CN1025793C - 连续熔炼铜的设备 - Google Patents

Abstract

一种连续炼铜设备，具有熔炼炉、分离炉、吹炼炉及将这些依次连结起来的流槽。在熔炼炉中，铜精矿砂熔化并氧化形成冰铜及熔渣。在分离炉中，将冰铜与熔渣分离。在吹炼炉中，将与熔渣分开的冰铜氧化成粗铜。一组阳极炉用来精炼吹转炉生产的粗铜而产生质量更高的铜。粗铜流槽装置包括主流槽及从主流槽分出来的支流槽，它们用来连结吹炼炉与阳极炉。一个可以安装在铜液流槽装置上的选择机构用来有选择地使主流槽与分支流槽中的一个建立熔液流通关系。

Description

本发明涉及用熔炼硫化铜精矿砂来提取铜的设备。

如图1及2所示，目前公知的熔炼铜设备均由多个熔炼炉组成。此类设备包括：以向内供富氧空气、氧化熔化铜精矿砂、并在其内形成冰铜M与炉渣S的熔炼炉1;将冰铜M与炉渣S分开的分离炉2;把分离的冰铜氧化、形成粗铜C与熔渣S的转换装置即吹炼炉3，以及将粗铜C精炼成较高纯度铜的阳极炉。熔炉1与吹转炉在其顶部均有一个套管式吹管5，吹管从炉顶插入，其连结方式可使其相对炉顶作垂直移动。精铜矿砂，富氧空气、助熔剂等通过吹管5输入各炉中。分离炉2是配有电极6的电炉。

如图1所示，熔炉1、分离炉2及吹炼炉3以递降顺序布置在不同的高度上，并以铜液流槽7A及7B将之顺序相连。熔液在重力作用下顺这些流槽下流。

由吹转炉3连续生产出的粗铜C临时贮存于保温炉8中，然后装入铜水包9，通过吊车10将铜水包9送向阳极炉4，并通过阳极炉顶壁上的浇口注入炉内。

因此，到吹炼炉3为止的熔炼工艺是连续进行的，但阳极炉4却是间断作业的。这是由于铜的质量即其最终成份需在这里加以控制的缘故。保温炉8的作用就是对熔炼工艺中的这种差别加以协调。

在图2中，标号L所示的是铜水包9从保温炉送往阳极炉的移动轨迹的一个实例。在阳极炉中，杂质被氧化并从粗铜C中除去，而在氧化过程中产生的氧化铜则还原成较高质量的铜。最终将得到的成品铜铸成阳极板后经电解提纯到更高的纯度。

在上述的熔炼设备中，虽然直到吹炼炉3的操作均是连续进行的，但在阳极炉4中的精炼工艺是间断进行的。所以由吹炼炉生产的粗铜C必须暂时存贮在保温炉8中。这样，就需要有保温炉装置。并且，还需要将粗铜液C从保温炉送往阳极炉的铜水包9、吊车等设备。而且为了使粗铜C在熔炼过程中有足够高的温度，还需耗费大量的能。结果是使熔炼装置的成本提高，而且也使缩减熔炼装置安装面积的可能性减小。

此外，粗铜液流入或流出铜水包时，因均从较高位置上落下而产生较强的空气流。这会使空气流中含有二氧化硫的气态生成物以及由于机械撞击、空气突然膨胀等诸因素产生的金属雾，这会对环境造成有害的影响。所以还需要有在大面积范围内有效的烟雾、尘埃收集装置。

因此，本发明的基本目的和特征是提供一种新颖的铜连续熔炼设备，它在吹炼炉与阳极炉间无需设置保温炉;直至阳极炉进行的精炼工艺均可以非常有效的连续方式来实施。

本发明的另一个目的和特征是提供具有一种为无保温炉的熔炼系统特别设计的改进了的阳极炉的铜连续熔炼设备。

本发明的进一步的目的和特征是提供一种具有以最佳方式排列从而显著地减小设备总面积的一组阳极炉的铜连续熔炼设备。

根据本发明的精神提供的铜连续熔炼设备包括：一个对铜精矿砂熔化、氧化而产生冰铜M和熔渣混合物的熔炼炉;一个将冰铜与熔渣分开的分离炉3;一个将与熔渣分离的冰铜氧化而生产粗铜的吹炼炉;依次连结熔炉、分离炉及吹炼炉的熔液流槽装置;一组将吹炼炉生产的粗铜精炼成更高质量铜的阳极炉;以及连结吹炼炉与阳极炉组的铜液流槽装置。

