本實用新型涉及一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍，屬于冶金工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

在冶金生產(chǎn)過程中，冶金爐窯是主要的冶金反應發(fā)生裝置，而氧槍是關(guān)鍵的工藝設(shè)備之一，它完成向爐內(nèi)吹送氧氣的工作，在爐膛底部將氧氣噴向液態(tài)金屬，以實現(xiàn)金屬熔池的冶煉反應。氧槍在爐內(nèi)高溫下工作，采用循環(huán)水進行冷卻保護氧槍槍體過熱。其中氧槍的最重要部分是槍口噴頭，噴頭的結(jié)構(gòu)直接決定了氧氣射流的氣體動力學特性。因此，對噴頭的基本要求是形成射流的動力學參數(shù)應符合工藝要求的規(guī)定，并且在長期使用時能保持射流的特性不變。

拉瓦爾型噴管可以有效地把氧氣的壓力能轉(zhuǎn)變?yōu)閯幽?。并且可以得到穩(wěn)定的加速射流。在要求射流有相同的深入熔池深度時，外加動力需求較小，因而大大改善了熔池內(nèi)的動力學條件，較小的氣體噴吹速度對槍體沖擊較小，因此提高了氧槍壽命。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題及不足，本實用新型提供一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍。該爐膛底部供熱的是在該氧槍槍口加裝欄柵網(wǎng)格層，使得分割出的旋轉(zhuǎn)射流流動跡線更為分散，流速達到充分攪動熔池的目的；本方法在充分利用氧氣與礦料中的硫化物進行化學反應放出熱量，同時氣體射流形成氣泡帶動熔體向上運動的同時，提供一種橫向的左右搖擺動力。該噴吹方式在不增加射流原始動量的前提下，能夠更為充分地攪動熔池，同時改變單一的熔體運動方式，降低熔體向上的動能，避免高溫熔體濺射對爐壁及煙道口的沖刷腐蝕。通過破壞熔池溶液內(nèi)部形成的流場能有效提高反應效率、降低煙塵發(fā)生率，有效防止煙道堵塞。滿足現(xiàn)代生產(chǎn)高產(chǎn)能、低能耗、低污染、控制成本的冶煉要求。

冶金熔煉過程的熱平衡主要靠氧槍噴射出的氧氣與精礦發(fā)生化學反應所放出的熱量來維持，而氧槍射流對熔池的沖擊行為對爐內(nèi)的自熱反應有著重要的影響。通過對頂吹熔煉爐爐內(nèi)氧氣射流的速度分布規(guī)律的研究，掌握爐內(nèi)氧氣射流特性，據(jù)此開發(fā)出一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)振蕩射流氧槍。通過旋射流計算流體力學模型確定適宜的網(wǎng)格傾角，使得分割出的旋轉(zhuǎn)射流攪拌能力提高，熔池內(nèi)的攪拌直徑增加，達到充分攪動熔池的目的。該成果是使得熔煉系統(tǒng)整體壽命提高了1.3倍，產(chǎn)能提高了約4倍，能耗降低了約60%。

本實用新型通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)。

一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍，包括氧槍槍體1、氣體通道3、水冷通道4和氧槍槍口5，所述氧槍槍體1內(nèi)部中心為氣體通道3，氣體通道3采用拉瓦爾噴管，氧槍槍體1內(nèi)部還設(shè)有圍繞著氣體通道3的若干水冷通道4，氧槍槍口5位于氣體通道3頂部且與氣體通道3相通，還包括欄柵網(wǎng)格層，欄柵網(wǎng)格層安裝到氧槍槍體1的氧槍槍口5上，欄柵網(wǎng)格層包括中間位置與氧槍槍口5相通的氧噴口、均勻設(shè)置在氧噴口周圍的三角形氣體出口、圓邊上設(shè)有與氧槍槍體1水冷通道4相通的水冷通道出口以及空余位置處設(shè)有的傾斜網(wǎng)格形成的槍口欄柵2。

