CN106996695A - 一种冶金炉 - Google Patents

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CN106996695A CN201610046732.3A CN201610046732A CN106996695A CN 106996695 A CN106996695 A CN 106996695A CN 201610046732 A CN201610046732 A CN 201610046732A CN 106996695 A CN106996695 A CN 106996695A
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曹珂菲
张振民
李东波
冯双杰
崔大韡
黎敏
陈学刚
周刚
邬传谷
李曰荣
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F27B19/02Combinations of furnaces of kinds not covered by a single preceding main group combined in one structure
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    • F27M2003/00Type of treatment of the charge
    • F27M2003/13Smelting

Abstract

本发明提供了一种冶金炉。该冶金炉的炉体形成有相互连通的熔化还原腔和贫化腔,熔化还原腔的腔壁上设置有与其腔室连通的主喷嘴,主喷嘴用于向熔化还原腔内喷入矿料并熔融矿料,贫化腔的腔壁上设置有多个贫化电极,多个贫化电极的端部插入贫化腔内的熔融液内以对熔融液进行贫化还原,贫化腔的腔壁上设置有金属放出口和渣放出口。本发明的冶金炉可以解决现有技术中冶炼流程需要使用大量的电能或焦炭,从而导致了冶炼红土矿的成本高以及在无电或缺电地区难以建设红土矿冶炼厂的问题。

