[发明专利]一种处理复杂物料的自热式闪速冶炼工艺及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种闪速冶炼工艺及装置，属于铜、镍、铅等有色金属冶炼技术领域。

背景技术

在有色金属冶炼行业内，尤其是铜冶炼行业，空间悬浮冶炼是最主要的冶炼技术之一。芬兰的闪速冶炼技术是应用最广泛的空间悬浮冶炼技术。闪速冶炼技术的原理是：干燥后的粉状硫化物矿在冶炼炉的反应空间中被分布风完全分散悬浮，利用粉状物料所具有的巨大表面积，使物料粒子与工艺风中的氧充分混合，在瞬间(2～3秒)内完成氧化反应，达到脱硫脱铁的冶炼目的。

闪速冶炼喷嘴是闪速冶炼技术的核心装备。文丘里型冶炼喷嘴及中央扩散型冶炼喷嘴是两种应用比较广泛的闪速冶炼喷嘴。由于这两种冶炼喷嘴本身结构的限制，使得冶炼反应存在以下问题：

1.虽然冶炼反应会放出大量的化学热，但未得到有效利用，仍然需要燃烧天然气等燃料产生热量加热升温粉状物料至氧化反应所需温度，导致大量富余热量积存在反应塔内，而冶炼炉正常能够承受的热负荷是有限的，因此，生产中会严格控制投料量上限，限制了冶炼炉产能的提高；

2.冶炼过程中，高温熔融体与烟气会充满整个反应空间，严重冲刷、腐蚀炉壁，炉体寿命短；

3.物料与工艺风的混合程度有限，导致反应不理想，物料过氧化和欠氧化现象严重，容易下生料，烟尘发生率高。

发明内容

基于上述说明，本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种处理复杂物料的自热式闪速冶炼工艺及装置。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种处理复杂物料的自热式闪速冶炼工艺：

向反应塔中心通入燃料，在开始投料时作为点火器，为自热式冶炼反应之初提供热量，待冶炼反应稳定后，停止使用燃料；

将一次工艺风经轴向叶片转化为具有轴向速度、切向速度、径向速度的旋转风喷入冶金炉内，其在离心力作用下在径向上向外扩张，在中心区域产生负压，使周围高温气体回流旋转风中心，形成高温内回流区；

将经配料、干燥后的粉状物料由物料风气力输送并充分流态化后在一次工艺风内侧喷入冶金炉内，被一次工艺风卷入、混合，形成旋转风粉混合气流；

用直流风作中心工艺风在物料风内侧通过板孔式稳燃器喷入冶金炉内，为风粉混合气流中的内侧物料提供氧化反应所需氧气；

用直流风作二次工艺风在一次工艺风外侧通过圆形喷嘴喷入冶金炉内，为风粉混合气流中的外围物料提供氧化反应所需氧气；

旋转风粉混合气流被内回流区内的高温气体加热到氧化反应温度，与中心工艺风、物料风、一次工艺风、二次工艺风中的氧发生氧化反应，无需额外燃烧燃料提供热量，充分利用氧化反应放出的化学热，实现自热式闪速冶炼反应；齿形或齿环形布料器改善物料在环状截面上的分布均匀性，使物料着火及氧化反应稳定持续；中心工艺风通过风量、风速、板孔式稳燃器、出口扩口控制内回流区的体积、形状及分布；二次工艺风通过风量、风速、束焰罩、圆形喷嘴及出口扩口控制整个高温风粉混合气流的体积、形状及分布，减少高温冶炼产物对冶金炉内壁的冲刷；

高温内回流区、中心工艺风、物料风、一次工艺风、二次工艺风共同作用产生的风粉混合气流，使得物料与氧充分混合、碰撞，实现冶炼成分、组成多元的复杂物料。

所述的中心工艺风、一次工艺风、二次工艺风、物料风均为富氧空气，其氧气体积浓度为21％～99％，各风中含氧量可以不同。

所述的喷入的燃料为重油、天然气、液化石油气中的一种或多种。

一种处理复杂物料的自热式闪速冶炼装置：

包括由装置轴向中心线向外依次分布的燃料管、中心风管、物料管、一次风管、二次风管，五个管沿同一轴线套装，燃料管内为燃料通道，相邻管间有空间分别形成中心风通道、物料通道、一次风通道和二次风通道，一次风管内设有轴向叶片能将一次风转化为具有轴向速度、切向速度、径向速度的旋转风，中心风管、物料管、一次风管底部出口采用扩口形状，在中心风通道底部出口处安装板孔式稳燃器，在物料通道底部出口处安装齿形或齿环形布料器，在二次风管底部外侧安装束焰罩，在二次风通道出口处安装圆形喷嘴，直流二次工艺风从圆形喷嘴喷入冶金炉内，中心风管的底部出口位于物料管底部出口之下，物料管底部出口位于一次风管底部出口之下。

所述的中心风管、物料管、一次风管底部出口的扩口与装置轴向中心线夹角成5°～60°。

所述的中心风管的底部出口与所述物料管底部出口之间的距离，所述物料管底部出口与所述一次风管底部出口之间的距离均为10mm～300mm。