一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器

技术领域

本发明涉及冶金熔池熔炼以及循环利用技术领域，特别是涉及一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器。

背景技术

熔池熔炼反应器为火法冶金反应器中的一类，目前常用的有顶吹熔池熔炼反应器、侧吹熔池熔炼反应器和底吹熔池熔炼反应器。

富氧顶吹熔池熔炼反应器是从炉顶往炉内插入喷枪，喷枪出口距熔池液面一定高度或浸没于熔体之中。根据冶金反应的需要，喷入反应气体，在湍动的熔池内完成化学反应。但是喷枪从炉顶插入熔体，容易被烧损，需要经常更换，同时，喷枪浸没在熔体中也容易烧损，喷枪难以承受高浓度富氧空气。

富氧侧吹熔池熔炼反应器是通过多个浸没式的侧吹风口对熔池进行富氧熔炼，当熔池熔炼反应器出现炉结时，不易处理，对入炉料及工艺参数的精细化控制要求高，物料适应性较差。

因此，亟需一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器，以解决现有技术存在的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器，包括钢架，所述钢架内固接有上炉体，所述上炉体内可拆卸连接有富氧顶吹喷枪，所述富氧顶吹喷枪顶部伸出所述上炉体外且连通有水循环冷却器，所述上炉体底面固接并连通有铜管水套，所述铜管水套与所述钢架固接，所述铜管水套侧壁周向固接并连通有若干富氧侧吹喷枪，所述铜管水套底部固接并连通有下炉体，所述下炉体与所述钢架固接，所述下炉体侧壁开设有金属流出口，所述金属流出口下方设有传送带，所述传送带远离所述金属流出口的一端伸入进一步反应器内。

优选的，所述上炉体顶部一侧固接并连通有加料管，另一侧固接并连通有出烟管。

优选的，所述上炉体侧壁安装有观察门。

优选的，所述上炉体开设有吹风口，所述吹风口位于所述观察门下方。

优选的，所述下炉体远离所述金属流出口的一侧开设有出渣口。

优选的，所述上炉体和所述下炉体分别由耐火材料砌筑而成，所述上炉体内径6-6.5m，高5-6m，所述下炉体内部为反拱形结构，所述下炉体外径6.5-7m，高4.5-5m。

优选的，所述富氧侧吹喷枪设置在所述铜管水套靠近底部的位置，且位于所述下炉体向上3.5-4m的位置。

优选的，所述富氧侧吹喷枪的尺寸为3.5-4mm。

优选的，所述吹风口距所述上炉体顶部3-3.5m，所述吹风口直径20-100mm。

优选的，所述铜管水套厚度为19mm。

本发明公开了以下技术效果：上炉体和下炉体均为圆柱形，避免了反应器内熔体搅拌不均匀，解决了炉身拐角炉结严重的问题，使其具有结构较为简单、原料适应性强、资源利用率高等优点；富氧顶吹喷枪可沿上炉体方向升降，易于更换，并且使烟气成分相对改变，解决富氧浓度受限的问题，更加环保，富氧顶吹喷枪和富氧侧吹喷枪均连通有燃料管，并采取双燃料型，可实现两两组合或单独使用一种燃料的作用；富氧顶吹喷枪还与水循环冷却器连通，提升其耐高温特性，降低富氧顶吹喷枪的损耗，并且能够调节烟气成分；上炉体顶部由铜水套或吊挂铜质水冷件拼接而成，铜水套或吊挂铜质水冷件镶镁铬砖后可作为炉顶使用；冶炼或除杂完毕的金属通过传送带运至进一步反应器内，传送带由电机驱动，材质选用耐高温橡胶，尺寸视传送长度决定。本发明结构较为简单，耐高温能力较强，不易损坏，可以减少损耗、延长使用寿命；同时，由于加入侧吹喷枪，可使熔池搅拌更加均匀，并有效加快反应速率，提高生产效率，降低能耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明熔炼反应器的侧视图；

