CN104388693B - 一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法 - Google Patents
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Abstract
一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，属于铜加工技术领域。现有含竖炉的装备及技术不能冶炼低品位铜原料。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、中间包燃气的温度，控制竖炉、氧化炉、还原炉、中间包的燃气性质、烟尘流动方式、铜熔液的流动方式，实现低品位铜原料连续节能冶炼成优质阳极板，减轻电解阳极板的工艺的压力和节省电解阳极板的成本，充分发挥竖炉高效率的优点、提高低品位铜冶炼优质阳极板的产能。
Description
技术领域
本发明涉及铜加工技术领域，是一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法。
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99.90％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94％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，具有重要的意义，其一研发竖炉结合反射炉装备将铜含量降低至60％的低品位铜原料冶炼成高纯度阳极板的节能技术，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；其二，冶炼纯度更高的阳极板，降低电解阳极板的成本和提高效率，也是非常必要的；其三竖炉具有非常高的熔炼效率，应该研发技术充分发挥其特长和优势。
发明内容
本发明的目的是针对现有的含竖炉的装备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含竖炉的装备正常冶炼，而且冶炼出高纯度的阳极板，提高冶炼高纯度阳极板的生产能力，缓解我国铜加工发展的瓶颈。
本发明一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，冶炼装备包括一台竖炉、至少两台中间包、中间包保温套、至少两台氧化炉、至少两台还原炉、一套烟尘综合处理系统，其特征是：
低品位铜原料中总的铜含量60wt％及以上，低品位铜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；竖炉连续熔化低品位铜，中间包收集低品位铜熔液至额定容量，然后暂停竖炉的熔化，打开中间包保温套，分离中间包与竖炉底部，移动中间包到氧化炉旁，扒渣，并将中间包中的铜熔液倒入氧化炉，清理中间包底部的渣；铜熔液在氧化炉中完成氧化过程，然后通过氧化炉预留的排铜口、加盖保温溜槽将铜熔液转运至还原炉，在还原炉中完成还原过程，之后保温并浇铸出优质阳极板；同时，在该中间包与竖炉分离后，将另一中间包与竖炉底部接合，在中间包外合上中间包保温套，重新竖炉的熔化；低品位铜原料连续冶炼成铜含量大于99.10wt％优质阳极板；
控制竖炉的燃气为还原性、还原炉燃气为还原性、氧化炉的燃气为氧化性，竖炉烟尘通过其保温管道、高温鼓风机分别进入还原炉；还原炉烟尘分别通过其保温管道、高温鼓风机部分进入竖炉底部、部分进入与之配套的氧化炉；氧化炉烟尘通过其保温管道、进入烟尘主管道、烟尘综合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、空分的氮气进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化炉燃烧器助燃、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；含空分氧气的富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化炉内的气体匀喷器，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，考虑还原炉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、并通过竖炉保温管道、高温鼓风机分别进入还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉负责料柱底部熔化的燃烧器不断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高温的路径、进入预热的中间包，在竖炉最下排燃烧器负责中间包预热、接力循环高温燃气流对竖炉熔化的铜熔液保温，控制该循环高温燃气流的温度、中间包还原性燃气的温度在1120～1400℃，且两个温度随着原料中铜含量的降低而增高；当该中间包中的铜熔液达到其额定容量时，减小循环高温燃气流的燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，提高中间包铜熔液的温度，打开中间包保温套，移走该中间包；将另一中间包与竖炉底部接合，当中间包内温度在1120～1400℃范围达到要求时，控制该循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部，直至该中间包达到其额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，提高该中间包铜熔液的温度、移走该中间包，如此连续熔化低品位铜原料料柱的底部，分别在不同氧化炉氧化低品位铜熔液，分别在不同的还原炉还原、保温浇铸优质阳极板；
