侧吹喷枪和具有其的冶金熔炼设备的制作方法

1.本发明涉及冶金熔炼技术领域，尤其是涉及一种侧吹喷枪和具有其的冶金熔炼设备。


背景技术：

2.相关技术中指出，在冶金工业中，富氧侧吹熔池熔炼技术，作为强化冶炼提取技术之一，因具备原料适应性强、废气排放少、投资成本省及有价金属回收率高等特点，被广泛应用于矿铅、矿铜及铜镍原生矿冶炼，同时，也在低含量、多金属复杂物料及“城市矿山”等再生资源综合利用领域受到持续重视。
3.侧吹喷枪，或风口装置，作为侧吹熔池熔炼炉的关键组成构件，即通过炉膛炉壁上的风口，向炉内鼓入熔池反应所需的富氧气体和燃料或者仅鼓入富氧气体，来加快熔体物料氧化还原反应的速度，提高熔炼效率。而目前大部分建成的侧吹熔炼炉主要是沿用原型(瓦纽科夫)炉的布置，采用铜水套拼接及冷却，只鼓入富氧气体，导致熔体热平衡不易维持，造成风口区域的熔池易产生炉结，需要频繁的人工捅风口，劳动强度大，且直接吹入的富氧气体与区域熔体容易发生局部过氧化，发生泡沫渣现象威胁安全生产，也即炉内富氧率不宜太高，另外，采用水套冷却的风口装置一旦发生烧损漏水或断流则极易发生炉体爆炸事故，生产操作人员的生命将难以得到保障，同时会影响正常的作业炉期，导致生产过程连续性差，造成重大经济损失。


技术实现要素：

4.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明在于提出一种侧吹喷枪，所述侧吹喷枪可以提高冶炼生产过程中的安全性同时提高冶炼效率。
5.本发明还提出一种具有上述侧吹喷枪的冶金熔炼设备。
6.根据本发明第一方面的侧吹喷枪，包括：枪头，所述枪头的外轮廓呈沿轴线延伸的柱状，所述枪头内具有沿轴向方向延伸的第一燃气流道、第一助燃料流道和第一冷却气体流道，所述第一燃气流道、所述第一助燃料流道和所述第一冷却气体流道在所述枪头的径向方向上由内向外依次嵌套且间隔开布置，所述枪头的轴向的一端形成有第一法兰；枪身，所述枪身沿轴向延伸，所述枪身内具有沿轴向方向延伸的第二燃气流道、第二助燃料流道和第二冷却气体流道，所述第二燃气流道、所述第二助燃料流道和所述第二冷却气体流道在所述枪身的径向方向上由内向外依次嵌套且间隔开布置，所述枪身的朝向所述枪头的一端形成有第二法兰，其中，所述枪头和所述枪身通过所述第一法兰和所述第二法兰连接，且所述第一燃气流道和所述第二燃气流道连通，所述第一助燃料流道和所述第二助燃料流道连通，所述第一冷却气体流道和所述第二冷却气体流道连通。
7.根据本发明的侧吹喷枪，通过将枪头与枪身可拆卸连接，并将冷却气体流道集成与枪身上，使得侧吹喷枪在喷出燃气和助燃气体的同时还可同时喷出冷却气体为枪头降温，由此，既可以延长枪头的工作寿命，又可以提升冶炼生产的安全性，同时还便于枪头的
更换与维护。
8.根据本发明的一些实施例，所述枪头为耐火不锈钢铸造件。
9.根据本发明的一些实施例，所述第一法兰和所述第二法兰之间设有第一密封垫片，所述第一密封垫片为紫铜件。
10.根据本发明的一些实施例，在从所述第一法兰朝向所述枪头的轴向另一端的方向上，所述第一燃气流道、所述第一助燃料流道和所述第一冷却气体流道中的至少一个的流通横截面积逐渐减小。
11.根据本发明的一些实施例，所述侧吹喷枪还包括：燃烧喷嘴，所述燃烧喷嘴设在所述第一燃气流道内且位于所述第一燃气流道的背离所述第一法兰的一端，所述燃烧喷嘴的内侧限定出流通截面渐缩的喷射流道。
12.在一些实施例中，所述枪身包括在径向方向由内向外依次套设的中心燃气管、中间助燃管和冷却气体管，所述中心燃气管、所述中间助燃管和所述冷却气体管同轴设置。
13.进一步地，所述中心燃气管的朝向所述枪头的一端伸入所述枪头内，且所述中心燃气管的位于所述枪头内的一端的内侧限定出所述第一燃气流道。
14.根据本发明的一些实施例，所述冷却气体管的周壁上连接有冷却入口管；所述冷却气体管的周壁上形成有贯通所述冷却气体管的安装口，所述中间助燃管的周壁上连接有助燃料入口管，所述助燃料入口管从所述安装口穿出所述冷却气体管并与所述安装口的周沿密封连接。
