CN1022846C - 熔炼铜的方法与燃烧器 - Google Patents

Abstract

一种采用包括低压气体与液压燃料在内的各种燃料来提供基本上属完全的燃烧和有均匀火焰成分的燃烧器；以及一种应用这类燃烧器在立式鼓风炉中熔炼铜阴极的方法。

Description

本发明涉及到这样的燃烧器，它能采用各种各样的燃料，包括低压的气体与液体燃料，来提供基本上属完全的燃烧和均匀的火焰成分;本发明还涉及应用上述燃烧器的一种方法，它能在立式鼓风炉中有效和经济地熔炼铜阴极，而不致在铜中引入过量的氧气。

需要有能进行有效的加热与熔炼的燃烧器，乃是工业部门至关重要的问题，尤其是在今天能源费用上涨、能源减少和可资利用的燃料正在变化的情形下。在立式的燃烧料的炉内熔炼铜阴极就是需要这类新型燃烧器的例子，此种燃烧器能采用液体燃料以及兰水煤气、增碳水炼气、改良的天然气、天然气、炼焦炉煤气、石油气、发生炉煤气以及其它天然的和合成的煤气之类的燃料。上述气体燃料常直接取自低压的城市煤气系统，且由于并不时常允许用升压装置，因而用于高压燃气的既有燃烧器不能有效地达到前述应用的目的。

为在本项工艺中所周知的以及3，199，977号美国专利（A.J.Phillips等，1965，8，10公布）所讨论的那样，铜阴极在工业上是用电解方法生产的，上述专利内容已列入本说明作为参考。此种阴极是工业生产纯铜，一般约2.54cm厚而呈63.5至102cm左右的平面矩形，当然也可按更大和更小的规格生产。

尽管阴极沉积的铜，除了实际存在于阴极表面上或夹杂在其中的常见杂质与不可避免的少量电解质（硫酸盐类）外，是工业用纯铜，但由于它们形状的与物理性质，特别是由于沉积铜的颗粒结构，一般并不使用铜阴极本身。要使之具备更有用的形式，就必须熔化这种阴极，并将此种金属液浇铸成一种或多种半成品形状，例如块、锭、条之类的拉丝锭、短条与棒，浇铸成类似于由此产生出的成品的形状，例如板、丝、管，以及浇铸成由工业纯铜制造的许多其它的市售产品。此外，要是此种铜在熔炼过程中为工业生产上不能接受的氧量与硫量所污染，则至为重要的是需在这种金属液进行浇铸之前，用

青法将此铜水中的硫与氧降低到可接受的含量。但从商品观点考虑，这样熔炼出的铜基本上受到破坏而不能予以使用，而必须通过一系列步骤进行再处理来形成新的阴极。这是一种费钱费时的做法。

因此，至为关键的是，用来熔炼铜的燃烧器不得有例如有害的氧来污染铜。一般，燃料-氧（空气）的混合物应取这样的比例，使其中所含的氧不足以使燃料完全燃烧，而形成的熔化用火焰为还原火焰。然而对这种熔化用火焰却提出了以下严格的要求：尽管总的来说火焰为还原性的，但却必须避免由于火焰中存在未燃烧的氧而造成不希望有的氧化效应。对绝大多数工业应用来说，这种预定的还原条件应使在熔炼过程中渗入铜的任何氧量不超过 铜量的0.05%（重量）。这种预定的还原条件较好的是，进入铜水中的氧量要小于铜量的0.035%（重量），而最好是小于0.01%。

上述

等的美国专利以及4，536，152号美国专利（

等）中所介绍的燃烧器，都是专门设计成图1中所示的那种燃烧器形式，来提供前述那种均匀的还原火焰和熔炼的工业纯铜的制品。4，536，152号美国专利中所公开的内容已列入本说明作为参考。

图1中所示先有工艺中的燃烧器本体3包括混合段50，用来将燃烧流与含氧的气体（空气）流并成一合成流，同时用来将此合成流引入火焰稳定段51。此燃烧器本体还设有一燃烧段52，该本体安装在抵靠着火焰稳定段51之肩54的法兰53上。点火棒58可设置在炉喉中，而用来引燃组合流的通常那种电触发的火花塞59则安装在段51的旁侧，使此火花塞的内端邻接棒58。炉喉与棒58的这种组合专门用以在燃烧段52内维持组合流的燃烧，尤其是在燃料速度高的时候。段51还设有开口69与70供组合流取样用。

段50有一环形的岐管部60、套61、弯部或肘部62、孔板63与装配有透明目镜65的观察孔64。套61紧靠肩66与段50的左端，结合环形部60形成一岐管，用来使两股待并合的流束中较小的一股（通常是燃料流）从管道36经开口67进入并合室68;通过对开口67的大小尺寸及其围绕上述套周边的分布方式的选择来控制这股较小的流束进入上述室68内的状况。较大的那股流束则从管道29通过板63的孔以及弯部62引入室68。管道36将较小的流束（燃料）导入燃烧器本体，同时装置有阀39，用来控制以正压输给燃烧器本体的燃烧量。管道36还配备有通常那种隔膜控制阀38，管件37从管道29内引至此隔膜阀中隔膜上方的空间，以使管道29中的空气压力通到此隔膜。燃料气体的标准工作压力是0.109MPa～0.114MPa或较高。