Description

一种冶金炉
技术领域
[0001 ]本发明涉及有色冶金领域,具体而言,涉及一种冶金炉。
背景技术
[0002] 在现有技术的红土矿的火法冶炼工艺中,较为成熟且广泛使用的冶炼流程为回转 窑-电炉(即RKEF)流程,此流程在冶炼过程中使用了 一定数量的煤,并且该流程中的关键设 备是电炉,电炉在冶炼过程中需要使用大量的电能。
[0003] 很多红土矿的源产地大多属于比较落后的偏远地区,这些红土矿源产地的基础设 施落后,没有大电网。在这些红土矿源产地地区建设采用RKEF流程来冶炼红土矿的冶炼厂 存在较大的难度:一是建大规模电厂本身投资很大;二是这些红土矿源产地建设的大多为 孤网电站,电炉的大规模用电对这些孤网电站的影响非常大,因而需采用很多先进的技术 手段来保证电炉和电网的稳定运行,这会进一步增加电厂的投资,同时维护和运行的成本 也会比较高。
[0004] 另一个采用较多的流程为高炉流程,高炉流程的冶炼过程中使用焦炭进行冶炼, 焦炭的成本较高,且较难取得焦炭。
[0005] 综合分析现有技术,现有技术的冶炼流程需要使用大量的电能或焦炭,从而导致 了冶炼红土矿的成本高以及在无电或缺电地区难以建设红土矿冶炼厂的问题。
发明内容
[0006]本发明的主要目的在于提供一种冶金炉,以解决现有技术中冶炼流程需要使用大 量的电能或焦炭,从而导致了冶炼红土矿的成本高以及在无电或缺电地区难以建设红土矿 冶炼厂的问题。
[0007]为了实现上述目的,本发明的实施例提供了一种冶金炉,冶金炉的炉体形成有相 互连通的熔化还原腔和贫化腔,熔化还原腔的腔壁上设置有与其腔室连通的主喷嘴,主喷 嘴用于向熔化还原腔内喷入矿料并熔融矿料,贫化腔的腔壁上设置有多个贫化电极,多个 贫化电极的端部插入贫化腔内的熔融液内以对熔融液进行贫化还原,贫化腔的腔壁上设置 有金属放出口和渣放出口。
[00081进一步地,炉体包括炉缸、炉墙、第一炉顶和第二炉顶,炉缸、炉墙和盖设在炉墙上 第一炉顶之间形成熔化还原腔,炉缸、炉墙和盖设在炉墙上第二炉顶之间形成贫化腔,其 中,炉墙包括炉壳板、水套、耐火砖,水套设置在炉壳板和耐火砖之间,且耐火砖与熔融液接 触。
[00091进一步地,主喷嘴设置在第一炉顶上。主喷嘴向炉内喷入矿料,同时主喷嘴又是顶 部氧煤燃烧器,向炉内喷入燃料和含氧气体进行燃烧。
[0010]进一步地,炉体为长圆形或长方体形状,且水套的外侧由炉壳板围合而成。进一步 地,水套可以设置在炉子不同的部位并选择采用不同的冷却方式,保证炉子整体寿命的同 时尽量降低设备造价。 L〇〇11」进一步地,炉体上设置有用于搅动炉体内的熔融液的侧吹喷枪,侧吹喷枪的出口 浸没在熔融液内。
[0012]进一步地,侧吹喷枪的数量为多个,多个侧吹喷枪相对地设置在熔化还原腔的腔 壁上;或者,侧吹喷枪的数量为多个,多个侧吹喷枪的第一部分设置在熔化还原腔的第一腔 壁上,多个侧吹喷枪的第二部分设置在熔化还原腔的与第一腔壁相对的第二腔壁上,且第 一部分侧吹喷枪与第二部分侧吹喷枪交替设置。
[0013]进一步地,炉体上还设置有用于对熔融液进行补热的氧煤烧嘴。
[0014]进一步地,炉体内设置有挡坝,挡坝的一部分浸没在熔融液内,另一部分伸出熔融 液的液面,且多个贫化电极均位于挡坝的远离熔化还原腔的一侧。
[0015]进一步地,第一炉顶上开设有加料入口。
[0016]进一步地,第一炉顶和第二炉顶之间设置有熔化还原腔和贫化腔之间共用的烟气 通道。
[0017]应用本发明的技术方案,该冶金炉通过主喷嘴将矿料送入熔化还原腔内,并同时 通过主喷嘴将燃料和含氧气体喷入熔化还原腔内,从而熔化同时喷入的矿料,燃料还可以 作为还原剂对喷入的矿料进行还原,经过氧化还原后的熔融液进入贫化腔中,通过多个贫 化电极对熔融液进行贫化处理,从而熔融液澄清分层为金属液层和渣层,再通过金属放出 口和渣放出口将金属液和渣分别放出。本发明的冶金炉通过将熔化还原和贫化还原两个冶 金流程分别在一台炉子的两个区域中进行,占地面积小,减少了配置高差;减少炉子本身和 厂房的建设投资。由于熔化还原和贫化还原两个生产环节在同一个冶金炉中进行,减少了 直接排放和加入熔体的操作,有较高的生产作业率,可减少操作人员和相应的工器具消耗。 熔化还原工序和贫化还原工序在一个炉子内完成,贫化区也可充分利用熔化还原的高温维 持较高的温度,相比单独贫化工序减少了加热贫化腔的电能消耗。该冶金炉兼顾熔化还原 工序和贫化还原工序,炉内储存熔体量相对较大,并能够增加储渣量,且延长储渣时间,有 利于镍铁(或其他金属)和炉渣的分离。该冶金炉可以用煤作为燃料和还原剂,大幅度降低 了电能或者焦炭的使用,电能消耗仅为相同生产规模RKEF工艺中电炉的1/6〜1/8,且不使 用焦炭。采用该冶金炉,无需建造大规模电厂即可满足冶金流程的电能要求,不但降低了冶 炼红土矿的成本,更大大降低了在缺电地区建设红土矿冶炼厂的技术难度。