所述槍口欄柵2傾斜角度為5~10°。

該所述的爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍的應用方法：

將旋轉(zhuǎn)射流氧槍排列安置于爐膛底部攪拌區(qū)，氧槍中軸線與底吹爐6垂直線存在夾角a，a的變化范圍為0~20°，并控制熔池液面低于爐體水平線的位置；將物料從加料口加入熔煉爐內(nèi)，并將氧氣經(jīng)加壓設(shè)備鼓入氣體通道3，并在該通道獲得加速后在槍口欄柵2打散，形成多股旋轉(zhuǎn)射流，再鼓入熔池內(nèi)部進行攪拌。氧氣既起到攪拌作用，同時與礦料顆粒發(fā)生氧化反應放出大量的熱量，維持冶煉所需。為了保證射流的攪拌強度不至于過大引起液面噴濺損害爐體，因此在噴吹的過程中將氧槍與爐體垂直線形成一定的角度a，延長射流在熔池的流動距離，減緩氣泡上升的沖擊力，有效抑制液面噴濺的發(fā)生。底吹氣體射流攪拌熔池很容易形成穩(wěn)定的流場，長時間的穩(wěn)定攪拌對于冶煉來說效率變差。而利用多股射流相互影響產(chǎn)生搖擺振蕩效果，不斷破壞攪動射流中心兩側(cè)溶液形成穩(wěn)定流場，促進粒子間的相互碰撞，使得氧氣與礦料充分接觸反應，同時釋放大量熱量供給熔池。通過良好的動力學條件將礦料中的化學能有效的轉(zhuǎn)化為熱能滿足熔煉過程所需的熱量。整個熔煉過程的熱平衡主要靠氧槍噴射出的氧氣與精礦發(fā)生化學反應所放出的熱量以及旋轉(zhuǎn)氧氣射流與可燃氣體燃燒放出的熱量來維持，因此在冶煉的過程中不需要外加燃料，能夠降低生產(chǎn)成本，增加爐體連續(xù)作業(yè)時間以及爐體關(guān)鍵部位的壽命。

上述氧氣含氧量為95～99wt%。

本實用新型的有益效果是：

一、氧利用率高，煙塵發(fā)生率低，煙氣含硫量高，煙氣中殘氧含量由6%降至3%以下，煙塵率由1.5%降至0.7%以下，煙氣中SO₂含量平均提高了5%以上，SO₂的瞬時濃度可達7000~10000mg/Nm³；

二、氣體射流攪動直徑相較于氧槍直徑為30~40倍，熔池整體攪拌更為均勻，化學反應進行的徹底，因此通過反應產(chǎn)生的熱量高，無需外加燃料提供能量；

三、爐體損耗率降低，通過合理的噴吹機制，有效的降低氣體射流及熔池對爐襯的沖擊，保護氧槍、煙道口及爐壁等關(guān)鍵部位，使爐體壽命提升20%。

四、產(chǎn)品的全流程貴金屬回收率由93.18%提升至97.50%。

附圖說明

圖1是本實用新型欄柵網(wǎng)格層結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本實用新型氧槍結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本實用新型氧槍安裝結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1-氧槍槍體，2-槍口欄柵，3-氣體通道， 4-水冷通道，5-氧槍槍口，6-底吹爐，7-氧槍傾角。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和具體實施方式，對本實用新型作進一步說明。

實施例1

如圖1和2所示，一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍，包括氧槍槍體1、氣體通道3、水冷通道4和氧槍槍口5，所述氧槍槍體1內(nèi)部中心為氣體通道3，氣體通道3采用拉瓦爾噴管，氧槍槍體1內(nèi)部還設(shè)有圍繞著氣體通道3的若干水冷通道4，氧槍槍口5位于氣體通道3頂部且與氣體通道3相通，還包括欄柵網(wǎng)格層，欄柵網(wǎng)格層安裝到氧槍槍體1的氧槍槍口5上，欄柵網(wǎng)格層包括中間位置與氧槍槍口5相通的氧噴口、均勻設(shè)置在氧噴口周圍的三角形氣體出口、圓邊上設(shè)有與氧槍槍體1水冷通道4相通的水冷通道出口以及空余位置處設(shè)有的傾斜網(wǎng)格形成的槍口欄柵2。