图3为本发明铜管水套的俯视图；

图4为本发明水循环冷却器与富氧顶吹喷枪的装配图；

图5为本发明传送带的结构示意图；

其中，1、上炉体；2、钢架；3、铜管水套；4、下炉体；5、富氧顶吹喷枪；6、加料管；7、出烟管；8、吹风口；9、富氧侧吹喷枪；10、金属流出口；11、出渣口；12、观察门；13、传送带；14、进一步反应器；15、水循环冷却器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

实施例1

参照图1-5，本发明提供一种圆形立式顶侧复合强化熔炼搅拌反应器，包括钢架2，钢架2内固接有上炉体1，上炉体1内可拆卸连接有富氧顶吹喷枪5，富氧顶吹喷枪5顶部伸出上炉体1外且连通有水循环冷却器15，上炉体1底面固接并连通有铜管水套3，铜管水套3与钢架2固接，铜管水套3侧壁周向固接并连通有若干富氧侧吹喷枪9，铜管水套3底部固接并连通有下炉体4，下炉体4与钢架2固接，下炉体4侧壁开设有金属流出口10，金属流出口10下方设有传送带13，传送带13远离金属流出口10的一端伸入进一步反应器14内。

上炉体1和下炉体4均为圆形，避免了反应器内熔体搅拌不均匀，解决了炉身拐角炉结严重的问题，使其具有结构较为简单、原料适应性强、资源利用率高、自动化程度高等优点；富氧顶吹喷枪5可沿上炉体1方向升降，易于更换，并且使烟气成分相对改变，解决富氧浓度受限的问题，更加环保，富氧顶吹喷枪5和富氧侧吹喷枪9均连通有燃料管，并采取双燃料型，可实现两两组合或单独使用一种燃料的作用；富氧顶吹喷枪5还与水循环冷却器15连通，提升其耐高温特性，降低富氧顶吹喷枪5的损耗，并且能够调节烟气成分；上炉体1顶部由铜水套或吊挂铜质水冷件拼接而成，铜水套或吊挂铜质水冷件镶镁铬砖后可作为炉顶使用；冶炼或除杂完毕的金属通过传送带13运至进一步反应器14内，传送带13由电机驱动，材质选用耐高温橡胶，尺寸视传送长度决定。本发明结构较为简单，耐高温能力较强，不易损坏，可以减少损耗、延长使用寿命；同时，由于加入侧吹喷枪，可使熔池搅拌更加均匀，并有效加快反应速率，提高生产效率，降低能耗。

进一步的，未进行生产或富氧顶吹喷枪5出现故障需要更换时，富氧顶吹喷枪5上升至炉顶外，当物料进入反应器内后，富氧顶吹喷枪5下降，进行富氧喷吹，提供燃料和反应所需气体，升降主要通过自动控制实现，首先获取富氧顶吹喷枪5与其所朝的液面之间的直线距离，并发送距离信号；通过距离信号，带动富氧顶吹喷枪5运动，使第一距离达到预设距离，通过移动机构，动态地移动富氧顶吹喷枪5，使得富氧顶吹喷枪5和熔体液面始终保持预设距离。这一预设距离可以防止富氧顶吹喷枪5因过热而发生熔化，损坏，从而在保证富氧顶吹喷枪5射流的搅拌效果的前提下，最大限度地防止富氧顶吹喷枪5枪头熔化。

进一步优化方案，上炉体1顶部一侧固接并连通有加料管6，另一侧固接并连通有出烟管7。通过加料管6进行物料的添加，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉。