操作燃烧器本体时，将待并合的两股流束中较大的一股通过一孔，进入引向并合室的弯部，这股流束的精确成分按照3，199，977号美国专利中所述方式测定。

不幸的是，当使用低压气体燃料和/或液体燃料时，这类燃料的管道压力低于燃烧器本体中存在的压力，这就要求改装先有工艺的燃烧器和特殊的操作条件，而在工业界则迫切希望作出适合采用这类燃料的新型燃烧器设计。

本发明提供了一种用来熔炼金属而不会明显地污染此金属的高度有效的燃烧器，它能采用包括低压与高压气体燃料和液体燃料在内的各种各样的燃料。这种燃烧器是对3，199，977号与4，536，152号美国专利所述燃烧器的一种改进，同时采用一种吸入式混合段来取代先有工艺燃烧器中的压力混合段，这种吸入式混合段允许采用压力低于例如燃烧器中空气压力的燃料。举例说，先有工艺燃烧器通常要在高于空气压力30.5～38cm水压的压力下工作。利用本发明的这种吸入式燃烧器，燃料压力则可低于空气压力。

另一项改进是设置了一个与此种燃烧器混合室轴向对准的目镜，后者可以装在用来在此燃烧器混合段中构成吸气孔的位移杆内。该目镜最好有一广角观察物镜，以便对此燃烧器的室壁进行广角观察，更好的一种实施方案是采用望远镜式的观察仪器，后者以装在前述位移杆内为宜，以便聚焦到燃烧器的某些部分甚至炉内部分上。

图1是先有工艺燃烧器系统的放大的纵剖面图。

图2是本发明之燃烧器的吸入式混合段的剖面图。

示明于图1且如上讨论过的先有工艺燃烧器由许多段和许多部分组成。此改进了的燃烧器在于用图2所示之本发明的混合段71来取代在图1点A处或其邻近处的混合段50与弯部62。混合段71可用螺纹连接、法兰或其它机械密封方式安装在点A处。图1中通向隔膜控制阀38的管件37则最好保留，而在一更佳的实施方案中，则可用一类似的管件连接到混合段71靠近点A的端部。这一管件可用一T形接头与管件37连接，以对阀38提供压力信号并对燃烧器的作业加强控制。

如图2所示，混合段71包括一混合室72，室中有任选设置的位移杆73以构成一环形孔74。待并合的两股流束中较小的一股（通常是燃料流）是在进口75处引入的，而较大的那股流束（通常是空气流）则通过进口76引入。目镜77与78分设在位移杆73的两端，目镜78最好是广角透镜，能观察到点火段51与燃烧室52的整个内部。更 为理想的实施方案是采用设在位移杆73内的望远镜段79，用以聚焦到燃烧器3的特定部分，甚至炉子的内部。

操作此种燃烧器时，曾采用天然气作为燃料，经进口75引入，同时通过进口76引入空气。混合段71为北美制造公司（俄亥俄州，克利夫兰市）生产的吸入式空气-煤气混合器（编号3065-6），不带位移杆，燃烧器的尺寸则可查阅标题为“尺寸30.65，1-87”的该公司出版的小册子中1～2页。在经过孔74时形成的51cm水柱（W.C）的压力降下，上述吸入式装置用天然气每小时提供了1.1×10⁶BTU（英国热量单位）的热量。上述孔的环形面积为8.3cm²。所用天然气的压力为0.102MPa，空气的压力为0.106MPa。

在开口69与70处测量燃烧-空气混合物时，均匀的混合物可以表明燃烧室52中的火焰也同样是均匀的，能进行熔炼而不致将不需要的氧量引入熔炼中的材料内。在已在将这种燃烧器用在工业鼓风炉中熔炼阴极铜时得到了肯定。这种阴极铜与成品中典型的氧含量分别为0.01%与0.02%（重量）。

应知在不脱离本发明的精神与范围的前提下，是可以对已述的几个特点作出许多变更和改进的。因而上面的描述只是用来对本发明进行解释而不是对它作出限制。

Claims (5)

1、一种安装在鼓风炉中用来熔炼铜或类似材料的燃烧器，该燃烧器包括：

一混合燃料流和含氧气体流以形成均匀物质流的混合段(50)，该混合段(50)具有一燃料入口(36)和一含氧气体入口(29)以及一处于上述入口下游的混合室(68)；

一与上述混合段连接的火焰稳定段(51)，该火焰稳定段还包括用来点燃上述均匀物质流以产生还原火焰的一点火棒(58)和一火花塞(59)；以及

一处于火焰稳定段(51)下游的燃烧室(52)，该燃烧室(52)适于伸入鼓风炉中；

特征在于上述气体和燃料入口与上述混合段(50)中的吸入式气体混合器(71)连接。

2、按照权利要求1的燃烧器，特征在于还包括一目镜（77，78），该目镜（77，78）可沿轴向伸过混合室（72），以便从该混合室下游进行观察。

3、按照权利要求2的燃烧器，特征在于目镜（77，78）取望远镜的形式，它可调整成观察燃烧器的所需观察的部分。

4、按照权利要求2的燃烧器，特征在于目镜被封闭在燃烧器的一位于轴向上的杆（73）中，该杆限定了燃烧室中吸入式耦合器的一部分。

5、一种在鼓风炉中熔炼铜以产生含氧量少于重量的0.05%的熔化的钢的方法，包括在鼓风炉中进行燃烧，以产生还原火焰，由此，将不足量的含氧的气体供至燃烧器，以便完全燃烧供至燃烧器的燃料，该燃料为低压气体式液体燃料，特征在于燃烧是在上述任何一项权利要求所限定的燃烧器中进行的。

Images