一种浸没式顶吹转炉

技术领域

本发明涉及浸没式顶吹熔池熔炼领域，尤其涉及一种炉子转动的浸没式顶吹熔池熔炼。

背景技术

现有技术中，在处理阳极泥、含重有色金属物料、城市固体废物等物料时，目前投入运用的浸没式顶吹炉都是固定不动的，炉子不能旋转。而运用在转动的炉子喷枪主要为水冷喷枪，不能实现浸没式熔池熔炼，比如卡尔多炉，卡尔多炉需要配备一只水冷烧嘴和一只冶炼用的水冷超音速喷枪，卡尔多炉存在如下不足：

1、能耗高；冶炼喷枪外部水套，需通入水进行冷却，喷嘴结构为拉瓦喷嘴，需要超音速流速才能把熔体冲开，富氧空气才能和内部的熔体接触反应，喷枪富氧空气需要的压力高，加压富氧空气的动力消耗大。

2、喷枪容易结渣堵塞；由于喷枪和烧嘴为水冷外套，熔融态的渣或熔体喷溅在枪头容易被凝固，枪头变得越来越小，最终被堵塞。

3、操作复杂；卡尔多炉加热需要通过烧嘴进行加热升温，冶炼操作时需要插入喷枪，如果炉子温度下降，插入喷枪冶炼的同时，还要插入烧嘴进行升温，操作人员需要同时操作烧嘴和喷枪，操作复杂。

4、配套设施多；卡尔多炉在操作过程中，需要同时插入喷枪和烧嘴，必须配套喷枪和烧嘴升降设施。

5、炉子喷溅严重；卡尔多炉采用超音速拉瓦喷嘴，高速喷出的流体在熔体上方冲开熔体，因此熔体喷溅大，炉口结渣严重。

6、富氧空气和熔体混合效果差；卡尔多炉超音速喷枪和熔体混合是通过超音速喷射出去的富氧空气喷入熔体中进行混合，熔体只能在冲击处和富氧空气混合，远离喷射点的熔体不能和富氧空气接触，富氧空气的利用率低。

7、卡尔多炉通过炉体的自身旋转来混合物料，炉体结构复杂，耐火材料磨损严重，耐材损耗快。

8、卡尔多炉提取渣样，必须停止冶炼并把炉子转到放渣角度才可以取样，喷吹冶炼过程中无法分析熔体的成分。

9、卡尔多炉间断加料，加料的时候炉子必须停止喷吹冶炼，转到加料角度，加料不连续，炉温波动大，炉寿短。

10、卡尔多炉的支撑支耳直接和驱动装置连接，需要的力矩大，无法克服炉子的振动冲击。

发明内容

本发明的目的是提供一种浸没式顶吹转炉。

本发明的创新点在于设备结构简单，可实现浸没入喷吹，方便检测，便于观察，将浸没式顶吹喷枪伸入到所需冶炼的熔体内，通过喷枪旋流器，实现熔体的搅动。喷枪从顶部垂直插入转炉内，冶炼过程中，物料连续加入炉内。采用喷枪内部的工艺风冷却喷枪，枪头温度高，熔体不会堵塞喷枪口，且由于浸没式顶吹喷枪直接插入熔池，浸没式顶吹喷枪流速不需要太高，炉子喷溅小。根据熔池的温度变化，实时调整喷枪的燃料流量，快速提高熔池的温度，从而满足炉子冶炼的温度要求，也大幅度提高了金属冶炼的效率，节省了能源。在冶炼过程中，插入探测棒提取熔体样品进行分析，实时掌握熔体的冶炼情况。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案是：一种浸没式顶吹转炉，包括转炉本体，转炉本体底部的封头，其特征在于炉口开设于转炉本体顶部，炉口用于冶炼所需的物料加入、产出的炉渣排出、金属产品的排放和产出的烟气的排放，从炉口内插入转炉本体的至少一根顶吹喷枪和/或至少一根探测棒，顶吹喷枪为浸没式喷枪。

作为优选，顶吹喷枪为拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪。

作为优选，转炉本体分为上下两段，下段为直筒段，上段为从下至上依次缩小的变径段。口径缩小，实现炉子顺利排出不同物料，比如排渣过程中不会把金属直接带出来。

作为优选，顶吹喷枪和探测棒分别设置有一根，顶吹喷枪从顶部垂直插入转炉本体内，探测棒从顶部炉口插入转炉本体取样。

作为优选，顶吹喷枪连接钢丝绳、滑轮组、电动卷扬升降装置进行垂直升降。

作为优选，探测棒连接钢丝绳、滑轮组、电动卷扬升降装置进行垂直升降。

作为优选，转炉本体上设置有对称的支耳和支撑托圈连接，托圈压在托辊上，托辊可以转动，托辊支撑在炉体转动支撑座上，通过驱动装置对炉子进行360°旋转。采用托圈、托辊组合支撑结构，缓冲浸没式顶吹喷枪熔池搅动过程中的炉子振动。

