，加上倒圆锥筒内壁导流片作用，在空气腔出口形成旋流工艺风进入反应塔，气粒混合安排在塔内。这种喷嘴没有工业应用报道。使全部工艺风旋转起来花费大，在经济技术上缺乏可行性。另外，精矿粉在内、工艺风在外，工艺风旋转后会加速工艺风和精矿粉的分层分离，使得气粒混合效果变差。

专利201210028963.3(公开号102560144A)公开了一种大投料量闪速冶炼使用的双旋流预混型冶金喷嘴。此喷嘴保留附图2中央扩散式喷嘴原有的分布器结构，去除冷却水套，在工艺风和精矿粉之间增设旋流通道，旋流通道底面位置上移至空气腔内。另外，设置分散风旋流喷吹。此喷嘴在中央扩散式喷嘴通过众多分散风射流垂直将精矿粉输送到工艺风中实现气粒混合的基础上，在精矿粉外围增设旋流通道，通入旋流通道的气流为除分散风之外的另一个辅助气流，该辅助气流和分散风静压相同，即增加借助大静压辅助气流旋流离心力作用强化气粒混合。这种喷嘴一方面高压气流在精矿粉外围旋流运动，离心力作用会促使气粒分层分离，离心力不能给精矿粉粒子施加推动力，另一方面垂直向下外围工艺风射流会消弱紧邻的大静压辅助气流旋流作用。旋流通道出口面积大，加上旋流要求的大速度，导致辅助气流须是大静压大流量气流，而大静压大流量气流供应在技术经济上缺乏可行性。和附图2喷嘴相比较，垂直向下的环状工艺风射流大动量作用没有被削弱，精矿粉送进工艺风的难度没有降低。分散锥侧壁薄，分散锥侧壁分散风通道切向导流作用不大，在分散锥附近区域难以形成气粒混合物旋流运动。这种喷嘴在原有的多股气流基础上又增加一股辅助气流，喷嘴管道变得更复杂，喷嘴日常运行管理工作量增加。

开发结构简单、调控性好、气粒混合均匀、适合于大投料量闪速冶炼使用的精矿喷嘴技术和装置，具有良好的经济、节能环保和社会效益。

发明内容  为了克服中央扩散式喷嘴在大投料量时借助分散风气力输送作用难于将精矿粉均匀混合到工艺风中，气粒混合不均匀、出现“生料堆”等缺点，发明公布一种去掉中央扩散式喷嘴分布器，去掉分散风和中央氧作用，精矿粉通道中心设置纯氧气流旋流通道，以满足大投料量闪速冶炼需要的内旋流混合型冶金喷嘴。