CN105420498B - 一种连续冶金装置和冶金方法 - Google Patents

Abstract

本发明创造提供一种连续冶金装置和冶金方法，包括顺序连接的若干冶炼室，相邻冶炼室之间通过竖直设置的闸门间隔，所述闸门能够在竖直方向运动，从而实现将位于其两侧的相邻冶炼室进行完全间隔或部分间隔；对于每一所述冶炼室，下部为熔池，熔池中设有至少一个与外界连通的排渣口，上部设有至少一个块状物料投料口以及一个烟道；第一冶炼室上还连接有具有下落空间的物料主入口，最后一个冶炼室上还连接有产品出口。本发明创造能够打破传统金属冶炼相对分散的生产工序，实现金属冶炼的连续生产，具有占地少、投资小、能耗低、污染小等技术优势。

Description

一种连续冶金装置和冶金方法

技术领域

本发明创造属于冶金领域，具体涉及一种具有连续结构的冶金装置和冶金方法，可以满足大部分金属矿物或二次原料的火法冶炼和精炼要求，对需要经过多级(次)冶炼的金属特别有效。

背景技术

传统的金属冶炼过程往往需要2个以上的冶炼工序，如炼钢过程一般需要高炉冶炼、预处理、吹炼以及精炼等工序，每一工序都相对分散。目前的冶金工艺中，在每一工序完成后，需要利用罐车、天车等运输工具将原料转运至下一工序。这种传统的分散冶金工序和转运过程具有如下弊端：(1)多次转运过程使得被转运的熔体热量被白白耗散，能耗十分巨大；(2)转运过程需要配备专门的运输工具以及人力、物力，生产效率低下、成本较大；(3)转运过程会造成气体和粉尘污染，不利于环境保护和人体健康。(4)转运过程无法彻底杜绝安全事故的发生。

发明内容

本发明创造为解决现有技术中的问题，提供了一种连续冶金装置和冶金方法，能够打破传统金属冶炼相对分散的生产工序，实现金属冶炼的连续生产，具有占地少、投资小、能耗低、污染小等优势。

本发明创造提供的一种连续冶金装置，包括顺序连接的若干冶炼室，相邻冶炼室之间通过竖直设置的闸门间隔，所述闸门能够在竖直方向运动，从而实现将位于其两侧的相邻冶炼室进行完全间隔或部分间隔；对于每一所述冶炼室，下部为熔池，熔池中设有至少一个与外界连通的排渣口，上部设有至少一个块状物料投料口以及一个烟道；第一冶炼室上还连接有具有下落空间的物料主入口，最后一个冶炼室上还连接有产品出口。其中，所述冶炼室的数量优选为3-5个。

进一步，任意相邻冶炼室之间呈平行连接或阶梯连接，优选为阶梯连接。作为进一步的优选方案，在所述阶梯连接中，相邻冶炼室中位于前面的所述冶炼室的熔池中熔体层的高度位置与位于后面的所述冶炼室的熔池中渣层的高度位置部分重合。

进一步，所述冶炼室中各自还独立地设有辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种。

其中，所述辅加料口可位于其所在的冶炼室的中部顶端；所述加热装置可为环绕其所在的冶炼室的侧壁或底部的电磁感应加热线圈或位于其所在的冶炼室的中部顶端的加热电极；所述底吹喷管为设置于其所在的冶炼室底部的喷管，所述侧吹喷管为沿其所在的冶炼室的熔池平行分布的若干喷管，所述底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴均能够向冶炼室中输入物料或气体。

其中，所述熔池用于冶金材料的熔炼。所述闸门能够根据冶炼的需要，在完全关闭时使冶炼室处于完全独立的冶炼工序状态；或在冶炼过程中处于半开启状态，在部分连续的冶炼工序中充当隔墙的作用；又或者在某一工序或冶炼室的冶炼完成后开启，使冶炼原料直接进入下一冶炼室或冶炼工序。所述第一冶炼室物料主入口主要用于粉料、燃料等粉状或液态或气态物料的加入，投入的物料一般为反应的基础原料，所述物料主入口一般位于第一冶炼室的最前方。所述块状物料投料口主要用于块状物料的加入，一般为难以进行破碎处理的物料，或各个工序中需要辅助加入的物料，因而在各个冶炼室均有设置，一般位于各个冶炼室的前方上端，靠近前方闸门的位置。所述烟道用于各个冶炼工序中废气的排放，一般位于各个冶炼室的后方上端，靠近后方闸门的位置。

