一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置及其使用方法

摘要

本发明涉及一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置及其使用方法，设有燃料枪体、燃料及助燃剂供给源连接口和自动控制系统，其特征是：该燃烧装置为一体式燃烧装置，设有：燃料枪，前端设有喷头，后部设有快装密封插头和燃料源接口；外周设有风套，风套管体上设有助燃剂接口，后端设有弹子阀，弹子阀后端设有连接燃料枪的快装密封插头接口；在风套的前端设有风套前口与喷头并行通入冶炼炉膛内，该风套前口和喷头固定设置在冶炼炉金属液面以下的侧壁上，外周设有冷水套或耐火砖。本发明适用于冶炼炉的氧化、还原、燃烧。具有结构设计合理，运行稳定可靠、安全、自动化程度高、提高金属熔化温度，加快氧化还原速度。

说明书

技术领域

本发明涉及冶炼炉燃烧技术领域，尤其涉及一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置 及其使用方法。

背景技术

传统的对于有色金属的熔化和精炼，火法冶炼是较为常见的冶炼方式，其是利用燃料 燃烧产生的高温辐射热在液面上进行加热熔炼，火法冶炼工艺包括氧化和还原两个主要作 业过程，其主要目的是将金属矿料融化成液态，再进行氧化或还原作业。金属矿料在熔化 过程中产生大量渣层，渣层漂浮在金属液面上产生隔热作用，使得液面上加热的辐射热不 容易传递到渣层下，导致氧化还原效果差。因此，非常需要提出一种改进型的燃烧装置， 提高火法冶炼的效率。本发明正是基于上述研究背景而提出，旨在提供一种用于冶炼炉的 侧壁金属液下燃烧装置及其使用方法，以满足有色金属冶炼使用需要。

发明内容

针对现有技术中冶炼炉燃烧装置存在的不足，本发明提供了一种用于冶炼炉的侧壁金 属液下燃烧装置及其使用方法，其具有结构设计合理，运行稳定可靠、高效安全、自动化 程度较高、提高了渣层下金属熔化温度、加快氧化还原速度的优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置，设有燃料枪体、燃料及助燃剂供给源连接 口和自动控制系统，其特征是：该燃烧装置为一体式燃料装置，设有：通入燃料的燃料枪， 该燃料枪设有管体，在燃料枪管体的前端设有喷头，燃料枪的后部设有固定包覆在燃料枪 管体外周的快装密封插头，燃料枪的管体后端设有连通燃料源的接口；在燃料枪管体的外 周设有通入助燃剂的风套，该风套设有管体，燃料枪管体穿设在风套的管体内，两管体之 间的环形间隙为助燃剂通道；在风套管体上设有与助燃剂通道连通的助燃剂接口；在风套 的后端设有与风套连通的用以密封风套内腔的弹子阀，该弹子阀的阀体为近似弧形折弯圆 管，该阀体向风套前端倾斜地与风套固定连通，弹子阀内钢球设在所述燃料枪管体上方的 弹子阀管体内，当燃料枪管体抽出风套管体时，钢球落入风套管体后端的管体内，并将风 套密封；在弹子阀的后端设有接口，该接口密封连接燃料枪管体后部固定设置的快装密封 插头，所述风套、弹子阀、接口和快装密封插头在风套后部构成密封的风套内空间；在风 套的前端设有包覆在燃料枪管体前端和喷头外周的风套前口，该风套前口与喷头并行通入 冶炼炉膛内，该风套前口和喷头固定水平设置在冶炼炉金属液面以下的侧壁上，外周设有 冷水套或耐火砖。

本发明进一步实施和完善的优化方案是：

所述燃料枪的喷头的结构为加速喷头结构：该喷头为圆管状，其内壁形状从后往前依 序为：后粗前细的刺叭口、细径短管、后细前粗的刺叭口、直径稍收小的前端出口(22)； 该喷头的截面积首先由大变小然后再变大，中间通过一段细径管，使通过的气体或液体被 加速；在配合的压力下，喷出的气流或液流能在燃料枪出口前形成燃烧的空间，形成液面 下燃烧；并且火焰离开喷头出口，还使助燃剂和燃料混合的喷头出口处形成相对低温区， 避免了火焰高温灼烧，延长喷头寿命。

