用于頂部浸沒噴射的流體冷卻噴槍的制作方法
【專利摘要】TSL噴槍具有由三個基本同心的噴槍管構(gòu)成的外殼，同心地位于外殼內(nèi)的至少一個其他噴槍管；以及在噴槍的出口端處的環(huán)形端壁，環(huán)形端壁接合噴槍的出口端處的外殼的最外部噴槍管和最內(nèi)部噴槍管的端部并且與外殼的中間噴槍管的出口端間隔開。通過流向出口端和離開出口端，冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過外殼。端壁和中間管的出口端之間的間隔提供冷卻劑流體的收縮部，以增加其間冷卻劑流體的流速。所述其他噴槍管限定中心孔，并與外殼的最內(nèi)部噴槍管間隔開，以限定環(huán)形通道，由此，經(jīng)過孔和通道的材料在噴槍的出口端附近混合。端壁和外殼的長度的相鄰的一小部分包括可更換的噴槍端部組件。
【專利說明】用于頂部浸沒噴射的流體冷卻噴槍
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在熔池高溫冶金操作中使用的頂部浸沒噴射噴槍。
【背景技術(shù)】
[0002]需要熔池和含氧氣體源之間相互作用的熔池熔煉或其它高溫冶金操作采用若干不同的氣體供應(yīng)裝置。通常，這些操作包括直接噴入熔融的冰銅/金屬。這可通過Bessemer型熔爐中的底吹風(fēng)口或Peirce-Smith型轉(zhuǎn)爐中的側(cè)吹風(fēng)口進(jìn)行。替代性地，能利用噴槍噴射氣體，以提供頂吹或浸沒式噴射。頂吹噴槍噴射的例子是KALDO和BOP煉鋼設(shè)備，其中，從熔池上方吹純氧以利用熔融的鐵生產(chǎn)鋼。頂吹噴槍噴射的另一個例子由Mitsubishi銅工藝的熔煉和冰銅轉(zhuǎn)換階段提供，其中，噴射噴槍引起諸如空氣或富氧空氣的含氧氣體的射流撞擊和穿透熔池的頂表面，分別用來產(chǎn)生和轉(zhuǎn)換冰銅。在浸沒噴槍噴射的情況中，噴槍的下端部被浸沒，使得噴射發(fā)生在熔池的爐渣層內(nèi)而不是從熔池的爐渣層上方，從而提供頂部浸沒噴槍(TSL)噴射，一個公知的例子是Outotec Ausmelt TSL技術(shù)，其能應(yīng)用于許多金屬加工。
[0003]在兩種形式的從上方噴射(即，頂吹和TSL噴射)的情況中，噴槍經(jīng)受遍布的高熔池溫度。Mitsubishi銅工藝中的頂吹使用許多相對小的鋼噴槍，該鋼噴槍具有約50mm直徑的內(nèi)管和約IOOmm直徑的外管。內(nèi)管終止于遠(yuǎn)高于反應(yīng)區(qū)域的大約熔爐頂板的高度。能旋轉(zhuǎn)以防止它粘到熔爐頂板處的水冷套圈的外管向下延伸到熔爐的氣體空間中，以將其下端部布置在熔融的熔池的上表面上方約500-800mm處?？諝庵袏A帶的微粒供給物被吹過內(nèi)管，而富氧空氣被吹過管之間的環(huán)孔。盡管外管的下端部與熔池表面上方存在間隔，并通過經(jīng)過噴槍的氣體任意地冷卻噴槍，但該外管每天燒損約400_。因此，外管緩慢下降，并當(dāng)需要時，新的段連接到外部的可消耗管的頂部。
[0004]用于TSL噴射的噴槍遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于用于頂吹的那些噴槍，例如在上述Mitsubishi過程中。TSL噴槍通常具有至少內(nèi)管和外管，如下面假定的，但可具有與內(nèi)管和外管同心的至少一個其它管。典型的大型TSL噴槍具有直徑為200至500mm或更大的外管。此外，噴槍長得多并且向下延伸穿過TSL反應(yīng)器(該TSL反應(yīng)器可為約10至15米高)的頂板，使得外管的下端部沉浸到熔池的熔融爐渣相中約300mm或更深的深度，但借助噴入其中的噴射氣體流的冷卻作用被外管的外表面上形成且保持的固化爐渣的層保護(hù)。內(nèi)管可終止于約與外管相同的高度，或者處于外管的下部上方約IOOOmm的較高高度。因此，能是這樣的情況，即，僅外管的下端部被浸沒。在任何情況中，螺旋葉片或其它流動成形裝置可安裝在內(nèi)管的外表面上以跨越內(nèi)管和外管之間的環(huán)孔。該葉片沿環(huán)孔使空氣或富氧氣流具有強(qiáng)的旋流作用，并用于增強(qiáng)冷卻效果以及保證氣體與通過內(nèi)管供應(yīng)的燃料和供給材料良好混合，該混合基本上發(fā)生在內(nèi)管的下端部下方由外管限定的混合腔中，其中，內(nèi)管終止于外管的下端部上方足夠的距離處。
[0005]TSL噴槍的外管在其下端部磨損且燒損，但與沒有該層的情況相比，其速率由于保護(hù)性的凍結(jié)爐渣層而顯著降低。然而，這在很大程度上由通過TSL技術(shù)的操作模式控制。該操作模式使得該技術(shù)可行，盡管噴槍的下端部浸沒在熔融爐渣熔池的高反應(yīng)和腐蝕性的環(huán)境中。TSL噴槍的內(nèi)管可用于供應(yīng)供給材料，例如，精礦、要被噴射到熔池的爐渣層中的助熔劑和還原劑，或者可用于燃料。通過管之間的環(huán)孔供應(yīng)含氧氣體(例如空氣或富氧空氣)。在熔池的爐渣層內(nèi)的浸沒噴射開始之前，噴槍布置成其下端部(即，外管的下端部)在爐渣表面上方間隔合適的距離。含氧氣體和燃料(例如燃料油、細(xì)煤或烴類氣體)被供應(yīng)到噴槍并且由此形成的氧氣/燃料混合物被點燃以產(chǎn)生沖擊到爐渣上的火焰噴射。這引起爐渣飛濺而在外噴槍管上形成爐渣層，該爐渣層被經(jīng)過噴槍的氣體流固化以提供上述固體爐渣層。然后，噴槍能降低以實現(xiàn)爐渣內(nèi)的噴射，含氧氣體持續(xù)經(jīng)過噴槍以將噴槍的下部維持在一定溫度，固化爐渣層被保持處于該溫度并保護(hù)外管。
[0006]通過新的TSL噴槍，外管和內(nèi)管的下端部的相對位置，即，內(nèi)管的下端部從外管的下端部縮進(jìn)的距離(如果有的話)，是用于設(shè)計期間所確定的特別的高溫冶金操作窗的最佳長度。對于TSL技術(shù)的不同用途，該最佳長度能是不同的。因此，在利用從爐渣到冰銅的氧傳遞將冰銅轉(zhuǎn)變到粗銅的兩階段分批操作中，在用于將冰銅轉(zhuǎn)變到粗銅的連續(xù)的單個階段操作中，在用于還原含鉛爐渣的過程中，或者在用于熔煉氧化鐵供給材料以便生產(chǎn)生鐵的過程中，都具有不同的相應(yīng)最佳混合腔長度。然而，在每一種情況中，隨著外管的下端部緩慢磨損和燒損，混合腔的長度逐漸降低到小于用于高溫冶金操作的最佳值。類似地，如果在外管和內(nèi)管的端部之間存在零偏移，則內(nèi)管的下端部能變得暴露于爐渣，從而也被磨損且遭受燒損。因此，不時地，至少外管的下端部需要被切割以提供整潔的邊緣，適當(dāng)直徑的一定長度的管被焊接到該整潔的邊緣，以重新建立管下端部的最佳相對位置，從而優(yōu)化熔煉條件。
