CN104593617A - 一种高富氧双侧吹熔池炼铜装置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一种高富氧双侧吹熔池炼铜装置及其操作方法，属于铜冶炼设备与工艺技术领域，所述方法使用大容积炉缸，连续性生产，采用单一炉体满足PS转炉周期性生产，熔炼炉渣连续从熔炼渣口溢流流出，冰铜从炉缸底端的冰铜口直接放出。熔炼渣在放出过程中通过换向溜槽控制熔炼渣流向，使熔炼渣可以连续放出；控制熔炼渣Fe/SiO₂为1.6～1.8，控制燃料和投入物料比例为2～2.5％，熔炼渣含铜≤0.65％。该方法具有建设投资小、生产成本低、工作环境好、自动化程度高、厂房使用率高等特点。

Description

一种高富氧双侧吹熔池炼铜装置及其操作方法

技术领域

本发明属于铜冶炼设备与工艺技术领域，特别涉及一种从铜矿石中提取铜金属产出冰铜的熔炼装置及其操作方法。

背景技术

近几年来富氧侧吹工艺凭借其投资小、物料适应性强等优点在国内铜冶炼领域得到广泛应用，采用富氧侧吹工艺的铜冶炼企业已经达到十几家。富氧侧吹炼铜工艺所使用的装备主要是富氧侧吹炉及其附属设施，其中富氧侧吹炉是由利用耐火材料砌筑而成的炉缸和带有铜水套的炉体组成。富氧空气直接吹入熔炼渣层，物料从炉顶投入，在渣层内与氧气完成造渣反应，利用富氧空气的强烈搅拌完成传质传热过程。冰铜和熔炼渣在炉缸内经初步分离后，分别进入炉体两端的熔炼渣室和冰铜室，然后再分别从炉体两端放出。

富氧侧吹炼铜工艺存在的问题是，其配备的冰铜吹炼装置为PS转炉，PS转炉属于周期性生产设备，而富氧侧吹炼铜工艺为连续性生产，为此需要增设一个单独的冰铜存放容器，如保温电炉等，这样势必会造成生产成本增加，占地面积增大；渣和冰铜从炉体两端放出造成大量热损失；熔炼渣和冰铜放出过程中产生大量的外溢烟气，造成环境污染，工人操作环境差；由于炉体采用铜水套，导致热量损失增加，燃料使用量较底吹炉偏高。

发明内容

针对富氧侧吹炉工艺存在上述问题，本申请提供一种具有操作简单、劳动强度低、空间利用率高、自热程度高、渣含铜低、生产成本低等优点的铜冶炼熔炼装置。

为实现上述目的，研究人员所设计的高富氧双侧吹熔池炼铜装置采用大容积的炉缸存放冰铜，熔炼渣和冰铜从炉体一端放出以减少热量损失，将熔炼渣包和冰铜包存放在半封闭的包房内，并在包房内增设吸烟罩，将集散烟气回收。

所设计的熔炼炉由熔炼炉基础、炉缸、炉体构成。最底部为熔炼炉基础，由混凝土砌筑而成，在熔炼炉基础上是由耐火材料砌筑而成的炉缸，炉缸采用圆弧型底面砌筑方法，炉缸沿熔炼炉前端长度方向有一定长度的延伸并向上凸起一定高度形成了炉缸延伸部分。炉体座于炉缸之上，由六层共几十块水套搭建而成，主要分为炉台水套、一层水套、二层水套、三层水套、四层水套和炉顶水套，每一块水套都有单独的水冷管路，其中炉体水套、一层水套、二层水套、三层水套为铜水套，并直接与熔体接触；四层水套为铁水套，与炉内熔体接触的侧衬设置有耐火砖，炉顶水套为铁水套，且与炉内烟气接触的侧衬设置有捣打料。炉台水套压在炉缸上，水平放置，炉体前后两端面的一至四层水套全部竖直放置；炉体左右两侧面一层水套和四层水套为竖直放置，二层水套、三层水套逐步向外侧倾斜，倾斜角在30～45°之间。在炉体左右两侧一层水套上各设有13个一次风口，一次风嘴安装在一次风口内，一次风嘴外部和弹子阀连接，富氧空气经过弹子阀进入并从一次风嘴喷入到熔炼炉内。在炉体左、右两侧倾斜的第三层铜水套上各设有6个二次风口，在炉体顶部的前侧留有上升烟道接入口，炉顶顶部的其余部位全部被炉顶水套覆盖，炉顶水套上设有加料口、三次风口。在炉缸延伸部分的向上一定高度的中上部处设有熔炼渣口、在炉缸延伸部分的下部并与熔炼渣口同侧处设有冰铜口，在炉缸延伸部分的顶部处设有电极，电极底部插入炉缸内的熔炼渣中，电极通过铜母线连接到外界电网。在炉缸延伸部分的开有熔炼渣口一侧且略高于熔炼渣口的位置处设有安全口。