15.进一步地，在沿径向由内向外的方向上，所述助燃料入口管朝向背离所述枪头的方向倾斜向外延伸，所述助燃料入口管的中线轴线与所述中间助燃管的中心轴线之间的夹角在0
°
到90
°
之间。
16.根据本发明的一些实施例，所述枪身还包括：第三法兰，所述第三法兰连接在所述冷却气体管的背离所述枪头的一端；法兰端盖，所述法兰端盖与所述第三法兰相连，且所述法兰端盖封堵所述冷却气体管和所述中间助燃管的位于所述第三法兰所在的一端，其中，所述法兰端盖上形成有穿孔，所述中心燃气管的背离所述枪头的一端从所述穿孔穿出且与所述穿孔的周沿密封连接。
17.进一步地，所述第三法兰和所述法兰端盖之间设有第二密封垫片，所述第二密封垫片为紫铜件。
18.根据本发明第二方面的冶金熔炼设备，包括：熔炼炉，所述熔炼炉的侧壁上形成有插入口；根据本发明第一方面的侧吹喷枪，所述侧吹喷枪从所述插入口插入所述熔炼炉内。
19.根据本发明的冶金熔炼设备，通过设置上述第一方面的侧吹喷枪，可以提高金属冶炼生产过程中的安全性，也可以提高对燃气和助燃气体的热量利用效率，同时在一定程度上延长设备的使用寿命。
20.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
21.图1是根据本发明实施例的侧吹喷枪的示意图；
22.图2是图1中所示的侧吹喷枪的枪头的示意图；
23.图3使图2中所示的枪头的喷嘴的示意图。
24.附图标记：
25.侧吹喷枪100：
26.枪头1，第一燃气流道11，第一助燃料流道12，第一冷却气体流道13，第一法兰14，
27.枪身2，中心燃气管21，第二燃气流道211，中间助燃管22，第二助燃料流道221，助燃料入口管222，冷却气体管23，第二冷却气体流道231，冷却入口管232，第二法兰24，第一密封垫片3，燃烧喷嘴4，喷射流道41，燃气喷孔42，
28.第三法兰5，法兰端盖6，第二密封垫片7。
具体实施方式
29.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
30.下面参考图1到图3描述根据本发明第一方面实施例的侧吹喷枪。
31.如图1所示，根据本发明第一方面的侧吹喷枪100，包括：枪头1和枪身2。
32.具体地，枪头1的外轮廓呈沿轴线延伸的柱状，枪头1内具有第一燃气流道11、第一助燃料流道12和第一冷却气体流道13，第一燃气流道11、第一助燃料流道12和第一冷却气体流道13均沿枪头1的轴向延伸，第一燃气流道11、第一助燃料流道12和第一冷却气体流道13在枪头1的径向方向上由内向外依次嵌套且间隔开布置，枪头1的沿轴向的一端(例如图1中所示的枪头1的后端)形成有第一法兰14。
33.枪身2沿轴向方向延伸，枪身2内具有第二燃气流道211、第二助燃料流道221和第二冷却气体流道231，第二燃气流道211、第二助燃料流道221和第二冷却气体流道231均沿枪身2的轴向延伸，第二燃气流道211、第二助燃料流道221和第二冷却气体流道231在枪身2的径向方向上由内向外依次嵌套且间隔开布置，枪身2的朝向枪头1的一端(例如图1中所示的枪身2的前端)形成有第二法兰24，其中，枪头1和枪身2通过第一法兰14和第二法兰24连接，且第一燃气流道11和第二燃气流道211连通，第一助燃料流道12和第二助燃料流道221连通，第一冷却气体流道13和第二冷却气体流道231连通。
34.由此，枪头1与枪身2装配完成后，在枪头1与枪身2的轴向方向上，燃气(例如煤气或天然气)可以依次顺畅流过第一燃气流道11和第二燃气流道211，并最终从枪头1的另一端(例如图1中所示的枪头1的前端)喷出；助燃气体(例如富氧气体)可以依次顺畅地流过第一助燃料流道12和第二助燃料流道221，并最终从枪头1的另一端喷出；冷却气体(例如氮气或压缩冷却空气)可以依次顺畅地流过第一冷却气体流道13和第二冷却气体流道231，并最终从枪头1的另一端喷出。