[0007]外管的下端部磨損和燒損的速率隨著正在進(jìn)行的熔融熔池高溫冶金操作而變化。確定該速率的因素包括供給物處理速率、操作溫度、熔池流動性和化學(xué)性質(zhì)、噴槍流速等。在一些情況中，腐蝕磨損和燒損的速率相對高并且能使得在最差的情況中每天能損失數(shù)小時操作時間，這是由于需要中斷處理以從操作中移除磨損的噴槍并使用另一噴槍取代該磨損的噴槍，而從使用中去除的磨損的噴槍被維修。這種停止可一天發(fā)生數(shù)次，每一次停止增加非處理時間。雖然TSL技術(shù)提供優(yōu)于其它技術(shù)的顯著益處(包括節(jié)省成本)，但用于更換噴槍的任何損失的操作時間帶來顯著的成本代價。
[0008]對于頂吹和TSL噴槍，已經(jīng)建議利用流體冷卻來保護(hù)噴槍不受在高溫冶金過程中遇到的高溫影響。在以下美國專利中公開了用于頂吹的流體冷卻噴槍的例子:
[0009]Bertram 等人的 3223398,
[0010]Belkin 的 3269829，
[0011]De Saint Martin 的 3321139,
[0012]Zimmer 的 3338570,
[0013]Stephan 等人的 3411716,
[0014]Shepherd 等人的 3488044,
[0015]Ramacciotti 等人的 3730505，
[0016]Pfeifer 等人的 38O268I,
[0017]McMinn 等人的 382885O,
[0018]Johnstone 等人的 3876190,[0019]Jaquay 等人的 3889933，
[0020]Desaar 等人的 40970:30，
[0021]Schaffar 等人的 4396182，
[0022]Okane 等人的 4541617，以及
[0023]Dunne 的 6565800。
[0024]除了 Bertram等人的3223398和Belkin的3269829，所有這些參考資料都采用被布置為使得流體沿供應(yīng)通道流到噴槍的出口端部并沿返回通道從端部返回的同心的最外部管，但Bertram等人使用將這種流限制于噴槍的噴嘴部分的改型。而Belkin提供冷卻水，冷卻水穿過出口沿內(nèi)管的長度前行以與沿內(nèi)管和外管之間的環(huán)形通道供應(yīng)的氧氣混合，從而作為具有氧氣的蒸汽被噴射。水的加熱和蒸發(fā)對Belkin的噴槍進(jìn)行冷卻，而產(chǎn)生和噴射的流將熱量帶回熔池。
[0025]Themelis 的美國專利 3521872、Bennett 等人的 4023676 和 Hayden, Jr.的 4326701旨在公開用于浸沒噴射的噴槍。Themelis的方案類似于Belkin的US3269829。每個均使用通過將水加入氣體流并依賴于噴射流的蒸發(fā)來冷卻噴槍，該配置不同于利用通過閉合系統(tǒng)中的熱傳遞來冷卻噴槍。然而，Themelis的布置不具有內(nèi)管并且沿單個管供應(yīng)氣體和水，其中水被汽化。Bennett等人的方案，盡管被稱作噴槍，但更類似于風(fēng)口，其中，它在熔融的黑色金屬的表面下方噴射經(jīng)過容納熔融金屬的熔爐的外周壁。在Bennett等人的方案中，用于噴射的同心管在陶瓷套管內(nèi)延伸，而冷卻水循環(huán)經(jīng)過包圍在陶瓷中的管。對于Hayden, Jr.等人的情況中，僅在噴槍的上部提供冷卻流體，而下部至可浸沒的出口端包括被包圍在耐火水泥中的單個管。
[0026]Themelis強(qiáng)調(diào)了現(xiàn)有技術(shù)方案的限制。此討論涉及通過噴射氧氣精煉銅。銅的熔點為約1085°C，Themelis指出在約1140°C至1195°C的過熱溫度下進(jìn)行精煉。在這樣的溫度下，由最好的不銹鋼或合金鋼制成的噴槍具有很小的強(qiáng)度。因此，即使頂吹噴槍通常采用循環(huán)流體冷卻，或者在Bennett和Hayden, Jr.等人的浸沒噴槍的情況下,采用耐火或陶瓷層。Belkin的US3269829的進(jìn)步，以及Themelis提供的對Belkin的改進(jìn),是采用能通過蒸發(fā)混合在噴射氣體內(nèi)的水來實現(xiàn)有效冷卻。在每種情形中，蒸發(fā)在噴槍內(nèi)實現(xiàn)并冷卻噴槍。Themelis對Belkin的改進(jìn)在于在冷卻劑水供應(yīng)到噴槍之前霧化冷卻劑水，避免噴槍結(jié)構(gòu)故障以及由將液態(tài)水噴射到熔融金屬內(nèi)導(dǎo)致爆炸的風(fēng)險。
[0027]Dunne的美國專利6565800公開用于利用惰性載體將固體微粒材料噴射到熔融材料中的固體噴射噴槍。就是說，噴槍僅用于將微粒材料傳送到熔化物中，而不是作為使材料混合并進(jìn)行燃燒的裝置。噴槍具有中央芯管，顆粒材料能被吹送通過中央芯管并且與芯管的外表面直接熱接觸，噴槍還具有雙壁護(hù)罩，例如水的冷卻劑能通過該護(hù)罩循環(huán)。護(hù)罩沿芯管的部分長度延伸，以在噴槍的出口端處留出芯管的突出長度。噴槍具有至少1.5米的長度并且根據(jù)實際圖紙，顯然，護(hù)罩的外徑約為12cm，芯管的內(nèi)直徑約為4cm。護(hù)罩包括焊接在一起的連續(xù)長度，主要長度為鋼，較靠近噴槍的出口端的端部段為銅或銅合金。內(nèi)管的突出的出口端為不銹鋼，以有助于更換，其通過螺紋接合連接到內(nèi)管的主要長度。
[0028]Dunne的US6565800的噴槍被認(rèn)為適用于生產(chǎn)熔融黑色金屬的HIsmelt方法，噴槍能噴射氧化鐵供給材料和碳質(zhì)還原劑。在此背景下，噴槍暴露于不友好環(huán)境，包括約14000C的操作溫度。然而，如以上參照Themelis表明的，銅的熔點為約1085°C，并且即使在約1140°C至1195°C的溫度下,不銹鋼具有很小的強(qiáng)度。也許Dunne的方案適用于HIsmelt方法的環(huán)境中，給定冷卻護(hù)罩截面與芯管截面之間約8:1的高比率，以及小的總相關(guān)截面。Dunne的噴槍不是TSL噴槍，也不適用于TSL技術(shù)。
[0029]用于基于TSL技術(shù)的高溫冶金過程的噴槍的例子由Floyd的美國專利4251271和5251879以及Floyd等人的美國專利5308043提供。如以上詳細(xì)描述的，通過利用用于頂吹的噴槍將爐渣初始地飛濺到熔融爐渣層上，以在噴槍上實現(xiàn)爐渣保護(hù)層，爐渣保護(hù)層通過產(chǎn)生飛濺的高速頂吹氣體固化。固態(tài)爐渣層被保持，但之后降低噴槍以將下出口端浸沒在爐渣層中，從而能在爐渣內(nèi)進(jìn)行所需的頂部浸沒噴槍噴射。Floyd的美國專利4251271和5251879的噴槍以下述方式操作，即，僅借助在美國專利4251271情況下的被噴射的氣體，和借助該氣體加上在美國專利5251879情況下中經(jīng)過護(hù)罩管被吹送的的氣體，進(jìn)行冷卻以保持固態(tài)爐渣層。然而，對于Floyd等人的美國專利5308043的冷卻，除了通過噴射氣體和經(jīng)過護(hù)罩管被吹送的氣體進(jìn)行提供之外，還通過循環(huán)經(jīng)過噴槍的三個外管限定的環(huán)形通道的冷卻流體來提供。這通過提供在噴槍的出口端處圍繞噴槍的圓周接合三個管中的最外部管和最內(nèi)部管的固態(tài)合金鋼的環(huán)形端部稱為可能。通過噴射氣體并且也通過流過端部的上端面的冷卻劑流體，環(huán)形端部被冷卻。環(huán)形端部的實心的形式及其由合金鋼制造導(dǎo)致端部具有良好的耐磨損和燒損水平。該配置使得在必須更換端部之前能達(dá)到實際操作壽命，以便防止發(fā)生噴槍不能使冷卻流體排到熔池中的風(fēng)險。
