[实用新型]一种用于液态熔渣进行粒化的超音速气体喷嘴

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种用于粒化液态冶金渣的超音速气体喷嘴，属冶金设备技术领域。

背景技术

高炉渣和钢渣具有很高的温度(1450～1650℃)，属于高品质的余热资源，具有很高的回收价值。但目前，国内外冶金渣多以水淬法和热泼法为主，热量无法回收利用。冶金渣显热回收过程中需要考虑以下问题：

第一，液态和固态渣的导热率相对较低，给回收熔渣显热增加了困难。在液态渣的液相阶段，其热导率λ为0.1～0.3W/(m·K)。冶金渣凝固后会形成两类固相——玻璃相和晶体相，玻璃相的热导率λ为1～2W/(m·K)，晶体相热导率λ约为7W/(m·K)。因此无论采取何种介质将渣中显热提取出来都是相当困难的；

第二，液态熔渣的冷却强度决定着冶金渣的综合利用。由于冶金渣属于硅酸盐体系，凝固后存在玻璃相和晶体相，冷却强度较低时形成晶体相，水化活性较低；冷却强度较高时形成非晶相或玻璃相，水化活性较高，适于其高效资源化利用。因此如何保证低热导率的液态冶金渣得到很高的冷却强度进行换热并凝固，是对冶金渣进行高效资源化利用的保证。

第三，液态冶金渣粒化后的粒径对余热回收及其资源化影响显著。在冶金渣热导率一定的前提下，为了提高液态和固态冶金渣渣粒的换热强度，必须将冶金渣粒度降低，以提高其换热面积。很明显，对液态冶金渣进行粒化要比固态冶金渣的细磨更节能、效率更高。因此如何将液态冶金渣进行粒化是对冶金渣进行高效资源化的前提。

目前将液态冶金渣进行干法粒化的工艺主要包括两大类：一类是气淬法，另一类为离心粒化法。70年代末期，日本开始研究风淬法处理高炉渣新工艺，其工艺为：冶金渣从盛渣桶倒出，由空气射流破碎成渣粒后吹入罩式锅炉，渣粒被传送装置排出。在罩式锅炉内，液态渣滴通过辐射和对流方式、高温固体渣粒通过传导和对流方式将热量传递给锅炉管，由此可回收40％～45％的炉渣热量。1985～1987年中冶集团建筑研究总院与马钢钢研所在马钢进行了钢渣风淬粒化工艺试验，热熔钢渣被压缩空气击碎落入水中，取得了成功，后在成都钢铁厂和重钢应用。英国、澳大利亚等也进行过离心粒化(转杯或转碟法)法处理高炉渣的相关研究，其工艺为：采用一个高速旋转的中心略凹的盘子作为粒化器，液态渣通过渣沟或管道注入到盘子中心，盘子在电动机的带动下连续地旋转，当盘子旋转速度达到一定时，液渣由于离心力的作用从盘沿飞出，粒化成粒。液态渣粒在飞行过程中与空气进行热交换至凝固。凝固后的冶金渣继续下落到设备底部，在底部设一个流化床，在流化床内的渣粒进一步与空气进行热交换，热空气从设备顶部回收。

在风淬法半工业试验和现有风淬工艺过程中，空气射流通过气体粒化喷嘴实现，目前应用的气淬粒化喷嘴都是直孔型，通过高压空气在喷嘴出口形成射流而将冶金渣击碎。例如，马鞍山钢铁公司的发明专利88211276.7和成都钢铁公司的实用新型专利ZL93239693.3中所使用的雾化器喷嘴，喷口都设计为直孔型，雾化器喷孔布置方式和喷孔角度也进行了设计，喷孔布置方式主要有多排矩阵形、狭缝型、“H”型、槽型和“U”型等五种布置形式，利用高压空气在雾化器出口形成射流。此外，这些专利所指雾化器喷嘴在生产实践中，也确定了粒化器的最佳安装位置和粒化器与流渣槽的相对位置，保持对渣流一定的冲击深度进行液渣粒化，最终达到将具有一定黏度的液渣进行安全粒化的目标。但现有直孔型气淬粒化喷嘴出口气体射流速度相对较低，对渣流的冲击力较小、对液渣的冷却强度较低，因此探索超音速气体射流对液渣粒化具有非常重要的意义。

众所周知，拉瓦尔(Laval)喷嘴可提供低温的超音速气体射流，其基本原理是高压气体通过收缩段加速，到达喉口时气体流速可达音速，进入扩张段后气体进一步加速，从而形成超音速气体射流，转炉炼钢使用的氧枪也都利用了拉瓦尔型气体喷嘴的这一特性。拉瓦尔喷嘴出口气体射流的温度很低，其温度与设计的拉瓦尔喷嘴的马赫数有关，马赫数越大，出口气体的温度也就越低。因此，拉瓦尔型喷嘴恰好为液渣粒化提供温度较低、动能很大的超音速气体射流，超音速射流可使液渣粒化后形成粒度更小的渣粒，为气-液和气-固换热创造了优良的条件，此外超音速气体射流的低温性能也为渣滴的快速凝固成壳创造条件。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种气淬粒化喷嘴出口气体射流速度高、对渣流的冲击力大、对液渣的冷却强度高、从而能够提高冶金渣的余热回收效率的用于液态熔渣进行粒化的超音速气体喷嘴。

解决上述技术问题的技术方案是：