需要说明的是，本发明创造中所述的“前”“后”“第一”“第二”等均是根据冶金装置在冶炼过程中的冶炼的走向方向而描述的。

本发明创造连续冶金装置一种简要的冶炼过程为：需要冶炼的矿粉(如果能制粉)与燃料(粉、液、气)、气体(如空气、富氧、纯氧或其他气体)、熔剂等，从物料主入口处喷入第一冶炼室内，利用粉料粒径小、比表面积大、在高温下与空间中气体接触面积大、反应速度快的特点，通过下落空间的高温冶金环境对物料进行首次冶金；不能制成粉料的其他物料从第一冶炼室的块状物料投料口处加入炉内(首次投料可以是粉料，也可以是块料)。物料在落入第一冶炼室的熔池后，继续通过底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴、或块状物料投料口加入此阶段冶炼所需要的配料，例如：粉煤、氧气、热风、粉矿、熔剂、废金属、添加剂、块料等；烟气从第一冶炼室的烟道排出，熔渣从排渣口排出。可以选择性在熔池顶部加入电极、或选择环炉身或位于炉底的电磁感应加热。冶炼过程中，根据冶炼需要关闭、或半开启(如使闸门底端位于第一冶炼室的渣层或熔体层)第一冶炼室和第二冶炼室之间的闸门。

冶炼完毕后，熔渣从排渣口排出，半开启第一冶炼室和第二冶炼室之间的闸门，关闭第二冶炼室和第三个冶炼室之间的闸门，经第一冶炼提高纯度后的熔体经闸门底部流入第二冶炼室熔池，第二冶炼室的底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴、或块状物料投料口加入此阶段冶炼所需要的配料。烟气从第二冶炼室的烟道排出，熔渣从排渣口排出。

冶炼完毕后，继续顺序进入后面的冶炼室进行冶炼，在此不再详述。每一个冶炼室，通过底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴、或块状物料投料口加入不同的原料或辅料，可以提供不同的冶金环境，使金属在连续密闭的容器中逐级提纯，直至得到预期的金属产品。

本发明创造的一种具体的连续冶金方法包括下述步骤：

S1:第一冶炼室冶炼：关闭所述第一冶炼室闸门，使所述第一冶炼室形成一个独立的冶金单元，从所述第一冶炼室具有下落空间的物料主入口加入原料，原料在第一冶炼室先经过空间冶炼，再落入熔池进行熔池冶炼，在冶炼过程中，根据实际需要，可通过块状物料投料口、辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种方式分时段添加冶炼所必需的辅料、热量和气氛，形成良好的冶金环境，物料在熔池造渣并澄清分层后，形成渣层和富含金属熔体层。冶炼烟气从所述第一冶炼室烟道排出，渣从所述第一冶炼室排渣口排出。

S2:第一冶炼室富含金属的熔体排放：原料在所述第一冶炼室冶炼完毕后，先关闭所述第二冶炼室闸门，然后提升所述第一冶炼室闸门，使其末端置于富含金属的熔体层中，让尽可能多的富含金属的熔体自流进入第二冶炼室，同时又保证所述第一冶炼室中的烟气和渣不会进入第二冶炼室，为达到上述目的，在排放过程中，可多次移动所述第一冶炼室闸门末端在富含金属熔体层的位置。富含金属的熔体排放完毕后，关闭所述第一冶炼室闸门。

S3:第二冶炼室冶炼:在富含金属的熔体进入所述第二冶炼室，随后关闭第一冶炼室闸门，此时第一冶炼室闸门、第二冶炼室炉壁及闭合的第二冶炼室闸门形成了一个独立的冶金单元，根据冶炼的实际需要，通过块状物料投料口、辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种方式分时段添加冶炼所必需的辅料、热量和气氛，形成良好的冶金环境，以除去富含金属熔体中的部分杂质，精炼形成的渣从所述第二冶炼室排渣口排出，冶炼烟气从所述第二冶炼室烟道排出。

S4:反复采用同步骤S2的熔体排放过程以及同步骤S3的冶炼步骤，使富含金属的熔体依次在后续冶炼室完成冶炼，直至在最后一个冶炼室完成冶炼(或精炼)。

S5:产品的排放:在最后一个冶炼室完成冶炼的金属熔体从所述产品出口排出炉外。

本发明创造的有益效果是：(1)本发明创造的结构和加料方式，可以满足大部分金属矿物或二次原料的火法冶炼和精炼要求，对需要经过多级(次)冶炼的金属，特别有效；(2)原来传统冶金工艺中离散的各个工序衔接成一个整体，连续连接状态下能够利用熔体自身重力进行自流，避免了因转运过程而造成的能量耗散、效率低下以及环境污染等问题；(3)能充分利用首次冶金的热量，冶金全过程密闭，气体和粉尘的无组织排放接近于零，能够直接获得预期的金属产品成品。