粗铜流槽装置可以有一个主流槽，在其一端与吹炼炉相连，在其另一端有多个分支，每个分支的一端均与主流槽连结，另一端则分别与一个阳极炉连接。一个选择装置也可与粗铜流槽连接，以便有选择地将主流槽与一个分支构通。

根据本发明的另一方面，上述的铜连续设备的特征在于，每个阳极炉的壳体部份均具有一个沿壳体周向延伸的长形开口，粗铜流槽装置在此开口处有一个端部。

根据本发明的又一个方面，一组阳极炉彼此平行布置，每个阳极炉的一端朝向吹炼炉，相邻阳极炉的壳体部份相对设置。

下面介绍附图。

图1是传统的铜熔炼装置的图解剖面图。

图2是图1所示设备的图解平面图。

图3是本发明的铜连续熔炼设备平面图。

图4是图3所示设备的阳极炉放大平面图。

图5是图4所示阳极炉的放大的侧视图。

图6是图4所示阳极炉沿Ⅵ-Ⅵ线的截面图。

图7是图4所示阳极炉沿Ⅶ-Ⅶ线的截面图。

图8是图4所示阳极炉部份的局部剖视图。

图9是沿图8Ⅸ-Ⅸ线的阳极炉截面图。

图10-12是相应于在粗铜接收工步，氧化工步与还原工步转动后的阳极炉的截面图。

图13是可用于图3所示设备的选择机构立体图。

图14是图13所示机构的局部剖视图。

图15至17是图3所示设备的工艺流程示意图。

图18是粗铜流槽装置连结阳极炉、吹炼炉的布置实例平面图。

图19是对阳极炉及其液流通道优于图18的更佳的一个平面布置图。

图3展示了本发明的铜连续熔炼设备的一个实施例，其中采用的与图1-2相同的标号就表示与之相同的零件或装置。

与现有技术类似，本实施例的设备具有，一个将精铜矿砂熔化并氧化成冰铜M和熔渣S的熔炉1;一个将冰铜M与熔渣分开的分离炉2;一个将从熔渣S中分离的冰铜M氧化生产粗铜的吹炼炉3;以及多个将吹炼炉生产的粗铜C精炼成较高纯度铜的阳极炉4。熔炉1，分离炉2，吹炼炉3以递降的顺序排列在不同高度上，具有确定熔液流径的流槽7A和7B的流槽装置将上述三个炉子依次相连。因而，熔液可以从熔炉1通过流槽7A流向分离炉2，再通过流槽7B流入吹炼炉3。炉1和炉3在其顶部均有多个套管式的吹管5，吹管5从顶端壁插入，其与顶部的连结方式使之相对炉顶能作垂直运动。铜精矿砂，富氧空气，助熔剂等通过这些吹管供入每个炉中。分离炉2是装备有多个电极6的电炉。

在本实施例中，两个阳极炉平行设置，吹炼炉3通过铜液流槽装置11与这些阳极炉相连。吹炼炉3生产的的粗铜液C经流槽装置11流入阳极炉4。铜液流槽装置包括：其上游端与吹炼炉3的出液口连结，并从吹炼炉3处倾斜下降设置的主流槽11A;一对处于下游处的、并从主流槽11A分出的支流槽11B。每个分支从分支处倾斜下降、它们的末端分别与一个阳极炉4连结。

此外，装置12用于有选择地导引主流槽11A与某一分支流槽11B建立液体导通关系，装置设立于主流槽与支流槽的连结处。装 置12可以任选结构。最普通的一种形式是在每一个支流槽11B与主流槽11A相邻接处的底部制出一个某种形式的浅窝，可将浅铸成形物即难熔材料的团块置入不使用的那条支流槽的浅窝部分中。