所设计的熔炼渣溜槽固定在熔炼渣口处，换向溜槽与熔炼渣溜槽向连通，换向溜槽装有中间轴，溜槽可绕中间轴左右翻转，通过调整换向溜槽的翻转，调整熔炼渣流出方向，控制熔炼渣流入位于指定熔炼渣包房内的熔炼渣包中，熔炼渣包房内铺设道轨，道轨上设有熔炼渣轨道车，通过熔炼渣轨道车将熔炼渣包运出或运入熔炼渣包房。

所设计的冰铜口设置在炉缸延伸部分底部，冰铜直接放出，冰铜由冰铜口放出后，通过冰铜溜槽流入冰铜包房内的冰铜包中，冰铜包房内铺设道轨，道轨上设有冰铜包轨道车，通过冰铜轨道车将冰铜包运出或运入冰铜包房。

所设计的冰铜包房内、熔炼渣包房内以及熔炼渣溜槽、冰铜溜槽和换向溜槽上方均设有吸烟罩，在冰铜和熔炼渣流入冰铜包和熔炼渣包过程中以及流入冰铜包和熔炼渣包后产出的集散烟气，通过吸烟罩进行回收。

本技术设计发明具有如下特征；

(1)自热程度高。富氧空气中富氧浓度达80～85％，提高了富氧空气中有用气体含量，降低了烟气量，减少了由烟气带走的热量，熔炼渣和冰铜从同一侧放出，减少了热损失。燃料使用普通块煤，投入物料中燃料与铜精矿比例为2％～2.5％，投入燃料量较少。

(2)占地面积小。熔炼渣和冰铜从同一侧放出，降低了熔炼炉的占地面积，同时冰铜直接存放在熔炼炉内，无需增设其它临时存放冰铜容器，熔炼炉自身可以满足转炉周期性生产需求，使厂房空间利用率大幅度提高，减少了熔炼厂房固定资产投资，生产成本大幅降低。

(3)溶剂使用量小。产出的熔炼渣采用高铁低硅渣型，熔炼渣中Fe与SiO₂质量之比为1.6～1.8，熔炼炉产出熔炼渣与转炉产出粗铜重量比仅为2.5～2.8％，而其他富氧侧吹炉熔炼渣中Fe与SiO₂质量之比为1.1～1.2，熔炼炉产出熔炼渣与转炉产出粗铜重量比为3.2～3.5％，熔炼渣产量大幅减少。需要投入石英石数量大幅度降低，无需加入石灰石，生产成本得到有效控制。

(4)劳动强度低。熔炼渣连续流出，只需通过调整换向溜槽即可以调整熔炼渣流向，从而实现了熔炼渣连续放出，冰铜存放在熔炼炉内，放出后直接进入PS转炉，避免了冰铜二次放出，使工人的劳动强度大幅降低。

(5)无环境污染。冰铜包房、熔炼渣包房、冰铜溜槽、熔炼渣溜槽、换向溜槽上方都设有吸烟罩，避免了烟气外溢现象的发生，生产过程中产出的集散烟气得到了有效的治理，做到了无烟生产。

(6)生产成本低。燃料使用量低；采用高铁低硅渣型，溶剂使用量低；无需冰铜临时存放设施，生产运行费用降低。

(7)SO₂浓度高。采用高浓度富氧熔炼，产出SO₂浓度达30％以上，有利于后续的三转三吸制酸工艺生产。

(8)生产效率高。富氧浓度高，反应强度大，反应进行速度快。富氧空气直接吹入渣层，对熔炼渣进行强力搅拌，物料在渣层进行良好的传质、传热过程，单位容积的生产能力可达到80t/d·m²。

(9)渣含铜低。炉缸较深，使炉内熔炼渣和冰铜具有较长的沉淀分离时间，熔炼渣中铜金属残余可以得到有效控制，熔炼渣含铜可控制在0.65％以下。

附图说明

图1是本发明的高富氧双侧吹熔池炼铜炉装置平面布置图。

图2是本发明的熔炼炉沿长度方向的垂直剖视图。

图3是本发明的熔炼炉侧视图。

在附图中：001为熔炼炉，002为炉缸，003为熔炼渣溜槽，004为冰铜溜槽，005为换向溜槽，006为熔炼渣包房，007为冰铜包房，008为冰铜轨道车，009为冰铜包，010为熔炼渣包，011为道轨，012为熔炼渣轨道车，013为上料皮带，014为吸烟罩；101为熔炼炉基础，102为炉体，103为炉台水套，104为一次风口，105为一层水套，106为二层水套，107为三层水套，108为四层水套，109为炉顶水套，110为加料口，111为三次风口，112为上升烟道接入口，113为二次风口，114为一次风嘴，115为弹子阀，116为钢立柱，117为调节杆；201为电极，202为熔炼渣口，203为冰铜口，204为安全口。