[0030]本發(fā)明涉及用于TSL操作中使用的改進(jìn)的流體冷卻的、頂部浸沒噴射噴槍。本發(fā)明的噴槍提供對Floyd等人的美國專利5308043的噴槍替代性選擇,并能至少以優(yōu)選的形式提供優(yōu)于該專利的噴槍的益處。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0031]在第一方面，本發(fā)明提供用于在熔池的爐渣層內(nèi)進(jìn)行頂部浸沒噴槍噴射的噴槍，其中，噴槍具有由三個基本同心的噴槍管構(gòu)成的外殼，和基本同心地被包含在且被布置在外殼內(nèi)的至少一個其他噴槍管。在噴槍的出口端處具有環(huán)形端壁，環(huán)形端壁接合噴槍的出口端處的外殼的最外部噴槍管和最內(nèi)部噴槍管的相應(yīng)端部并且與外殼的中間噴槍管的出口端間隔開。該配置使得冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過噴槍的外殼，例如，通過在外殼的最內(nèi)部噴槍管和最外部噴槍管之間沿外殼流到出口端，然后通過在外殼的中間噴槍管和最外部噴槍管之間流動而離開出口端沿噴槍返回，或與此流動布置相反。端壁和外殼的三個管中的每個的長度的一小部分包括可更換的噴槍端部組件，由此能從三個噴槍管中每個管的長度的相鄰的主要部分切掉燒損或磨損的噴槍端部組件，以將新的或經(jīng)維修的噴槍端部組件焊接就位。外殼的端壁在噴槍的出口端處并限定噴槍的出口端。此外，至少一個其他噴槍管限定中心孔，并且至少一個其他噴槍管與外殼的最內(nèi)部噴槍管間隔開，以在其間限定環(huán)形通道，由此經(jīng)過孔和通道的材料能在爐渣層內(nèi)進(jìn)行噴射的噴槍的出口端附近混合。
[0032]必要地，本發(fā)明的TSL噴槍具有大尺寸。此外，在離開出口端的位置處，例如鄰近上部或入口端，噴槍具有使其能懸掛的結(jié)構(gòu)，從而在TSL反應(yīng)器內(nèi)豎直向下懸吊。噴槍具有約7.5米的最小長度，例如用于專用的小型TSL反應(yīng)器。噴槍長度可達(dá)到約25米或更長，例如用于專用大型TSL反應(yīng)器。更常見地，噴槍的長度的范圍為約10至20米。這些尺寸涉及噴槍的直到由外殼的端壁限定的出口端的總長度。至少一個其他噴槍管可延伸到出口端，并因此具有類似的總長度。但是，至少一個其他噴槍管能在出口端向內(nèi)終止于一短距離處，例如達(dá)到約1000mm。噴槍通常具有大的直徑，例如外殼的內(nèi)直徑被設(shè)定為約100至650mm，優(yōu)選約200至6500mm，并且總直徑為150至700mm，優(yōu)選約250至550mm。
[0033]端壁與外殼的中間噴槍管的出口端間隔開。但是，出口端與端壁之間的間隔例如用于提供冷卻流體的流動的收縮部，收縮部導(dǎo)致橫跨端壁和中間噴槍管的出口端及在其間的冷卻劑流體的流速增加。該配置可使得橫跨端壁的冷卻劑流體的流動為相對薄的薄膜或流的形式，薄膜或流優(yōu)選可操作成抑制冷卻劑流體中的湍流。為了改進(jìn)此流動，能合適地使外殼的中間噴槍管的端部成形。因此，在一個布置中，中間噴槍管的端部能限定外周圓緣部件，圓緣部件具有面朝端壁的徑向彎曲的凸面。利用這種圓緣部件，端壁能具有互補(bǔ)的凹面形式。例如，在徑向截面中，圓緣部件可為球狀或外圓角形式，或可為淚滴或類似的圓形形式，而端壁能具有凹半環(huán)形式。利用這種相對的凸凹形式，中間噴槍管的出口端和端壁之間的收縮部能是噴槍的主要徑向部分(即，在包含噴槍的縱向軸線的平面中)。這能相對于沿噴槍直到收縮部的冷卻劑流體的流動增大冷卻劑流體的每單位質(zhì)量流量的冷卻劑流體與圓緣部件和端壁中每個的表面與表面接觸的比例，并由此增加從噴槍的出口端吸取的熱倉泛。
[0034]在一個布置中，中間噴槍管的出口端處的圓緣部件具有淚滴形狀或截面(即，在包含噴槍的縱向軸線的平面中)基本是圓形的。在這些情形中，在那些平面中，凹半環(huán)形形式的端壁(端壁由此具有與圓緣部件互補(bǔ)的形式)的截面可是基本半圓形的。因此，圓緣部件和端壁能緊鄰，以便在冷卻劑流體流路中提供收縮部，該流路能延伸經(jīng)過達(dá)到約180°的角度，例如從90°至180°，由此冷卻劑流體流路從朝向噴槍的出口端流動改變?yōu)殡x開出口端流動。必然地，僅由于方向逆轉(zhuǎn)流動改變經(jīng)過約180°的角度。然而，與中間噴槍管不提供流動收縮部的配置不同，收縮部的提供迫使流變?yōu)橄鄬Ρ〉谋∧せ蛄?，相對薄的薄膜或流從外殼的最?nèi)部噴槍管的外表面弧形地掃過外殼的最外部噴槍管的內(nèi)表面。
[0035]收縮部可從在中間噴槍管的外表面和最外部管的內(nèi)表面之間從圓緣部件持續(xù)。收縮部可延伸經(jīng)過可更換的噴槍端部組件的至少軸向長度，這是由于中間噴槍管在相對于最內(nèi)部和最外部噴槍管的厚度的軸向長度上具有增大的厚度。在這種情形中，中間和最外部噴槍管之間的收縮部可在周向上連續(xù)，或者可是不連續(xù)的。在后者情形中，中間噴槍管的外表面可限定離開出口端延伸的肋。肋可靠著最外部噴槍管的內(nèi)表面，在連續(xù)的肋之間能產(chǎn)生被收縮的流。替代性地，肋可與最外部噴槍管的內(nèi)表面稍微間隔開，被收縮的流能發(fā)生在肋和最外部噴槍管之間，并且不被收縮或被較少地收縮的流能產(chǎn)生在連續(xù)的肋之間。肋可平行于噴槍的軸線延伸或圍繞軸線螺旋地延伸。
[0036]為了在冷卻劑流體的流中提供合適的收縮部而使中間噴槍管的出口端成形可能不如由提供圓緣部件產(chǎn)生的效果明顯。在可更換噴槍端部組件的至少軸向長度上，中間噴槍管可相對于最內(nèi)部和最外部噴槍管具有增大的厚度，如上所述。成形可包括在增厚部分的長度的外表面附近在出口端處從中間噴槍管的端部變圓。收縮部可延伸跨過中間噴槍管的邊緣至被增厚部分的長度的外表面。外表面可是在周向上連續(xù)的或在周向上是不連續(xù)的，例如通過提供平行于噴槍軸線或圍繞軸線螺旋地延伸的肋，如上所述。因此，收縮部能延伸經(jīng)過至少90°的角度，端壁的彎曲能有助于超過90°的角度，例如達(dá)到約120°。