作为一种上述结构的取代，粗铜液通路的变换可用安装于流槽装置11上的适当选择装置来实现。图13，14是这种选装置的一个实例。在此实例上，倾斜的主流槽11A的下游部分是敞口的，一对分支流槽11B由一个水平部分11C与之相连，主流槽11A的下游端处于水平部分11C的上方。选择机构包括一对分别置于各个支流槽11B上游端的关闭装置40。每个关闭装置有：一块用与熔液相同材料制作的、并可垂直放置而关闭分支流槽11B液流通道的关闭平板，一个通过吊钩42及一条绳索与关闭平板上端连结的提升机构（未示出）;一个与关闭平板41连结、可向关闭平板内部供给冷却液的供液管43a，一个与关闭平板41相连、可将关闭平板内的冷却液排除的排液管43b。如在图14中可清楚看到的那样，关闭平板41与支流槽11B的截面形状相似，但其尺寸略小，板内部有曲折的通道41a，其两端41b、41c均开口于关闭平板41的顶部。供液、排液管43a、43b以可拆卸的方式分别与开口端41b与41c相连，并通过连接件44支承于吊钩42上。为了如上所述用关闭装置关闭支流槽11B，冷却液从供液管43a导向流体通道41a后，将由提升机机构使关闭平板41向下移动而将这一支流槽11B关闭。虽然关闭平板41与支流槽11B间有细小间隙，但通过间隙的熔液流在与关闭平板41接触时会被迅速冷却而凝固，凝固后的粗铜就在S处将间隙堵死，从而使此支流槽11B完全关闭。要开启这一支流槽11B时，首先将送入关闭平板的冷却液道关闭，然后将供排液管43a、43b从关闭平板上卸下。供排液管卸下之后，S处的堵住间隙的凝固了的粗铜由于熔液的热传道而熔化并顺支流槽11B流下，之后，将关闭平板41由提升机构升起。

此外，除了另外的出铜流槽71A和7B外，上述的主流槽11A 与11B全部加盖，并在其上提供诸如加热器和/或周围环境气氛调节装置的保温设备，以使熔液在密闭状态下通过这些铜液流槽时保持高温。

如图4-6最佳显示的那样，每个阳极炉4包括有：一个圆柱形炉身21，炉身上有壳体部分21b。在壳体部21b的两端装有两块端板21a，壳体部21b上还装有一对轮箍22，支承轮箍22的多个支承轮23安装在基板上。因此，水平支承着的炉身21可绕其轴线迥转。一个齿圈24a装于炉身21的一端，并与安装在炉身附近的驱动齿轮24b啮合。故炉身21可由驱动装置25方便地使其转动。

此外，如图4及5所示，加热器安装在一个端板21a上以保持炉中熔液的高温。一对风嘴27安装在壳体部21b上，用以将空气或富氧空气吹入炉身21。在壳体21b上还装有一个与一个风嘴27相对布置的排液孔28，经阳极炉炼过的铜液经排液孔28导入铸造设备，并在那儿铸成阳极板。在壳体部21b上半部分上还有一个用于将阳极板碎块一类的材料导入炉中的进料口29。如图6所示，一个通常为椭圆形的出气口30设置于壳体部30的顶端，其位置与加热器26相对。出气口30从炉子处于正常位置时所确定的顶部壳体环形地向外扩展。

位于排风管一端的排气罩31罩在出气口30上。如在图7中能清楚地看到的那样，排气罩31扩展得能复盖随炉身21转动而出气口30所占据的全部角度位置区域。而且，如图9所示，导引粗铜液流的支流槽11B插入排气罩31的边壁板中，其插入的方式使得支流槽11B的端部11C位于出气口30的上方。排气罩31及支流槽11B的端部11C各配有水冷套J。

对本发明的连续炼铜设备的熔炼工艺的介绍如下。

首先，将如铜精矿砂一类粒状材料通过吹管5与富氧空气一起导入熔炼炉1，进入炉1的铜精矿砂部分地被氧化，并因氧化生成的高热而熔化，从而形成了冰铜M与熔渣S的混合物。冰铜的基本成分 是硫化铜与硫化铁，其比重较大。而熔渣由矿石、尾矿砂、助熔剂、氧化铁等组成，其比重较小。冰铜M与熔渣S的混合物从熔炼炉1的排液口1A通过铜液流槽7A溢流至分离炉2。

