CN103712437A - 铜熔化用竖炉及铜熔化方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铜加工技术领域。一种铜熔化用竖炉，包括还原池和位于还原池上方的熔化炉，所述熔化炉竖直设置，所述熔化炉上端设有燃料进口和铜块投入口、下端设有铜液出口，所述还原池包括同铜液出口相对接的铜液通道和环绕在铜液通道外的气室，所述铜液通道的壁为网孔结构，所述气室设有进气口和出气口。本发明提供了一种投放铜块时方便、铜液不会产生倒流现象、除氧充分、制作出的铜液纯净度好的铜熔化用竖炉及铜熔化方法，解决了平炉熔融铜块所存在的进给铜块不便且熔化不畅的问题和现有的除氧方式所存在的除氧不充分、铜纯净度低的问题。

Description

铜熔化用竖炉及铜熔化方法

技术领域

    本发明涉及铜加工技术领域，尤其涉及一种铜熔化用竖炉及铜熔化方法。

背景技术

在铜杆的制作过程中，需要对铜块进行熔化而得到铜液，然后用铜液经过相关设备和工艺制作出铜杆。目前在铜块熔融工艺中是通过平炉进行融化的。在中国专利申请号为921098863，公开日为1993年5月26日、名称为“单流向顶吹氧平炉”的专利文献中公开了一种平炉。采用平炉熔融铜存在进给铜块到炉体内不便、铜液容易产生倒流而混合在铜块中导致铜块熔化不畅的问题；另外现有的方法为铜熔化后通过在铜液表面覆盖碳除氧，该除氧方法存在铜液同炉膛接触的面不能够除掉即除氧不充分，会产生碳粒粘结在铜上而使得制作出的铜杆中含有碳粒而影响铜的纯净度的不足。

发明内容

本发明提供了一种投放铜块时方便、铜液不会产生倒流现象、除氧充分、制作出的铜液纯净度好的铜熔化用竖炉及铜熔化方法，解决了平炉熔融铜块所存在的进给铜块不便且熔化不畅的问题和现有的除氧方式所存在的除氧不充分、铜纯净度低的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种铜熔化用竖炉，包括还原池和位于还原池上方的熔化炉，所述熔化炉竖直设置，所述熔化炉上端设有燃料进口和铜块投入口、下端设有铜液出口，所述还原池包括同铜液出口相对接的铜液通道和环绕在铜液通道外的气室，所述铜液通道的壁为网孔结构，所述气室设有进气口和出气口。使用时铜块从铜块投入口投入到熔化炉内，燃料（通常为天然气）和空气从燃料进口输送到熔化炉内燃烧，燃气产生的热量使铜块边下落边熔融而形成铜液，铜液下落到铜液出口进入铜液流通通道而输出，一氧化碳从进气口进入到气室中，气室中的一氧化碳经铜液流通通道壁部的网孔进入铜液流通通道而同铜液接触，将铜液中的氧化铜还原为铜，多余的一氧化碳及产生的二氧化碳从出气口排出气室。

本发明还包括依次连接在一起的二氧化碳清除瓶、一氧化碳干燥瓶、一氧化碳中转瓶和循环泵，所述二氧化碳清除瓶的进口同所述出气口对接在一起，所述循环泵的出口同所述进气口对接在一起。从气室流出的一氧化碳和二氧化碳混合气流过二氧化碳清除瓶时使得二氧化碳分离出，一氧化碳进入一氧化碳干燥瓶被干燥后进入一氧化碳中转瓶中，循环泵经一氧化碳中转瓶中的一氧化碳送到气室中。使得一氧化碳能够得到充分利用。二氧化碳清除瓶可以采用物理方法将二氧化碳分离出、也可以从用化学方法将二氧化碳分离出。采用化学方法时所采用的物质为氢氧化钠溶液或氢氧化钙等可以同二氧化碳产生反应的溶液，采用化学方法分离二氧化碳能够防止二氧化碳进入大气中，有利于保护环境。尤其是用氢氧化钙溶液分离二氧化碳还存在成本低廉的有益效果。

作为优选，所述循环泵为增压泵。能够使得气室内的气压高于大气压，一氧化碳能够更深地渗入到铜液中，除氧更为充分彻底。同时气室内的气体还能够对铜液起到悬浮作用，使得铜液不容易渗入通道壁部的网格孔、起到提高铜液流动时的通畅性的作用。

