侧吹喷枪的制作方法

[0001]
本发明涉及冶金熔炼设备技术领域，尤其是涉及一种侧吹喷枪。


背景技术：

[0002]
侧吹熔池熔炼是通过炉体两侧的风口或安装在炉体两侧的喷枪向熔池内喷入空气、富氧空气、还原剂或气体燃料，侧吹气体射流喷入熔池并迅速搅动熔池，进而加速熔池内传热、传质和化学反应过程，广泛应用于铅、再生铅、铜和炉渣等金属冶炼领域。
[0003]
相关技术中的侧吹喷枪一般为套管结构，包括中心管和套设在所述中心管外侧的套管，中心管限定出的内通道用于喷吹助燃气体，套管的内侧和中心管的外侧具有一定间隙，限定出环缝，环缝作为喷吹天然气等燃料或还原剂的外通道，所述内外通道将具有不同作用的气体分别喷吹进入炉内后，气体在喷枪出口附近混合燃烧并搅动炉内熔池进而加速熔池内传热、传质和化学反应过程。这种具有一般套管结构的侧吹喷枪，当侧吹熔炼温度较高、侧吹喷枪喷吹气量较大时，常出现燃料燃烧不完全、侧吹炉炉体冒火等现象，存在较大安全风险，影响冶炼作业率并增加工人劳动负担，增大企业生产运营成本，还限制了侧吹炉炉体大型化发展和侧吹冶炼技术向高温冶金领域拓展。


技术实现要素：

[0004]
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的实施例提出一种侧吹喷枪。
[0005]
根据本发明一方面实施例的具有预混结构的侧吹喷枪，包括：中心管，所述中心管的内壁面限定出沿其轴向延伸的中心通道；套管，所述套管套设在所述中心管上，所述套管的内壁面和所述中心管的外壁面之间限定出外层通道；预混管，所述预混管与所述套管相连，所述预混管包括预混区，所述预混区与所述中心通道和所述外层通道均连通；分流器，所述分流器与所述预混管相连，所述预混管在所述中心管的轴向上位于所述分流器与所述套管之间，所述分流器包括多个沿其轴向延伸的分流孔，每个所述分流孔与所述预混区连通。
[0006]
根据本发明实施例的侧吹喷枪，助燃气体和天然气在从喷枪前端喷射出之前，在预混管的预混区内预先进行混合，预混气体再通过分流器喷射出。充分混合后再喷出能够避免助燃气体和天然气各自从不同通道喷出时容易出现的燃烧不完全、炉体冒火等现象，使燃料的燃烧更加充分，避免炉体冒火。
[0007]
此外，回火现象的发生是由于气体燃烧的速度大于气流的速度，火焰会逆着气流的流通方向进入中心通道或者外层通道中。预混气体通过分流器上的多个分流孔喷出喷枪，预混气体气流从而被分散为多股射流，提高了预混气体气流的流通速度，能够避免喷枪回火现象的发生，提高侧吹喷枪的使用安全系数，降低操作人员的安全风险。并且，预混气体气流以较高的速度喷入熔池的内部，能够充分搅动炉内熔体，促进炉内反应的充分进行。本发明实施例的侧吹喷枪有助于推动熔炼炉炉体向大型化发展，还有助于推动侧吹冶炼技
术向高温冶金领域拓展。
[0008]
由此，本发明实施例的侧吹喷枪具有安全系数高、性能优异的特点。
[0009]
另外，根据本发明的侧吹喷枪还具有如下附加技术特征：
[0010]
在本发明的一些实施例中，所述中心管包括本体段和弥散段，所述弥散段与所述本体段相连，所述本体段的内壁面限定出所述中心通道，所述弥散段在所述中心管的轴向上位于所述本体段与所述预混管之间，所述弥散段包括多个沿其轴向延伸的弥散孔，所述弥散孔与所述中心通道和所述预混区均连通，可选地，所述弥散段的邻近预混管的端面与所述套管的邻近预混管的端面平齐。
[0011]
在本发明的一些实施例中，多个所述弥散孔包括主弥散孔和多个副弥散孔，所述主弥散孔位于所述弥散段的中部，多个所述副弥散孔围绕所述主弥散孔间隔排布。
[0012]
在本发明的一些实施例中，所述预混区的横截面的面积沿邻近分流器的方向减小。
[0013]
在本发明的一些实施例中，所述预混区为圆台状，可选地，所述预混区的锥角范围为3
°-
10
°
。
[0014]