[0037]在第二方面，本發(fā)明的噴槍具有罩，噴槍延伸經(jīng)過該罩。罩具有三個基本同心的罩管，其中，最內(nèi)部罩管的內(nèi)直徑大于TSL噴槍的最外部噴槍管。在罩的出口端處具有環(huán)形端壁，環(huán)形端壁接合最外部罩管和最內(nèi)部罩管的相應(yīng)端部并且與中間罩管的出口端間隔開。該配置使得冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過罩，例如，通過在最內(nèi)部罩管和最外部罩管之間沿罩流到出口端，然后通過在中間罩管和最外部罩管之間流動而離開出口端沿罩返回，或與此流動布置相反。端壁和三個罩管中的每個罩管的長度的相鄰的一小部分可包括可更換的罩。由此，能從三個罩管中每個罩管的長度的主要部分切掉燒損或磨損的罩端部組件，以將新的或經(jīng)維修的罩端部組件焊接就位。
[0038]端壁與中間罩管的出口端間隔開。但是，出口端與端壁之間的間隔用于提供冷卻流體的流動的收縮部，收縮部導(dǎo)致橫跨端壁和中間罩管的出口端及在其間的冷卻劑流體的流速增加。該配置可使得橫跨端壁的冷卻劑流體流為相對薄的薄膜或流的形式，薄膜或流優(yōu)選可操作成抑制冷卻劑流體中的湍流。為了改進(jìn)此流，能合適地使中間罩管的端部成形。因此，在一個布置中，中間罩管的端部可限定圓緣部件，圓緣部件具有面朝端壁的徑向彎曲的凸面。利用這種圓緣部件，端壁可具有互補(bǔ)的凹面形式。例如，圓緣部件可以為淚滴或類似形式，而端壁可具有凹半環(huán)形式。利用這種相對的凸凹形式，中間罩管的出口端和端壁之間的收縮部能是罩的主要徑向部分(即，在包含罩的縱向軸線的平面中)。這能相對于沿罩直到收縮部的冷卻劑流體增大冷卻劑流體的每單位質(zhì)量流量的冷卻劑流體與圓緣部件和端壁中每個的表面與表面接觸的比例，并由此增加從罩的出口端吸取的熱能。在一個布置中，中間罩管的出口端處的圓緣部件具有淚滴形狀或截面(即，在包含罩的縱向軸線的平面中)基本是圓形的。在這些情形中，在那些平面中，凹半環(huán)形形式的端壁(端壁由此具有與圓緣部件互補(bǔ)的形式)的截面可是基本半圓形的。因此，圓緣部件和端壁可緊鄰，以便在冷卻劑流體流路中提供收縮部，該流路能延伸經(jīng)過達(dá)到約180°的角度，例如從90°至180°，由此冷卻劑流體流路從流向罩的出口端改變?yōu)殡x開出口端流動。與中間罩管不提供流動收縮部的配置不同，提供收縮部迫使流變?yōu)橄鄬Ρ〉谋∧せ蛄?，相對薄的薄膜或流從最?nèi)部罩管的外表面弧形地掃過到達(dá)最外部罩管的內(nèi)表面。
[0039]與本發(fā)明的噴槍類似，收縮部可在中間罩管的外表面和最外部罩管的內(nèi)表面之間從圓緣部件持續(xù)。收縮部延伸經(jīng)過可更換的罩端部組件的至少軸向長度，這是由于中間罩管在相對于最內(nèi)部和最外部罩管的厚度的軸向長度上具有增大的厚度。在這種情形中，中間和最外部罩管之間的收縮部可在周向上連續(xù)，或者可是不連續(xù)的。在后者情形中，中間罩管的外表面可限定離開出口端延伸的肋。肋可靠著最外部罩管的內(nèi)表面，被收縮的流能發(fā)生在連續(xù)的肋之間。替代性地，肋可與最外部罩管的內(nèi)表面稍微間隔開，被收縮的流能發(fā)生在肋和最外側(cè)的罩管之間，并且不被收縮或被較少地收縮的流能發(fā)生在連續(xù)的肋之間。肋可平行于罩的軸線延伸或圍繞軸線螺旋地延伸。
[0040]為了在冷卻劑流體的流中提供合適的收縮部而使中間罩管的出口端成形可能不如由提供圓緣部件產(chǎn)生的效果明顯。在可更換罩端部組件的至少軸向長度上，中間罩管可相對于最內(nèi)側(cè)和最外部罩管具有增大的厚度，如上所述。成形可包括在增厚部分的長度的外表面附近在出口端處從中間罩管的端部變圓。收縮部可延伸跨過中間罩管的邊緣到達(dá)增厚部分的長度的外表面。外表面可是在周向上連續(xù)的或在周向上是不連續(xù)的，例如通過提供平行于罩的軸線或圍繞軸線螺旋地延伸的肋，如上所述。因此，收縮部能延伸經(jīng)過至少90°的角度，端壁的彎曲能有助于超過90°的角度，例如達(dá)到約120°。[0041]在第三方面，本發(fā)明提供與根據(jù)第二方面的罩組合的根據(jù)第一方面的噴槍，噴槍和罩組裝在一起，其中噴槍延伸經(jīng)過罩以在噴槍的外殼的三個噴槍管的最外部管和最內(nèi)部罩管之間限定環(huán)形通道，罩的出口位于噴槍的端部的中間并朝噴槍的出口端開口。
[0042]根據(jù)本發(fā)明的端部組件具有同心的內(nèi)和外套管構(gòu)件，它們在端部組件的一端通過環(huán)形端壁接合在一起。端部組件還具有中間套管構(gòu)件，其包括位于內(nèi)和外套管構(gòu)件之間鄰近端壁的導(dǎo)流件。導(dǎo)流件具有其至少一個表面部分，該表面部分與端壁以及內(nèi)和外套管構(gòu)件中的至少一個的相對表面的至少一部分協(xié)作，以控制其間的冷卻劑流體的流速，以便實現(xiàn)從組件吸取熱能。
[0043]內(nèi)和外套管構(gòu)件及將它們接合的端壁可一體形成以包括單個部件的端部組件。為此，它們可由單件合適的金屬(例如鋼坯)形成。端部組件被要求有助于冷卻，并且因此，內(nèi)和外套管構(gòu)件和端壁優(yōu)選由合適的材料形成。在許多例子中，高熱導(dǎo)率的材料是合適的，例如，銅或銅合金。
[0044]導(dǎo)流件也可由高熱導(dǎo)率材料形成，例如銅或銅合金。但是，導(dǎo)流件的熱導(dǎo)率不那么重要，因為在使用時導(dǎo)流件基本在其整個表面區(qū)域上與冷卻劑流體接觸。因此，導(dǎo)流件的溫度不會上升到高于冷卻劑流體的溫度。因此，可以根據(jù)其它原因選擇制成導(dǎo)流件的材料，例如，成本、強(qiáng)度和制造容易度。例如，導(dǎo)流件可由合適的鋼，例如不銹鋼，制成。導(dǎo)流件可由合適的材料件形成，或者，如果需要的話，可鑄造導(dǎo)流件，并且至少在其協(xié)作以控制冷卻劑流體流速的表面區(qū)域受到表面處理。
[0045]在端部組件中，相對于內(nèi)和外套管構(gòu)件和端壁，導(dǎo)流件通過與那些構(gòu)件和壁連接而保持在所要求的位置。為此，導(dǎo)流件可被固定到端壁、內(nèi)和外套管構(gòu)件之一或被固定到套管構(gòu)件之一的環(huán)形延伸部。作為實際問題，更方便的是固定到套管構(gòu)件或套管構(gòu)件的延伸部上。但是，在每種情形中，固定優(yōu)選允許導(dǎo)流件和固定到其上的構(gòu)件、延伸部或壁之間的流體流動。為此，在多個周向間隔開的位置處進(jìn)行固定。最方便的是，通過在每個位置被附接(例如通過焊接)到導(dǎo)流件和導(dǎo)流件被固定于其上的構(gòu)件、延伸部或壁上的各個翅狀件、擋塊或鎖定裝置進(jìn)行固定。然而，在替代性布置中，在端部組件連接為噴槍的一部分的情況下，可縱向調(diào)節(jié)導(dǎo)流件以改變收縮部能減小冷卻劑流體流速的水平。例如，可通過相對于噴槍的最內(nèi)側(cè)和最外部管縱向調(diào)節(jié)導(dǎo)流件所連接到的噴槍的中間管進(jìn)行這種調(diào)節(jié)。