附图说明

图1是本发明创造一种实施方式的结构示意图。

图中，Tx-冶炼室；Ax-渣层；Bx-熔体层；Zx-熔池；Kx-块状物料投料口；Gx-闸门；Rx-排渣口；Yx-烟道；Fx-辅加料口、加热装置中的任一种；Dx-底吹喷管；Cx-侧吹喷管；FQR-物料主入口；OUT-产品出口；其中，下标x＝1、2、……、N，分别表示顺序连接的冶炼室的顺序位置，如x＝2时表示为第二冶炼室或其中的某个结构，特别地，对于闸门Gx的描述，则表示的是第x个冶炼室与第x+1个冶炼室之间的闸门。

具体实施方式

下面通过结合附图对本发明创造进行进一步说明。下面的实施例中描述的具体方案仅是为了说明本发明创造的内容，并不用于对本发明创造的限定。

实施例1连续炼钢

铁精粉、氧气、粉煤、熔剂从物料主入口FQR处喷入冶炼室T₁，焦炭从块状物料投料口K₁加入，铁精粉以极大的比表面积状态弥撒漂浮于炽热且呈CO还原气分的连续炉第一冶炼室空间，迅速传热、传质，完成铁精矿的空间冶炼过程；经空间冶炼后，铁精粉中的高价铁氧化物被还原成金属铁及少部分低价铁氧化物，飘落在下部的熔池Z₁中，熔池Z₁分布有侧吹喷管C₁，喷入氧气及粉煤，形成该区域的高温和强还原性环境，最难还原的氧化亚铁得以全部还原。在上述过程中，闸门G₁一直保持关闭状态。在渣铁分离后，熔渣从排渣口R₁排出炉外，烟气进入烟道Y₁。

该炼铁过程完成并排渣完毕后，关闭闸门G₂，半开启闸门G₁，铁水经过闸门G₁下部流入熔池Z₂，在块状物料投料口K₂先加入脱硅剂如氧化铁皮脱硅后，再从侧吹喷管C₂喷入脱硫脱磷剂如苏打粉等，对铁水进行脱硫和脱磷。烟气进入烟道Y₂，熔渣从排渣口R₂排出炉外。

经三脱并排渣完毕后，关闭闸门G₃，半开启闸门G₂，铁水从闸门G₂下部流入熔池Z₃，从侧吹喷管向熔池内喷入氧气或铁精粉，同时从块状物料投料口K₃陆续加入造渣材料如石灰、白云石，为提高产量，如有必要，在吹炼的同时也可从块状物料投料口K₃加入铁精矿、氧化铁皮等渣料或冷却剂。本吹炼过程主要目的是脱碳，同时继续脱除铁水中的硫和磷。烟气进入烟道Y₃，熔渣从排渣口R₃排出。

吹炼完成并排渣完毕后，半开启闸门G₃，钢水经过闸门G₃下部流入熔池Z₄，从底吹喷管D₄向熔池喷吹氩气进行搅拌，在F₄处设有一组石墨电极对熔池进行加热，在此过程中，通过块状物料投料口K₄加入石灰和荧石等造渣剂。通过此精炼流程，对钢水化学成分进行调整、消除非金属夹杂物和进行硫化物形态处理。烟气进入烟道Y₄，熔渣从排渣口R₄排出炉外，钢水从产品出口OUT流入连铸车间的中间包内。

上述连续炼钢的工艺相对于传统的分散的“高炉-炉外预处理-转炉吹炼-LF精炼”钢铁冶炼工艺，更节能环保及节省投资。

实施例2连续炼铜

铜精矿经干燥破碎后，将铜精矿矿粉、石英熔剂和富氧空气从物料主入口FQR喷入连续炉第一冶炼室炉腔内，硫化铜精矿颗粒在氧化性的紊流气流中呈悬浮状态，快速的发生氧化反应，同时放出大量热，悬浮在炉腔内的物料颗粒熔融后，落入熔池Z₁继续进行造铜硫(冰铜)和造渣反应，在上述过程中闸门G₁一直保持关闭状态。在铜硫和渣澄清分层后，从排渣口R₁排出炉渣，富含SO₂的烟气进入烟道Y₁。

在铜硫分离完成并排渣完毕后，关闭闸门G₂，半开启闸门G₁，铜硫从闸门G₁底部进入熔池Z₂，将具有一定压力的空气从侧吹喷管C₂送入熔池Z₂中，使FeS氧化成FeO，而Cu₂S经氧化后又与Cu₂S相互反应变成粗铜，吹炼温度可以靠硫化物氧化反应来维持温度，在此过程中从块状物料投料口K₂加入的造渣剂如石英等。吹炼渣从排渣口R₂排出，吹炼烟气进入烟道Y2。

