CN102851518B - 富氧侧吹熔池炼铜炉及其操作方法 - Google Patents

富氧侧吹熔池炼铜炉及其操作方法 Download PDF

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本发明公开了一种富氧侧吹熔池炼铜炉及其操作方法。其特征在于该种富氧侧吹熔池炼铜炉由熔炼炉和保温电炉组成,冰铜溜槽和熔炼渣溜槽分别将其连通成一个整体,其中熔炼炉设有三次风口和熔体加入口,熔炼室前端设有渣室和出渣口,渣室正对低炉底处砌有冰铜虹吸口,保温电炉单独加温;采取连续放出冰铜和炉渣至保温电炉中,控制炉渣中的Fe3O4含量保持在3%-4%,炉渣铁硅比为1.1~1.2,保温电炉不加任何贫化剂。采用本设备和方法进行生产其所排放炉渣的含铜将低于0.45%,并能明显减轻劳动强度,节约材料消耗,降低了生产成本和新厂建设投资。

Description

富氧侧吹熔池炼铜炉及其操作方法
技术领域
[0001] 本发明涉及有色冶金技术领域的工艺设备与方法,特别涉及一种用于从铜精矿中提取金属铜的熔炼装置与方法。
背景技术
[0002] 在当今的金属铜火法冶炼工艺中,熔池熔炼以其原料适应性强、生产效率高、烟尘排放量少、渣中铜残留量低等优势,得到了广泛应用。特别是随着铜矿入炉品位的逐渐降低、伴生矿多、杂质含量高、铜矿原料不断贫化现状的加剧,今后熔池熔炼的优势还将进一步得到显现。
[0003] 上世纪70年代,熔池熔炼开始大规模应用于铜冶炼工业生产,其中1976年瓦纽科夫熔炼炉在诺里尔斯克投入生产,1978年艾萨熔炼炉投入工业试运行,并将氧气底吹熔炼法于1981年首先应用于炼铜行业。最近,在瓦纽科夫炉的基础上国内也相继开发出几种新型熔池熔炼炉,但与原有瓦纽科夫炉相比并没有多少变化。
[0004] 瓦纽科夫炉由炉基础、炉缸以及铜水套组合而成的炉身等构成,铜精矿、熔剂等由设在炉顶的加料口加入炉内,与鼓入炉内的氧气发生一系列化学反应,反应生成的冰铜和炉渣在炉内完成沉降分离,再分别由处于炉体下部两端的渣溢出口和冰铜虹吸口放入各自的保温存储装置内。
[0005] 瓦纽科夫炉存在的问题是炉渣和液体冰铜分开存储的方式势必造成设备占地面积大、热量损失大,且该冶炼工艺逸散到空气中的SO2比较多,不仅使得操作环境变得不好,污染企业周边的大气环境,给人和生物的生存带来不利影响,同时烟气中的单体硫数量大,对后续的设备危害也非常严重;另外,火法冶金炼铜所使用的艾萨熔炼炉及氧气底吹炼铜炉等设备由于没有合理的沉降分离空间,其生产产生的炉渣中含铜量偏高,为了回收炉渣中的残留铜,还需要建造和使用比较庞大的渣选矿厂及设备来处理熔炼渣,经济方面不合理。国内新开发的熔池熔炼炉型,虽`然均不同程度的对上述不足之处有所改进,但对存在的问题仍然未能得到很好的解决。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对上述已有设备存在的不足,提供一种操作简单、能耗低、能有效降低渣中含铜、提高烟气中SO2的浓度且烟气中单体硫含量合格的铜熔池熔炼装置。
[0007] 为实现上述目的,申请人设计出了一种富氧侧吹熔池炼铜炉,该炼铜炉共分为两个单独炉体,即熔炼炉和保温电炉,二者之间通过冰铜溜槽和渣溜槽连接在一起,形成了一个整体,加料皮带运送炉料至熔炼炉加料口,变压器的输入端同外界电网相连,其输出端通过铜母线和电极相连,电极插入到保温电炉的炉内。