35.这样，本实施例的侧吹喷枪100一方面通过集成冷却气体流道，使得侧吹喷枪100工作时可以持续通入冷却气体，从而有利于在喷枪工作时对枪头1的挂渣保护，降低炉内高温熔体对枪头1的热伤害，同时与相关技术中采用水冷的方式为枪头1降温相比，可以防止发生烧损漏水或断流而导致的炉体爆炸事故，提高生产的安全性；此外，冷却气体还可以在一定程度上起到对富氧助燃气体的稀释作用，防止富氧助燃气体与区域熔体发生局部过氧化而产生泡沫渣从而威胁安全生产；另一方面，将枪头1与枪身2通过第一法兰14和第二法
兰24实现可拆卸连接，可以在枪头1由于炉内的金属熔体和炉渣的冲刷侵蚀而出现烧损、堵口等现象时方便地进行更换从而提高生产过程连续性，不影响整体的炉期。
36.根据本发明的侧吹喷枪100，通过将枪头1与枪身2可拆卸连接，并将冷却气体流道集成与枪身2上，使得侧吹喷枪100在喷出燃气和助燃气体的同时还可同时喷出冷却气体为枪头1降温，由此，既可以延长枪头1的工作寿命，又可以提升冶炼生产的安全性，同时还便于枪头1的更换与维护。
37.需要说明的是，对于该侧吹喷枪枪头和枪身的长度和宽度不做特殊限制，可以根据所侧吹熔炼炉侧壁喷枪口的大小进行合理设置，这对于本领域普通技术人员来说，是可以理解并且容易的，因此不再赘述。
38.根据本发明的一些实施例，枪头1为耐火不锈钢铸造件，例如，枪头1可以为310s、316l、或904l中的一种或其中至少两种的组合，由此，可以延长本实施例的枪头1在高温工作环境中的工作寿命。
39.根据本发明的一些实施例，第一法兰14和第二法兰24之间设有第一密封垫片3，第一密封垫片3为紫铜件，由此，可以提高第一法兰14与第二法兰24连接处的密封性，防止漏气。
40.根据本发明的一些实施例，在从第一法兰14朝向枪头1的轴向另一端的方向(例如图1中所示的从后往前的方向)上，第一燃气流道11、第一助燃料流道12和第一冷却气体流道13中的至少一个的流通横截面积逐渐减小，也就是说，可以是第一燃气流道11的流通横截面积逐渐减小，也可以是第一助燃料流道12的流通横截面积逐渐减小，还可以是第一冷却气体流道13的流通横截面积逐渐减小，优选地，第一燃气流道11、第一助燃料流道12和第一冷却气体流道13的流通横截面积均为逐渐减小，这样可以增加枪头1出口的气压，从而增大气体的流速。
41.根据本发明的一些实施例，参考图1与图2，侧吹喷枪100还可以包括：燃烧喷嘴4。具体地，燃烧喷嘴4设在第一燃气流道11内且位于第一燃气流道11的背离第一法兰14的一端，燃烧喷嘴4的内侧限定出流通截面渐缩的喷射流道41，这样，可以增加枪头1出口处的燃气压力和流速，提高了熔体搅拌能力，促进冶炼过程的氧化还原反应。例如图1所示，第一燃气流道11沿轴线方向的各处流通横截面积上可以为定值，燃烧喷嘴4嵌设于第一燃气流道11的前端，燃烧喷嘴4的内侧限定出喷射流道41，在沿轴线从后往前的方向上，喷射流道41的横截面积逐渐减小。
42.进一步地，燃烧喷嘴4的周壁内形成有多个燃气喷孔42，多个燃气喷孔42在燃烧喷嘴4的周向间隔布置，燃气喷孔42可以在沿燃烧喷嘴4的轴线方向上贯穿燃烧喷嘴4的周壁，这样可以使燃气更均匀地喷出，也可以使燃气在单位时间内的喷出量更大，从而使枪头1喷出的混合射流能够搅动枪头1周围的熔体，提高传热效果和熔炼反应速率。
43.在一些实施例中，参考图1，枪身2包括在径向方向由内向外依次套设的中心燃气管21、中间助燃管22和冷却气体管23，中心燃气管21、中间助燃管22和冷却气体管23同轴设置，这样有利于喷出的助燃气体和冷却气体在周向方向上分布更加均匀，从而起到更好的助燃以及冷却效果，另外，也使得结构更加简单，便于加工与装配。
44.进一步地，中心燃气管21的朝向枪头1的一端(例如图1中所示的中心燃气管21的左端)伸入枪头1内，且中心燃气管21的位于枪头1内的一端的内侧限定出第一燃气流道11，
这样可以使得第一燃气流道11的结构更加简单，密封性更好。
45.根据本发明的一些实施例，参考图1，冷却气体管23的周壁上连接有冷却入口管232；冷却气体管23的周壁上形成有安装口，安装口贯通冷却气体管23，中间助燃管22的周壁上连接有助燃料入口管222，助燃料入口管222从安装口穿出冷却气体管23并与安装口的周沿密封连接。