本发明还包括同所述一氧化碳中转瓶连接在一起的一氧化碳补气瓶、检测一氧化碳中转瓶气压的压力传感器，一氧化碳中转瓶和一氧化碳补气瓶之间设有同所述压力传感器电连接在一起的控制阀。能够自动补充一氧化碳到一氧化碳中转瓶中，防止气室中的一氧化碳不足而导致铜液没有除氧，提高了除氧过程的可靠性。

作为优选，所述燃料进口位于所述熔化炉的顶部，所述燃料进口设有旋流燃烧器，所述熔化炉的下端设有若干一氧化碳进入孔。能够使得燃料被完全充分燃烧，同时又能够防止过量的氧气同铜反应而导致铜液的含氧量过高。使得后续工序中除氧更为方便。

作为优选，所述一氧化碳进入孔的延伸方向同以所述熔化炉的内腔的中心线为中心线的圆柱体的侧面相切，经不同一氧化碳进入孔进入所述熔化炉内的气流在燃烧炉内所产生的旋转气流的旋转方向相同。能够更加有效地防止铜被氧化。

作为优选，所述一氧化碳进入孔内端高外端低。进入熔化炉中的一氧化碳会产生旋转上升移动而同下落的铜液形成对流，更有利于防止铜液被氧化和一氧化碳被燃烧掉。

作为优选，所述燃烧炉外部设有供气腔，所述一氧化碳进入孔沿所述燃烧炉的周向分布，所述一氧化碳进入孔的外端通过所述供气腔连通在一起。输入一氧化碳到熔化炉时方便，能够更加方便地防止一氧化碳外泄。

一种铜熔化方法，包括以下步骤：

第一步、将燃料和空气从燃料进口输入到熔化炉内进行燃烧，铜块从铜块投入口投入到熔化炉内被燃料燃烧产生的热量而熔化，铜液经铜液出口进入到还原池内的铜液通道；

第二步、循环泵将一氧化碳中转瓶中的一氧化碳从进气口通入气室，气室内的一氧化碳从铜液通道壁部的网孔进入到铜液通道而将铜液中的氧化铜还原为铜；

第三步、气室内的一氧化碳和二氧化碳的混合物经出气口进入到二氧化碳清除瓶内通过化学反应而清除掉二氧化碳，一氧化碳继续进入一氧化碳干燥瓶内而去除掉水分，干燥的一氧化碳进入到一氧化碳中转瓶中。

作为优选，在第一步中使输入到熔化炉中的空气的氧的量大于经燃料进口输入的燃料燃烧所需要的氧量、从一氧化碳进入孔中输入一氧化碳、一氧化碳在铜液中形成包裹住熔化炉中的铜液的旋流并产生燃烧而将多余的氧消耗掉，投入铜块时铜块按面积分为大板铜与小板铜，将大板铜与小板铜按件数1:1的比例进行搭加投入熔化炉；在第二步中一氧化碳通过循环泵增压输入到气室中，使气室中的气压为1.5个大气压以上；第三步中当压力传感器检测到一氧化碳中转瓶中的气压低于0.5个大气压时，使控制阀开启，补气瓶向一氧化碳中转瓶中补充一氧化碳，当一氧化碳中转瓶中的气压上升到1到1.5个大气压时控制阀关闭。不仅能有效的降低熔化炉燃耗，还能保证铜水融化速率。铜块的大小在厂家制作电解铜时有规定规格的，其中大铜板的规格为1030*1000*15毫米，小铜块的规格为900*740*10。

本发明具有下述优点：熔化炉竖直设置且铜块进口位于炉体的上端，铜块能够在重力的作用下自动前行，投放铜块时省力方便；燃料进口同时设置于熔化炉上端，对熔化炉内部空间的利用率高，不会产生闲置区；铜液出口设置于熔化炉的下端，铜液不会产生回流现象，铜液对铜块熔化时的阻碍作用小，铜块熔化时的通畅性好；通过设计由网格孔结构的壁构成的铜液流通通道二者铜液通道外设计环绕通道的气室，并通过一氧化碳进行除氧，除氧充分，不会导致铜中含有异物。

附图说明

图1为本发明的剖视示意图。

图2为图1的A—A剖视示意图。

图3为图1的B—B剖视示意图。

图中：熔化炉1、燃料进口11、铜块投入口12、隔离壁13、一氧化碳进入孔14、供气腔15、铜液出口16、熔化炉的内腔的中心线为中心线的圆柱体17、还原池2、膨胀量吸纳缝21、密封体22、铜液通道23、铜液通道的壁231、铜液通道壁上的网孔232、气室24、进气口25、出气口26、限压阀27、旋流燃烧器3、输气泵4、二氧化碳清除瓶5、一氧化碳干燥瓶7、一氧化碳中转瓶8、压力传感器81、补气瓶82、控制阀83、循环泵9、膨胀量吸纳缝的宽度W。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