在本发明的一些实施例中，还包括中心管进气管道和套管进气管道，所述中心管进气管道与所述中心管的远离分流器的端部相连，所述套管进气管道与所述套管的远离分流器的端部相连；所述中心管进气管道包括中心管管座，所述中心管管座具有中心管进气通道，所述中心管进气通道与所述中心通道连通；所述套管进气管道包括套管管座，所述套管管座具有套管进气通道，所述套管进气通道与所述外层通道连通。
[0015]
在本发明的一些实施例中，所述套管管座套设在所述中心管上，所述套管管座与所述中心管限定出燃气室，所述套管进气通道通过所述燃气室与所述外层通道连通。
[0016]
在本发明的一些实施例中，所述中心管和所述套管同轴。
[0017]
在本发明的一些实施例中，多个所述分流孔包括主分流孔和多个副分流孔，所述主分流孔位于所述分流器的中部，所述多个副分流孔围绕所述主分流孔间隔排布。
[0018]
本发明的另一方面还提供了一种熔炼炉，其特征在于，包括：炉体，所述炉体具有炉腔；和侧吹喷枪，所述侧吹喷枪为根据权利要求1-9任一所述的侧吹喷枪，所述侧吹喷枪伸入所述炉腔中。
[0019]
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
[0020]
图1是根据本发明实施例的侧吹喷枪的剖视图。
[0021]
图2是根据本发明一个实施例的侧吹喷枪的a-a截面图。
[0022]
图3是根据本发明另一实施例的侧吹喷枪的a-a截面图。
[0023]
图4是根据本发明实施例的侧吹喷枪的b-b截面图。
[0024]
附图标记：
[0025]
侧吹喷枪100；
[0026]
中心管1；中心通道11；本体段12；弥散段13；弥散孔131；主弥散孔1311；多个副弥散孔1312；第一弥散槽132；第三弥散槽133；
[0027]
套管2；外层通道21；
[0028]
预混管3；预混区31；
[0029]
分流器4；分流孔41；主分流孔411；副分流孔412；
[0030]
中心管管座5；中心管进气通道51；
[0031]
套管管座6；套管进气通道61；燃气室62。
具体实施方式
[0032]
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0033]
下面参考附图来描述本发明实施例的侧吹喷枪100。
[0034]
如图1-图4所示，根据本发明实施例的侧吹喷枪100，包括中心管1、套管2、预混管3和分流器4。为表述方便，下文以图1中箭头所指方向定义“前、后”方向，“前”方向也指侧吹喷枪100的气体喷出方向。
[0035]
中心管1的内壁面限定出沿其轴向延伸的中心通道11。如图1所示，中心管1的轴向延前后方向延伸。可选地，中心通道11用于助燃气体(例如空气、氧气或富氧气体)的流通。
[0036]
套管2套设在中心管1上，套管2的内壁面和中心管1的外壁面之间限定出外层通道21。可选地，外层通道21用于燃料(例如天然气)和/或还原剂的流通。为表述方便，下文均以天然气为例指代外层通道21中流通的气体。
[0037]
预混管3与套管2相连，预混管3包括预混区31，预混区31与中心通道11和外层通道21均连通。从中心通道11中喷流而出的助燃气体以及从外层通道21中喷流出的天然气，共同进入预混区31内，并在预混区31中进行预混成为预混气体。
[0038]
分流器4与预混管3相连，预混管3在中心管1的轴向上位于分流器4与套管2之间。也就是说，预混管3位于套管2的前端，分流器4位于预混管3的前端。分流器4包括多个沿其轴向延伸的分流孔41，每个分流孔41与预混区31连通。预混区31内的预混气体通过多个分流孔41从分流器4的前端喷射出侧吹喷枪。
[0039]
根据本发明实施例的侧吹喷枪，助燃气体和天然气在从喷枪前端喷射出之前，在预混管的预混区内预先进行混合，预混气体再通过分流器喷射出。充分混合后再喷出能够避免助燃气体和天然气各自从不同通道喷出时容易出现的燃烧不完全、炉体冒火等现象，使燃料的燃烧更加充分，避免炉体冒火。