为实现本发明目的，提供了一种浸没式顶吹转炉的冶炼方法，包括以下步骤：

A.首先将转炉本体转动到垂直向上，将顶吹喷枪插入炉膛内，对炉膛温度进行预热；

B.顶吹喷枪先通入少量的富氧空气，按氧/燃料比例通入燃料后将顶吹喷枪点燃，加大喷枪的燃料量，按比例提高富氧空气流量，提高炉体内温度到900℃以上，满足下料要求；

C.下料过程分两步首先从炉口慢速加入料量，满足堆满炉底内200-300mm厚的物料，停止加料，提高喷枪的燃料量，把喷枪火焰加大，把顶吹喷枪下降到接近物料表面进行加热化料操作;

D.待第一批物料基本熔化完毕，炉口可以看到有喷溅的熔融态的渣粒，说明熔池已经建立，继续下降顶吹喷枪，把喷枪浸没至熔体中去，开始进行浸没式顶吹熔池熔炼，加入炉内的物料被搅动的熔体充分混合熔化反应，生成炉渣和金银合金；

E.探测棒下降到转炉本体内并接触炉底，接着快速把探测棒提升到炉口上方，测量一下挂在探测棒上的凝结渣的高度，从而确定熔池的深度，当熔体深度达到大于等于1.5米，停止加料；

F.将凝结渣送去检验分析，如果样品分析结果含Ag＜0.5%，说明阳极泥已熔炼好；

G.停止熔炼，将顶吹喷枪提升到炉口外，将转炉本体倾倒放渣，熔炼渣从炉口被排出，通过炉口观察熔体的情况，如果表面的渣已全部扒除干净，炉口转至垂直朝上；

H.吹炼作业：将顶吹喷枪深入炉内，先点燃喷枪，喷枪被点燃后，调节喷枪的燃料量，加大喷枪的火焰，把顶吹喷枪气氛调整为氧化气氛，继续下降喷枪，并下降到接近金银合金熔体表面，先利用喷枪进行升温并氧化造渣，通过炉口看到有熔融态的渣粒喷溅出来，说明高温熔体表面有一层吹炼渣，继续下降喷枪，把顶吹喷枪插入熔池内进行吹炼；

I.吹炼2-3小时后，把探测棒下降到炉底并快速提升到炉口外，取吹炼渣样进行分析，如果渣中的Pb、Sb、Bi等杂质含量大于0.01%，说明吹炼终点还没到达，继续吹炼，每隔半小时提取渣样分析，直至渣中的Pb、Sb、Bi等杂质含量不大于0.01%，吹炼作业结束；

J.精炼作业：吹炼作业结束后，把炉体转到炉口垂直朝上，插入顶吹喷枪，先点燃顶吹喷枪，调整喷枪的燃料量和富氧空气量，下降喷枪到接近熔体表面，把炉内熔体温度加热升到1200℃，重复上述步骤，先在熔体表面进行氧化精炼，如果炉口有渣粒喷溅出来，说明熔体表面有精炼渣，插入探测棒提取样品进行分析，如果样品中的Te含量还很低，说明精炼终点没到；

K.把顶吹喷枪插入熔体内进行搅动精炼，间隔插入探测棒提取样品进行分析，如果样品中的Te很高，说明金银合金中的杂质很低，则表明精炼结束，拔出顶吹喷枪，把炉体转到放渣角度，先扒除精炼渣，然后倒出金银合金，整个操作全部结束。

作为优选，所述顶吹转炉倾转驱动装置采用大小齿轮传动，驱动端托圈和大齿轮通过螺栓连接，大齿轮和小齿轮配对传动，配对的小齿轮连接减速机，减速机通过带抱闸轮的联轴器连接电机。大小齿轮传动，避免在浸没式顶吹熔池熔炼过程中的振动冲击，克服浸没式顶吹转炉的晃动，炉子更稳定，驱动装置输出力矩。

作为优选，所述浸没式顶吹喷枪为拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪(引证专利号：ZL201921319414.5），所述拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪包括枪体，枪体的内腔从封闭端至开口端依次分为混合段、输送段、旋流段和紊流段，所述枪体封闭端处设有插入枪体中并延伸至紊流段的燃料管，枪体内的燃料管外套设有一导压管，导压管外壁位于旋流段处套设有旋流器，导压管外壁位于输送段处套设有若干旋流器。喷枪上的旋流器对熔池搅动更剧烈，物料混合更充分，提高反应速度。布置多个旋流器，使得浸没式顶吹喷枪耐高温性能更优。