[0046]在一個合適的布置中，導(dǎo)流件被固定為使得其外部和端部周緣表面分別緊鄰?fù)馓坠軜?gòu)件的相對內(nèi)周表面和端壁的內(nèi)表面。此外，利用如此固定的導(dǎo)流件，鄰近其端面的其內(nèi)周表面的一部分可緊鄰內(nèi)套管構(gòu)件的相對外周表面的一部分。各個相對表面可基本均勻地分開。分開的距離優(yōu)選小于與端面間隔開的導(dǎo)流件的內(nèi)表面的一部分與內(nèi)套管構(gòu)件的相對外周表面之間的分開距離。該配置使得流體能通過在導(dǎo)流件和內(nèi)套管構(gòu)件之間朝端壁行進(jìn)，橫跨端壁，然后在與端面間隔開的導(dǎo)流件和離開端壁的外套管構(gòu)件之間離開端壁而流過端部組件。利用這種流動，導(dǎo)致在緊鄰的相對表面之間經(jīng)過的冷卻劑流體相對于流過導(dǎo)流件和內(nèi)套管構(gòu)件之間的較寬間隔的流動流速增加。然而，應(yīng)該注意，冷卻劑流體的能沿與所示方向相反的方向流動，并且也相應(yīng)地改變導(dǎo)流件與內(nèi)和外套管構(gòu)件之間的布置。
[0047]導(dǎo)流件的外周表面在其緊鄰?fù)馓坠軜?gòu)件的相對內(nèi)表面處可具有基本一致的圓形截面。因此，那些緊鄰的表面之間可具有被設(shè)計用于實現(xiàn)合適的流量和速度以便促進(jìn)熱傳遞(這確保端部材料的表面溫度保持低于產(chǎn)生損壞的溫度)的基本一致的環(huán)形截面的通道。例如，那些表面之間的分開距離可為約I至25mm，更優(yōu)選為I至10mm，并且該距離將根據(jù)所使用的流體和需要的排熱率而改變。然而，在替代性布置中，導(dǎo)流件的外表面可具有除基本圓形截面之外的截面。
[0048]在第一替代性布置中，導(dǎo)流件的外表面可是“腰狀的”，使得相對表面之間的間隔沿離開導(dǎo)流件的端面的方向增大。在另外的替代方案中，導(dǎo)流件的外表面可具有用于使冷卻劑流體產(chǎn)生螺旋流動的單頭或多頭螺旋肋或槽結(jié)構(gòu)。在另一替代方案中，導(dǎo)流件的外表面可具有沿離開導(dǎo)流件的端面的方向延伸的交替的肋和槽。
[0049]可僅在噴槍的出口端處設(shè)置端部組件。替代性地，對于有罩的噴槍，端部組件可限定噴槍及其罩之一或兩者的排放端。
[0050]噴槍和罩都具有細(xì)長形式，噴槍的外殼和罩具有類似的構(gòu)造。當(dāng)然，與噴槍的外殼相比，罩具有較大的直徑，同時還具有較短的長度。然而，罩和噴槍的外殼都具有三個同心管，包括外管、內(nèi)管和中間管。此外，罩和外殼都可具有設(shè)置在其排放端處的端部組件。為了便于進(jìn)一步描述，罩和噴槍的外殼的同心管都被稱作“外殼”。
[0051]在端部組件限定(罩或噴槍的)外殼的排放端的位置，外殼的內(nèi)和外管分別以端對端關(guān)系與端部組件的內(nèi)和外套管構(gòu)件接合。此外，外殼的中間管聯(lián)接到端部組件的導(dǎo)流件。
[0052]如上所示，端部組件的內(nèi)和外套管構(gòu)件和端壁可由高熱導(dǎo)率的材料形成,例如銅或銅合金。然而，外殼的管不需要具有這樣的高熱導(dǎo)率。因此，它們能由所選的滿足其它標(biāo)準(zhǔn)(例如，成本和/或強(qiáng)度)的材料制成。在一個方便的布置中，內(nèi)管和中間管由不銹鋼制成，例如316L，外管由碳鋼制成。對于外管，暴露于高溫和除冷卻劑流體(例如水)之外的處理氣體更可能是其有效工作壽命的決定性因素，而對于內(nèi)管和中間管，耐冷卻劑流體腐蝕是相關(guān)因素。
[0053]內(nèi)和外管最優(yōu)選通過焊接與端部組件的內(nèi)和外套管構(gòu)件接合。每個管可被直接焊接至各自的套管構(gòu)件。然而，對于至少一個管和各自的套管構(gòu)件，優(yōu)選是對于每個管及其套管構(gòu)件，管和套管構(gòu)件都可被焊接到設(shè)置在其間的延伸管。例如，至少在銅或銅合金以及鋼構(gòu)件之間進(jìn)行焊接的位置，優(yōu)選利用可消耗的鋁青銅形成焊接。外殼的中間管和端部組件的導(dǎo)流件協(xié)作的方式可是類似的。
[0054]對于本發(fā)明的噴槍和罩中的每一個，如果不是收縮部的話，冷卻劑的質(zhì)量流量可小于所需。因此，較低輸出的泵能用于給定冷卻劑流體。合適的質(zhì)量流量將隨所選的流體冷卻劑而變。通過指定高溫冶金方法所需的冷卻量設(shè)定指定噴槍和冷卻劑流體的冷卻劑流體質(zhì)量流量。因此，質(zhì)量流量能發(fā)生顯著變化。在本發(fā)明的優(yōu)選形式中，冷卻劑流體的流動與冷卻劑流體的出口溫度相關(guān)。因此，噴槍可設(shè)有用于監(jiān)控溫度的傳感器。該配置優(yōu)選基于當(dāng)時的排熱需求使用于循環(huán)冷卻劑流體的能量最小化。
[0055]在利用水作為流體冷卻劑的情況下，根據(jù)所使用的流體和應(yīng)用，對于噴槍，質(zhì)量流量的范圍可是500至20001/min，對于罩來說是類似的。此外，利用水作為冷卻劑流體，收縮部優(yōu)選導(dǎo)致經(jīng)過收縮部的流體流速是該收縮部的上游的流速的6至20倍。此外，對于水作為冷卻劑流體，罩的收縮部優(yōu)選導(dǎo)致流速增加倍數(shù)與對于噴槍的情形相同。
[0056]【專利附圖】

【附圖說明】書
[0057]為了使本發(fā)明能被更容易地理解，現(xiàn)在參照附圖，在附圖中:[0058]圖1是根據(jù)本發(fā)明的噴槍的一個形式的示意圖；
[0059]圖2是根據(jù)本發(fā)明的有罩的噴槍組件的下部的剖視圖；以及
[0060]圖3至7示出圖2的有罩的噴槍組件的部件的替代形式的各立體圖。
【具體實施方式】
[0061]圖1示意性地圖示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的TSL噴槍L。噴槍L具有四個同心管Pl至P4，其中管Pl至P3形成外殼S的主要部分，外殼S還包括環(huán)形端壁W。在所示布置中，對于所需的高溫冶金過程，通過沿管P4的孔向下噴射燃料并通過管P3和P4之間的環(huán)形通道A向下噴射空氣和/或氧氣，噴槍L能在熔池的爐渣層內(nèi)進(jìn)行頂部浸沒噴射。如所示的，管4終止于噴槍L的下部出口端E上方，以提供混合腔M，在混合腔M中能混合燃料與空氣和/或氧氣以用于燃燒燃料?？刂迫剂吓c氧氣的比例，以便在爐渣內(nèi)產(chǎn)生需要的氧化、還原或中性條件。將未燃燒的任何燃料噴射到爐渣內(nèi)，以在需要還原條件時形成還原劑需求的一部分。