具体实施方式

如图1、图2、图3所示，本项发明设计出一种高富氧双侧吹熔池炼铜装置，该装置主要由熔炼炉001、炉缸002、熔炼渣溜槽003、冰铜溜槽004、换向溜槽005、熔炼渣包房006、冰铜包房007、冰铜轨道车008、冰铜包009、熔炼渣包010、道轨011、熔炼渣轨道车012、上料皮带013、吸烟罩014、熔炼炉基础101、炉体102、炉台水套103、一次风口104、一层水套105、二层水套106、三层水套107、四层水套108、炉顶水套109、加料口110、三次风口111、上升烟道接入口112、二次风口113、一次风嘴114、弹子阀115、钢立柱116、调节杆117、电极201、熔炼渣口202、冰铜口203和安全口204组成。其中，熔炼炉001最底部是由混凝土砌筑而成的熔炼炉基础101，在熔炼炉基础101上是由耐火材料砌筑而成的炉缸002。炉缸002采用楔形砖砌筑为呈圆弧型，炉缸002在熔炼炉001前端沿其长度方向延伸约熔炼炉总长度的1/3～1/4，形成了炉缸002的延伸部分，且炉缸002的延伸部分向上高出熔炼炉001高度的1/3形成一定空间。炉体102位于炉缸002之上，由六层共几十块铜水套分层搭建而成，自下而上分别安装有炉台水套103、一层水套105、二层水套106、三层水套107、四层水套108和炉顶水套109，每一块水套都有单独的水冷管路。其中，炉台水套103、一层水套105、二层水套106、三层水套107为铜水套，铜水套直接与炉内熔体接触，无须任何内衬耐火材料，避免熔体冲刷而造成的耐火材料消耗，并利用炉渣在水套表面挂渣，形成一层保护膜，避免铜水套受熔体冲刷而损坏；四层水套108为铁水套，且其铁水套与炉内熔体接触的侧衬设置有耐火砖，可降低热损失，炉顶水套109为铁水套，且其铁水套与炉内烟气接触的侧衬设置有捣打料。炉台水套103压在炉缸002上，水平放置，防止炉缸002内耐火材料脱落，炉体102前后两端面水套全部竖直放置。炉体102左右两侧面一层水套105、四层水套108为竖直放置，二层水套106和三层水套107均需向外侧倾斜，倾斜角在30°～45°之间，使熔炼炉001上部空间逐步扩大，降低烟气速度，进而降低烟尘产量。在炉体102左右两侧一层水套105上设有13个一次风口104，一次风嘴114安装在一次风口104内，一次风嘴114外部和弹子阀115连接，富氧空气从一次风嘴114喷入熔炼炉001内，在使用过程中，根据入炉风量及压力进行开、关调整。在炉体102左、右两侧第三层铜水套107上各安有6个二次风口113，用于燃烧在熔炼过程中产生的单体硫，通过调整二次风口113开、关情况，调整二次风量，从而调整烟气中氧气含量，达到单体硫完全燃烧的目的。在熔炼炉001顶部的前侧留有上升烟道接入口112，熔炼炉001顶部的其余部位全部被炉顶水套109覆盖，炉顶水套109上设有加料口110，上料皮带013的出口端正对着加料口110。三次风口111安放在靠近上升烟道接入口112处，利用三次风在上升烟道接入口112形成一道气墙，降低烟尘产量。在炉缸002延伸部分的高度的中上部处设有熔炼渣口202，与熔炼渣口同侧底部设有冰铜口203。在炉缸002延伸部分的顶部处设有电极201，电极201的底部插入炉缸002内的熔炼渣中，电极201通过铜母线连接到外界电网，利用电极201放热为炉缸002提供热量。在炉缸002延伸部分的略高于熔炼渣口202的位置设有安全口204，当熔炼炉001出现生产故障时，熔炼渣可以从安全口204排出。炉体102由钢立柱116支撑，钢立柱116与炉体102之间由带螺杆组件的调节杆117连接，能对熔炼炉001起到很好的固定和调整作用。