[0008] 所设计的熔炼炉为竖式熔池熔炼炉,底部为炉基础,其上为耐火砖砌筑而成的炉缸,炉缸底部呈高低形设计,数十块水套组合围成的炉身座于炉缸之上,炉身的前、后端炉墙和左、右侧炉墙均设有冷却水套,水套内为冷却循环水,左、右侧炉墙水套由立铜水套、两层斜铜水套和一层内衬耐火砖的铁水套共四层水套组成,而前、后端炉墙除第四层为内衬耐火砖的铁水套外其余则均由立铜水套构成;第一层左、右侧炉墙的立铜水套上开有一次风口,单独制作的水冷铜水套一次风咀安装在一次风口内,风咀外部和弹子阀连接;第三层斜铜水套上设有二次风口 ;在炉身前端炉墙的第四层铁水套上设有熔体加入口,用于开炉时将在保温电炉中事先熔化的炉料由此加入口加到熔炼炉内;内衬耐火捣打料的铁水套覆盖在炉身之上构成炉顶,炉顶设有加料口、水冷上升烟道以及三次风口 ;炉身下部的熔炼室前端设有盛装炉内连续放渣及冰铜的渣室,渣室通过熔炼炉炉底涵道与熔炼室相连通,在渣室高度中上部设有出渣口,出渣口同熔炼渣溜槽相通,反应生成的熔炼渣自出渣口溢流后排放到熔炼渣溜槽内;在渣室正对炉缸的炉底处还砌有冰铜虹吸口,冰铜虹吸口穿过炉墙同冰铜溜槽相通,此种结构使得出冰铜口和出渣口均处于熔炼炉炉体的同一端面;为保证熔体温度,渣室的顶端安有燃烧器,为避免炉内液面突然长高而造成大量渣涌出渣室,在渣室右侧墙设有安全口。炉身由钢立柱支撑,钢立柱与炉身之间由带螺杆组件的调节杆连接,能对熔炼炉起到很好的固定和调整作用。[0009] 本发明所设计的保温电炉,底部为电炉基础,其上为电炉炉体,电炉炉体的炉墙内部由耐火砖砌筑而成,外部由钢结构包覆,其间铺设铜冷却水管;电炉炉体设有放冰铜口和放渣口,其中放冰铜口位置在贴近电炉炉体的底部,放渣口位置在电炉炉体中间合适高度,上部覆盖为捣打料砸制的电炉炉顶,电炉炉顶设有电极插入口、上升烟道、冰铜加入口、熔炼渣加入口,其中熔炼渣加入口和熔炼渣溜槽相通,冰铜加入口和冰铜溜槽相通;通过铜母线与变压器直接相连的电极直接插入到电极插入口内,以高温电弧的形式向保温电炉供给热能。
[0010] 使用上述设备,在操作方法方面和普通熔炼炉相比进行了相应改进,其中主要包括:
[0011] (I)熔炼炉的出铜口和出渣口连续放出冰铜和炉渣至保温电炉之中,其中出冰铜温度为1140-1160°c ;出渣温度为1240-1270°c。
[0012] (2)厚渣层操作,熔炼炉内的渣层厚度为100-115cm。
[0013] (3)控制富氧率,使之达到65-80%,喷吹量为800_1000m3/吨冰铜,烟气中SO2的浓度控制在25%-29%,风温为10-50°C。
[0014] (4)控制炉渣中的Fe3O4含量保持在3%_4%,炉渣铁硅比(Fe/Si02)为1.1~1.2。
[0015] (5)控制燃料煤量与铜精矿量的比率在3%_4%,使用普通煤质燃料即可满足生产要求,而余热锅炉结焦不会加重。
[0016] (6)保温电炉只需定期放冰铜、放渣,不需加任何贫化剂。工作电流可根据熔炼炉熔体温度进行调整,正常工作电流为40-50A,在熔体温度高时甚至可关掉变压器。
[0017] 本发明具有如下特点:
[0018] (I)冰铜、炉渣从熔炼炉炉体的同一端面连续流出,放至同一保温电炉内。此种设计改变了瓦纽科夫熔炼炉两端分别放冰铜和渣的方式,提高了保温炉的利用率,减少了热量损失,同时避免了间断放冰铜造成熔炼炉操作不稳定的不利影响,减轻劳动强度,节余材料消耗,降低了生产成本;
[0019] ( 2 )炉顶设置三次风口。在靠近炉顶水冷上升烟道处设置四个三次风口,三次风的加入,提高了烟气中的氧势,为单体硫的充分燃烧提供了必要条件,单体硫少,极大减轻了因单体硫对风机等设备的损害,同时也避免了因单体硫堵塞硫酸净化系统而造成的停车,提高了硫的回收率。同时,鼓入的三次风形成一道幕墙,阻挡了烟气将炉料内细小颗粒的带走,降低了烟尘率;
[0020] (3)炉渣中含铜量明显减低。熔炼炉内搅拌强度大,冰铜颗粒有充分的接触机会长大,同时生产中合适的冰铜层及渣层高度确保了充足的沉降时间和区域。且冰铜颗粒穿过渣层,对渣层有洗涤贫化作用。熔炼渣进入到保温电炉后可进一步澄清,从而得到的弃渣中含铜量明显降低,不加任何贫化剂,所排放炉渣含铜低于0.45% ;