[0062]外殼S的端壁W在噴槍L的出口端E處圍繞管Pl和P3的整個圓周接合管Pl和P3的端部。此外，管P2的下端與端壁W間隔開。如所示的，冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過外殼S。在圖1中，示出冷卻劑流體在管P2和P3之間被向下供應(yīng)以用于圍繞管P2的下端流動并在管Pl和P2之間向上返回。然而，如果從管Pl吸取較少量的熱能是特別合適的，則能使用該流動的逆向。
[0063]除了在噴槍L的下端E處之外，外殼S在所示的正常使用取向具有基本恒定的水平截面。然而，在端部E處，通過管P2的下端的形式及其與管P3和端壁W的協(xié)作提供收縮部C。如所示的，管P2的下端承載有增大的圓緣部件B，其大體具有圓環(huán)形式以便徑向截面為淚珠形狀，或者為大體圓形(即，在包含噴槍L的縱向軸線X的平面中)。此外，外殼S的環(huán)形端壁W的面對著圓緣部件B的表面為互補(bǔ)的凹半圓環(huán)形并且圓緣部件B被放置為使得其下部凸面緊鄰但不接觸端壁W的凹面。該配置使得冷卻劑流體在管P2和P3之間向下流動時的流速基本恒定，直到冷卻劑流體達(dá)到圓緣部件B的上部凸面，之后流速逐步增大。流速增大發(fā)生在圍繞圓緣部件B的上部流過約90°的角度時，圍繞圓緣部件的下半部在圓緣部件B和端壁W之間流動時該增大達(dá)到最大值。冷卻劑流體圍繞圓緣部件B的下半部流過約180°的角度時保持最大流速。之后，隨著冷卻劑流體經(jīng)過圓緣部件B的上半部，流速減小，在管Pl和管P2之間向上流動時達(dá)到最小值。收縮部C主要由圓緣部件B的下半部和端壁W之間的間隔限定，但是收縮部C開始于在管P3中圍繞圓緣部件B的上表面流動90°。
[0064]在收縮部C內(nèi)的冷卻劑流體流速增大增加了冷卻劑流體的每單位質(zhì)量流量的冷卻劑流體與圓緣部件B和端壁W中每個的表面與表面接觸的比例。因此，增加了從噴槍L的出口端E吸取的熱能。這是尤其有益的，因為在噴槍L的浸沒下端處的燒損和磨損往往是最大的并設(shè)定了用于維修噴槍的停止之間的時間間隔。
[0065]圖2的剖視圖示出處于使用取向的有罩的噴槍組件10。如所示的，組件10包括多個同心的管狀構(gòu)件。這些構(gòu)件包括環(huán)形罩12和延伸經(jīng)過環(huán)形罩12以在其間限定環(huán)形通道16的噴槍14。圖2僅示出組件10的下部。但是，如從圖2可見的，噴槍14長于罩12并在組件10的下端突出超過罩12。由于在所示的使用取向省略了噴槍14在罩12下方的部分，因此從圖2看不到噴槍14突出超過罩12的程度。[0066]為管狀構(gòu)件的噴槍14包括最內(nèi)部管18和圍繞管18的外殼20,夕卜殼20終止于外殼20下端處的環(huán)形端部組件22。管18短于噴槍14，以便延伸到環(huán)形端部組件22內(nèi)并終止于環(huán)形端部組件22內(nèi)。管18限定中心通道24。此外，環(huán)形通道26被限定在管18和外殼20之間。該配置使得含碳燃料和含氧氣體能在壓力下沿各自通道24和26通過，并在組件22內(nèi)在管18端部處的混合腔27中混合，以用于燃燒燃料并產(chǎn)生從腔27延伸并超過組件22的燃燒區(qū)域。
[0067]噴槍14的外殼20由內(nèi)管28、外管30和中間管32以及圍繞端部組件22的整個圓周接合管28和30的端部的環(huán)形端壁40形成。環(huán)形通道42被限定在外殼20的內(nèi)管28和中間管32之間。此外，環(huán)形通道44被限定在外殼20的中間管32和外管30之間。通道42和44因為端壁40和中間管32的相鄰端之間的間隔而連通。因此，冷卻劑流體能沿通道42經(jīng)過外殼20及其組件22，然后沿通道44返回。
[0068]端部組件22的中間管32具有與外管30緊鄰的圓柱形外表面。因此，通道44在其徑向?qū)挾确矫?至少在組件22內(nèi)，但優(yōu)選也沿外殼20的整個長度)較窄。盡管隨噴槍直徑變化，但在組件22內(nèi)(但優(yōu)選也沿外殼20的整個長度)中間管32和外管30之間的間隔可是約5mm至10mm，例如約8mm，并且相對于中間管32的下端處在底壁上方的一小段距離稍大。相反，外殼20的內(nèi)管28和中間管32之間的通道42較寬，例如在15至30mm之間。但是，端部組件22內(nèi)的中間管32的內(nèi)周表面呈截錐狀地有錐度，以便在朝向端壁40延伸的方向上增加厚度并減小內(nèi)徑。因此，在組件22內(nèi)通道42的徑向?qū)挾戎饾u減小。該減小優(yōu)選是實現(xiàn)通道42的徑向?qū)挾阮愃朴谕ǖ?4的徑向?qū)挾?。此外，端?0和管32的相鄰端之間的間隔類似于通道44的徑向?qū)挾取Ｒ虼?，使得在壓力下沿通?2供應(yīng)的冷卻劑流體在管28和32之間流動時速度逐漸增大，并且以高流速流過端壁40并沿通道44流動。因此，冷卻劑流體能實現(xiàn)從噴槍14的外表面(在其外殼20和端部組件22處)吸取大量熱能，因而保護(hù)噴槍免受在使用中受到高溫影響。
[0069]限定端部組件22的噴槍14的端部是受到磨損和燒損最多的區(qū)域。該配置使得管28,30和32的下端能被切掉并例如通過焊接更換被安裝的端部組件22。被切掉和更換的長度能例如根據(jù)噴槍14的出口被浸沒的深度來改變。
[0070]噴槍14的中間管32能與管28和30并與端壁40保持固定關(guān)系。這能通過任何方便的配置實現(xiàn)。固定關(guān)系保持冷卻劑流體沿通道42流動并沿通道44返回的流路，以便如果需要的話，能通過改變供應(yīng)到通道42的冷卻流體的速度來保持所需的冷卻劑流體吸取熱能的速度。能通過設(shè)置在壁40的上表面或管32的端面周圍位置處的一些小凹陷或其它合適形式的間隔件確保固定關(guān)系的建立和保持。這類間隔件還有助于避免噴槍14中不應(yīng)當(dāng)發(fā)生的振動。
[0071]現(xiàn)在描述罩12，應(yīng)注意到，除了形成罩12的管的較大相應(yīng)直徑以及罩12的長度之外，罩12的結(jié)構(gòu)與外殼20及其端部組件22的結(jié)構(gòu)相同。因此，罩12的部件具有與外殼20及其組件22相同的附圖標(biāo)記、加上100。因此，除了應(yīng)注意其具有外殼120和端部組件122之外，不必進(jìn)一步描述罩12。
[0072]利用噴槍組件10，直到罩12的噴槍14的外表面設(shè)有固化的爐渣層，如上所述的，這種層還可形成在罩12的外表面的下部上。之后，噴槍14的下端在形成層的爐渣熔池中浸沒至所要求的深度，但是罩12的下部在熔池上方間隔開。在含有爐渣熔池的反應(yīng)器中進(jìn)行的高溫冶金反應(yīng)通常產(chǎn)生從爐渣散發(fā)到熔池上方的反應(yīng)器空間的可燃?xì)怏w，主要是一氧化碳和氫氣。如果需要的話，這些氣體能被二次燃燒，由此能通過爐渣回收熱能。為此，通過被供應(yīng)到通道16的下端并從通道16的下端流出，能將含氧氣體供應(yīng)到反應(yīng)器空間。