在熔炼渣口202的外侧设有熔炼渣溜槽003，熔炼渣溜槽003同换向溜槽005相连通，换向溜槽005装有中间轴，换向溜槽005可绕中间轴左右翻转，换向溜槽005左右两端正对着置于熔炼渣包房006内并行放置的两个熔炼渣包010，熔炼渣包010置于熔炼渣轨道车012之上，两辆熔炼渣轨道车012分别置于相互并行的道轨011之上。在冰铜口203的外侧设有冰铜溜槽004、冰铜溜槽004的出口同置于冰铜包房007内的冰铜包009相对准，冰铜包009置于冰铜轨道车008之上，冰铜轨道车008安放在其专用的道轨011上。在冰铜放出过程中，通过控制冰铜的放出速度，控制熔炼炉001内熔炼渣面高度不低于熔炼渣口202。在熔炼渣溜槽003、冰铜溜槽004、换向溜槽005、熔炼渣包房006、冰铜包房007上方均分别设有吸烟罩014，通过吸烟罩014将烟气吸收，达到降低环境污染，改善劳动环境的目的。

采用本发明所设计的高富氧双侧吹熔池炼铜装置进行生产时，将物料利用上料皮带013运送至熔炼炉001的加料口110，通过加料口110进入熔炼炉001内，将高浓度富氧空气通过一次风嘴114鼓入熔炼炉001的熔炼渣层，使熔炼渣强烈搅拌，从加料口110投入的物料与从一次风口104鼓入的富氧空气在熔炼渣层完成造锍熔炼化学反应和传质传热过程。随着反应的进行，熔炼渣和冰铜由于比重不同而逐步沉降分离。通过电极201加热保温，熔炼渣在炉缸002延伸部分内进一步贫化，降低熔炼渣中铜金属残留，贫化后的熔炼渣通过溢流的方式连续从熔炼渣口202流出，依次经过熔炼渣溜槽003、换向溜槽005进入熔炼渣包房006内的熔炼渣包010中，待熔炼渣包010盛满熔炼渣后，通过翻转换向溜槽005将熔炼渣放入另一个熔炼渣包010中，利用熔炼渣轨道车012将盛满熔炼渣的熔炼渣包010运出，更换为空的熔炼渣包010，再运回熔炼渣包房006，交替使用，使熔炼渣可以连续放出，降低工人劳动强度。随着生产的进行，熔炼炉001内冰铜数量逐渐增多，待冰铜数量能够满足转炉生产需求后，从冰铜口203放出冰铜，经冰铜溜槽004进入冰铜包房007内的冰铜包009中，当冰铜包009中盛满冰铜后，堵死冰铜口203，通过冰铜轨道车008将冰铜包009运出，更换上空的冰铜包009，再将冰铜包009运回冰铜包房007，反复操作。

使用上述装备进行铜冶炼生产时，主要控制参数如下：

1、采取熔炼渣连续放出、冰铜间歇性放出的方式，控制熔炼炉001内的熔炼渣面稳定在一次风口104上400～450mm，且不低于熔炼渣口高度；

2、一次风富氧浓度控制在80％～85％，产出烟气中SO₂浓度在30％以上，烟气中O₂浓度控制为3％～4％；

3、控制熔炼渣中Fe和SiO₂质量之比在1.6～1.8，熔炼渣中含铜≤0.65％；

4、控制燃料和铜精矿的重量比例为2％～2.5％；

5、控制熔炼炉001内顶部处于微负压状态，负压为-10～10Pa，产出烟尘与投入物料的重量比例≤2％；

6、一次风鼓入压力控制在70～80KPa。

Claims (4)

