[發明專利]在氣流中產生渦旋

有效

• 申請號: 200710303530.3
• 申請日: 2007-12-14
• 公開（公告）號: CN101294771A
• 公開（公告）日: 2008-10-29
• 發明（設計）人: 德里克·登格爾;喬治·欽格爾三世;托德·史密斯
• 申請（專利權）人: 技術資源有限公司
• 主分類號: F27D3/16
• 分類號: F27D3/16;F27D7/02;C21C5/46;C21C5/32;C21C7/04
• 代理公司: 中原信達知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 梁曉廣;陸錦華

技術領域

本發明涉及用于在氣流中產生渦旋的渦旋產生器。本發明尤其應用于(但不限于)用于在高溫條件下將具有渦旋的氣流注入到冶金容器內的裝置。這種冶金容器可以例如是一種熔煉容器，在該熔煉容器中通過直接熔煉工藝生產熔融金屬。

背景技術

美國專利6083296中描述了一種公知的直接熔煉工藝，該直接熔煉工藝依靠熔融金屬層作為反應介質，并通常稱作HIsmelt工藝。該專利中描述的HIsmelt工藝包括：

(a)在容器中形成熔融鐵和熔渣的熔池；

(b)向該熔池中注入：

(i)含金屬的供料，一般為金屬氧化物；和

(ii)固體含碳材料，一般為煤，該固體含碳材料用作金屬氧化物的還原劑，并用作能量源；以及

(c)在金屬層中將含金屬的供料熔煉成金屬。

術語“熔煉”在此應理解為表示其中發生還原金屬氧化物的化學反應以產生液態金屬的熱處理。

HIsmelt工藝還包括在熔池上方的空間中用含氧氣體后燃燒反應氣體(諸如從熔池中釋放的CO和H₂)，并且將后燃燒所產生的熱傳遞到熔池，以提供熔煉含金屬的供料所需的熱能。

HIsmelt工藝還包括在熔池的名義靜止表面上方形成過渡區，在該過渡區中存在大量的先上升后下降的熔融金屬和/或熔渣的液滴、飛濺物或液流，它們成為將在熔池上方后燃燒反應氣體所產生的熱能傳遞到熔池的有效介質。

在HIsmelt工藝中，通過多個噴槍/風口將含金屬的供料和固體含碳材料注入到金屬層中，所述噴槍/風口與垂直方向傾斜成向下并向內延伸穿過熔煉容器的側壁并進入容器的下部區域內，從而將所述固體材料送入容器底部中的金屬層中。為了促進容器上部中反應氣體的后燃燒，通過向下延伸的熱空氣注入噴槍將可能富氧的熱空氣流注入到容器的上部區域內。為了促進容器上部中氣體的有效后燃燒，期望引入的熱空氣流以渦旋運動離開噴槍。為此，噴槍的出口端可以配有內部流動引導件，以產生適當的渦旋運動。容器的上部區域可達到大約2000℃的溫度，并且熱空氣可以約1100℃-1400℃的溫度送入噴槍中。因此，該噴槍必須能夠在內部和外壁上經受極高的溫度，尤其是在其伸入到容器的燃燒區域中的噴槍輸送端處。

美國專利6440356公開了一種氣體注入噴槍構造，該構造設計成滿足在HIsmelt工藝中遇到的極端條件。在該構造中，流動引導件是安裝在氣流導管的前端處的中心體上的螺旋葉片的形式。這些葉片連接到氣流導管壁并且在內部通過流經導管壁內的供給和回流通道的冷卻水進行水冷。美國專利6673305公開了一種替選的噴槍構造，在該構造中，螺旋流動引導葉片安裝在延伸氣流導管的長度的中心管狀結構上。該中心結構設有水流通道，這些水流通道被設置用于冷卻水到中心結構的基本位于氣流導管頂部內的前部的流動。在該構造中，流動引導葉片不被冷卻，并且從導管的具有耐熔襯里的壁部內的導管頂部折回(set?back)。

發明內容

本發明提供一種改進的構造，該構造能夠極有效地冷卻渦旋葉片。

本發明還提供一種將用于將氣體注入到支持冶金工藝的冶金容器中的裝置，該裝置包括：

氣流導管，該氣流導管從后端延伸到前端，氣體從該前端排出氣流導管；

細長中心結構，該細長中心結構在氣流管道內從其后端延伸到前端；以及

多個流動引導葉片，這些流動引導葉片與導管的前端相鄰地設置在中心管狀結構周圍，以在經過導管前端的氣流中產生渦旋；并且

其中所述流動引導葉片形成有用于冷卻水在內部沿著每個葉片的流動的內部水流通道，并且所述細長中心結構形成有冷卻水供給通道和水回流通道，該冷卻水供給通道用于冷卻水到葉片中的內部水流通道的供給，該水回流通道用于已經流過葉片中的內部水流通道的冷卻水的流出。

每個葉片都可以具有沿著葉片延伸并從葉片的根部朝頂部依次間隔開的一系列所述內部所述水流通道。

每個葉片的流動通道都可以具有連接到進水口和出水口的端部，所述進水口和出水口隨葉片的端部而設置并沿葉片的縱向間隔開。

葉片的每個流動通道可在其整個長度上具有恒定的流動截面。

每個葉片的所有流動通道都可具有相同的流動截面。

出水口的尺寸可以單獨設置，以使所有內部水流通道的流動阻力基本相等。

可以通過圍繞提供葉片內的內部水流通道的單獨形成的管在金屬中鑄造而形成葉片。

葉片可以由銅鑄造而成，并且所述管也可以由銅制成。

鑄造葉片在外部可以電鍍有硬金屬涂層，例如鎳。