[0040]
此外，回火现象的发生是由于气体燃烧的速度大于气流的速度，火焰会逆着气流的流通方向进入中心通道或者外层通道中。预混气体通过分流器上的多个分流孔喷出喷枪，预混气体气流从而被分散为多股射流，提高了预混气体气流的流通速度，能够避免喷枪回火现象的发生，提高侧吹喷枪的使用安全系数，降低操作人员的安全风险。并且，预混气体气流以较高的速度喷入熔池的内部，能够充分搅动炉内熔体，促进炉内反应的充分进行。高速气流还可以起到冷却侧吹喷枪的作用，从而延长了侧吹喷枪的使用寿命。本发明实施例的侧吹喷枪有助于推动熔炼炉炉体向大型化发展，还有助于推动侧吹冶炼技术向高温冶金领域拓展。
[0041]
由此，本发明实施例的侧吹喷枪具有安全系数高、性能优异的特点。
[0042]
如图1-图4所示，根据本发明实施例的侧吹喷枪100，包括中心管1、套管2、预混管3
和分流器4。作为示例，中心管1和套管2均为圆管，且中心通道11的横截面为圆形。优选地，中心管1和套管2同轴，也就是说，中心管1的中心轴线与套管2的中心轴线重合。因此外层通道21可以均匀地分布于套管2的内壁面和中心管1的外壁面之间，即外层通道21的横截面可以是圆环形。该设计使得本发明实施例的侧吹喷枪的结构更合理。
[0043]
在一些实施例中，如图1-图4所示，中心管1包括本体段12和弥散段13，弥散段13与本体段12相连。本体段12的内壁面限定出中心通道11。弥散段13在中心管1的轴向上位于本体段12和预混管3之间。也就是说，弥散段13位于本体段12的前端。
[0044]
弥散段13包括多个沿其轴向延伸的弥散孔131，弥散孔131与中心通道11和预混区31均连通，即中心通道11通过多个弥散孔131与预混区31连通。在中心通道11中流通的助燃气体通过多个弥散孔131喷入预混区31，助燃气体被弥散孔131分为多股射流，使得助燃气体的流速增加，进而使得该预混气体的流速增加，从而能够避免回火现象的发生。同时，更快的气流速度使得助燃气体能够在预混区31中与天然气实现更均匀地混合。
[0045]
进一步地，弥散孔131合理的间距和排布可以进一步防止喷枪出现回火现象。可选地，如图2和图3所示，多个弥散孔131包括主弥散孔1311和多个副弥散孔1312。主弥散孔1311位于弥散段13的中部。可选地，主弥散孔1311为圆孔，主弥散孔1311的中心轴线与弥散段13的中心轴线重合。多个副弥散孔1312围绕主弥散孔1311间隔排布。优选地，多个副弥散孔1312围绕主弥散孔1311等间隔排布。具体地，位于弥散段13中部的主弥散孔1311的横截面为圆形，围绕该主弥散孔1311的多个副弥散孔1312的横截面为扇形。这种设计使得弥散段13的结构以及弥散孔131的排布更加合理。
[0046]
在其他实施例中，弥散孔131的横截面还可以为矩形或三角形等其他合理的形状。需要说明的是，本领域的技术人员可根据经验或实际情况需要选择设计，这里不作具体限制。
[0047]
作为示例，如图1所示，弥散段13的邻近预混管3的端面与套管2的邻近预混管3的端面平齐。即中心管1的前端面与套管2的前端面平齐。这种设计使得本发明实施例的侧吹喷枪100的结构更加合理。
[0048]
在一实施例中，中心管1和套管2均为圆管。弥散段13的最大外径小于套管2的最小内径。也就是说，套管2的内壁面与弥散段13不接触。
[0049]
作为示例，如图2所示，套管2横截面的内沿为圆形，该圆形的直径即为套管2的最小内径。弥散段13的外壁面具有多个第一弥散槽132。第一弥散槽132为弥散段13的外壁面沿弥散段13的径向向弥散段13的中部凹陷形成。第一弥散槽132沿中心管1的轴向延伸，第一弥散槽132沿中心管1的轴向贯通弥散段13。弥散段13的外壁面的尺寸即为弥散段13的最大外径。外层通道21中的天然气经过第一弥散槽132的作用，能够在一定程度上被分散为多股射流射入预混区31中，天然气的气流速度得到增加。一方面，气流速度的增加能够避免回火现象的发生，另一方面，更快的气流速度使得天然气能够在预混区31中与助燃气体实现更均匀地混合。