作为优选，所述浸没式顶吹喷枪从顶部垂直插入转炉内。消除了斜插喷枪的受力不均匀，喷枪不容易弯曲。

作为优选，所述浸没式顶吹转炉自身不旋转，利用浸没式浸没式顶吹喷枪自身旋流器替代炉子旋转来搅动熔体，浸没式顶吹喷枪喷出的高速旋转流体搅动熔体，使炉内的料受热更加均匀，料熔化更快，反应速度也更快。

作为优选，浸没式顶吹转炉采用风送物料加入炉内，克服在顶吹冶炼过程中炉内烟气的向上阻力，使物料顺利加入炉内，减少在冶炼过程中烟气带走大量的物料，从而实现物料连续加入浸没式顶吹转炉。

本发明的有益效果是 ：

1、本发明中炉子的反应效率高，由于浸没式顶吹喷枪可以直接插入熔池，且浸没式顶吹喷枪内设有旋流器，浸没式顶吹喷枪对熔池的搅动剧烈，物料混合更为均匀，提高了炉子内的反应效率。

2、本发明的加料连续，炉温稳定。利用浸没式顶吹喷枪熔池熔炼，实现物料连续加入，中途不需要停止冶炼来加料，提高炉子的作业率，减少炉子热量损失。

3、本发明的能耗低，由于浸没式顶吹喷枪直接插入熔池，浸没式顶吹喷枪流速不需要太高，只需要维持浸没式顶吹喷枪冷却所需要的流速。浸没式顶吹喷枪内的富氧空气压力低，富氧空气加压所需的动力消耗低。

3、本发明中的炉子喷溅小，浸没式顶吹转炉的喷枪是直接插入熔池，喷枪喷出的流体是直接用来推动熔体的搅动，因此，熔池的喷溅小。

4、本发明中的浸没式顶吹转炉的喷枪不易堵塞，浸没式顶吹喷枪通过富氧空气进行冷却，枪头温度高，即使枪头结渣，只需提高浸没式顶吹喷枪的燃料流量，通过喷枪火焰对结渣进行熔化清理，或是直接把喷枪插入熔池上下涮洗，枪头的结渣被冲刷掉，因此，浸没式顶吹转炉生产持续性更高。

5、本发明中操作更为简便，只需要一根浸没式顶吹喷枪即可完成炉子的加热和冶炼。

6、本发明中的设备安全性更高，浸没式顶吹转炉的喷枪是通过富氧空气进行冷却，没有漏水的风险，因此，不会发生漏水引起的炉子爆炸事故，安全系数更高。

7、本发明中的浸没式顶吹转炉结构简单，制造方便。利用浸没式顶吹喷枪的旋流器取代炉子的旋转搅拌，顶吹转炉不需设置炉子自身旋转机构，。

8、本发明中熔池内的温度控制更为精准，浸没式顶吹转炉的喷枪直接插入熔池，根据熔池的温度变化，实时调整喷枪的燃料流量，快速提高熔池的温度，从而满足炉子冶炼的温度要求。

9、本发明实现在冶炼过程中取样分析，喷枪在插入炉内冶炼过程中，把探测棒插入炉内熔体中提取熔体样，通过样品的分析，实时调整冶炼操作，操作更精确。

附图说明

图1为实施例1的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1：如图1所示，一种浸没式顶吹转炉，包括顶吹转炉本体1，顶吹转炉本体1底部为封头，下部为直筒段，上段为从下至上依次缩小的变径段，顶部为炉口1.1。炉口1.1插入有浸没式顶吹喷枪2和探测棒3。炉口1.1满足加料、排烟、放渣和出金属等各项功能要求。顶吹转炉本体1通过支耳8和托圈9连接，托圈9支撑在托辊10上，托辊10支撑在炉子转动支撑座上，转动支座做固定在混凝土支墩14上，驱动端的大托圈9和大齿圈11连接，大齿圈11和小齿圈12配对传动，小齿圈固定在混凝土支墩14上，小齿圈通过联轴器和顶吹转炉倾转驱动装置13连接，倾转驱动装置13设有减速机、制动器、交流电机和直流电机等设备。浸没式顶吹喷枪2通过导向轮5和钢丝绳6连接到一号升降驱动装置4上，一号升降驱动装置4和导向轮5与地面或支架连接固定。探测棒3通过导向轮5和钢丝绳6连接到二号升降驱动装置7，探测棒二号升降驱动装置7和导向轮5固定在地面或支架上。一号升降驱动装置4和二号升降驱动装置7为电动机构，实现自动控制。浸没式顶吹喷枪2垂直从顶部插入转炉内，物料通过风送方式连续不断地从炉口1.1加入炉内。浸没式顶吹喷枪2为拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪。