[0021] (4)建设投资少,建设周期短。所得熔炼渣含铜低,可直接水淬外售,不需缓冷浮选,省去了缓冷设施以及庞大的渣浮选投资。设备关键部件为水冷铜水套,耐高温、腐蚀和冲刷,炉寿命长,检修维护成本低。本装置为装配组合型炉子,安装施工方便;
[0022] (5)综合能耗低。吹炼渣层,所需一次风压低,动力消耗少。富氧浓度高,接近80%,烟气带走热量小,燃料消耗低。烟气SO2的浓度高,制酸系统可实现三转三吸,提高硫回收率。保温电炉功率,根据熔体温度,可调低变压器功率甚至关闭变压器,消耗电能少;
[0023] (6)生产负荷及冰铜品位可调范围大。根据生产需要,通过开关一定数目一次风口生产负荷可在大范围内调整。通过调整风料比以及燃料煤量与铜精矿量的比率,冰铜品位可在48%至65%之间快速调节;
[0024] (7)操作简单,劳动强度低,安全性高。炉膛较高,熔体喷溅物不会接触到加料口,加料口无需清理;吹炼渣层,一次风口不粘结,不需清理。冰铜和熔炼渣均连续放出,放出口和溜槽不会粘结变小,不需烧氧作业;
[0025] 保温电炉不仅提供保温、存储熔体作用;还可以用于生产出熔炼炉开炉时所必须的熔体,通过铜包吊运加入到熔炼炉内,使熔炼炉开炉变得十分容易。`附图说明
[0026] 图1为本发明富氧侧吹熔池炼铜装置平面布置示意图。
[0027] 图2为本发明熔炼炉结构示意图。
[0028] 图3为本发明熔炼炉的右视剖视图。
[0029] 图4为本发明保温电炉结构示意图。
[0030] 图5为本发明保温电炉的俯视图。
[0031] 图中:1为熔炼炉,2为保温电炉,3为冰铜溜槽,4为熔炼渣溜槽,5为加料皮带,6为变压器,7为铜母线,8为电极;
[0032] 101为熔炼炉基础,102为炉缸,103为一次风口,104为炉身,105为炉顶,106为加料口,107为烟道接口,108为炉台水套,109为钢立柱,110为二次风口,111为熔体加入口,112为三次风口,113为安全口,114为渣室,115为出渣口,116为冰铜虹吸口,117为燃烧器,118为高炉底,119为低炉底,120为坡形面,121为调节杆,122为第一层立铜水套,123为第二层斜铜水套,124为第三层斜铜水套,125为第四层铁水套,126为专用塞杆,127为弹子阀;
[0033] 201为电炉基础,202为钢结构,203为冷却铜管,204为电炉炉体,205为电炉炉顶,206为放冰铜口,207为放渣口,208为电极插入口,209为烟道,210为熔炼渣加入口,211为冰铜加入口,212为钢立柱。具体实施方式
[0034] 参阅图1所示,本项发明所设计的富氧侧吹熔池炼铜装置由熔炼炉(I)、保温电炉
(2)、冰铜溜槽(3)、熔炼渣溜槽(4)、加料皮带(5)、变压器(6)、铜母线(7)和电极(8)构成,其中冰铜溜槽(3 )和熔炼渣溜槽(4 )分别将熔炼炉(I)和保温电炉(2 )连通成一个整体,加料皮带(5)运送炉料至熔炼炉加料口(106),变压器(6)的输入端同外界电网相连,其输出端通过铜母线(7)和电极⑶相连,电极(8)插入到保温电炉(2)的炉内。
[0035] 参阅图2、图3所示,熔炼炉主要由熔炼炉基础(101)、炉缸(102)、炉身(104)和炉顶(105)组成,底部为熔炼炉基础(101 ),其上为耐火砖砌筑而成的炉缸(102),炉缸(102)的炉底分为高炉底(118)和低炉底(119),高、低炉底由坡形面(120)过渡相连,炉底的高低形设计,提高了炉缸(102)低处的深度,节省了高处冰铜区的空间,减少了炉缸的容积,节约能源并保证了炉内熔体良好的热交换;数十块水套组合围成的炉身(104)座于炉缸(102)之上,每块水套走单独的冷却水管道;为保证炉缸(102)与炉身(104)之间紧密结合,在其间平铺了一层炉台水套(108);炉身(104)的前、后端炉墙和左、右侧炉墙均设有四层冷却水套,其中炉身(104)的左、右两侧炉墙的第一层立铜水套(122)上开有一次风口(103),一次风咀安装在一次风口(103)内,一次风咀外部与和弹子阀(127)连接,生产中一次风口的使用数量根据处理矿量不同随时可以调整,利用弹子阀(127)和不锈钢材质的专用塞杆(126)可以塞住风口使之关闭,在炉身(104)左、右两侧炉墙的第三层斜铜水套(124)上 