CN104342563B - 一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法 - Google Patents

Abstract

一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法，属于铜加工技术领域。现有的竖炉加氧化还原炉不能冶炼低品位铜。本发明方法控制竖炉燃烧器形成循环高温燃气流，控制循环高温燃气流的温度、加盖保温溜槽的温度，控制竖炉、氧化还原炉的燃气性质、烟尘流动、铜熔液的流动，实现低品位铜原料低成本装备连续节能冶炼成阳极板。

Description

一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法

技术领域

本发明涉及铜加工技术领域，是一种低品位铜原料采用低成本装备的节能冶炼方法。

背景技术

近二十多年以来，铜加工在我国每年以两位数的速度增长，铜加工产品在我国国民经济及高技术领域发挥越来越重要的作用。但我国铜加工行业发展存在高纯度铜原材料短缺的瓶颈制约，从大量的废杂铜中冶炼出合格的高纯度的阳极板成为攻克发展瓶颈的关键。现有的冶炼阳极板的主要设备为反射炉，但反射炉出口的烟尘温度在1200℃左右，反射炉熔炼阳极板的能源40％以上浪费在高温烟尘中。理论上，竖炉和反射炉结合，竖炉负责铜原料的熔化、反射炉负责铜熔液的氧化过程、还原过程，为此在这一方面提出了不少专利申请，现有的专利申请基本上为设备的组成构想，这样一种冶炼低品位铜原料的装备似乎是可行的。然而几年过去了，到目前为止在铜加工材行业竖炉和反射炉结合还只能够冶炼纯度极高达99.90wt％及以上的电解残极，将其冶炼成阳极板，如发明专利“电解残极火法再生新工艺”，公开号CN101654792A，公开日2010年2月24日；在铜加工材行业还没能采用竖炉和反射炉结合的装备冶炼废杂铜，现有的废杂铜仍然只能采用能源浪费非常严重的反射炉在冶炼。

之所以研发适用于废杂铜原料的节能冶炼方法非常困难，是因为该项研发需要投入大量的资金，建设一套竖炉加反射炉的试验装备系统要花几百万元，竖炉加反射炉装备系统试验一次光原材料要花200万元左右。

从2011年起，我国铜加工材行业集中了产学研的力量开展了研发攻关，在科技部的资助下，发明人开展了研发低品位废杂铜短流程连续冶炼生产工艺、关键装备，项目的研发指标低品位铜明确为低于94wt％的废杂铜。

因此，相对于现有反射炉冶炼废杂铜的铜加工材技术背景，攻克我国铜加工材发展的高纯度铜原材料短缺的瓶颈，研发竖炉结合反射炉装备将铜含量在60wt％及以上的低品位铜原料冶炼成阳极板的节能技术，是非常必要的，也是具有挑战性难度的，低品位铜原料如紫杂铜、废杂铜、废杂铜冶炼的次粗铜、铜锍冶炼的粗铜等。

发明内容

本发明的目的是针对现有的竖炉加反射炉无法正常冶炼低品位铜原料的实际情况，发明一种方法使铜含量在60wt％及以上的低品位铜原料能够采用竖炉加反射炉低成本装备正常冶炼，而且具有节能效果。反射炉可作发明中的氧化还原炉。

一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法，低成本冶炼装备包括一台竖炉及其至少有两个预留的排铜口和加盖保温溜槽、至少有两台与加盖保温溜槽分别相连的氧化还原炉及一套烟尘处理系统，在本发明中，低品位铜原料能正常且连续冶炼成合格阳极板，原料中总的铜含量60wt％及以上，低品位铜原料为下列原料的至少一种：紫杂铜、废杂铜、由废杂铜冶炼的次粗铜、由铜锍冶炼的粗铜；

控制氧化还原炉预热的燃气为还原性、铜熔液还原过程的燃气为还原性，氧化还原炉还原性的烟尘经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部，参与竖炉料柱预热、支持竖炉料柱底部熔化；竖炉烟尘通过另一保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉从收集低品位铜熔液开始铜熔液的氧化过程，燃气为氧化性；氧化还原炉烟尘经排出口、烟尘保温管道、烟尘开关汇聚到烟尘主管道，当至少两台氧化还原炉轮流氧化、还原、保温浇铸时，完全打开燃气为氧化性的氧化还原炉的烟尘开关，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关到一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘同时进入烟尘主管道、混合经烟尘处理系统后达标排放；该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对空气气管、空分的氮气气管进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃，预热氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池，加快铜熔液的还原；富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池，加快低品位铜熔液的氧化过程；

