[发明专利]用于顶部浸没喷射的流体冷却喷枪

说明书

技术领域

本发明涉及用于在熔池高温冶金操作中使用的顶部浸没喷射喷枪。

背景技术

需要熔池和含氧气体源之间相互作用的熔池熔炼或其它高温冶金操作采用若干不同的气体供应装置。通常，这些操作包括直接喷入熔融的冰铜/金属。这可通过Bessemer型熔炉中的底吹风口或Peirce-Smith型转炉中的侧吹风口进行。替代性地，能利用喷枪喷射气体，以提供顶吹或浸没式喷射。顶吹喷枪喷射的例子是KALDO和BOP炼钢设备，其中，从熔池上方吹纯氧以利用熔融的铁生产钢。顶吹喷枪喷射的另一个例子由Mitsubishi铜工艺的熔炼和冰铜转换阶段提供，其中，喷射喷枪引起诸如空气或富氧空气的含氧气体的射流撞击和穿透熔池的顶表面，分别用来产生和转换冰铜。在浸没喷枪喷射的情况中，喷枪的下端部被浸没，使得喷射发生在熔池的炉渣层内而不是从熔池的炉渣层上方，从而提供顶部浸没喷枪(TSL)喷射，一个公知的例子是Outotec Ausmelt TSL技术，其能应用于许多金属加工。

在两种形式的从上方喷射(即，顶吹和TSL喷射)的情况中，喷枪经受遍布的高熔池温度。Mitsubishi铜工艺中的顶吹使用许多相对小的钢喷枪，该钢喷枪具有约50mm直径的内管和约100mm直径的外管。内管终止于远高于反应区域的大约熔炉顶板的高度。能旋转以防止它粘到熔炉顶板处的水冷套圈的外管向下延伸到熔炉的气体空间中，以将其下端部布置在熔融的熔池的上表面上方约500-800mm处。空气中夹带的微粒供给物被吹过内管，而富氧空气被吹过管之间的环孔。尽管外管的下端部与熔池表面上方存在间隔，并通过经过喷枪的气体任意地冷却喷枪，但该外管每天烧损约400mm。因此，外管缓慢下降，并当需要时，新的段连接到外部的可消耗管的顶部。

用于TSL喷射的喷枪远远大于用于顶吹的那些喷枪，例如在上述Mitsubishi过程中。TSL喷枪通常具有至少内管和外管，如下面假定的，但可具有与内管和外管同心的至少一个其它管。典型的大型TSL喷枪具有直径为200至500mm或更大的外管。此外，喷枪长得多并且向下延伸穿过TSL反应器(该TSL反应器可为约10至15米高)的顶板，使得外管的下端部沉浸到熔池的熔融炉渣相中约300mm或更深的深度，但借助喷入其中的喷射气体流的冷却作用被外管的外表面上形成且保持的固化炉渣的层保护。内管可终止于约与外管相同的高度，或者处于外管的下部上方约1000mm的较高高度。因此，能是这样的情况，即，仅外管的下端部被浸没。在任何情况中，螺旋叶片或其它流动成形装置可安装在内管的外表面上以跨越内管和外管之间的环孔。该叶片沿环孔使空气或富氧气流具有强的旋流作用，并用于增强冷却效果以及保证气体与通过内管供应的燃料和供给材料良好混合，该混合基本上发生在内管的下端部下方由外管限定的混合腔中，其中，内管终止于外管的下端部上方足够的距离处。

TSL喷枪的外管在其下端部磨损且烧损，但与没有该层的情况相比，其速率由于保护性的冻结炉渣层而显著降低。然而，这在很大程度上由通过TSL技术的操作模式控制。该操作模式使得该技术可行，尽管喷枪的下端部浸没在熔融炉渣熔池的高反应和腐蚀性的环境中。TSL喷枪的内管可用于供应供给材料，例如，精矿、要被喷射到熔池的炉渣层中的助熔剂和还原剂，或者可用于燃料。通过管之间的环孔供应含氧气体(例如空气或富氧空气)。在熔池的炉渣层内的浸没喷射开始之前，喷枪布置成其下端部(即，外管的下端部)在炉渣表面上方间隔合适的距离。含氧气体和燃料(例如燃料油、细煤或烃类气体)被供应到喷枪并且由此形成的氧气/燃料混合物被点燃以产生冲击到炉渣上的火焰喷射。这引起炉渣飞溅而在外喷枪管上形成炉渣层，该炉渣层被经过喷枪的气体流固化以提供上述固体炉渣层。然后，喷枪能降低以实现炉渣内的喷射，含氧气体持续经过喷枪以将喷枪的下部维持在一定温度，固化炉渣层被保持处于该温度并保护外管。