所述燃料枪管体后部固定设置的快装密封插头的结构：该快装密封插头设有管状插接 体，该插接体前端设有插嘴，该插嘴外径与所述弹子阀后端设置的接口的内径内相吻合， 插接体中部设有把杆和密封条，插接体后端设有固定螺套，该螺套内壁上设有与所述燃料 枪相应部位外周面设置的螺丝相匹配的螺纹，该快装密封插头将燃料枪和风套从后部快速 插接并密封固定连接在一起。

所述自动控制系统的结构：该自动控制系统设有PLC控制器和人机交互界面，所述助 燃剂接口与设置的混气罐连通，该混气罐与氧气源管道和压缩空气源管道连通；所述燃料 枪的燃料入口与燃料源的管道连通；在所述氧气源管道、压缩空气源管道、燃料源的管道 上分别设有与PLC控制器进行压力信号、流量信号连接的压力变送器和流量变送器，并设 有与PLC控制器进行调节指令传送连接的压力调节阀和流量调节阀；所述PLC和人机交互 界面设有进行压力、流量运行参数设置、对自动控制系统运行进行控制的操作面板。

所述自动控制系统还设有安全联锁控制结构：设有氮气源和连通管路，在该氮气源管 路上设有氮气压力变送器和氮气快速切断阀，并在燃料管路上设有燃料快速切断阀，该氮 气压力变送器、氮气快速切断阀和燃料快速切断阀与PLC控制器进行信号和控制指令传送 连接，当燃料和助燃剂管路的压力低于正常工作压力时，PLC控制器自动指令设置在燃料 管路上的燃料快速切断阀，快速关闭燃料供应并发出报警信号，指示人员检查修理；当燃 料枪喷头堵塞，结焦现象发生后，天然气流量计数值减少，流量数值减少到常用值的80％ 时，PLC控制器发出报警信号，提醒操作人员注意；流量数值减少到常用值的60％时，PLC 控制器自动指令设置在燃料管路上的联锁快速切断阀，关闭燃料气供应，并发出声光报警 通知操作人员检修处理；在切断燃料供应的同时，PLC控制器自动打开氮气快速切断阀， 让燃料关闭燃料供给时，燃料枪通入氮气，保护燃料枪；且当各项安全联锁动作发生时， 助燃剂管路始终通入运行，保证炉渣和金属液不会倒灌；氮气管路上氮气压力低于设置的 正常数值时，PLC控制器发出报警信号，提醒操作人员处理。

一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置的使用方法，其特征在于：该使用方法包括 如下步骤：

1)燃料及助燃剂的压力流量控制：助燃剂含氧量可根据具体工艺要求选择21-99.6％ 配比，经过配比的助燃剂管路引到阀站入口，通过压力调节阀稳定压力：0.05-0.5MPa， 实际工作压力由液面高度决定；助燃剂在经调稳压后进入助燃剂接口；燃料引到燃料管路 阀站入口，通过压力调节阀稳定压力，燃料在经稳压后进入燃料枪接口；以上可以由人工 操作或通过人机交互界面操作；

2)待燃料和助燃剂压力流量比达到预设条件时，进行点火操作，燃烧装置开始运行；

3)运行过程中，通过自动控制系统控制进行正常运行，并在处理非正常情况下发出 报警和启动安全联锁控制操作，保证运行安全、设备安全、人员安全。

采用本发明所述的一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置及其及使用方法，其具有 如下有益效果：

