CN105603209A - 一种喷吹式感应熔炼炉 - Google Patents

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豆志河
牛丽萍
刘燕
张保敬
吕国志
张子木
赵秋月
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Abstract

本发明提供一种喷吹式感应熔炼炉，包括炉体、透气砖、机械搅拌系统、喷吹系统和感应系统；炉体和感应系统的耐火材料坩埚形成熔池，炉体内壁与感应系统之间通过保温材料相隔并密封；透气砖设置在炉体底部或侧壁，并且直接穿过炉体和感应系统与熔池相通；机械搅拌系统包括搅拌桨和控制箱，搅拌桨插入至熔池中，并通过控制箱控制工作时的转速；喷吹系统包括气源和高压载气输送管路，其通过高压载气输送管路与炉体的底部相连，且管路出气口正对透气转；感应系统由感应线圈、电磁感应体、耐火材料坩埚和保温材料组成，与炉体内壁保温材料紧密接触的为感应线圈，感应线圈与电磁感应体之间为保温材料，最内层为耐火材料坩埚。

Description

一种喷吹式感应熔炼炉
技术领域
本发明属于冶金技术领域，具体涉及一种喷吹式感应熔炼炉。
背景技术
随着火法炼铜熔炼强度、铜锍品位的提高，铜渣中含铜量高达0.4%-0.8%，富氧吹炼工艺的铜渣中含铜量甚至高达3-4%（远高于0.3%的铜矿开采品位）。工业上铜渣贫化的方法有两类：缓冷选矿和火法贫化。缓冷选矿法只能回收绝大部分的夹杂锍，选矿尾渣中含铜量在0.35%以下，但铜渣中铁等有价组元未能回收利用。火法贫化法是将熔融态铜渣添加硫化剂进行贫化处理，经沉降和渣锍分离回收了铜硫相。由于铜渣的磁导性差，为了保证熔炼的温度，贫化炉多采用电弧炉熔炼，造成熔池内温度场分布不均匀，而且由于电场分布不均，导致熔池内流场分布不合理，不利于铜锍与渣分离，导致贫化效果不理想，贫化尾渣中含铜量多在0.4~0.5%以下。同时由于硫化剂直接撒在熔池中，挥发损失严重造成硫化剂利用率极低。如何实现铜渣中铜铁等有价组元高效综合利用，其中装置的突破是关键之一。
传统感应熔炼炉在实际应用过程中受到被加热物料磁导性能的限制，如果被加热物料的磁导性能差，实际加热速率就会降低，磁导性能过差时，不但加热速率会下降，而且实际熔炼温度无法达到所要求的最高熔炼温度，即常说的熔炼温度升不上去。比如在炼铅工业中，在高铅渣还原为金属铅的过程中，由于物料的磁导性弱，采用传统的感应加热不但升温速度慢，发挥不了感应加热的优势，而且最高温度就达不到还原熔炼温度要求，限制了其使用范围。还有为了克服传统感应炉加热效果受制于熔炼物料磁导性强弱的限制，人们对传统的感应加热炉进行了很多优化和改进。如果被熔炼物料不被碳材质影响，那么可以在熔炼物料内配入一部分石墨碎，或者在被熔炼的物料内插入石墨棒，亦或采用石墨坩埚作为熔炼坩埚，以保证感应加热的升温速率以及感应加热的最高温度。但是对于被加热的熔炼物料如果严格限制碳的存在，那么感应加热就无法应用。如何实现感应加热对弱磁导性物料体系的高效加热，是中频/工频感应加热领域长期以来的技术瓶颈。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种适用于弱磁或无磁性物料熔炼加热的带搅拌的喷吹式感应熔炼炉，其包括可快速实现弱磁导性或无磁性物料快速加热的感应系统，以及调控和优化熔池流场的机械搅拌系统和喷吹系统。而且搅拌系统和喷吹系统还可实现熔炼过程中硫化剂和还原剂的连续加料，实现了硫化剂的高效利用及高效还原，即铜渣贫化过程中硫化精炼剂可采用载气携带喷吹的方式进行添加，亦可采用离心涡流搅拌携带喷吹的方式进行添加，而且机械搅拌和喷吹中的惰性载气搅拌耦合强化极大提高了精炼效果，以及精炼剂的利用率。本发明的技术方案如下：
一种喷吹式感应熔炼炉，包括炉体、透气砖、机械搅拌系统、喷吹系统和感应系统；炉体和感应系统的耐火材料坩埚形成熔池，炉体内壁与感应系统之间通过保温材料相隔并密封；透气砖设置在炉体底部或侧壁，并且直接穿过炉体和感应系统与熔池相通；机械搅拌系统包括搅拌桨和控制箱，搅拌桨插入至熔池中，并通过控制箱控制工作时的转速；喷吹系统包括气源和高压载气输送管路，其通过高压载气输送管路与炉体的底部相连，且管路出气口正对透气转；感应系统由感应线圈、电磁感应体、耐火材料坩埚和保温材料组成，与炉体内壁保温材料紧密接触的为感应线圈，感应线圈与电磁感应体之间为保温材料，最内层为耐火材料坩埚。
上述感应炉中，所述透气砖采用弥散型透气砖或狭缝式透气砖。
上述感应炉中，所述搅拌桨插入熔池的位置根据熔体的高度以及固体粉料的加料方式可上下左右调整。
上述感应炉中，所述喷吹系统还可以设置储料罐，用于放置载气携带喷吹至熔池中的固体物料。