当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、负责中间包的燃烧器、氧化炉燃烧器、还原炉燃烧器的空气和燃料，调整竖炉鼓风机、还原炉鼓风机、烟尘综合处理系统的调频风机，完成铜熔液的最后氧化过程、还原过程、保温浇铸优质阳极板过程；
氧化炉燃烧器、还原炉燃烧器采取无焰燃烧方式；
充分发挥竖炉熔炼效率高的优势。
本发明一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，冶炼高品位废杂铜更节能。
本发明一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，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。
本发明一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，氧化炉、还原炉为下列炉型之一：反射炉、回转炉、倾动炉。
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50.8公斤标煤/吨阳极板，平均指标是53.0kg标煤/t阳极板，具有显著的节能效果，且冶炼出纯度更高的阳极板；
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正常冶炼高纯度阳极铜，如1台竖炉、2台中间包、4台氧化炉、4台还原炉，年产能达55万吨以上。
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台中间包、4台氧化炉、4台还原炉；燃料用重油；竖炉连续熔化低品位铜，中间包收集低品位铜熔液至额定容量，然后暂停竖炉的熔化，打开中间包保温套，分离中间包与竖炉底部，移动中间包到氧化炉旁，扒渣，并将中间包中的铜熔液倒入氧化炉，清理中间包底部的渣；铜熔液在氧化炉中完成氧化过程，然后通过氧化炉预留的排铜口、加盖保温溜槽将铜熔液转运至还原炉，在还原炉中完成还原过程，之后保温并浇铸出优质阳极板；同时，在该中间包与竖炉分离后，将另一中间包与竖炉底部接合，在中间包外合上中间包保温套，重新竖炉的熔化；控制竖炉、中间包、还原炉的燃气为还原性、氧化炉的燃气为氧化性，竖炉烟尘通过其保温管道、高温鼓风机分别进入还原炉；还原炉烟尘分别通过其保温管道、高温鼓风机部分进入竖炉底部、部分进入与之配套的氧化炉；氧化炉烟尘通过其保温管道、进入烟尘主管道、烟尘综合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、空分的氮气进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化炉燃烧器助燃、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；含空分氧气的富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化炉内的气体匀喷器，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，考虑还原炉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、并通过竖炉保温管道、高温鼓风机分别进入还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉负责料柱底部熔化的燃烧器不断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高温的路径、进入预热的中间包，在竖炉最下排燃烧器负责中间包预热、接力循环高温燃气流对竖炉熔化的铜熔液保温，控制该循环高温燃气流的温度、中间包还原性燃气的温度在1400℃；当该中间包中的铜熔液达到其额定容量时，减小循环高温燃气流的燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温、暂停竖炉料柱底部的熔化，提高中间包铜熔液的温度，打开中间包保温套，移走该中间包；如此连续熔化低品位铜原料料柱的底部，分别在不同氧化炉氧化低品位铜熔液，分别在不同的还原炉还原、保温浇铸优质阳极板；氧化炉燃烧器、还原炉燃烧器采取无焰燃烧方式；平均铜含量99.15wt％，经统计重油用量计算，折算成标煤平均指标为61.9kg标煤/t阳极板；年产能56万吨。
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优质阳极板，平均铜含量99.20wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为58.8kg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优质阳极板，平均铜含量99.26wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为53.3kg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台中间包、1台倾动式氧化炉、2台回转式还原炉；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优质阳极板，平均铜含量99.23wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为53.0kg标煤/t阳极板，年产能达到80万吨。