其中槍口欄柵2傾斜角度為5°。

如圖3所示，該所述的爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍的應用方法：

將旋轉(zhuǎn)射流氧槍排列安置于爐膛底部攪拌區(qū)，氧槍中軸線與底吹爐6垂直線存在夾角a，a的變化范圍為0°，并控制熔池液面低于爐體水平線的位置；將物料（礦料為銅精礦，包括以下質(zhì)量百分比組分：Cu65%、Fe4.5%、S22%、Ni1%等）從加料口加入熔煉爐內(nèi)，并將氧氣經(jīng)加壓設(shè)備鼓入氣體通道3，并在該通道獲得加速后在槍口欄柵2打散，形成多股旋轉(zhuǎn)射流，再鼓入熔池內(nèi)部進行攪拌。氧氣既起到攪拌作用，同時與礦料顆粒發(fā)生氧化反應放出大量的熱量，維持冶煉所需。為了保證射流的攪拌強度不至于過大引起液面噴濺損害爐體，因此在噴吹的過程中將氧槍與爐體垂直線形成一定的角度a，延長射流在熔池的流動距離，減緩氣泡上升的沖擊力，有效抑制液面噴濺的發(fā)生。底吹氣體射流攪拌熔池很容易形成穩(wěn)定的流場，長時間的穩(wěn)定攪拌對于冶煉來說效率變差。而利用多股射流相互影響產(chǎn)生搖擺振蕩效果，不斷破壞攪動射流中心兩側(cè)溶液形成穩(wěn)定流場，促進粒子間的相互碰撞，使得氧氣與礦料充分接觸反應，同時釋放大量熱量供給熔池。通過良好的動力學條件將礦料中的化學能有效的轉(zhuǎn)化為熱能滿足熔煉過程所需的熱量。整個熔煉過程的熱平衡主要靠氧槍噴射出的氧氣與精礦發(fā)生化學反應所放出的熱量以及旋轉(zhuǎn)氧氣射流與可燃氣體燃燒放出的熱量來維持，因此在冶煉的過程中不需要外加燃料，能夠降低生產(chǎn)成本，增加爐體連續(xù)作業(yè)時間以及爐體關(guān)鍵部位的壽命。在高氧化區(qū)附近溫度能夠保持在2100～2300k左右，在整個熔煉過程中固體爐壁面處的溫度能夠恒定在1600～1700k。

本實施例中煙氣中殘氧含量由6%降至3%以下，煙塵率由1.5%降至0.7%以下，渣含銅由3.2%降至2.4%以下，含金由0.67g/t降至0.27g/t以下，含銀114g/t降至62g/t以下，煙氣中SO₂含量平均提高了5%以上，SO₂的瞬時濃度可達7000~10000mg/Nm³。渣含銅由0.767%降至0.572%以下，渣含銀由7.5g/t降至2.7g/t以下。本實用新型制備得到的熔體經(jīng)現(xiàn)有流程的方法制備得到后續(xù)產(chǎn)品金回收率由93.18%提升至97.30%，銀回收率由94.04%提升至96.30%。

實施例2

如圖1和2所示，一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍，包括氧槍槍體1、氣體通道3、水冷通道4和氧槍槍口5，所述氧槍槍體1內(nèi)部中心為氣體通道3，氣體通道3采用拉瓦爾噴管，氧槍槍體1內(nèi)部還設(shè)有圍繞著氣體通道3的若干水冷通道4，氧槍槍口5位于氣體通道3頂部且與氣體通道3相通，還包括欄柵網(wǎng)格層，欄柵網(wǎng)格層安裝到氧槍槍體1的氧槍槍口5上，欄柵網(wǎng)格層包括中間位置與氧槍槍口5相通的氧噴口、均勻設(shè)置在氧噴口周圍的三角形氣體出口、圓邊上設(shè)有與氧槍槍體1水冷通道4相通的水冷通道出口以及空余位置處設(shè)有的傾斜網(wǎng)格形成的槍口欄柵2。

其中槍口欄柵2傾斜角度為10°。

如圖3所示，該所述的爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍的應用方法：

將旋轉(zhuǎn)射流氧槍排列安置于爐膛底部攪拌區(qū)，氧槍中軸線與底吹爐6垂直線存在夾角a，a的變化范圍為10°，并控制熔池液面低于爐體水平線的位置；將物料（礦料為銅精礦，包括以下質(zhì)量百分比組分：Cu65%、Fe4.5%、S22%、Ni1%等）從加料口加入熔煉爐內(nèi)，并將氧氣經(jīng)加壓設(shè)備鼓入氣體通道3，并在該通道獲得加速后在槍口欄柵2打散，形成多股旋轉(zhuǎn)射流，再鼓入熔池內(nèi)部進行攪拌。氧氣既起到攪拌作用，同時與礦料顆粒發(fā)生氧化反應放出大量的熱量，維持冶煉所需。為了保證射流的攪拌強度不至于過大引起液面噴濺損害爐體，因此在噴吹的過程中將氧槍與爐體垂直線形成一定的角度a，延長射流在熔池的流動距離，減緩氣泡上升的沖擊力，有效抑制液面噴濺的發(fā)生。底吹氣體射流攪拌熔池很容易形成穩(wěn)定的流場，長時間的穩(wěn)定攪拌對于冶煉來說效率變差。而利用多股射流相互影響產(chǎn)生搖擺振蕩效果，不斷破壞攪動射流中心兩側(cè)溶液形成穩(wěn)定流場，促進粒子間的相互碰撞，使得氧氣與礦料充分接觸反應，同時釋放大量熱量供給熔池。通過良好的動力學條件將礦料中的化學能有效的轉(zhuǎn)化為熱能滿足熔煉過程所需的熱量。整個熔煉過程的熱平衡主要靠氧槍噴射出的氧氣與精礦發(fā)生化學反應所放出的熱量以及旋轉(zhuǎn)氧氣射流與可燃氣體燃燒放出的熱量來維持，因此在冶煉的過程中不需要外加燃料，能夠降低生產(chǎn)成本，增加爐體連續(xù)作業(yè)時間以及爐體關(guān)鍵部位的壽命。