参见图1，一种铜熔化用竖炉，包括熔化炉1和还原池2。

熔化炉1竖直设置。熔化炉1上端部设有燃料进口11和铜块投入口12。燃料进口11和铜块投入口12通过隔离壁13隔开。燃料进口11和铜块投入口12并排设置。燃料进口11安装有旋流燃烧器3。燃料进口和铜块投入口的该位置的有益效果为：建筑上料平台时方便，能够提高进料和进燃气时的方便性。结构紧凑性好。不会产生铜块进料时砸到炉体壁部的现象，安全性好。

熔化炉1的下端设有若干一氧化碳进入孔14。一氧化碳进入孔14内端高外端低。一氧化碳进入孔14沿燃烧炉1的周向分布。燃烧炉1外部设有供气腔15。一氧化碳进入孔14的外端通过供气腔15连通在一起。供气腔15同输气泵4的出口端连接在一起。

燃烧炉1底部设有铜液出口16。

还原池2位于燃烧炉1下方。还原池2和燃烧炉1之间设有膨胀量吸纳缝21。膨胀量吸纳缝21内填充有密封体22。密封体22由高温硬质耐火纤维制作而成。膨胀量吸纳缝的宽度W为6毫米。确保热胀或还原池沉降量不同时，燃烧炉的重量不会压在还原池上。从而不易产生开裂现象。

还原池2包括同铜液出口16相对接的铜液通道23和气室24。气室24环绕在铜液流通道23外。气室24设有进气口25和出气口26。

本发明还包括串联在一起的二氧化碳清除瓶5、一氧化碳干燥瓶7、一氧化碳中转瓶8和循环泵9。二氧化碳清除瓶5的进口同出气口26对接在一起。二氧化碳清除瓶5的进口同出气口26之间设有限压阀27。二氧化碳清除瓶5内装有氢氧化钙溶液。一氧化碳干燥瓶7内装有硫酸。一氧化碳中转瓶8内设有压力传感器81。一氧化碳中转瓶8的出口还同输气泵4的进口连接在一起。一氧化碳中转瓶8还同补气瓶82连接在一起。一氧化碳中转瓶8和一氧化碳补气瓶82之间设有控制阀83。控制阀83为电磁阀。控制阀83通过控制单元（图中没有画出）同压力传感器81电连接在一起。循环泵9为增压泵。循环泵9的出口同进气口25对接在一起。

参见图2，一氧化碳进入孔的延伸方向C同以熔化炉的内腔的中心线为中心线的圆柱体17的侧面相切。经不同一氧化碳进入孔进入熔化炉1内的气流在燃烧炉内所产生的旋转气流的旋转方向相同。

参见图3，铜液通道的壁231为网孔结构。铜液通道壁上的网孔232的开口面积不足以使铜液流出。

参见图1到图3，通过本发明的竖炉进行铜熔化的方法为：，

第一步、将燃料（本实施例中所用的燃料为天然气）和空气经位于燃料进口11的旋流燃烧器3输入到熔化炉1中，燃料以旋转的方式下降而进行燃烧，铜块从铜块投入口12投入到熔化炉1内被燃料燃烧产生的热量而熔化，铜液经铜液出口16进入到铜液通道23。该步中使输入到熔化炉1中的空气的氧的量大于将进入熔化炉中的燃料完全燃烧所需要的氧量。投入铜块时将大板铜与小板铜按件数1:1的比例进行搭加投入熔化炉。输送泵4将一氧化碳中转罐8中的一氧化碳输入到供气腔15中、使得一氧化碳从一氧化碳进入口孔14中输入道熔化炉1内。一氧化碳以旋流上升的方式形成包裹住熔化炉1中的铜液并产生燃烧而将燃烧炉1中多余的氧消耗掉，起到防止铜被氧化的作用。

第二步、循环泵9将一氧化碳中转瓶8中的一氧化碳从进气口25通入气室24，气室24内的一氧化碳从铜液通道壁部的网孔232进入到铜液通道23而将铜液中的氧化铜还原为铜。压力阀27的开启压力为1.5个大气压，从而使得气室24中的压力保持为1.5个大气压。只要压力为1.5个大气压以上则能够使输入铜液中的深度符合要求且铜液流动时的通畅性较好。