46.进一步地，参考图1，在沿径向由内向外的方向上，助燃料入口管222朝向背离枪头1的方向倾斜向外延伸，助燃料入口管222的中心轴线与中间助燃管22的中心轴线之间的夹角在0
°
到90
°
之间，例如，助燃料入口管222的中心轴线与中间助燃管22的中心轴线之间的夹角可以为10
°
、30
°
、45
°
、60
°
或90
°
，这样有利于降低助燃气体从助燃料入口管222进入中间助燃管22时的风阻。优选地，助燃料入口管222与中间助燃管22以圆弧角连接，从而进一步降低连接处的风阻。
47.同样地，在沿径向由内向外的方向上，冷却入口管232可以朝向背离枪头1的方向倾斜向外延伸，冷却入口管232的中心轴线与冷却气体管23的中心轴线之间的夹角在0
°
到90
°
之间，例如，冷却入口管232的中心轴线与冷却气体管23的中心轴线之间的夹角可以为10
°
、30
°
、45
°
、60
°
或90
°
，这样有利于降低冷却气体从冷却入口管232进入冷却气体管23时的风阻。优选地，冷却入口管232与冷却气体管23以圆弧角连接，从而进一步降低连接处的风阻。
48.根据本发明的一些实施例，枪身2还可以包括：第三法兰5与法兰端盖6。具体地，第三法兰5连接在冷却气体管23的背离枪头1的一端(例如图1中所示的冷却气体管23的右端)，法兰端盖6与第三法兰5相连，且法兰端盖6封堵冷却气体管23和中间助燃管22的位于第三法兰5所在的一端(例如图1中所示的冷却气体管23和中间助燃管22的右端)，其中，法兰端盖6上形成有穿孔，中心燃气管21的背离枪头1的一端从穿孔穿出且与穿孔的周沿密封连接，由此，使得冷却气体管23、中间助燃管22和中心燃气管21的供气互不干扰且密封性良好，也使得结构简单，便于装配和维护。
49.进一步地，第三法兰5和法兰端盖6之间设有第二密封垫片7，第二密封垫片7为紫铜件，这样可以进一步提高第三法兰5与法兰端盖6之间的连接密封性。
50.下面描述根据本发明第二方面的冶金熔炼设备。
51.根据本发明第二方面的冶金熔炼设备，包括：熔炼炉和根据本发明第一方面的侧吹喷枪100，熔炼炉的侧壁上形成有插入口，侧吹喷枪100从插入口插入熔炼炉内。
52.根据本发明的冶金熔炼设备，通过设置上述第一方面的侧吹喷枪100，可以提高金属冶炼生产过程中的安全性，也可以提高对燃气和助燃气体的热量利用效率，同时在一定程度上延长设备的使用寿命。
53.下面描述根据本发明实施例的侧吹喷枪100的工作方法。
54.采用侧吹喷枪100进行含铜二次废料侧吹熔炼时，将侧吹喷枪100从侧吹熔炼炉侧壁的插入口插入炉内，并调整枪头1插入熔体10～1000mm，然后打开助燃气体风口调节阀、燃气风口调节阀及冷却气体风口调节阀，并控制气流源压力0.07～1.2mpa。
55.调节冷却气体封口调节阀阀门开度为5～30％，通过增大冷却气体流量，使枪头1表面层温度低于熔体层的温度，此时部分熔体会出现冷凝沉积，此时，在原来阀门开度基础上，将燃气风口调节阀的阀门开度调整为5～20％，将助燃气体风口调节阀的阀门开度调整
为5～30％，使积层的挂渣部分熔化。
56.然后再将冷却气体调节阀的阀门开度调大5～30％，进行第二层挂渣，重复上述动作；当炉内富氧率、枪口火焰形状及大小均正常时，结束挂渣操作，进行正常吹炼作业，当喷枪头1烧损或停炉检修时对侧吹喷枪100进行更换或维护。
57.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
58.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
59.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接，还可以是通信；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
60.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
61.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。