[0050]
可选地，第一弥散槽132的延伸方向与中心管1的轴向相互平行，即第一弥散槽132可以为平行于中心管1的轴向的直沟槽。或者，第一弥散槽132可为螺旋状，螺旋状的第一弥散槽132围绕中心管1的轴向螺旋。优选地，第一弥散槽132的延伸方向与中心管1的轴向相互平行，多个第一弥散槽132围绕弥散段13等间隔排布。这种设计使得弥散段13的结构和第
一弥散槽132的排布更加合理。
[0051]
作为示例(图中未示出)，弥散段13横截面外沿形状为圆形，该圆形的直径即为弥散段13的最大外径。套管2的内壁面沿套管2的径向向远离套管2的中部方向凹陷形成多个第二弥散槽。套管2内壁面的尺寸即为套管2的最小内径。第二弥散槽的作用、形状和排布可以参考第一弥散槽132，这里不作赘述。
[0052]
作为示例，弥散段13上设有第一弥散槽132的同时，套管2上设有第二弥散槽。优选地，多个第一弥散槽132和多个第二弥散槽在中心管1的径向上一一对应。其中，中心管1的径向与套管2的径向可以是一致的。
[0053]
在另一实施例中，中心管1和套管2均为圆管。弥散段13的最大外径等于套管2的最小内径，或者说，弥散段13的最大外径与套管2的最小内径一致，使得套管2的内壁面与弥散段13相接触。
[0054]
作为示例，如图3所示，套管2横截面的内沿为圆形，该圆形的直径即为套管2的最小内径，弥散段13的外壁面具有多个第三弥散槽133。第三弥散槽133延中心管1的轴向延伸。第三弥散槽133为弥散段13的外壁面沿弥散段13的径向向弥散段13的中部凹陷形成。套管2的内壁面覆盖每个第三弥散槽133的外端部以便形成弥散通道，外层通道21通过多个该弥散通道与预混区31连通，即外层通道21内的天然气通过多个该弥散通道进入到预混区31中。外层通道21中的天然气经过第三弥散槽133的作用，能够被彻底分散为多股射流射入预混区31中，天然气气流的速度得到进一步提升。一方面，气流速度增加能够避免回火现象的发生，另一方面，更快的气流速度使得天然气能够在预混区31中与助燃气体实现更均匀地混合。第三弥散槽133的形状和排布可以参考第一弥散槽132，这里不作赘述。
[0055]
作为示例，弥散段13横截面的外沿为圆形，套管2的内壁面沿套管2的径向向远离套管2的中部方向凹陷形成多个第四弥散槽(图中未示出)。弥散段13的外壁面覆盖每个第四弥散槽的内端部以便形成弥散通道，外层通道21通过多个该弥散通道与预混区31连通，即外层通道21内的天然气通过多个该弥散通道进入到预混区31中。第四弥散槽的作用、形状和排布可以参考第三弥散槽133，这里不作赘述。
[0056]
作为示例，弥散段13上设有第三弥散槽133的同时，套管2上设有第四弥散槽。优选地，多个第三弥散槽133和多个第四弥散槽在中心管1的径向上一一对应。
[0057]
可选地，第一弥散槽132、第二弥散槽、第三弥散槽133和第四弥散槽的横截面可以为矩形、梯形或三角形。需要说明的是，本领域的技术人员可根据经验或实际情况需要选择设计，这里不作具体限制。
[0058]
如图1所示，预混区31的横截面的面积沿邻近分流器4的方向减小。即预混区31的横截面的面积从后向前减小，也就是说，预混区31的横截面的面积延气体喷流方向减小。优选地，预混区31为渐缩结构，渐缩结构是指预混区31的横截面的面积沿邻近分流器4的方向逐渐地、均匀地减小。这种结构使得预混区31内的预混气体的喷流速度沿着气体喷流方向而逐渐提升，预混气体从而可以以更高的速度喷入熔池内部，充分搅动侧吹炉内熔体，促进炉内反应的充分进行。
[0059]
优选地，预混区31为圆台状，即预混区31的横截面为圆形。可选地，所述预混区的锥角范围为3
°-
10
°
。
[0060]