第三步、气室24内的一氧化碳及产生的二氧化碳的混合物经出气口26和限压阀27后进入到二氧化碳清除瓶5内，其中二氧化碳和氢氧化钙溶液产生化学反应而清除掉，一氧化碳继续进入一氧化碳干燥瓶7内而被硫酸去除掉水分，干燥的一氧化碳进入到一氧化碳中转瓶中8中。当压力传感器81检测到一氧化碳中转瓶8中的气压低于0.5个大气压时，控制装置使控制阀82开启，补气瓶83向一氧化碳中转瓶8中补充一氧化碳，当一氧化碳中转瓶8中的气压上升到1个大气压使控制阀83关闭。该步骤中只要一氧化碳中转瓶中的压力不高于气室中的压力时关闭控制阀即可。开启压力设计为0.5个大气压能够降低增压泵的负载。

Claims (10)

1.一种铜熔化用竖炉，其特征在于，包括还原池和位于还原池上方的熔化炉，所述熔化炉竖直设置，所述熔化炉上端设有燃料进口和铜块投入口、下端设有铜液出口，所述还原池包括同铜液出口相对接的铜液通道和环绕在铜液通道外的气室，所述铜液通道的壁为网孔结构，所述气室设有进气口和出气口。

2.根据权利要求1所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，还包括依次连接在一起的二氧化碳清除瓶、一氧化碳干燥瓶、一氧化碳中转瓶和循环泵，所述二氧化碳清除瓶的进口同所述出气口对接在一起，所述循环泵的出口同所述进气口对接在一起。

3.根据权利要求2所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，所述循环泵为增压泵。

4.根据权利要求2或3所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，还包括同所述一氧化碳中转瓶连接在一起的一氧化碳补气瓶、检测一氧化碳中转瓶气压的压力传感器，一氧化碳中转瓶和一氧化碳补气瓶之间设有同所述压力传感器电连接在一起的控制阀。

5.根据权利要求1或2或3所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，所述燃料进口位于所述熔化炉的顶部，所述燃料进口设有旋流燃烧器，所述熔化炉的下端设有若干一氧化碳进入孔。

6.根据权利要求5所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，所述一氧化碳进入孔的延伸方向同以所述熔化炉的内腔的中心线为中心线的圆柱体的侧面相切，经不同一氧化碳进入孔进入所述熔化炉内的气流在燃烧炉内所产生的旋转气流的旋转方向相同。

7.根据权利要求5所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，所述一氧化碳进入孔内端高外端低。

8.根据权利要求5所述的铜熔化用竖炉，其特征在于，所述燃烧炉外部设有供气腔，所述一氧化碳进入孔沿所述燃烧炉的周向分布，所述一氧化碳进入孔的外端通过所述供气腔连通在一起。

9.一种适用于权利要求1所述的铜熔化用竖炉的铜熔化方法，其特征在于，

第一步、将燃料和空气从燃料进口输入到熔化炉内进行燃烧，铜块从铜块投入口投入到熔化炉内被燃料燃烧产生的热量而熔化，铜液经铜液出口进入到还原池内的铜液通道；

第二步、循环泵将一氧化碳中转瓶中的一氧化碳从进气口通入气室，气室内的一氧化碳从铜液通道壁部的网孔进入到铜液通道而将铜液中的氧化铜还原为铜；

第三步、气室内的一氧化碳和二氧化碳的混合物经出气口进入到二氧化碳清除瓶内通过化学反应而清除掉二氧化碳，一氧化碳继续进入一氧化碳干燥瓶内而去除掉水分，干燥的一氧化碳进入到一氧化碳中转瓶中。

10.根据权利要求9所述的铜熔化方法，其特征在于，在第一步中使输入到熔化炉中的空气的氧的量大于经燃料进口输入的燃料燃烧所需要的氧量、从一氧化碳进入孔中输入一氧化碳、一氧化碳在铜液中形成包裹住熔化炉中的铜液的旋流并产生燃烧而将多余的氧消耗掉，投入铜块时铜块按面积分为大板铜与小板铜，将大板铜与小板铜按件数1:1的比例进行搭加投入熔化炉；在第二步中一氧化碳通过循环泵增压输入到气室中，使气室中的气压为1.5个大气压以上；第三步中当压力传感器检测到一氧化碳中转瓶中的气压低于0.5个大气压时，使控制阀开启，补气瓶向一氧化碳中转瓶中补充一氧化碳，当一氧化碳中转瓶中的气压上升到1到1.5个大气压时控制阀关闭。

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