安有二次风口(110),用于燃烧单体硫,其开启数量可根据在线监测烟气氧浓调整;在炉身(104)前端炉墙的第四层铁水套(125)上设有熔体加入口( 111 ),用于开炉时将在保温电炉中事先熔化的炉料由此加入口加到熔炼炉内;内衬耐火捣打料的铁水套覆盖在炉身之上构成炉顶(105),炉顶(105)设有加料口(106)、三次风口(112)以及上升烟道接口( 107),三次风口( 112)设在炉顶,其气流可在上升烟道前形成一道气幕,一定程度上降低了烟尘率,同时和二次风口( 112) —样,也可燃烧掉一部分单体硫;炉身(104)下部的熔炼室前端设有渣室(114),在渣室高度的中上部设有出渣口(115),出渣口(115)同熔炼渣溜槽(4)相通,反应生成的熔炼渣自出渣口(115)溢流后排放到熔炼渣溜槽(4)内;在渣室(114)正对炉缸(102)的低炉底(119)处砌有冰铜虹吸口(116),冰铜虹吸口(116)穿过炉墙同冰铜溜槽
(3)相通,此种结构使得冰铜出口和出渣口均处于熔炼炉炉体的同一端面;为保证熔体温度,渣室(114)的顶端安有燃烧器(117);为避免炉内液面突然长高而造成大量渣涌出渣室(114),在渣室右侧墙设有安全口(113);炉身(104)由钢立柱(109)支撑,钢立柱(109)与炉身(104)之间由带螺杆组件的调节杆(121)连接,能对熔炼炉起到很好的固定和调整作用。
[0036] 参阅图1、图4、图5所示,保温电炉主要由电炉基础(201)、电炉炉体(204)以及电炉炉顶(205)组成,电炉炉体(204)的炉墙内部由耐火砖砌筑而成,外部由钢结构(202)包覆,其间铺设数十根铜冷却水管(203),电炉炉体(204)的底部设有两个放冰铜口(206),电炉炉体(204)高度约中部位置设有两个放渣口(207);电炉炉顶(205)靠近熔炼炉位置设有熔炼渣加入口(210)以及冰铜加入口(211),其中熔炼渣加入口(210)和熔炼渣溜槽(4)相通,冰铜加入口(211)和冰铜溜槽(3)相通;在电炉炉顶(205)中间部位设有呈直线排列的三个电极插入口(208),远离熔炼炉位置设有烟道(209),保温电炉的热能提供装置变压器(6)被安放在安全的独立空间内,三根电极(8)吊装在炉顶(205)炉顶(205)上方,变压器(6)与电极(8)通过铜母线(7)连接。
[0037] 使用上述设备进行铜的冶炼生产,重点控制的操作参数如下:
[0038] (I)采取连续放出冰铜和炉渣至保温电炉之中,其中出冰铜温度为1140_1160°C ;出渣温度为1240-1270°C ;
[0039] (2)熔炼炉内的渣层厚度为100-115cm ;
[0040] (3)控制富氧率,使之达到65-80%,喷吹量为800m-1000m3/吨冰铜,烟气中SO2的浓度控制在25%-29%,风温 为10-50°C ;
[0041] (4)控制炉渣中的Fe3O4含量保持在3%_4%,炉渣铁硅比(Fe/Si02)为1.1~1.2 ;
[0042] (5)控制燃料煤量与铜精矿量的比率在3%_4% ;
[0043] (6)保温电炉定期放冰铜、放渣,不加任何贫化剂,工作电流电流为40-50A。

Claims (3)