竖炉熔化低品位铜，考虑氧化还原炉还原性烟尘进入竖炉底部的影响，通过多个竖炉燃烧器的空气和燃料量供应的调节、实现整个料柱从下到上温度递减、并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行、在竖炉的顶部根据低品位铜冶炼进程要求加入低品位铜打包料块、维持整个料柱高度基本不变，而且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程、然后在铜熔液流的上方折返，一方面其中部分折返的燃气离开循环高温燃气流、继而沿竖炉料柱上行一段、并通过保温管道、开关、高温鼓风机分别进入与竖炉相连的氧化还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器向循环高温燃气流补充；另一方面低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的保温路径、通过排铜口、加盖保温溜槽、进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有足够高温度的还原性燃气协同、保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气在1120～1400℃，且随着原料中铜含量的降低而增高；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到该氧化还原炉的额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，封堵该排铜口，然后在该氧化还原炉内先后进行铜熔液的氧化、还原、保温浇铸阳极板；同时打开竖炉预留的与另一预热的氧化还原炉相连的排铜口，控制与该排铜口相对的竖炉燃烧器形成另一循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部、通过该排铜口和与之相通的加盖保温溜槽向后一氧化还原炉排铜熔液，直至达到该氧化还原炉的额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，在正常连续冶炼过程中，如此连续熔化低品位铜原料料柱的底部，分别在不同氧化还原炉开展氧化、还原、保温浇铸阳极板；

当低品位铜原料的低成本装备系统根据需要执行停止冶炼程序时，先停止竖炉料柱顶部的加料，将竖炉剩下的料柱全部熔化掉，清净竖炉底部，分别调整竖炉燃烧器、氧化还原炉燃烧器的空气和燃料量、竖炉和氧化还原炉烟尘开关、竖炉和氧化还原炉的高温鼓风机，对最后进入氧化还原炉的低品位铜熔液分别完成氧化过程、还原过程、保温浇铸阳极板过程；

氧化还原炉燃烧器在铜熔液氧化过程中、还原过程中均采取无焰燃烧方式。

在上述的一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法中，冶炼高品位铜更节能。

在上述的一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法中，氧气含量大于21％的富氧气体通过安全电磁阀接入正在氧化铜熔液的氧化还原炉的匀喷器，富氧气体喷入铜熔液的方式至少采取下列方式之一：底喷、顶喷、侧喷。

与现有技术相比，本发明具有如下的显著优越性：

1.对高纯的电解残极，现有技术是“最好的单耗指标为58公斤标煤/吨阳极板(不包括电、水、蒸汽与还原)，平均指标65公斤标煤”，本发明技术单耗是51.3公斤标煤/吨阳极板，平均指标是53.5kg标煤/t阳极板，具有显著的节能效果；

2.采用低品位铜原料，现有技术是无法实际冶炼，本发明能够连续冶炼，实现了低品位铜原料采用竖炉加氧化还原炉装备正常冶炼，如1台竖炉配2台氧化还原炉，年产能达15万吨以上。

具体实施方式

实施例1

原料铜含量60.0wt％的废杂铜与铜锍冶炼的粗铜；低成本装备的配置为1台竖炉、2台氧化还原炉；燃料用重油，控制氧化还原炉氧化、还原时燃气分别为氧化性和还原性，正在还原的烟尘经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部；竖炉烟尘通过另一保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉的氧化烟尘经排出口、烟尘保温管道、烟尘开关汇聚到烟尘主管道，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关到一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘同时进入烟尘主管道、混合经烟尘处理系统后达标排放；该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对空气气管、空分的氮气气管进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃，预热氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池，加快铜熔液的还原；含98％的富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器底吹，均匀进入铜熔液池，加快低品位铜熔液的氧化过程；竖炉熔化低品位铜，实现整个料柱从下到上温度递减、并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行，且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程，低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的保温路径、通过排铜口、加盖保温溜槽、进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有足够高温度的还原性燃气协同、保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气在1400℃；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到该氧化还原炉的额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，轮流向氧化还原炉注入铜熔液，分别在不同氧化还原炉开展氧化、还原、保温浇铸阳极板；氧化还原炉燃烧器在铜熔液氧化过程中、还原过程中均采取无焰燃烧方式；低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.75wt％，经统计重油用量计算，折算成标煤平均指标为64.8kg标煤/t阳极板。