冰铜M与熔渣S的混合物溢流入分离炉后，由于彼此的比重不同，分离成难以相混的两层。冰铜M通过设在分离炉2排液口处的虹吸管2A分离溢流，沿流槽7B导入吹炼炉3，熔渣S从放液孔2B流入水中粒化后排送出熔炼系统。

导入吹炼炉3的冰铜M由经过吹管5吹入的富氧空气进一步氧化并将熔渣S从中除去。在这里，冰铜M转化成纯度约为98.5%的粗铜，接着经排液口3A进入主流槽11A。由于从炉3中分离出的炉渣S中含有相对较高的含铜量，故从排液口3B排入水中粒化的熔渣S，经干燥后又送回熔炼炉1再次熔炼。

进入主流槽11A的粗铜C进入一条支流槽11B。这时，另一条支流槽11B已通过用可铸物铸入其底部浅窝而阻断了与主流槽的通流关系。随后，粗铜液经出气口就流入相应的一个阳极炉中。图10展示 了阳极炉旋转到的某一位置。而且，在进料作业时，维持这一位置不变。

粗铜进料作业结束后，起动驱动装置25使炉身21旋转一预定角度而到达图11所示位置，在此处，风嘴27位于熔液液面以下。在这个位置上，首先通过风嘴27将空气或富氧空气吹入炉中，使粗铜氧化一段预定的时间而使铜中硫的浓度达到一个预选的标定值。然后将基本成份是烃和空气混合物的还原剂导入炉中进行还原作业，使铜中氧的含量达到一个预选的标定值。在上述过程中产生的废气以经出气口30、排气罩31向废气风道排放的方式加以回收，并对其进行适当的处理。熔渣S从排液口29排出。

来自吹炼炉3的粗铜C在阳极炉4中精炼成更高纯度的铜之后，再次起动驱动装置25使炉体旋转一预定角度，其情况如图12所示。其内的铜液经排放孔28排出。排出的铜液经另一个流槽送往阳极浇铸模铸成阳极板。然后，再将阳极板传向后续的电解提纯装置。

如上所述，在本发明的连续熔炼铜设备中，粗铜C从吹炼炉向某一阳极炉的输送是直接通过粗铜液传送通道流道槽装置11来进行的。所以无需设置保温炉，当然也不需对其进行加热的操作。此外，还因不再需要铜水包、起重机构等运输设备，故此熔炼铜设备总占地面积得以实质性的缩减。而且，因为无需保温炉，铜水包，起重机构等，故本设备的总成本与操作费用都可降低。

由于粗铜C从吹炼炉3到阳极炉4的传送直接经由流槽装置11进行，这就使粗铜（在密闭状态下传送较为容易。故只有极少量的二氧化硫及金属烟雾产生。这些对环境会造成不良影响的气态物质的泄露是可以防止的。粗铜C的温度变化也可以由此减至最小。

在上述的熔炼铜设备中，作为粗铜液流通道的支流槽11B的排液口11C位于阳极炉4的出气口30的上方，故出气口30不仅作为从炉身中向外排放废气的出口，而且还作为粗铜液C的进入口，此外，与排气风道相连的排气罩，在炉身旋转时，对出气口所处的各个周向转角位置均能起到罩护作用。所以，由于实质上是必不可少的出气口30又能用作粗铜液的进口而使本设备的结构变得非常简单。另外，由于各个支流槽11B的排液口11C由加热器26燃烧生成的高温废气所加热，故无需再对其置设任何保温装备。

由于出气口30是沿壳体部21b的周向扩展的，故熔液的导入甚至在阳极炉旋转一角度的过程中也可进行，因而，氧化工艺可以与接收粗铜同时进行。与插入端板21a的流槽的情况相比，炉身开口的面积还可以减小。而且，即使炉身转动，流槽11B与炉身21亦不会发干涉。

支流槽11B的端部11C处配有水冷套J，铜液流槽的强度由于经受冷却而增强，从而增加了流槽的使用寿命。

在本实施例中提供了两个阳极炉，吹炼炉3生产的粗铜C经选择装置12选择的流槽只流入其中的一个炉内。在一个阳极炉开始接收粗铜液时，另一个炉中接收的粗铜已在氧化，还原并铸成阳极板3。