(1)克服了现有技术中两支枪作为燃烧装置：一支进风，一支进燃料，存在的结构设计不够合理的不足，本发明实现一支燃料枪完成金属液下燃烧，助燃风从燃料枪与进风套的间隙进入，采用金属液下式燃烧，燃料枪燃料采用超高速喷射形式，可在枪前形成空腔，产生燃烧空间，翻腾搅动渣层，提高金属矿料液下温度，增加氧化还原效率。

(2)侧壁金属液下燃烧装置以99.6％纯氧助燃为主，助燃剂氧气浓度也可在21-99.6％ 范围内调节。

(3)设置安全联锁控制结构，保证装置运行正常、安全，及时处置非常运行情况，特别是不会出现金属液或炉渣外泄事故。

(4)侧壁金属液下多氧燃烧--氧化还原燃烧装置燃料/助燃风采用程序化自动配比。 提高助燃风供应氧气浓度比例可实现氧化作业，降低助燃风供应氧气浓度可实现还原作业， 装置做到了燃烧、氧化、还原多功能一体化。

(5)侧壁金属液下燃烧装置喷头采用特殊耐热合金钢制作，高速喷射结构，保证高温液 下燃烧。采用弹子阀结，具有定位和密封的作用,并能保证燃料枪快速拔出；燃料枪尾端 采用快速密封接头与风套尾端配合，方便燃料枪的快速插拔以及插拔过程中连接风套尾端 的密封效果好。

(6)侧壁金属液下燃烧装置主燃料应用宽泛，适用多种燃料：固态：煤粉、石油焦粉；液态：重油、柴油、煤焦油；气态：天然气、煤气。

(7)侧壁金属液下燃烧装置采用PLC控制自动化程序控制，自动化程度高，运行灵活、安全、高效。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的弹子阀结构示意图。

图3为本发明的喷头结构示意图。

图4为本发明的快装密封插头结构示意图。

图5为本发明的自动控制系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置及其使用 方法作以详细说明。

实施例1：参见附图，一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置，设有燃料枪体、燃料及助燃剂供给源连接口和自动控制系统，该燃烧装置为传统的燃料枪和助燃剂枪合为一体的一体式燃烧装置，设有：通入燃料的燃料枪2，该燃料枪设有管体，为耐火金属材质， 管径DN10-DN100，在燃料枪管体的前端设有喷头21，特殊耐热合金钢2520或2535制作， 采用拉伐尔喷管设计方式，喷射速度200-300M/S，燃料枪的后部设有固定包覆在燃料枪 管体外周的快装密封插头6，采用板把式快装插头；燃料枪的管体后端设有连通燃料源的 接口7；在燃料枪管体的外周设有通入助燃剂的风套4，该风套设有管体，材质为陶瓷， 也可以用耐热钢或浇注料，管径DN20，燃料枪管体穿设在风套管体内，两管体之间的环 形间隙为助燃剂通道；在风套管体上设有与助燃剂通道连通的助燃剂接口3，该接口与风 套管体呈30-90度角，本实施例为45度角；风套的后端设有与风套连通的用以密封风套 内腔的弹子阀5，该弹子阀的阀体为近似弧形折弯圆管，该阀体向风套前端倾斜地与风套 固定连通，上端53密封，弹子阀内钢球51设在所述燃料枪管体上方的弹子阀管体内，当 燃料枪管体抽出风套管体时，钢球落入风套管体后端的管体内，并将风套密封；在弹子阀 的后端设有接口52，该接口密封连接燃料枪管体后部固定设置的快装密封插头6，所述风 套、弹子阀、接口和快装密封插头在风套后部构成密封的风套内空间；在风套的前端设有 包覆在燃料枪管体前端喷头外周的风套前口41，该风套前口与喷头并行通入冶炼炉膛内， 该风套前口和喷头固定水平设置在冶炼炉金属液面以下的侧壁上，外周设有冷水套或耐火 砖，本实施例为耐火砖。

