[发明专利]用于将气体注入到容器内的装置

说明书

技术领域

本发明涉及用于将气体注入到容器中的装置。本发明尤其应用于 (但不限于)用于在高温条件下将气流注入到冶金容器内的装置。这种 冶金容器可以例如是一种熔炼容器，在该熔炼容器中通过直接熔炼工 艺生产熔融金属。

背景技术

美国专利6083296中描述了一种公知的直接熔炼工艺，该直接熔 炼工艺依靠熔融金属层作为反应介质，并通常称作HIsmelt工艺。该专 利中描述的HIsmelt工艺包括：

(a)在容器中形成熔融铁和熔渣的熔池；

(b)向该熔池中注入：

(i)含金属的供料，一般为金属氧化物；和

(ii)固体含碳材料，一般为煤，该固体含碳材料用作金属氧化物的 还原剂，并用作能量源；以及

(c)在金属层中将含金属的供料熔炼成金属。

术语“熔炼”在此应理解为表示其中发生还原金属氧化物的化学 反应以产生液态金属的热处理。

HIsmelt工艺还包括在熔池上方的空间中用含氧气体后燃烧反应 气体(诸如从熔池中释放的CO和H₂)，并且将后燃烧所产生的热传递 到熔池，以提供熔炼含金属的供料所需的热能。

HIsmelt工艺还包括在熔池的名义静止表面上方形成过渡区，在该 过渡区中存在大量的先上升后下降的熔融金属和/或熔渣的液滴、飞溅 物或液流，它们成为将在熔池上方后燃烧反应气体所产生的热能传递 到熔池的有效介质。

在HIsmelt工艺中，通过多个喷枪/风口将含金属的供料和固体含 碳材料注入到金属层中，所述喷枪/风口与垂直方向倾斜成向下并向内 延伸穿过熔炼容器的侧壁并进入容器的下部区域内，从而将所述固体 材料送入容器底部中的金属层中。为了促进容器上部中反应气体的后 燃烧，通过向下延伸的热空气注入喷枪将可能富氧的热空气流注入到 容器的上部区域内。为了促进容器上部中气体的有效后燃烧，期望引 入的热空气流以涡旋运动离开喷枪。为此，喷枪的出口端可以配有内 部流动引导件，以产生适当的涡旋运动。容器的上部区域可达到大约 2000℃的温度，并且热空气可以约1100℃-1400℃的温度送入喷枪中。 因此，该喷枪必须能够在内部和外壁上经受极高的温度，尤其是在其 伸入到容器的燃烧区域中的喷枪输送端处。

美国专利6440356公开了一种气体注入喷枪构造，该构造设计成 满足在HIsmelt工艺中遇到的极端条件。在该构造中，流动引导件是安 装在气流导管的前端处的中心体上的螺旋叶片的形式。这些叶片连接 到气流导管壁并且在内部通过流经导管壁内的供给和回流通道的冷却 水进行水冷。美国专利6673305公开了一种替选的喷枪构造，在该构 造中，螺旋流动引导叶片安装在延伸气流导管的长度的中心管状结构 上。该中心结构设有水流通道，这些水流通道被设置用于冷却水到中 心结构的基本位于气流导管顶部内的前部的流动。在该构造中，流动 引导叶片不被冷却，并且从导管的具有耐熔衬里的壁部内的导管顶部 折回(set back)。

在美国专利640356和6673305所公开的构造中，导管的端头形成 有单个环形空间，冷却水从传输通道经过该环形空间流到具有相似长 度的导管壁通道中的返回通道。本发明提供了一种改进的构造，该构 造能够更有效地冷却端头并且具有改进的结构强度。本发明还可以应 用到用于将固体颗粒材料注入到容器内的固体注入喷枪。

发明内容

根据本发明，提供了一种用于将颗粒和/或气体材料注入到用于执 行冶金处理的冶金容器中的装置，该装置包括：

导管，通过该导管注入材料；

延伸穿过导管壁的内部和外部水入流和出流通道，其分别用于冷 却水从导管的后端到前端的入流和从导管的前端到后端的出流；和

环形导管端头，该环形导管端头设置在导管的前端处，提供了内 部和外部水流通道之间的水流连接；

其中导管端头具有环形构造，包括环形内端部件、环形外端部件、 位于内部部件和外部部件之间的环形中心部件，和多个径向延伸的间 隔物，这些间隔物将外端部件和中心部件之间的空间分成不连续的径 向通道，以用作所述端头内部水流通道。

所述导管可以是气流导管，用于气流从导管前端的排出。

所述间隔物可以是外端部件上的肋的形式。

中间部件可以具有一系列径向凹槽，以容纳外端部件上的肋中的 至少一些。