[科普中国]-中央氧枪

发展历史

精矿和(富氧)空气通过精矿喷嘴进入反应塔的反应空间，并由喷嘴分散，使其均衡地完成冶金反应 精矿喷嘴的性能直接影响熔炼指标（烟尘率、温度、渣含Fe3O4、Cu等）和炉寿命，甚至决定熔炼过程是否能顺利进行，因而它是奥托昆普闪速熔炼最关键的工艺设备。

按工作原理不同，精矿喷嘴有两类：文丘里型和中央喷射扩散型（CJD型）。文丘里喷嘴适合于低氧浓富氧预热空气熔炼，而CJD喷嘴则适合于高氧浓富氧空气熔炼。

中央氧枪则是中央喷射扩散型（CJD型）精矿喷嘴中的一个组成部分。

中央喷射扩散型精矿喷嘴是70年代后期开始研究应用的，经不断改进，已成为标准化设计的一部分。

格沃古夫厂应用的是最早的CJD型喷嘴，该喷嘴设有水平方向喷出的分布风，但无中央氧枪，无风速调节装置。巴萨厂的CJD喷嘴是1992年安装的，压缩空气（分布空气）从分散锥下部水平方向喷出打散精矿，在分布空气管中央有中央氧管，通工业氧以改善精矿的反应。该喷嘴无风速调节装置，仅一个工艺风通道，通过调节富氧空气量调节出口速度。

金隆公司的精矿喷嘴工艺风有内环和外环2个通道，根据工艺风量可以自动或手动选择使用三种通道．即内环、外环、内环+外环，保证工艺风出口速度为80～120m/s。精矿下料管为水套结构。

玉野冶炼厂1994年安装的CJD喷嘴与金隆公司喷嘴结构相同，但该厂进行了改进。该厂将内环去掉，在外环内壁安装一块固定的衬板，并安装三圈上下移动式的滑块，以调节工艺风速。这样可以选择6级工艺风通道操作，可以根据风量和风温控制风速。

汉堡冶炼厂1994年将原4个文丘里喷嘴改为单个CJD喷嘴，其结构与金隆公司精矿喷嘴类似。但在1998年对结构进行了改进。在工艺风出口设置一个特殊形状的滑锥，通过改变出口截面使风速能在约50～150m/s的范围内调节。为防止喷嘴出口的粘结，该喷嘴在反应塔顶中的部分为铜水冷件，分散锥底通水冷却。

韦尔瓦冶炼厂1985年应用CJD喷嘴，1992年开始开发工艺风速控制系统，1995年同奥托昆普公司一起申请了该项目专利。该控制系统能够在线调节工艺风速，即根据风速设定值由喷嘴自动将风速控制在设定值上。应用该系统后，即使作业条件发生变化，烟尘、炉渣含Fe3O4、Cu、铜锍品位、温度、炉子粘结、炉衬腐蚀等均令人满意，作业稳定。为避免喷嘴下部的粘结，在喷嘴下部和速度控制装置上增设了水冷装置，并取消了分布器振打装置。

巴西的卡玛卡里冶炼厂1988年开始使用CJD喷嘴，但该喷嘴工艺风速不可调，而且无中央氧。1998年4月更换的奥托昆普挡板变速型CJD喷嘴。该喷嘴的特点是：

工艺风速可调；

设有中央氧枪；

干矿装入量110t/h；

中央氧枪中有天然气烧嘴。

为避免粘结，采取的措施是：

对调速板片基座增设水冷系统；

喷嘴周围增设环形铜水套；

分布器设水冷装置；

取消分布器振打。

由于高浓度富氧的使用和产量的提高，新建闪速冶炼厂（如我国金隆公司、智利查格里斯厂、印度的比里拉厂等）纷纷采用CJD精矿喷嘴，而一些主要闪速冶炼厂（如玉野厂、佐贺关厂、贵冶厂、巴萨厂等）为扩大能力，也纷纷采用CJD喷嘴取代文丘里喷嘴。2