1.一种富氧侧吹熔池炼铜炉,其特征在于该炼铜炉由熔炼炉(I)、保温电炉(2)、冰铜溜槽(3)、熔炼渣溜槽(4)、加料皮带(5)、变压器(6)、铜母线(7)和电极(8)构成,其中冰铜溜槽(3)和熔炼渣溜槽(4)分别将熔炼炉(I)和保温电炉(2)连通成一个整体,加料皮带(5)运送炉料至熔炼炉加料口(106),变压器(6)的输入端同外界电网相连,其输出端通过铜母线(7)和电极(8)相连,电极(8)插入到保温电炉(2)的炉内, 其中,该炼铜炉中的熔炼炉由熔炼炉基础(101)、炉缸(102)、炉身(104)和炉顶(105)组成,底部为熔炼炉基础(101 ),其上为耐火砖砌筑而成的炉缸(102),炉缸(102)的炉底分为高炉底(118)和低炉底(119),高、低炉底由坡形面(120)过渡相连;数十块水套组合围成的炉身(104)座于炉缸(102)之上,每块水套走单独的冷却水管道;炉缸(102)与炉身(104)之间平铺了一层炉台水套(108);炉身(104)的前、后端炉墙和左、右侧炉墙均设有四层冷却水套,其中炉身(104)的左、右两侧炉墙的第一层立铜水套(122)上开有一次风口(103),一次风咀安装在一次风口( 103)内,一次风咀外部和弹子阀(127)连接,在炉身(104)左、右两侧炉墙的第三层斜铜水套(124)上安有二次风口( 110);在炉身(104)前端炉墙的第四层铁水套(125)上设有熔体加入口(111);内衬耐火捣打料的铁水套覆盖在炉身之上构成炉顶(105),炉顶(105)设有加料口(106)、三次风口(112)以及上升烟道接口( 107);炉身(104)下部的熔炼室前端设有渣室(114),在渣室高度的中上部设有出渣口(115),出渣口(115)同熔炼渣溜槽(4)相通;在渣室(114)正对炉缸(102)的低炉底(119)处砌有冰铜虹吸口(116),冰铜虹吸口(116)穿过炉墙同冰铜溜槽(3)相通;渣室(114)的顶端安有燃烧器(117);渣室右侧墙设有安全口(113);炉身(104)由钢立柱(109)支撑,钢立柱(109)与炉身(104)之间由带螺杆组件的调节杆(121)连接, 其中,所述富氧侧吹熔池炼铜炉的富氧率为65-80%,喷吹量为800m-1000m3/吨冰铜,烟气中SO2的浓度控制在25%-29%,风温为10-50°C。
2.根据权利要求1所述的一种富氧侧吹熔池炼铜炉,其特征在于该炼铜炉中的保温电炉由电炉基础(201)、电炉炉体(204)以及电炉炉顶(205)组成,电炉炉体(204)的炉墙内部由耐火砖砌筑而成,外部由钢结构(202)包覆,其间铺设数十根铜冷却水管(203);电炉炉体(204)的底部设有两个放冰铜口(206),电炉炉体(204)高度约中部位置设有两个放渣口(207);电炉炉顶(205)靠近熔炼炉位置设有熔炼渣加入口(210)和冰铜加入口(211),其中熔炼渣加入口(210)和熔炼渣溜槽(4)相通,冰铜加入口(211)和冰铜溜槽(3)相通;在电炉炉顶(205)中间部位设有呈直线排列的三个电极插入口(208),远离熔炼炉位置设有烟道(209)。
3.一种使用如权利要求1至权利要求2中的任意一项的富氧侧吹熔池炼铜炉进行铜冶炼的方法,其特征在于该方法包括: (1)采取连续放出冰铜和炉渣至保温电炉之中,其中出冰铜温度为1140-1160°C,出渣温度为 1240-1270。。; (2)熔炼炉内的渣层厚度为100-115cm; (3)控制富氧率,使之达到65-80%,喷吹量为800m-1000m3/吨冰铜,烟气中S02的浓度控制在25%-29%,风温为10-50°C ; (4)控制炉渣中的Fe3O4含量保持在3%-4%,炉渣铁硅比(Fe/Si02)为1.1~1.2 ; (5)控制燃料煤量与铜精矿量的比率在3%-4% ;(6)保温电炉定期放冰铜、放渣 ,不加任何贫化剂,工作电流电流为40-50A。
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