下面，就图15-17所示进程表介绍典型的操作模式，其中包括接收粗铜C入两个阳极炉4，氧化，还原与浇铸。合适的模式选择在很大程度上取决于连续熔炼作业的能力，即熔炉的熔炼能力与阳极炉的精炼与贮料能力量的平衡。

图15所示相应于阳极炉的能力超过吹炼炉能力的的情况。

当粗铜C为阳极炉之一（a）接收时，在前一个步骤中已进入阳 极炉（b）的粗铜液则在经受氧化、还原、浇铸及各种相应的辅助作业处理。在此模式中，氧化用2小时，还原用二小时，浇铸作业用4小时。此外，在氧化与还原作业之间得用半小时清洁风口，在还原与浇铸作业之间用1小时作浇铸准备，在浇铸与一下次进料作业之间用半小时进行铸件清理。这样，从接收的铜料精炼到下一次粗铜料进料工作的完成总共需10小时。

但在另一方面看来，接收粗铜料需花费12小时，而阳极炉内作业总时间，如上所述短于接收所用的时间。所以有足够的时间，在下一轮进料以前来完成浇铸作业。

图16相应于阳极炉与吹炼炉能力基本平衡的情况。即对吹炼炉来说，其能力要大于图15中的情况。在本模式中，用于氧化、还原、浇铸、及其它辅助操作如清洁风口、浇铸前的准备、清理铸件等所需总的时间与前模式相同，即为10小时。但用于接收粗铜料的时间也是10小时。故对阳极炉而言就没有等待时间了。

图17所表述的是在阳极炉能力低于吹炼炉能力时可采用的模式。在这模式中，为增强精炼能力，在粗铜进料的最后阶段，粗铜的氧化作业与进料作业同时进行。更确切地说，粗铜进料用2.5小时完成，而从氧化至铸件清理共需9.5至10小时。由于进料作业与氧化作业时间上的局部重叠，各种作业的总需时间就减少了。

进料与氧化作业在炉身21从图10所示位置向图11所示位置转动时就进行，而且在粗铜进料作业完成后，氧化作业仍然继续。

采用上述这一作业模式，进料与氧化作业平行进行，故粗铜精炼所占纯时间由于时间重叠而减少，因而阳极炉的能力得到了加强。因而在熔炼能力增加以后，整个熔炼系统的生产率都相应地提高了。

前面所述的图15-17的时间进程图仅是对阳极炉操作工艺列表表示的一些实例。而合适的各种模式可依据阳极炉的数量和能力以及各工步作业时间加以选择。此外，就图17所示进料与氧化作业时间重叠而言，还应适当考虑粗铜生产率、阳极炉的氧化能力等因素。

在前述各实施例中，两个阳极炉4彼此均平行布置。因而当需再设置一个备用阳极炉时，所增加的炉子也可以简单地跟与原先两个炉平行布置，并相应地增设支流槽及选择机构。

下面就阳极炉与其相连结的流槽装置的布置进行详细的讨论。

图18表述了阳极炉布置的一个实例，其中的两个阳极炉4A及4B与备用阳极炉4C的设置方式使得他们的水平轴线位于同一直线上。流槽装置把吹炼炉与各个阳极炉4A-4C连结在一起。更确切地说，两个阳极炉4A，4B是按常规作业的，两者的出气口布置成彼此相对的。备用炉4C的出气口只能布置得与这2个炉相邻近。流槽装置11包括，一个其一端与吹转炉3连结的主流槽11A和一对支流槽11B，每个支流槽的一端均与主流槽11A连结，而另一端分别与阳极炉4A，4B中的一个连结。附加的支流槽11C的一端与备用炉4C相连结于出气口，其另一端与上述两条支流槽11B中的一条的上游部相连。除了设在主流槽11A与支流槽11B的连结点处的选择机构12外，在支流槽11C与与其相连的那条支流槽11B的连结点处又设置了一个选择机构12A。图中标号45所示的是承接从炉体21a排液口排出的熔渣的铜水包。