[0073]罩12的主要冷卻借助于沿通道142流動并沿通道144返回而循環(huán)的冷卻劑流體，雖然一些進(jìn)一步的冷卻是借助通過通道16被噴射的、在爐渣熔池的表面上方的氣體實現(xiàn)的。利用噴槍14，通過以低于音速的速度噴射經(jīng)過通道26的高速氣體能實現(xiàn)主要冷卻，而通過沿通道42流動并沿通道44返回而循環(huán)的冷卻劑流體實現(xiàn)進(jìn)一步的主要冷卻。通過改變被循環(huán)的冷卻劑流體的質(zhì)量流量能改變噴槍14的兩種冷卻作用之間的平衡。此外，相對于通道42中的流速，由通道44 (至少在組件22內(nèi))的窄寬度提供的收縮部引起的冷卻劑流體的增大的流速提高從組件22和外殼20的下部吸取的熱能。因此，通過所導(dǎo)致的磨損和燒損(尤其是在組件22處)的減小而增加了噴槍的工作壽命。
[0074]圖1的噴槍L和圖2的噴槍10的布置成使得冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過噴槍的外殼，例如，通過在外殼的最內(nèi)部的噴槍管和中間噴槍管之間流動而沿外殼到達(dá)出口端，然后通過在外殼的中間噴槍管和最外部噴槍管之間流動而離開出口端沿噴槍返回，或與此流動布置相反。外殼S、20的相應(yīng)端壁W、40和三個噴槍管中的每個噴槍管的長度的相鄰的一小部分包括可更換的噴槍端部組件，由此能從三個噴槍管中的每個噴槍管的長度的一小部分切掉燒損或磨損的噴槍端部組件，以使新的或經(jīng)維修的噴槍端部組件焊接就位。外殼S、20的端壁W、40在噴槍的出口端處并限定該出口端。此外，至少一個其他噴槍管P4、18限定中心孔24，并且至少一個其他噴槍管P4、18與外殼S、20的最內(nèi)部的噴槍管間隔開，以在其間限定環(huán)形通道A、26，由此，經(jīng)過孔和通道的材料能在被噴射到爐渣層內(nèi)時在噴槍的出口端附近混合。
[0075]必要地，TSL噴槍L、10具有大尺寸。此外，在遠(yuǎn)離出口端的位置處，例如鄰近上部或入口端，噴槍具有使其能懸掛從而在TSL反應(yīng)器內(nèi)豎直向下懸吊的結(jié)構(gòu)(未示出)。噴槍LUO具有約7.5米的最小長度，但對于專用大型TSL反應(yīng)器，長度可達(dá)到約20米或更長。更常見地，噴槍的長度的范圍為約10至15米。這些尺寸涉及噴槍的直到由外殼的端壁限定的出口端的總長度。至少一個其他噴槍管P4、18可延伸到出口端，并因此具有類似的總長度，但是如所示的，可在出口端向內(nèi)終止于一短距離處，例如達(dá)到約1000mm。噴槍通常具有大的直徑，例如外殼的內(nèi)徑被設(shè)定為約100至650mm，優(yōu)選約200至500mm，并且總直徑為150 至 700_，優(yōu)選約 250 至 550_。
[0076]圖3至7分別示意性地圖示包括噴槍14的端部組件22的管38和/或罩12的管138的導(dǎo)流件(baffle)的各個替代形式，但在噴槍14中使用的導(dǎo)流件不需要與用于罩12中的導(dǎo)流件類型相同。圖3的管60與圖2的管38或管138不同。管38和138中的每個具有與相應(yīng)的外管36、136基本均勻地間隔開的圓柱形外表面，從而使得在通道44中在其間保持基本恒定的冷卻劑流體流速。相反，管60的外表面形狀設(shè)置成使得:當(dāng)在通道44中向上流動時，在由于管60下端處的較大外徑導(dǎo)致的流速下降之后，流體流速逐漸降低。經(jīng)過這種下降(其不會下降到低于提供從外管36和/或136去除所需熱能的程度)，能實現(xiàn)從端部組件22和/或122的下端良好地去除能量。
[0077]圖4和5的各個管62和64的外表面也與管38、138的配置不同。盡管管62和64示出各自的形式，但是它們獲得類似的結(jié)果。在管62的情況下，突出的螺旋形緣、筋或脊63圍繞圓柱形外表面以螺旋的形式延伸并且可是連續(xù)的或間斷的，例如當(dāng)采用葉片配置時。相反，管64的外表面具有形成在其中的螺旋槽65。在每種情形中，冷卻劑流體被約束為在通道44和/或144中(至少在間斷組件22和/或122內(nèi))螺旋地流動。圍繞管62的筋或脊63被示出具有圓形截面，并且可由點焊到管62上的線提供。然而，筋或脊63能具有其它截面形式，而管64的槽65能具有除所示矩形形式之外的截面形式。
[0078]圖6的管66的總體形式類似于管38和138。然而，其不同之處在于具有鄰近其下端的貫穿其的周向孔67的陣列。除在管66的下端附近經(jīng)過的流之外，冷卻劑流體能穿過孔67。因此，能更有效地從設(shè)有管66的噴槍14和/或114的下端去除熱能。
[0079]圖7的管68在其外表面上設(shè)有縱向凹槽或槽69的陣列，從而形成縱向脊70。在此情況下，冷卻劑流體流速的增加程度小于未形成槽69的情況。就是說，流速取決于管68的外表面的平均半徑。
[0080]圖2的配置的各個管38和138，以及圖3至7的各個管60、62、64、66和68可由任何合適的方式來生產(chǎn)。例如，管可利用合適的金屬坯料機(jī)加工或鍛造，或通過將合適的金屬鑄造為基本最終形式。
[0081]冷卻劑流體可是任何合適的液體或氣體。冷卻液是優(yōu)選的，并且能使用的冷卻液包括水、離子液和其它合適的聚合物材料，包括例如硅氧烷的有機(jī)硅化合物。能使用的特定的娃聚合物的例子包括能購買的屬于Dow Corning Corporation的商標(biāo)為SYLTHERM的熱傳遞流體。
[0082]最后，應(yīng)該理解，在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，能對前述部件的結(jié)構(gòu)和布置進(jìn)行各種改變、修改和/或增補(bǔ)。
【權(quán)利要求】