1.一种高富氧双侧吹熔池炼铜装置，其特征在于该装置主要由熔炼炉(001)、炉缸(002)、熔炼渣溜槽(003)、冰铜溜槽(004)、换向溜槽(005)、熔炼渣包房(006)、冰铜包房(007)、冰铜轨道车(008)、冰铜包(009)、熔炼渣包010、道轨(011)、熔炼渣轨道车(012)、上料皮带(013)、吸烟罩(014)、熔炼炉基础(101)、炉体(102)、炉台水套(103)、一次风口(104)、一层水套(105)、二层水套(106)、三层水套(107)、四层水套(108)、炉顶水套(109)、加料口(110)、三次风口(111)、上升烟道接入口(112)、二次风口(113)、一次风嘴(114)、弹子阀(115)、钢立柱(116)、调节杆(117)、电极(201)、熔炼渣口(202)、冰铜口(203)和安全口(204)组成，其中，熔炼炉(001)最底部是由混凝土砌筑而成的熔炼炉(001)基础(101)，在熔炼炉基础(101)上是由耐火材料砌筑而成的炉缸(002)；炉缸(002)采用楔形砖砌筑为呈圆弧型，炉缸(002)在熔炼炉(001)前端沿其长度方向延伸约熔炼炉总长度的1/3～1/4，形成了炉缸(002)延伸部分，且炉缸(002)延伸部分向上高出熔炼炉高度的1/3形成一定空间；炉体(102)坐落于炉缸(002)之上，由六层共几十块铜水套分层搭建而成，自下而上分别安装有炉台水套(103)、一层水套(105)、二层水套(106)、三层水套(107)、四层水套(108)和炉顶水套(109)，每一块水套都有单独的水冷管路；其中，炉台水套(103)、一层水套(105)、二层水套(106)、三层水套(107)为铜水套，四层水套(108)为铁水套，且其铁水套与炉内熔体接触的侧衬设置有耐火砖，炉顶水套(109)为铁水套，且其铁水套与炉内烟气接触的侧衬设置有捣打料；炉台水套(103)压在炉缸(002)上，水平放置，炉体(102)前后两端面的水套全部竖直放置；炉体(102)左右两侧面一层水套(105)、四层水套(108)为竖直放置，二层水套(106)和三层水套(107)均需向外侧倾斜，倾斜角在30°～45°之间；在炉体(102)左右两侧一层水套(105)上设有13个一次风口(104)，一次风嘴(114)安装在一次风口(104)内，一次风嘴(114)的外部和子弹阀(115)连接；在炉体(102)左、右两侧第三层铜水套(107)上各安有6个二次风口(113)；在熔炼炉(001)顶部的前侧留有上升烟道接入口(112)，熔炼炉(001)顶部的其余部位全部被炉顶水套(109)覆盖，炉顶水套(109)上设有加料口(110)，上料皮带(013)的出口端正对着加料口(110)；三次风口(111)安放在靠近上升烟道接入口(112)处；在炉缸(002)延伸部分的高度的中上部处设有熔炼渣口(202)，与熔炼渣口同侧底部设有冰铜口(203)，在炉缸(002)延伸部分的顶部处设有电极(201)，电极(201)通过铜母线连接到外界电网，在炉缸延伸部分的略高于熔炼渣口(202)的位置处设有安全口(204)；钢立柱(116)与炉体(102)之间由带螺杆组件的调节杆(117)连接。

2.根据权利要求1所述的高富氧双侧吹熔池炼铜装置，其特征在于所述装置中的熔炼渣口(202)外侧设有熔炼渣溜槽(003)，熔炼渣溜槽(003)同换向溜槽(005)相连通，换向溜槽(005)装有中间轴，换向溜槽(005)可绕中间轴左右翻转，换向溜槽(005)左右两端正对着置于熔炼渣包房(006)内并行放置的两个熔炼渣包(010)，熔炼渣包(010)置于熔炼渣轨道车(012)之上，两辆熔炼渣轨道车(012)分别置于相互并行的道轨(011)之上；在冰铜口(203)的外侧设有冰铜溜槽(004)、冰铜溜槽(004)的出口同置于冰铜包房(007)内的冰铜包(009)相对准，冰铜包(009)置于冰铜轨道车(008)之上，冰铜轨道车(008)安放在其专用的道轨(011)上。

3.根据权利要求1所述的高富氧双侧吹熔池炼铜装置，其特征在于在所述装置中的熔炼渣溜槽(003)、冰铜溜槽(004)、换向溜槽(005)、熔炼渣包房(006)、冰铜包房(007)上方均分别设有吸烟罩(014)。

4.一种使用如权利要求1所述的高富氧双侧吹熔池炼铜装置进行铜冶炼的操作方法，其特征在于主要控制参数如下：

(1)、采取熔炼渣连续放出、冰铜间歇性放出的方式，控制熔炼炉内熔炼渣面稳定在一次风口上400～450mm，且不低于熔炼渣口高度；

(2)、一次风富氧浓度控制为80％～85％，产出烟气中SO₂浓度在30％以上，烟气中O₂浓度控制为3％～4％；

(3)、控制熔炼渣中Fe和SiO₂质量之比为1.6～1.8，熔炼渣中含铜≤0.65％；

(4)、控制燃料和铜精矿的重量比例为2％～2.5％；

(5)、控制熔炼炉内顶部处于微负压状态，负压为-10～10Pa，产出烟尘与投入物料的重量比例≤2％；

(6)、一次风鼓入压力控制为70～80KPa。