吹炼过程完成并排渣完毕后，关闭闸门G₃，半开启闸门G₂，粗铜从闸门G₂底部流入熔池Z₃中进行氧化精炼，从侧吹喷管C₃鼓入空气，同时从块状物料投料口K₃口向炉内加入熔剂如石英砂、石灰或苏打，利用多数杂质与氧亲和力大于铜，且杂质氧化物在铜中溶解度很小的特性，使硫、铁、铅、锌、镍、砷、锑、锡和铋等杂质氧化后造渣，熔渣从排渣口R₃排出，烟气进入烟道Y₃。

氧化精炼完成并排渣完毕后，半开启闸门G₃，粗铜从闸门G₃底部流入熔池Z₄中进行还原精炼，用蒸汽或空气将重油雾化从侧吹喷管C₄吹入铜液中，从块状物料投料口K₄加入木炭粉或焦丁覆盖于铜液面上，重油等还原剂受热裂解为H₂、CO、C等成分，使Cu₂O还原成Cu。烟气进入烟道Y₄，精炼铜熔体从熔池Z₄中放出，可以铸板电解或铸锭销售。

上述连续炼铜的工艺相对于传统的分散的“闪速炉-PS转炉吹炼-氧化精炼-还原精炼”铜冶炼工艺，更节能环保及节省投资。

以上所述仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种连续冶金装置，包括顺序连接的若干冶炼室，相邻冶炼室之间通过竖直设置的闸门间隔，所述闸门能够在竖直方向运动，从而实现将位于其两侧的相邻冶炼室进行完全间隔或部分间隔；对于每一所述冶炼室，下部为熔池，熔池中设有至少一个与外界连通的排渣口，上部设有至少一个块状物料投料口以及一个烟道；第一冶炼室上还连接有具有下落空间的物料主入口，最后一个冶炼室上还连接有产品出口；所述冶炼室的数量为3-5个；任意相邻所述冶炼室之间呈阶梯连接。

2.根据权利要求1所述的一种连续冶金装置，其特征在于，所述冶炼室中各自还独立地设有辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的一种连续冶金装置，其特征在于，所述辅加料口位于其所在的冶炼室的中部顶端；所述加热装置可为环绕其所在的冶炼室的侧壁或底部的电磁感应加热线圈或位于其所在的冶炼室的中部顶端的加热电极；所述底吹喷管为设置于其所在的冶炼室底部的喷管，所述侧吹喷管为沿其所在的冶炼室的熔池平行分布的若干喷管。

4.根据权利要求1所述的一种连续冶金装置，其特征在于，所述块状物料投料口位于各个冶炼室的前方上端，靠近前方闸门的位置；所述烟道位于各个冶炼室的后方上端，靠近后方闸门的位置。

5.一种连续冶金方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1:第一冶炼室冶炼：关闭所述第一冶炼室闸门，使所述第一冶炼室形成一个独立的冶金单元，从所述第一冶炼室具有下落空间的物料主入口加入原料，原料在第一冶炼室先经过空间冶炼，再落入熔池进行熔池冶炼，在冶炼过程中，通过块状物料投料口、辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种方式分时段添加冶炼所必需的辅料、热量和气氛，形成良好的冶金环境，物料在熔池造渣并澄清分层后，形成渣层和富含金属熔体层；冶炼烟气从所述第一冶炼室烟道排出，渣从所述第一冶炼室排渣口排出；

S2:第一冶炼室富含金属的熔体排放：原料在所述第一冶炼室冶炼完毕后，先关闭第二冶炼室闸门，然后提升所述第一冶炼室闸门，并多次移动所述第一冶炼室闸门末端在富含金属熔体层的位置，使其末端置于富含金属的熔体层中，让尽可能多的富含金属的熔体自流进入第二冶炼室，同时又保证所述第一冶炼室中的烟气和渣不会进入第二冶炼室，富含金属的熔体排放完毕后，关闭所述第一冶炼室闸门；

S3:第二冶炼室冶炼：在富含金属的熔体进入所述第二冶炼室，随后关闭第一冶炼室闸门，此时第一冶炼室闸门、第二冶炼室炉壁及闭合的第二冶炼室闸门形成了一个独立的冶金单元，通过块状物料投料口、辅加料口、加热装置、底吹喷管、侧吹喷管、喷嘴中的一种或多种方式分时段添加冶炼所必需的辅料、热量和气氛，形成良好的冶金环境，除去富含金属熔体中的部分杂质，精炼形成的渣从所述第二冶炼室排渣口排出，冶炼烟气从所述第二冶炼室烟道排出；

S4:反复采用同步骤S2的熔体排放过程以及同步骤S3的冶炼步骤，使富含金属的熔体依次在后续冶炼室完成冶炼，直至在最后一个冶炼室完成冶炼；

S5:产品的排放：在最后一个冶炼室完成冶炼的金属熔体从所述产品出口排出炉外。