1.一種在高溫冶金方法中在熔池的爐渣層內(nèi)的頂部浸沒噴槍噴射中使用的噴槍，其中噴槍具有由三個基本同心的噴槍管構(gòu)成的外殼，這三個噴槍管包括最外部管、最內(nèi)部管和中間管，所述噴槍包括在外殼內(nèi)基本同心地布置的至少一個其他噴槍管，并且所述外殼還包括在噴槍的出口端處的環(huán)形端壁，環(huán)形端壁接合噴槍的出口端處的外殼的最外部噴槍管和最內(nèi)部噴槍管的相應(yīng)端部并且與外殼的中間噴槍管的出口端間隔開，由此通過在最內(nèi)部噴槍管和最外部噴槍管之間流到出口端，然后通過在中間噴槍管和最外部噴槍管之間流動而離開出口端沿噴槍返回，或與此流動相反，冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過外殼，在端壁和中間管的出口端之間的間隔提供冷卻劑流體的流動的收縮部，所述收縮部可操作成使端壁和中間管的出口端之間的冷卻劑流體流速增加，所述至少一個其他噴槍管限定中心孔，并且所述至少一個其他噴槍管與外殼的最內(nèi)部噴槍管間隔開，以在其間限定環(huán)形通道，從而經(jīng)過孔和通道的材料能在爐渣層內(nèi)進(jìn)行噴射的噴槍的出口端附近混合，并且其中端壁和外殼的三個管中的每個管的長度的相鄰的一小部分包括可更換的噴槍端部組件，所述噴槍端部組件能從外殼的三個管的長度的主要部分切掉，以進(jìn)行更換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的噴槍，其中，所述收縮部可操作成相對于收縮部之前和之后的流動使冷卻劑流體以薄膜或流的形式流過端壁。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴槍，其中，中間噴槍管的端部限定具有徑向彎曲的凸面的圓緣部件，所述凸面面向端壁，例如由此圓緣部件是淚滴形狀或類似圓形形式，并且端部是互補(bǔ)的凹面形式，例如凹半環(huán)形形式，例如在包含噴槍軸線的平面內(nèi)是基本半環(huán)形。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的噴槍，其中，中間管的出口端和端壁之間的收縮部是在包含噴槍的軸線的平面中噴槍的基本徑向部分，例如圓緣部件和端壁提供經(jīng)過高達(dá)約180°的角度的收縮部，例如從90°至180。。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的噴槍，其中，所述收縮部在中間噴槍管的外表面和最外部管的內(nèi)表面之間從圓緣部件持續(xù)經(jīng)過噴槍的至少部分長度，沿所述至少部分長度中間管的壁厚增加。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的噴槍，其中，所述收縮部至少部分地由中間管的端部的圓形限定并被限定在中間管的外表面和最外部管的內(nèi)表面之間、經(jīng)過噴槍的至少部分長度，沿所述至少部分長度中間管具有增加的壁厚，例如收縮部延伸經(jīng)過至少90°的角度，例如達(dá)到約120°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的噴槍，其中，噴槍包括被布置成同心地圍繞外殼的與出口端間隔開的上部的環(huán)形罩。
8.一種與頂部浸沒噴槍一起使用的罩，其中罩具有由三個基本同心的罩管構(gòu)成的外殼，所述外殼包括最外部管、最內(nèi)部管和中間管，并且還包括在罩的出口端處的環(huán)形端壁，所述環(huán)形端壁接合外殼的最外部罩管和最內(nèi)部罩管的相應(yīng)出口端并且與外殼的中間罩管的出口端間隔開，由此冷卻劑流體能循環(huán)經(jīng)過外殼，例如，通過在最內(nèi)部罩管和最外部罩管之間的流動沿外殼流到出口端，然后通過在中間罩管和最外部罩管之間的流動而離開出口端沿罩返回，或與此流動相反，并且其中端壁和中間管的出口端之間的間隔提供對冷卻劑流體的流動的收縮部，所述收縮部可操作成使端壁和中間管的出口端之間的冷卻劑流體流速增加。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的罩，其中，罩的所述收縮部可操作成相對于收縮部之前和之后的流動使冷卻劑流體以薄膜或流的形式流過罩的端壁。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的罩，其中，中間罩管的端部限定具有徑向彎曲的凸面的圓緣部件，所述凸面面向端壁，例如由此圓緣部件是淚滴形狀或類似圓形形式，并且端部是互補(bǔ)的凹面形式，例如凹半環(huán)形形式，例如在包含罩的軸線的平面內(nèi)是基本半環(huán)形。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的罩，其中，中間罩管的出口端和端壁之間的收縮部是在包含罩的軸線的平面中罩的基本徑向部分，例如圓緣部件和端壁接近以提供經(jīng)過高達(dá)約180。的角度的收縮部，例如從90°至180。。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的罩，其中，所述收縮部在中間罩管的外表面和最外部罩管的內(nèi)表面之間從圓緣部件持續(xù)經(jīng)過罩的至少部分長度，沿所述至少部分長度中間管的壁厚增加。
13.根據(jù)權(quán)利要求8或9所述的噴槍，其中，所述收縮部至少部分地由中間罩管的端部的圓形限定并被限定在中間罩管的外表面和最外部罩管的內(nèi)表面之間、經(jīng)過罩的至少部分長度，沿所述至少部分長度中間管具有增加的壁厚，例如收縮部延伸經(jīng)過至少90°的角度，例如達(dá)到約120°。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項所述的噴槍，其中，所述收縮部導(dǎo)致經(jīng)過其的冷卻劑流體流速高于所述收縮部上游的流速的約6至20倍。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至7和15中任一項所述的噴槍，其中，噴槍的長度為約7.5至約25米，例如從10至20。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至 7、14和15中任一項所述的噴槍，其中，噴槍的外殼的內(nèi)直徑為從約IOOmm至650mm,例如從約200mm至500mm,并且外直徑為150mm至700mm,例如從250mm至 550mm。
17.根據(jù)權(quán)利要求1至7和14至17中任一項所述的噴槍，其中，所述其他噴槍管延伸至噴槍的出口端。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至7和14至17中任一項所述的噴槍，其中，所述其他噴槍管終止在外殼內(nèi)、距離出口端達(dá)到1000mm。
19.根據(jù)權(quán)利要求1至11和14至18中任一項所述的噴槍，其中，噴槍包括布置成同心地圍繞外殼的上部并與上端間隔開的環(huán)形罩，并且其中，罩是根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的罩。
20.一種在高溫冶金方法中在熔池的爐渣層內(nèi)的頂部浸沒噴槍噴射中使用的噴槍，其中，噴槍具有根據(jù)權(quán)利要求8至13中任一項所述的罩。
【文檔編號】F27D3/16GK103958994SQ201280059135
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日:2011年11月30日
【發(fā)明者】R·馬圖西維克次, M·勒特爾 申請人:奧圖泰有限公司