实施例2

原料为Cu含量72.8wt％废杂铜及废杂铜冶炼的次粗铜；燃料为天然气；干燥富氧气体含氧85％接匀喷器顶吹，循环高温燃气流温度1360℃、保温溜槽的还原性燃气在1250℃；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.95wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为61.1kg标煤/t阳极板。

实施例3

原料为Cu含量88.3wt％废杂铜及废杂铜冶炼的次粗铜；燃料为天然气；干燥富氧气体含氧75％接匀喷器顶吹和侧吹，循环高温燃气流温度1340℃、保温溜槽的还原性燃气在1240℃；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量98.96wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为55.3kg标煤/t阳极板。

实施例4

原料为Cu含量96.7wt％次粗铜及废杂铜；燃料为天然气；低成本装备配置为1台竖炉、3台氧化还原炉；干燥富氧气体含氧76％接匀喷器底吹和侧吹，循环高温燃气流温度1200℃、保温溜槽的还原性燃气在1180℃；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量99.03wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为53.5kg标煤/t阳极板。

实施例5

原料为电解残极；燃料为天然气；干燥富氧气体含氧36％接匀喷器侧吹，循环高温燃气流温度1140℃、保温溜槽的还原性燃气在1120℃；其它与实施例1相同；上述低成本装备能正常冶炼出阳极板，平均铜含量99.25wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为52.8kg标煤/t阳极板。

比较例1采用专利CN101654792A的技术，原料为电解残极，冶炼平均指标为65kg标煤/t阳极板，纯度只有98.35wt％。

实施例5与比较例1之所以更节能是因为本发明充分利用竖炉的烟尘、氧化还原炉还原烟尘的热能，使竖炉的烟尘进入氧化还原炉，使氧化还原炉还原烟尘进入竖炉，对氧化还原炉氧化烟尘的热能尽量利用、对空气和空分的氮气进行加热，使用富氧空气氧化，控制循环高温燃气只熔化竖炉料柱底部，氧化还原炉的燃烧器在氧化过程、还原过程均采取无焰燃烧方式等。

比较例2～比较例5

采用专利CN101654792A及现有含竖炉的发明技术，分别采用实施例1、实施例2、实施例3、实施例4的成分原料进行实验，实验结果均存在竖炉底部堵塞，铜熔液无法进入氧化还原炉，这也就是到目前为止除本发明技术外，还未见其它发明技术能够冶炼纯度比电解残极低的低品位铜原料。分析其原因，是因为过去行业的传统思维是要充分发挥利用竖炉的优势，在竖炉中不仅熔化铜原料，而且利用竖炉的熔滴尽量氧化铜熔液中的杂质；另一方面，为了充分利用热能，按现有发明专利及现有行业习惯思维，将氧化还原炉中的烟尘均通入竖炉，经过仔细研究分析，这样不节能，反而使氧化还原炉中处于氧化过程蒸发的低熔点杂质，如Zn、Pb等，低熔点杂质的氧化物随烟尘进入竖炉，沾染上竖炉料柱中的铜原料，随竖炉料柱的下行、熔化，又将氧化物、低熔点蒸发的金属颗粒带入到铜熔液中，使铜熔液中含大量的氧化物杂质，熔液的粘度大幅度上升，造成铜熔液在竖炉底部冻结，在竖炉的排铜口5小时也无法让铜熔液流出，有时在溜槽中有铜熔液流出但很容易冻结，竖炉报废等诸多事故，始终无法正常熔炼。这也是实施例5和比较例1成分相同，但采用本发明技术，冶炼的阳极铜的纯度更高的缘故。

Claims (3)

1.一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法，低成本冶炼装备包括一台竖炉及其至少有两个预留的排铜口和加盖保温溜槽、至少有两台与加盖保温溜槽分别相连的氧化还原炉及一套烟尘处理系统，其特征在于：

1)低品位铜原料能正常且连续冶炼成合格阳极板，原料中总的铜含量60wt％及以上，低品位铜原料为下列原料的至少一种：紫杂铜、废杂铜、由废杂铜冶炼的次粗铜、由铜锍冶炼的粗铜；