如图1-图4所示，分流器4包括多个沿其轴向延伸的分流孔41，每个分流孔41与预
混区31连通。预混区31内的预混气体通过多个分流孔41从分流器4的前端喷射出侧吹喷枪。预混气体被多个分流孔41分为多股射流，从而预混气体的气流速度得到进一步提升，气流以较高速度喷入熔池内部，能够充分搅动侧吹炉内熔体，促进炉内反应的充分进行，并且气流速度的增加能够避免回火现象的发生。并且，高速气流还可以起到冷却侧吹喷枪的作用，从而延长侧吹喷枪的使用寿命。
[0061]
进一步地，分流孔41合理的间距和排布可以进一步防止喷枪出现回火现象。可选地，多个分流孔41包括主分流孔411和多个副分流孔412，主分流孔411位于分流器4的中部。可选地，主分流孔411为圆孔，主分流孔411的中心轴线与分流器4的中心轴线重合。多个副分流孔412围绕主分流孔411间隔排布。优选地，多个副分流孔412围绕主分流孔411等间隔排布。具体地，位于分流器4中部的主分流孔411的横截面为圆形，围绕该主分流孔411的多个副分流孔412的横截面为扇形。这种设计使得分流器4的结构以及分流孔41的排布更加合理。
[0062]
在其他实施例中，分流孔41的横截面还可以为矩形或三角形等合理的其他形状，这里不作赘述。
[0063]
优选地，中心管1、套管2、预混管3和分流器4同轴，也就是说，中心管1的中心轴线、套管2的中心轴线、预混管3的中心轴线和分流器4的中心轴线重合。该设计使得本发明实施例的侧吹喷枪的结构更合理。
[0064]
可选地，中心管1、套管2、预混管3和分流器4均为不锈钢材质。
[0065]
如图1-图4所示，本发明实施例的侧吹喷枪还包括中心管进气管道和套管进气管道，中心管进气管道与中心管1的远离分流器4的端部相连，套管进气管道与套管2的远离分流器4的端部相连。即该中心管进气管道与中心管1的后端相连，该套管进气管道与套管2的后端相连。该中心管进气管道用于向中心通道11中通入助燃气体，该套管进气管道用于向外层通道21中通入天然气。
[0066]
作为示例，中心管进气管道包括中心管管座5，中心管管座5具有中心管进气通道51，中心管进气通道51与中心通道11连通。
[0067]
作为示例，套管进气管道包括套管管座6，套管管座6具有套管进气通道61，套管进气通道61与外层通道21连通。
[0068]
作为示例，套管管座6套设在中心管上1，套管管座6与中心管1限定出燃气室62，套管进气通道61通过燃气室62与外层通道21连通。天然气从套管进气通道61进入燃气室62，而后进入外层通道21中。燃气室62的设置能够大大降低气体阻力，降低了能耗和成本。
[0069]
本发明的另一方面实施例提供了一种熔炼炉，包括炉体和侧吹喷枪100，侧吹喷枪100为本发明实施例中的侧吹喷枪100，炉体具有炉腔，侧吹喷枪100的伸入该炉腔中，向该炉腔中喷射助燃气体和天然气等气体。
[0070]
本发明的这种实施例提供了的熔炼炉具有安全系数高、性能优异等特点。
[0071]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0072]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0073]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0074]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
[0075]
在本发明中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0076]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

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