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优质阳极板，平均铜含量99.90wt％，经统计天然气用量，折算成标煤平均指标为52.1kg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、氧化炉和还原炉烟尘的热能，使竖炉的烟尘进入还原炉，使还原炉烟尘部分进入竖炉、部分进入氧化炉，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，氧化炉、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；且由于氧化还原炉分开成氧化炉、还原炉，使得冶炼的阳极板的纯度更高，为电解工艺节约成本和时间；给1台竖炉配置多台氧化炉、还原炉，进一步发挥了竖炉的熔炼效率，更节能。
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、实施例5的成分进行实验，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，按发明专利及现有行业习惯思维，将氧化炉烟尘、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。
Claims (4)
1.一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，冶炼装备包括一台竖炉、至少两台中间包、中间包保温套、至少两台氧化炉、至少两台还原炉、一套烟尘综合处理系统，其特征是：
1)低品位铜原料中总的铜含量60wt％及以上，低品位铜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；竖炉连续熔化低品位铜，中间包收集低品位铜熔液至额定容量，然后暂停竖炉的熔化，打开中间包保温套，分离中间包与竖炉底部，移动中间包到氧化炉旁，扒渣，并将中间包中的铜熔液倒入氧化炉，清理中间包底部的渣；铜熔液在氧化炉中完成氧化过程，然后通过氧化炉预留的排铜口，再通过加盖保温溜槽将铜熔液转运至还原炉，在还原炉中完成还原过程，之后保温并浇铸出优质阳极板；同时，在该中间包与竖炉分离后，将另一中间包与竖炉底部接合，在中间包外合上中间包保温套，重新竖炉的熔化；低品位铜原料连续冶炼成铜含量大于99.10wt％优质阳极板；
2)控制竖炉的燃气为还原性、还原炉燃气为还原性、氧化炉的燃气为氧化性，竖炉烟尘通过其保温管道，高温鼓风机分别进入还原炉；还原炉烟尘分别通过其保温管道、高温鼓风机部分进入竖炉底部，部分进入与之配套的氧化炉；氧化炉烟尘通过其保温管道进入烟尘主管道，烟尘综合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、空分的氮气进行加热，预热空气通过控制分配给竖炉燃烧器助燃、氧化炉燃烧器助燃、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；含空分氧气的富氧气体通过安全电磁阀通入正在氧化过程的氧化炉内的气体匀喷器，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，考虑还原炉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，并通过竖炉保温管道和高温鼓风机分别进入还原炉，该部分折返燃气的量由竖炉负责料柱底部熔化的燃烧器不断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高温的路径进入预热的中间包，在竖炉最下排燃烧器负责中间包预热，接力循环高温燃气流对竖炉熔化的铜熔液保温，控制该循环高温燃气流的温度、中间包还原性燃气的温度在1120～1400℃，且两个温度随着原料中铜含量的降低而增高；当该中间包中的铜熔液达到其额定容量时，减小循环高温燃气流的燃烧器的燃料和空气的供应量，使该循环高温燃气流降温，暂停竖炉料柱底部的熔化，提高中间包铜熔液的温度，打开中间包保温套，移走该中间包；将另一中间包与竖炉底部接合，当中间包内温度在1120～1400℃范围达到要求时，控制该循环高温燃气流，重新开始熔化竖炉料柱底部，直至该中间包达到其额定铜熔液量，再暂停竖炉低品位铜料柱的熔化，提高该中间包铜熔液的温度，移走该中间包，如此连续熔化低品位铜原料料柱的底部，分别在不同氧化炉氧化低品位铜熔液，分别在不同的还原炉还原、保温浇铸优质阳极板；
4)当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、负责中间包的燃烧器、氧化炉燃烧器、还原炉燃烧器的空气和燃料，调整竖炉鼓风机、还原炉鼓风机、烟尘综合处理系统的调频风机，完成铜熔液的最后氧化过程、还原过程、保温浇铸优质阳极板过程；
5)氧化炉燃烧器、还原炉燃烧器采取无焰燃烧方式；
6)充分发挥竖炉熔炼效率高的优势。
2.根据权利要求1所述的一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，其特征是冶炼高品位废杂铜更节能。
3.根据权利要求1所述的一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，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。
4.根据权利要求1所述的一种低品位铜冶炼优质阳极板的节能方法，其特征是氧化炉、还原炉为下列炉型之一：反射炉、回转炉、倾动炉。
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