[實用新型]一種用于液態(tài)熔渣進行粒化的超音速氣體噴嘴

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200920102258.7
• 申請日: 2009-04-09
• 公開（公告）號: CN201400690Y
• 公開（公告）日: 2010-02-10
• 發(fā)明（設計）人: 李俊國;韓志杰;邢宏偉;胡長慶;龍躍;張玉柱
• 申請（專利權(quán)）人: 河北理工大學
• 主分類號: C21B3/08
• 分類號: C21B3/08
• 代理公司: 石家莊冀科專利商標事務所有限公司
• 代理人: 曹淑敏

技術(shù)領(lǐng)域

本實用新型涉及一種用于粒化液態(tài)冶金渣的超音速氣體噴嘴，屬冶金設備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

高爐渣和鋼渣具有很高的溫度(1450～1650℃)，屬于高品質(zhì)的余熱資源，具有很高的回收價值。但目前，國內(nèi)外冶金渣多以水淬法和熱潑法為主，熱量無法回收利用。冶金渣顯熱回收過程中需要考慮以下問題：

第一，液態(tài)和固態(tài)渣的導熱率相對較低，給回收熔渣顯熱增加了困難。在液態(tài)渣的液相階段，其熱導率λ為0.1～0.3W/(m·K)。冶金渣凝固后會形成兩類固相——玻璃相和晶體相，玻璃相的熱導率λ為1～2W/(m·K)，晶體相熱導率λ約為7W/(m·K)。因此無論采取何種介質(zhì)將渣中顯熱提取出來都是相當困難的；

第二，液態(tài)熔渣的冷卻強度決定著冶金渣的綜合利用。由于冶金渣屬于硅酸鹽體系，凝固后存在玻璃相和晶體相，冷卻強度較低時形成晶體相，水化活性較低；冷卻強度較高時形成非晶相或玻璃相，水化活性較高，適于其高效資源化利用。因此如何保證低熱導率的液態(tài)冶金渣得到很高的冷卻強度進行換熱并凝固，是對冶金渣進行高效資源化利用的保證。

第三，液態(tài)冶金渣粒化后的粒徑對余熱回收及其資源化影響顯著。在冶金渣熱導率一定的前提下，為了提高液態(tài)和固態(tài)冶金渣渣粒的換熱強度，必須將冶金渣粒度降低，以提高其換熱面積。很明顯，對液態(tài)冶金渣進行粒化要比固態(tài)冶金渣的細磨更節(jié)能、效率更高。因此如何將液態(tài)冶金渣進行粒化是對冶金渣進行高效資源化的前提。

目前將液態(tài)冶金渣進行干法粒化的工藝主要包括兩大類：一類是氣淬法，另一類為離心粒化法。70年代末期，日本開始研究風淬法處理高爐渣新工藝，其工藝為：冶金渣從盛渣桶倒出，由空氣射流破碎成渣粒后吹入罩式鍋爐，渣粒被傳送裝置排出。在罩式鍋爐內(nèi)，液態(tài)渣滴通過輻射和對流方式、高溫固體渣粒通過傳導和對流方式將熱量傳遞給鍋爐管，由此可回收40％～45％的爐渣熱量。1985～1987年中冶集團建筑研究總院與馬鋼鋼研所在馬鋼進行了鋼渣風淬粒化工藝試驗，熱熔鋼渣被壓縮空氣擊碎落入水中，取得了成功，后在成都鋼鐵廠和重鋼應用。英國、澳大利亞等也進行過離心粒化(轉(zhuǎn)杯或轉(zhuǎn)碟法)法處理高爐渣的相關(guān)研究，其工藝為：采用一個高速旋轉(zhuǎn)的中心略凹的盤子作為粒化器，液態(tài)渣通過渣溝或管道注入到盤子中心，盤子在電動機的帶動下連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，當盤子旋轉(zhuǎn)速度達到一定時，液渣由于離心力的作用從盤沿飛出，粒化成粒。液態(tài)渣粒在飛行過程中與空氣進行熱交換至凝固。凝固后的冶金渣繼續(xù)下落到設備底部，在底部設一個流化床，在流化床內(nèi)的渣粒進一步與空氣進行熱交換，熱空氣從設備頂部回收。

在風淬法半工業(yè)試驗和現(xiàn)有風淬工藝過程中，空氣射流通過氣體粒化噴嘴實現(xiàn)，目前應用的氣淬粒化噴嘴都是直孔型，通過高壓空氣在噴嘴出口形成射流而將冶金渣擊碎。例如，馬鞍山鋼鐵公司的發(fā)明專利88211276.7和成都鋼鐵公司的實用新型專利ZL93239693.3中所使用的霧化器噴嘴，噴口都設計為直孔型，霧化器噴孔布置方式和噴孔角度也進行了設計，噴孔布置方式主要有多排矩陣形、狹縫型、“H”型、槽型和“U”型等五種布置形式，利用高壓空氣在霧化器出口形成射流。此外，這些專利所指霧化器噴嘴在生產(chǎn)實踐中，也確定了粒化器的最佳安裝位置和粒化器與流渣槽的相對位置，保持對渣流一定的沖擊深度進行液渣粒化，最終達到將具有一定黏度的液渣進行安全粒化的目標。但現(xiàn)有直孔型氣淬粒化噴嘴出口氣體射流速度相對較低，對渣流的沖擊力較小、對液渣的冷卻強度較低，因此探索超音速氣體射流對液渣粒化具有非常重要的意義。

眾所周知，拉瓦爾(Laval)噴嘴可提供低溫的超音速氣體射流，其基本原理是高壓氣體通過收縮段加速，到達喉口時氣體流速可達音速，進入擴張段后氣體進一步加速，從而形成超音速氣體射流，轉(zhuǎn)爐煉鋼使用的氧槍也都利用了拉瓦爾型氣體噴嘴的這一特性。拉瓦爾噴嘴出口氣體射流的溫度很低，其溫度與設計的拉瓦爾噴嘴的馬赫數(shù)有關(guān)，馬赫數(shù)越大，出口氣體的溫度也就越低。因此，拉瓦爾型噴嘴恰好為液渣粒化提供溫度較低、動能很大的超音速氣體射流，超音速射流可使液渣粒化后形成粒度更小的渣粒，為氣-液和氣-固換熱創(chuàng)造了優(yōu)良的條件，此外超音速氣體射流的低溫性能也為渣滴的快速凝固成殼創(chuàng)造條件。

發(fā)明內(nèi)容

本實用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種氣淬粒化噴嘴出口氣體射流速度高、對渣流的沖擊力大、對液渣的冷卻強度高、從而能夠提高冶金渣的余熱回收效率的用于液態(tài)熔渣進行粒化的超音速氣體噴嘴。

解決上述技術(shù)問題的技術(shù)方案是：