但在上述布置中，右面的阳极炉4B与左面的炉4C的距离大于一个阳极炉的纵向长度。因此连结吹炼炉与阳极炉的流槽就变得太长。此外，出气口30与排液孔28沿阳极炉长度方向上是相对布置的， 因此两个相邻阳极炉的排液孔28的间的距离也变大，从而使连结浇铸装置47与阳极炉的浇铸流槽46也随之变长。由于粗铜流槽装置11及浇铸槽46均变长，而使熔炼设备不能紧凑，故设备总占地面积也就不能有效缩减。此外，由于铜液通道增长，附设的加热器数量也必定随之增多从而使流槽装置的结构复杂化。这样运行成本及为维持出铜槽处于密封状态所花费的劳动力也会增加。

综上所述，在图19中展示了一个更佳的阳极炉与铜液流槽装置的布置方式。在此布置方式中，与在前述第一个实施例中一样，炉4A与4B是相互平行对置的，备用炉4C亦布置成与上述两炉平行，但略微向浇铸装置47靠近一些。粗铜流槽装置11包括：一根其一端与吹转炉3相连的主流槽11A;一对其中每一条的一端均与主流槽11A相连、另一端分别与炉4A、4B的出气口30中的一个连结的支流槽11B。还有一根其一端与备用炉4C的出气口30相连，而另一端与上述支流槽11B中邻近的一个一上游段连结的附加支流槽11C。除了在主流槽11A与支流槽11B间的连结点处，设置的选择机构12外，在附加支流槽11C与支流槽11B间的连结点处还增设另一个选择机构12A。

就图19所示的安排方式而言，相邻两阳极炉间的间隔距离明显缩短，因而相邻的出气口间的距离也就减之最低限度。故与出气口相连的粗铜流槽长度也相应地明显减缩。此外，由于相邻的炉4A，4B的出液口可以安排得彼此相对，浇铸流槽46也就可以减短。故整个熔炼设备可以安排得很紧凑，设备的占地面积也就可显著减小。由于附设的加热器数量的减少及流槽结构的简化，运行成本及为保持铜液流槽处于密闭状态所花的劳动力也会减少。如上所述，相邻阳极炉 间距离可以变得很小，但仍是以在阳极炉边进行如风口处理、进液、排液作业等必要的操作。

很明显，对本发明的许多改良和变型仍可纳入本发明精神范围之内。所以应了解到，在所附权利要求范围之内，除了已具体描述的内容之外，本发明亦可以其它方式来实施。

Claims (7)

1、一种连续熔炼铜的设备包括：

一个熔化并氧化铜精矿砂而产生冰铜和熔渣混合物的熔炼炉；

一个将冰铜与熔渣分开的分离炉；

一个将与熔渣分开的冰铜氧化而产生粗铜的吹炼炉；

用于依次将熔炼炉、分离炉与吹炼炉连结的熔液流槽装置；

一组将吹炼炉产生的粗铜精炼成更高质量铜的阳极炉；

用于连结吹炼炉与阳极炉的铜液流槽装置

2、如权利要求1所述的设备，其特征在于铜液流槽装置包括其一端与吹炼炉连结的一个主流槽，以及一组支流槽，每一个支流槽都以其一端与主流槽连结，另一端各与阳极炉组中的一个连结。

3、如权利要求2所述的设备，其特征在于在铜液流槽装置上还装置一个可有选择地在主流槽与其中一个支流槽间建立液流导通关系的选择机构。

4、如权利要求1所述的设备，其特征在于阳极炉包括一个具有壳体部并在壳体部两端各装有一个端板的炉身，在支承上的炉身可绕其水平轴线旋转，壳体上部有一个沿其周向延伸的、可用于接收粗铜液的开口;铜液流槽装置在壳体部的上述开口处有一个（流槽）端部。

5、如权利要求4所述的设备，其特征在于阳极炉还具有一个排风管、排风管具有一个在相应于炉身预定的转动范围内均可覆盖其上开口用于将通过该开口排出的废气排走的排气罩。

6、如权利要求5所述的设备，其特征在于位于炉身的上述开口上方的铜液流槽装置的端部上配置有冷却水套。

7、如权利要求3所述设备，其特征在于一组阳极炉装置彼此均平行设置，每个阳极炉的一端均朝向吹炼炉，而且相邻阳极炉的壳体部彼此相对安置。

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