浸没式顶吹转炉处理铜阳极泥具体操作过程：

首先将浸没式顶吹转炉本体1转动到垂直向上，通过喷枪一号升降驱动装置4将拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪2插入炉膛内，如果炉膛温度过低，在炉子内丢入一些木材并点燃，保证炉膛内有明火。浸没式顶吹喷枪先通入少量的富氧空气，按氧/燃料比例通入燃料后将拉瓦喷射浸没式顶吹喷枪点燃，浸没式顶吹喷枪2被点燃后，加大喷枪的燃料量，按比例提高富氧空气流量，通过浸没式顶吹喷枪2对炉体进行升温，提高炉体内温度到900℃以上，满足下料要求。

下料过程分两步首先从炉顶加料口慢速加入料量，满足堆满炉底内300mm厚的物料，停止加料，，提高喷枪的燃料量，把喷枪火焰加大，把浸没式顶吹喷枪2下降到接近物料表面进行加热化料操作。待第一批物料基本熔化完毕，炉口可以看到有喷溅的熔融态的渣粒，说明熔池已经建立，继续下降浸没式顶吹喷枪2，把喷枪2浸没到熔体中去，开始进行浸没式顶吹熔池熔炼，由于喷枪的旋流器的作用，喷出去的旋转流体快速搅动熔体，熔体快速升温，重新启动下料，加大下料量。物料连续不断地从炉顶加入炉内，加入炉内的物料被搅动的熔体充分混合熔化反应，生成炉渣和金银合金。通过探测棒二号升降驱动装置7把探测棒3下降到炉内并接触炉底，接着有快速把探测棒3提升到顶吹转炉1炉口上方，测量一下挂在探测棒上的凝结渣的高度，从而确定熔池的深度，当熔体深度达到1.5米左右时，停止加料，也可以通过计算加入总的物料量来确定熔池深度。把探测棒3上的凝结渣敲一块下来，装在样袋里，把样品送去检验分析，如果样品分析结果含Ag＜0.5%，说明阳极泥已熔炼好。停止熔炼，通过喷枪升降驱动装置4浸没式顶吹喷枪2提升到转炉1炉口外，把转炉2通过倾转装置13转到放渣角度，熔炼渣从转炉2炉口被排出，如果渣的流动性不好，通过工具把炉渣从炉口强行拔扒出炉子外。通过炉口观察熔体的情况，如果表面的渣已全部扒除干净，通过炉子倾转装置13把炉子转到炉口垂直朝上。

通过喷枪升降驱动装置13把浸没式顶吹喷枪2深入炉内，先点燃喷枪，喷枪被点燃后，调节喷枪的燃料量，加大喷枪的火焰，把浸没式顶吹喷枪2气氛调整为氧化气氛，顶吹转炉本体1进入吹炼操作。继续下降喷枪2，并下降到接近金银合金熔体表面，先利用喷枪进行升温并氧化造渣，通过炉口看到有熔融态的渣粒喷溅出来，说明高温熔体表面有一层吹炼渣，通过喷枪升降驱动装置4继续下降喷枪，把浸没式顶吹喷枪2插入熔池内进行吹炼。吹炼2小时后，通过探测棒二号升降驱动装置7把探测棒3下降到炉底并快速提升到炉口外，敲下探测棒3上的吹炼渣样进行分析，如果渣中的Pb、Sb、Bi等杂质含量大于0.01%，说明吹炼终点还没到达，继续吹炼，隔半小时后又提取渣样分析，直至渣中的Pb、Sb、Bi等杂质含量不大于0.01%，则表明到达吹炼作业终点。

浸没式顶吹喷枪2吹炼结束后，拔出浸没式顶吹喷枪2，把转炉1转到放渣角度，借助专用工具把熔体表面的吹炼渣扒除干净，以便于下一步精炼作业。通过样勺舀取合金进行分析，根据合金含Te量来确定加入苏打量，直接在放渣角度加入，人工加入一定量的苏打。

吹炼作业结束后，把炉体转到炉口垂直朝上，插入浸没式顶吹喷枪2进入精炼作业。先点燃浸没式顶吹喷枪2，调整喷枪的燃料量和富氧空气量，下降喷枪到接近熔体表面，把炉内熔体温度加热升到1200℃，重复上述步骤，现在熔体表面进行氧化精炼，如果炉口有渣粒喷溅出来，说明熔体表面有精炼渣，插入探测棒提取样品进行分析，如果样品中的Te含量还很低，说明精炼终点没到。把浸没式顶吹喷枪2插入熔体内进行搅动精炼，精炼一段时间后，插入探测棒提取样品进行分析，如果样品中的Te很高，说明金银合金中的杂质很低，则表明精炼结束，拔出浸没式顶吹喷枪2，把炉体转到放渣角度，先扒除精炼渣，然后倒出金银合金，整个操作全部结束。

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。