所述燃料枪管体后部固定设置的快装密封插头6，设有管状插接体，该插接体前端设 有插嘴61，该插嘴外径与所述弹子阀后端设置的接口52的内径内相吻合，插接体中部设有把杆62和密封条64，插接体后端设有固定螺套63，该螺套内壁上设有与所述燃料枪相 应部位外周面设置的螺丝相匹配的螺纹，该快装密封插头将燃料枪和风套从后部快速插接并密封固定连接在一起。

所述自该自动控制系统设有PLC控制器和65，人机交互界面采用研华工控机 IPC-610MB MGGS 1024通用版上位软件，PLC控制器采用西门子S7-200SMART R40,所述助 燃剂接口3与设置的混气罐66连通，该混气罐与氧气源管道61和压缩空气源管道62连 通；所述燃料枪的燃料入口与燃料源的管道63连通；在所述氧气源管道、压缩空气源管 道、燃料源的管道上分别设有与PLC控制器进行压力信号、流量信号连接的压力变送器和 流量变送器，压图变送器采用EJA430E型号，流量变送器采用天信仪表 TDS-XXBH-0.5/1.6/1.5；并设有与PLC控制器进行调节指令传送连接的压力调节阀和流量 调节阀,压图调节阀采用埃克美迅气动薄膜式单座压力调节阀TGA23D3619-NA21A3113, 流量调节阀采用埃克美迅气动薄膜式单座流量调节阀TGA23D3619-NA21A3113；所述PLC 和人机交互界面设有进行压力、流量运行参数设置、对自动控制系统运行进行控制的操作 面板。

所述自动控制系统设置的安全联锁控制结构：设有氮气源和连通管路64，在该氮气源 管路上设有氮气压力变送器67和氮气快速切断阀68，并在燃料管路上设有燃料快速切断 阀69，采用气动快阀：埃克美迅气动单作用快切球阀PA2118110型号；该氮气压力变送器、氮气快速切断阀和燃料快速切断阀与PLC控制器进行信号和控制指令传送连接，当燃料和助燃剂管路的压力低于正常工作压力时，PLC控制器自动指令设置在燃料管路上的燃料快速切断阀，快速关闭燃料供应并发出报警信号，指示人员检查修理；当燃料枪喷头堵塞，结焦现象发生后，天然气流量计数值减少，流量数值减少到常用值的80％时，PLC控 制器发出报警信号，提醒操作人员注意；流量数值减少到常用值的60％时，PLC控制器自 动指令设置在燃料管路上的联锁快速切断阀，关闭燃料气供应，并发出声光报警通知操作 人员检修处理；在切断燃料供应的同时，PLC控制器自动打开氮气快速切断阀，让燃料关 闭燃料供给时，燃料枪通入氮气，保护燃料枪；且当各项安全联锁动作发生时，助燃剂管 路始终通入运行，保证炉渣和金属液不会倒灌；氮气管路上氮气压力低于设置的正常数值 时，PLC控制器发出报警信号，提醒操作人员处理。

实施例2：一种用于冶炼炉的侧壁金属液下燃烧装置的使用方法，该使用方法包括如 下步骤：

1)燃料及助燃剂的压力流量控制：助燃剂含氧量可根据具体工艺要求选择21-99.6％ 配比，经过配比的助燃剂管路引到阀站入口，通过压力调节阀稳定压力：0.05-0.5MPa， 实际工作压力由液面高度决定；助燃剂在经调稳压后进入助燃剂接口；燃料引到燃料管路 阀站入口，通过压力调节阀稳定压力，燃料在经稳压后进入燃料枪接口；以上可以由人工 操作或通过人机交互界面操作；

2)待燃料和助燃剂压力流量比达到预设条件时，进行点火操作，燃烧装置开始运行；

3)运行过程中，通过自动控制系统控制进行正常运行，并在处理非正常情况下发出 报警和启动安全联锁控制操作，保证运行安全、设备安全、人员安全。

应该指出，在本发明的基本技术方案的基础上，还可以做出一些大同小异改变 的技术方案，但都应在本专利的保护范围之内。