工作原理中央精矿喷嘴系统由内外空气室和中央喷射分配器两部分组成，还有与之配套的控制阀门组。中央喷射器设有冷却水套、水套保护套、中央氧枪、分散空气管、调风锥和振打装置等。在中央喷射器上部对称设置的两个受料孔与装有自动滑动闸阀的下料管相连，炉料沿下料管进入精矿喷嘴，被设有径向喷气孔的调风锥分散成“伞”状，伞的大小由调风锥风量决定。

在中央精矿喷嘴上组装有振动给料器、下料滑板阀和精矿喷嘴调风锥分布速度控制系统等，用于下料；成套供给的精矿喷嘴阀门组上有中间氧流量控制系统、喷嘴冷却风流量控制系统、喷嘴分配风流量控制系统、中央喷嘴冷却水系统。中央精矿喷嘴安装在反应塔的上部，精矿喷嘴阀门组安装在中央精矿喷嘴附近。

闪速炉下料系统由振动给料器、滑板阀和中央精矿喷嘴组成，在精矿喷嘴下面有一个调风锥，用于对下料物料的分布速度控制，它们都组装在中央精矿喷嘴上面。

中央精矿喷嘴的中间氧流量控制、分配风流量控制、冷却风流量控制及冷却水的供给系统都安装在附近的精矿喷嘴阀门组上，由中央控制室的DCS系统进行控制。

在投料之前一定要将中央喷嘴冷却水系统投用，这部分是不需要进行自动控制的，全手动进行，无论是投料还是停产保温期间，喷嘴冷却水都是必须供给的，否则中央精矿喷嘴就会受到损坏。某厂在一次停产检修时关闭了喷嘴冷却水阀门，在投料时忘记了打开这个供水阀，致使中央精矿喷嘴彻底报废，损失巨大，千万不能大意。

在投料之前，喷嘴冷却风也是一定要供给的，也是用来保护中央精矿喷嘴的，这个系统是自动控制，风量不能过大，否则会影响反应塔的温度。

系统投料的顺序是先启动中间氧流量控制系统、分配风流量控制系统（此时将自动关闭冷却风），接着放下精矿喷嘴调风锥，打开滑板阀，再启动振动给料器。由给料螺旋送来的混合物料经振动给料器、滑板阀和精矿喷嘴调风锥下到反应塔，在反应塔的上部，物料在富氧空气燃烧的高温环境下，瞬间就熔化成了铜锍和炉渣，下落到沉淀池的底部。

系统停料的顺序是先停止振动给料器，关闭滑板阀，再将调风锥提到最高位置，关闭中间氧流量控制系统、分配风流量控制系统（此时将自动供给冷却风）。3

中央氧流量控制系统精矿喷嘴中间氧流量控制系统由下列部分组成：

1.检测仪表。热式气体质量流量计，将精矿喷嘴中间氧流量变成4～20mA DC电流信号。安装在闪速熔炼炉精矿喷嘴阀门组的中间氧管道上。

2.指示调节器。指示中间氧流量，并将其控制在一定的范围内。量程是0～2000m3/h（标态），正常控制值是1500m3/h（标态），上限报警值H=1800m3/h（标态），下限报警值L=300m3/h（标态），下下限报警值LL=200m3/h（标态）。调节器的输出是反作用。

联锁：当中间氧压力低下时，控制阀被电磁阀关闭，控制器将设定到手动模式，并且控制输出为0。

3.执行机构。气动调节球阀，气开式（PO）。接受指示调节器输出的4.20mA DC电流信号，以控制进入中间氧枪的氧气流量。安装在闪速熔炼炉精矿喷嘴阀门组的中间氧管道上。

精矿喷嘴中央氧枪流量控制器的设定值通常是由操作者给定的，在一定的工艺条件下，该设定值可以与混氧器总的氧流量相匹配。

由于反应塔处温度非常高，为了保护精矿喷嘴的中央氧枪，氧枪中总是有一定量的低温气体流过，正常生产时中央氧枪中流过的是低温氧气，如果中间氧供给管路截止阀因故被关闭，则冷却风就自动送往中央氧枪，以保护中央氧枪不至于烧坏。3

在通常给料量为110t/h左右范围内工艺风速为100m/s时，中央氧枪流量VO通常由下式求出：

ωch－投料量（t/h）4