进一步的，富氧顶吹喷枪5和富氧侧吹喷枪9具备非线性混沌调节功能。需要非线性混沌调节的熔池熔炼采取一种混沌控制方法，具体步骤包括：

所需浓度的氧气和氮气分别进入富氧顶吹喷枪5及富氧侧吹喷枪9；

氧气和氮气在内部可调节通道的作用下，以非线性变化的形式喷入熔炼炉内；

获取熔体运动状态，并通过合适的信号转换器判断并获取熔炼炉内熔炼区的混沌状态信息；

相连计算机根据混沌状态信息发出混沌程序命令；

混沌程序命令可调节通道的旋转角度，即可调节通道开度，由此实现气体流量的非线性变化；

混沌程序命令基于改进型Logistic映射产生混沌序列来实现，该序列具有遍历性和不可预测性，其公式为：x

加入非线性混沌调节，使混合搅拌更加均匀，提高熔炼炉作业率。

进一步优化方案，上炉体1侧壁安装有观察门12。观察门12距炉顶2-2.5m，观察门12尺寸为50*50cm，观察门12材质为厚度为10cm的耐高温石英玻璃，在观察门12外架设摄像机或监控设备，方便实时远程向计算机传送炉内反应状态。

进一步优化方案，上炉体1开设有吹风口8，吹风口8位于观察门12下方。吹风口8可采取不同类型，可设置为加宽型或实心型，也可根据实际情况进行相应设置。

进一步优化方案，下炉体4远离金属流出口10的一侧开设有出渣口11。由于金属与渣料密度不同，且金属密度大，沉底，将金属流出口10设置在出渣口11下面即可实现分离。

进一步优化方案，上炉体1和下炉体4分别由耐火材料砌筑而成，上炉体1内径6-6.5m，高5-6m，下炉体4内部为反拱形结构，下炉体4外径6.5-7m，高4.5-5m。

进一步优化方案，富氧侧吹喷枪9设置在铜管水套3靠近底部的位置，且位于下炉体4向上3.5-4m的位置。此位置为熔池反应层，可以加快反应速率，降低能耗。

进一步优化方案，富氧侧吹喷枪9的尺寸为3.5-4mm。

进一步优化方案，吹风口8距上炉体1顶部3-3.5m，吹风口8直径20-100mm。

进一步优化方案，铜管水套3厚度为19mm。尺寸可根据常规需求进行设计，具体针对不同冶炼要求和实际情况进行改进。

本发明的工作流程：

将物料通过加料管6送入下炉体4的熔池区，富氧顶吹喷枪5将混合有燃料的压缩空气、纯氧气或富氧气体喷射到下炉体4的熔池区，使熔体涡动和翻腾并与之发生氧化或还原反应；同时，富氧侧吹喷枪9喷入燃料、空气、纯氧气或富氧空气，使熔体翻腾并形成大量分散气泡，让熔池区产生剧烈搅拌的效果并与之发生氧化或还原反应；搅拌一定时间，富氧顶吹喷枪5再向上运动至上炉体1的烟气区，并喷入反应所需氧气，调节上炉体1内部的气体组成保证烟气达标排放，以保障生产的安全环保与产出金属的连续稳定，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉，渣和金属在炉缸内实现分离后分别从出渣口11和金属流出口10流出。

为使上述技术方案更加清楚，通过以下几种实施例详细介绍熔炼不同类型的金属。

实施例2

以该发明处理铜精矿产出冰铜为例进行详细说明：

硫化铜精矿、熔剂从加料管6加入，含氧浓度50％-75％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内渣层，物料在熔池反应区域内快速熔化反应生成冰铜和炉渣，冰铜液滴在强烈搅拌熔体作用下碰撞长大，冰铜在富氧侧吹喷枪9以下区域与炉渣进一步分离，渣从出渣口11排出，冰铜从金属流出口10定期放出。空气或富氧空气通过设于上炉体1的吹风口8鼓入炉体气相空间，同时，富氧顶吹喷枪5上移，将烟气中的单质硫进一步燃烧，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉回收余热。

实施例3

以该发明处理镍精矿产出冰镍为例进行详细说明：

硫化镍精矿、熔剂从加料管6加入，含氧浓度50％-75％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内渣层，物料在熔池反应区域内快速熔化反应生成冰镍和炉渣，冰镍液滴在强烈搅拌熔体作用下碰撞长大，冰镍在富氧侧吹喷枪9以下区域与炉渣进一步分离，渣从出渣口11排出，冰镍从金属流出口10定期放出。空气或富氧空气通过设于上炉体1的吹风口8鼓入炉体气相空间，同时，富氧顶吹喷枪5上移，将烟气中的单质硫进一步燃烧，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉回收余热。