上述感应炉中，所述电磁感应体包括石墨、硼化物。
本发明的一种喷吹式感应熔炼炉的工作流程是：
将物料加入到熔池内，启动感应系统加热物料使其快速熔化，得到高温熔液；然后将机械搅拌桨插入到熔池中预先设定好的位置（中心位置或偏心位置）并根据情况调整插入深度，启动机械搅拌；同时打开喷吹系统的高压载气源，进行喷吹精炼。如果高压气源是反应气氛，就直接喷气精炼；如果高压气源是惰性载气，需要携带喷吹固体粉料，将储料罐串联在高压载气管路中，通过高压载气将物料经透气砖喷吹到感应熔炼炉的熔池内。喷吹气体和固体物料会在机械搅拌和气体搅拌的耦合强化作用下弥散分布在整个熔池内，同时这种耦合强化作用可以优化熔池内的流场和温度场分布。因此，保证了熔池内物理化学反应的快速彻底完成，同时可极大地提高原料的利用率，降低能源和物料损耗。
与现有技术相比，本发明的特点和有益效果是：
1、现有感应熔炼炉均以被加热熔炼物料作为加热负载或者在熔炼物料内配入石墨碎，或插入石墨棒以提高炉内感应负载的方式，而本发明直接采用电磁感应体夹层作为加热负载，彻底解决弱磁导性或无磁导性的物料加热速度慢以及达不到最高加热温度的同时，有效防止碳污染，保证熔池内温度场及流场分布的均匀度。
2、本发明的喷吹式感应熔炼炉集成加热、机械搅拌及喷吹气体一体化，实现多种功能：机械搅拌系统和感应系统可实现对物料快速均匀加热功能，喷吹系统可实现还原气体或惰性气体携带固体物料连续添加功能，多种功能的耦合强化保证了化学反应的快速彻底进行，极大地提高了原料的利用率，同时大大强化了熔体的净化除杂效果。
3、本发明的喷吹式感应熔炼炉结构简单，适用于弱磁或无磁物料的加热和熔炼，实际操作难度小，成本低廉，具有较高的经济效益。
4、本发明的喷吹式感应熔炼炉可通过先喷吹适量的还原剂和硫化剂对铜渣进行适度贫化回收部分铜，然后再喷吹还原剂对铜渣进行熔融还原，从而高效回收贫化渣中的铜、铁及贵金属等有价组元。
附图说明
图1是本发明实施例1的喷吹式感应熔炼炉的结构示意图；
图2是本发明实施例2的喷吹式感应熔炼炉的结构示意图。
图中，1、搅拌头，2、搅拌桨，3、控制箱，4、耐火材料坩埚，5、电磁感应体，6、保温材料，7、炉体，8、感应线圈，9、透气砖，10、储料罐，11、气源，12、高压载气输送管路，13熔池。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的喷吹式感应熔炼炉作进一步说明。
实施例1
一种喷吹式感应熔炼炉，如图1所示，包括炉体7、狭缝式透气砖9、机械搅拌系统、储料罐10、气源11、高压载气输送管路12和感应系统；其中炉体7上部开口，内壁与感应系统的耐火材料坩埚4之间通过保温材料相隔并密封；机械搅拌系统的搅拌桨2插入至炉体7和耐火材料坩埚4形成的熔池13中，并通过控制箱3控制工作时的转速，控制箱3与搅拌桨2的搅拌头1连接；储料罐10位于气源11和炉体7之间，彼此通过高压载气输送管路12相连，高压载气输送管路12与炉体7连接的出气口正对狭缝式透气砖9的狭缝；感应系统由感应线圈8、电磁感应体石墨5、耐火材料坩埚4和保温材料6组成，与炉体内壁保温材料6紧密接触的为感应线圈8，感应线圈8与石墨5之间为保温材料6，最内层为耐火材料坩埚4；透气砖9设置在炉体7底部，并且直接穿过炉体7和感应系统与熔池13相通，透气砖安放时彼此之间留存可供载气或载气携带固体物料通过的空隙。
上述感应炉中，所述搅拌桨2插入熔池13的位置根据熔液的高度以及固体粉料的加料方式可上下左右调整。
利用本实施例的喷吹式感应熔炼炉进行铜渣贫化处理，过程如下：将熔融铜渣加入到熔池中，启动感应加热系统使物料温度保持在1150~1350°C；将机械搅拌桨以中心方式插入到熔液高度的1/3~1/2处，启动机械搅拌；同时打开喷吹系统的高压载气源，喷吹高压惰性载气携带硫化剂经炉体侧壁的透气砖进入到熔池内，在机械搅拌和气体搅拌的耦合强化作用下硫化剂弥散分布在整个熔池内，极大地提高了硫化剂的利用率，硫化剂利用率达90%以上，并且经处理后的铜渣中的铜含量降低至0.3%以下，较现有技术处理铜渣的最低铜含量在0.4~0.8%又降低了0.1%以上，并且处理稳定性较好。
实施例2
一种喷吹式感应熔炼炉，如图2所示，感应熔炼炉结构同实施例1，区别点在于：透气砖9为弥散型透气转，设置在炉体7侧壁，电磁感应体选用六硼化镧，且感应熔炼炉结构中不带储料罐10。
利用本实施例的喷吹式感应熔炼炉进行铜渣贫化处理，过程如下：将熔融铜渣加入到熔池中，启动感应加热系统使物料温度保持在1150~1350°C；将机械搅拌桨以偏心方式插入到熔液高度的1/3~1/2处，启动机械搅拌；同时打开喷吹系统的高压载气源，喷吹还原气体进行还原熔炼，将铜渣中的铁、铜等有价组元快速还原，最终得到含铜铁水，其中金属还原率达96%以上，气体还原剂利用率大于95%。