2)控制氧化还原炉预热的燃气为还原性、铜熔液还原过程的燃气为还原性，氧化还原炉还原性的烟尘经过保温管道、开关、高温鼓风机进入竖炉底部，参与竖炉料柱预热，支持竖炉料柱底部熔化；竖炉烟尘通过另一保温管道、开关、高温鼓风机分别在氧化还原炉燃烧器旁进入氧化还原炉；氧化还原炉从收集低品位铜熔液开始铜熔液的氧化过程，燃气为氧化性；氧化还原炉烟尘经排出口、烟尘保温管道、烟尘开关汇聚到烟尘主管道，当至少两台氧化还原炉轮流氧化、还原、保温浇铸时，完全打开燃气为氧化性的氧化还原炉的烟尘开关，控制打开燃气为还原性的氧化还原炉的烟尘开关到一定开度，部分还原性烟尘与全部氧化性烟尘同时进入烟尘主管道，混合经烟尘处理系统后达标排放；该烟尘主管道外焊气管，气管外装有良好的保温材料，至少两种气管利用该烟尘主管道内流过的高温烟尘分别对空气气管、空分的氮气气管进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化还原炉燃烧器助燃，预热氮气通过安全电磁阀通入正在还原过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池，加快铜熔液的还原；富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化还原炉内的气体匀喷器，均匀进入铜熔液池，加快低品位铜熔液的氧化过程；

3)竖炉熔化低品位铜，考虑氧化还原炉还原性烟尘进入竖炉底部的影响，通过多个竖炉燃烧器的空气和燃料量供应的调节实现整个料柱从下到上温度递减并只在料柱底部熔化，在竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器形成循环高温燃气流，该循环高温燃气流为还原性，不断熔化低品位铜料柱底部，料柱不断下行，在竖炉的顶部根据低品位铜冶炼进程要求加入低品位铜打包料块，维持整个料柱高度基本不变，而且该循环高温燃气流裹挟低品位铜熔液斜下行一程然后在铜熔液流的上方折返，一方面其中部分折返的燃气离开循环高温燃气流继而沿竖炉料柱上行一段，并通过保温管道、开关、高温鼓风机分别进入与竖炉相连的氧化还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉最下排负责料柱底部熔化的燃烧器向循环高温燃气流补充；另一方面低品位铜熔液与循环高温燃气流分离后借助惯性经过最短的最顺畅的保温路径通过排铜口、加盖保温溜槽进入预热的氧化还原炉，加盖保温溜槽有足够高温度的还原性燃气协同保证低品位铜熔液的正常流动，该循环高温燃气流、该保温溜槽的还原性燃气在1120～1400℃，且随着原料中铜含量的降低而增高；当通过其中一个排铜口和保温溜槽流入一个氧化还原炉的铜熔液达到该氧化还原炉的额定容量时，减小与该排铜口相对应的竖炉燃烧器的燃料和空气的供应量，使循环高温燃气流降温，暂停竖炉料柱底部的熔化，封堵该排铜口，然后在该氧化还原炉内先后进行铜熔液的氧化、还原、保温浇铸阳极板；同时打开竖炉预留的与另一预热的氧化还原炉相连的排铜口，控制与该排铜口相对的竖炉燃烧器形成另一循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部，通过该排铜口和与之相通的加盖保温溜槽向后一氧化还原炉排铜熔液，直至达到该氧化还原炉的额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，在正常连续冶炼过程中，如此连续熔化低品位铜原料料柱的底部，分别在不同氧化还原炉开展氧化、还原、保温浇铸阳极板；

4)当低品位铜原料的低成本装备系统根据需要执行停止冶炼程序时，先停止竖炉料柱顶部的加料，将竖炉剩下的料柱全部熔化掉，清净竖炉底部，分别调整竖炉燃烧器、氧化还原炉燃烧器的空气和燃料量、竖炉和氧化还原炉烟尘开关、竖炉和氧化还原炉的高温鼓风机，对最后进入氧化还原炉的低品位铜熔液分别完成氧化过程、还原过程、保温浇铸阳极板过程；

5)氧化还原炉燃烧器在铜熔液氧化过程中、还原过程中均采取无焰燃烧方式。

2.根据权利要求1所述的一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法，其特征是冶炼高品位铜更节能。

3.根据权利要求1所述的一种低品位铜原料的低成本装备的节能冶炼方法，其特征是氧气含量大于21％的富氧气体通过安全电磁阀接入正在氧化铜熔液的氧化还原炉的匀喷器，富氧气体喷入铜熔液的方式至少采取下列方式之一：底喷、顶喷、侧喷。