实施例4

以该发明处理含铜固废为例进行详细说明：

电镀污泥首先通过干燥设备进行干燥至含水30％～50％，干燥后的污泥、熔剂、煤通过计量皮带从加料管6加入，含氧浓度62％～65％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内，粉煤通过粉煤喷枪喷入炉内，物料在熔池反应区域内快速反应生成粗铜，粗铜液滴在强烈搅拌熔体作用下碰撞长大，粗铜在富氧侧吹喷枪9以下区域与炉渣进一步分离，渣从出渣口11排除，粗铜从金属流出口10定期放出。空气或富氧空气通过设于上炉体1的吹风口8鼓入炉体气相空间，将烟气中的单质硫进一步燃烧，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉回收余热。

实施例5

以该发明处理从铅阳极泥等二次资源中综合回收各种有价金属为例进行详细说明：

铅阳极泥污泥、熔剂、煤通过计量皮带从加料管6加入，含氧浓度25％～30％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内，粉煤通过粉煤喷枪喷入炉内，物料在熔池反应区域内快速反应进行脱砷。含氧浓度50％～70％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内，粉煤通过粉煤喷枪喷入炉内，物料在熔池反应区域内快速反应进行脱铋。含氧浓度25％～30％(体积)的富氧空气通过炉顶富氧顶吹喷枪5以及下炉体4铜管水套3处的富氧侧吹喷枪9鼓入炉内，粉煤通过粉煤喷枪喷入炉内，物料在熔池反应区域内快速反应进行脱铜。空气或富氧空气通过设于上炉体1的吹风口8鼓入炉体气相空间，将烟气中的单质硫进一步燃烧，烟气从出烟管7排出进入余热锅炉回收余热。

实施例6

以该发明处理废旧电路板、电线和元器件等回收利用为例进行详细说明：

废旧印刷电路板、电线和元器件等物料直接进人熔池中内，由富氧顶吹喷枪5鼓入熔炼炉内的富氧气体以及柴油(或其他燃料)对熔体进行搅拌，物料快速熔人熔体中。通过调整燃料流量和富氧顶吹喷枪5富氧空气的风量，控制熔炼炉内温度在1200～1250℃，冶炼过程中废旧印刷电路板中的铜箔熔化，并沉积在熔炼炉底部，铜液定期从金属流出口10排出，铸成铜锭；熔融炉渣定期从出渣口11排出。熔炼过程产生的烟气由炉顶出烟管7排出。

实施例7

以该发明处理熔融还原铁氧化物生成铁为例进行详细说明：

在生成过程中以还原煤作为主要的能源，将混合好的铁矿石、煤粉和熔剂直接由加料管6加到熔池中，富氧空气和氮气在不同的压力下由浸入到熔池的富氧顶吹喷枪5以及富氧侧吹喷枪9喷吹到炉内，在高温状态下，进入到熔池中的碳一部分燃烧放出大量的热量，一部分溶解在高温熔池中将铁氧化物还原，生产出液态铁水，从金属流出口10排出。在1450—1650℃高温条件下，还原煤迅速地融解在铁液中，从而与预热过的铁氧化物发生反应，产生铁和CO；熔炼过程产生的烟气由炉顶出烟管7排出。

此发明不局限于以上实施例所含的物料，还适用于液态铅渣还原、废铅酸蓄电池铅膏、有色金属冶炼废物、锌浸渣、铜精矿等固体废物和从二次资源中综合回收各种有价金属领域，可以用于危险固体废物无害化及资源化处置。本发明可以通过炉内气氛的控制，实现烟气回收利用；本发明富氧侧吹喷枪9数量可以视实际情况进行增减；本发明喷吹方式还可根据需求选用混沌喷吹或者脉冲喷吹；本发明既可以用于氧化熔炼也可以用于还原熔炼。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，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。

以上所述的实施例仅是对本发明的优选方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。