Claims (4)

1.一种喷吹式感应熔炼炉，其特征在于包括炉体、透气砖、机械搅拌系统、喷吹系统和感应系统；炉体和感应系统的耐火材料坩埚形成熔池，炉体内壁与感应系统之间通过保温材料相隔并密封；透气砖设置在炉体底部或侧壁，并且直接穿过炉体和感应系统与熔池相通；机械搅拌系统包括搅拌桨和控制箱，搅拌桨插入至熔池中，并通过控制箱控制工作时的转速；喷吹系统包括气源和高压载气输送管路，其通过高压载气输送管路与炉体的底部相连，且管路出气口正对透气转；感应系统由感应线圈、电磁感应体、耐火材料坩埚和保温材料组成，与炉体内壁保温材料紧密接触的为感应线圈，感应线圈与电磁感应体之间为保温材料，最内层为耐火材料坩埚。
2.根据权利要求1所述的一种喷吹式感应熔炼炉，其特征在于所述透气砖采用弥散型透气砖或狭缝式透气砖。
3.根据权利要求2所述的一种喷吹式感应熔炼炉，其特征在于所述搅拌桨插入熔池的位置根据熔体的高度以及固体粉料的加料方式可上下左右调整。
4.根据权利要求1~3任一所述的一种喷吹式感应熔炼炉，其特征在于所述喷吹系统还可以设置用于放置载气携带喷吹至熔池中的固体物料的储料罐。
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