該種方式能夠有效抑制噴濺的幅度，使得熔池液面波動幅度不大，因此對于底吹爐6的上方爐壁、煙道和氧槍起到保護的作用。利用該種方式可以使底吹爐連續(xù)作業(yè)時間提高20%，底吹爐6整體壽命時間增加10%。

實施例3

如圖1和2所示，一種爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍，包括氧槍槍體1、氣體通道3、水冷通道4和氧槍槍口5，所述氧槍槍體1內(nèi)部中心為氣體通道3，氣體通道3采用拉瓦爾噴管，氧槍槍體1內(nèi)部還設(shè)有圍繞著氣體通道3的若干水冷通道4，氧槍槍口5位于氣體通道3頂部且與氣體通道3相通，還包括欄柵網(wǎng)格層，欄柵網(wǎng)格層安裝到氧槍槍體1的氧槍槍口5上，欄柵網(wǎng)格層包括中間位置與氧槍槍口5相通的氧噴口、均勻設(shè)置在氧噴口周圍的三角形氣體出口、圓邊上設(shè)有與氧槍槍體1水冷通道4相通的水冷通道出口以及空余位置處設(shè)有的傾斜網(wǎng)格形成的槍口欄柵2。

其中槍口欄柵2傾斜角度為8°。

如圖3所示，該所述的爐膛底部供熱的旋轉(zhuǎn)射流氧槍的應用方法：

將旋轉(zhuǎn)射流氧槍排列安置于爐膛底部攪拌區(qū)，氧槍中軸線與底吹爐6垂直線存在夾角a，a的變化范圍為15°，并控制熔池液面低于爐體水平線的位置；將物料（礦料為銅精礦，包括以下質(zhì)量百分比組分：Cu65%、Fe4.5%、S22%、Ni1%等）從加料口加入熔煉爐內(nèi)，并將氧氣經(jīng)加壓設(shè)備鼓入氣體通道3，并在該通道獲得加速后在槍口欄柵2打散，形成多股旋轉(zhuǎn)射流，再鼓入熔池內(nèi)部進行攪拌。氧氣既起到攪拌作用，同時與礦料顆粒發(fā)生氧化反應放出大量的熱量，維持冶煉所需。為了保證射流的攪拌強度不至于過大引起液面噴濺損害爐體，因此在噴吹的過程中將氧槍與爐體垂直線形成一定的角度a，延長射流在熔池的流動距離，減緩氣泡上升的沖擊力，有效抑制液面噴濺的發(fā)生。底吹氣體射流攪拌熔池很容易形成穩(wěn)定的流場，長時間的穩(wěn)定攪拌對于冶煉來說效率變差。而利用多股射流相互影響產(chǎn)生搖擺振蕩效果，不斷破壞攪動射流中心兩側(cè)溶液形成穩(wěn)定流場，促進粒子間的相互碰撞，使得氧氣與礦料充分接觸反應，同時釋放大量熱量供給熔池。通過良好的動力學條件將礦料中的化學能有效的轉(zhuǎn)化為熱能滿足熔煉過程所需的熱量。整個熔煉過程的熱平衡主要靠氧槍噴射出的氧氣與精礦發(fā)生化學反應所放出的熱量以及旋轉(zhuǎn)氧氣射流與可燃氣體燃燒放出的熱量來維持，因此在冶煉的過程中不需要外加燃料，能夠降低生產(chǎn)成本，增加爐體連續(xù)作業(yè)時間以及爐體關(guān)鍵部位的壽命。

以上結(jié)合附圖對本實用新型的具體實施方式作了詳細說明，但是本實用新型并不限于上述實施方式，在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi)，還可以在不脫離本實用新型宗旨的前提下作出各種變化。