[发明专利]向容器内注入气体的装置

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6673305公开的构造中，携有涡旋叶片的中心结构的前端被向前供应通过中心水流通道到达该中心结构的圆顶鼻端的冷却水在内部水冷。所述鼻端在内部设有单螺旋冷却水流通道，以接收来自中心结构中的中心水流通道的水，并引导该水流绕鼻端一周并沿着鼻端向后流动，以利用冷却水的单次连贯流动来冷却鼻端。所述冷却水经由环形水返回通道穿过中心结构返回。

发明内容

本发明提供了一种能够更有效地对中心结构的前端进行冷却的改进的构造。

根据本发明，提供了一种将气体注入到用于冶金处理的冶金容器中的装置，所述装置包括：

从后端延伸到前端的气流导管，气体从所述前端排出所述导管；

细长中心管状结构，其在气流导管内从其后端廷伸到其前端，并且该细长中心管状结构的前端与气流导管的前端相邻地设置；

多个流动引导叶片，这些叶片邻近导管的前端围绕中心管状结构设置，以使穿过导管前端的气流产生涡旋，中心结构的前端与导管的前端一起作用形成了环形喷嘴，该环形喷嘴用于来自导管的在所述叶片作用下产生了涡旋的气流；以及

中心管状结构内的冷却水通道，该冷却水用于冷却水向前穿过该中心结构从其后端到其前端的流动，从而对该前端进行内部冷却，然后穿过中心管状结构返回到其后端，所述冷却水管道包括用于水到中心结构前端的流动的第一水流通道，以及与第一水流通道相邻地设置的第二水流通道，该第二水流通道用于水从中心结构的前端朝中心结构的后端的回流；并且