附图说明 _
[0018] 构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示 意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
[0019] 图1示出了根据本发明的冶金炉的实施例的沿其中心轴线的剖视结构示意图;
[0020] 图2示出了图1的A-A的剖视结构示意图;
[0021]图3示出了图1的B-B的剖视结构示意图;
[0022]图4示出了图1的C-C的剖视结构示意图。
[0023]其中,上述附图包括以下附图标记:
[0024] 10、炉体; 11、熔化还原腔;
[0025] 12、贫化腔; 20、主喷嘴;
[0026] 30、贫化电极; 40、侧吹喷枪;
[0027] 50、氧煤烧嘴; 60、挡坝;
[0028] 71、加料入口; 72、烟气通道;
[0029] 101、炉缸; 102、炉墙;
[0030] 103、第一炉顶; 104、第二炉顶;
[0031] 121、金属放出口; 122、渣放出口;
[0032] 1021、炉壳板; 1022、水套;
[0033] 1023、耐火砖。
具体实施方式
[0034]需要说明的是,在不冲突的情况下,本申请中的实施例及实施例中的特征可以相 互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
[0035]炉体10的中心轴线为从熔化还原腔11向贫化腔12延伸的轴线,并且炉体10相对于 该中心轴线对称设置。
[0036]如图1至图4所示,本发明实施例的冶金炉的炉体10形成有相互连通的熔化还原腔 11和贫化腔12,熔化还原腔11的腔壁上设置有与其腔室连通的主喷嘴20,熔化还原腔11的 主要作用是形成热量集中的高温区,在此处对矿料进行化料,主喷嘴20用于向熔化还原腔 11内喷入矿料并熔融矿料,贫化腔12的腔壁上设置有多个贫化电极30,多个贫化电极30的 端部插入贫化腔12内的熔融液内以对熔融液进行贫化还原,贫化腔12的腔壁上设置有金属 放出口 121和渣放出口 122。
[0037]该冶金炉通过主喷嘴20将矿料送入熔化还原腔11内,并同时通过主喷嘴20将燃料 和含氧气体喷入熔化还原腔11内。喷出的燃料和含氧气体燃烧放热从而熔化同时喷入的矿 料,燃料还可以作为还原剂对喷入的矿料进行部分还原。熔融液在熔化还原腔11内经过还 原作用之后,经过氧化还原后的熔融液进入贫化腔12中,通过多个贫化电极30对熔融液进 行贫化处理,从而熔融液澄清分层为金属液层和渣层,再通过金属放出口 121和渣放出口 122将金属液和渣分别放出。本发明的冶金炉可以将熔化还原和贫化还原两个冶金流程分 别在一台炉子的熔化还原腔11和贫化腔12中进行,占地面积小,减少了配置高差;减少炉子 本身和厂房的建设投资。由于熔化还原和贫化还原两个生产环节在同一个冶金炉中进行, 减少了直接排放和加入熔体(即熔融液)的操作,有较高的生产作业率,可减少操作人员和 相应的工器具消耗。熔化还原工序和贫化还原工序均在一个炉子内完成,贫化区也可充分 利用熔化还原的高温维持较高的温度,相比单独贫化工序减少了加热贫化腔12的电能消 耗。该冶金炉兼顾熔化还原工序和贫化还原工序,炉内储存熔体量相对较大,并能够增加储 渣量,且延长储渣时间,有利于镍铁(或其他金属)和炉渣的分离。该冶金炉可以用煤作为燃 料和还原剂,大幅度降低了电能或者焦炭的使用,电能消耗仅为相同生产规模RKEF工艺中 电炉的1/6〜1/8,且不使用焦炭。采用该冶金炉,无需建造大规模电厂即可满足冶金流程的 电能要求,不但降低了冶炼红土矿的成本,更大大降低了在缺电地区建设红土矿冶炼厂的 技术难度。
[0038]如图1、图2所示,本实施例的炉体10包括炉缸101、炉墙102、第一炉顶103和第二炉 顶104,炉缸101、炉墙102和盖设在炉墙102上第一炉顶103之间形成熔化还原腔11,炉缸 101、炉墙102和盖设在炉墙102上第二炉顶104之间形成贫化腔12,其中,炉墙102包括炉壳 板1021、水套1〇22、耐火砖1〇23,水套1022设置在炉壳板1021与耐火砖1023之间(可以如图2 所示仅设置在炉壳板1021与耐火砖1023之间的下部区域,也可在设置在炉壳板1〇21与耐火 砖1023之间的全部区域),且耐火砖1023与熔融液接触。水套1022、耐火砖1023之间均紧密 连接,并且水套1022和耐火砖1023的外侧由炉壳板1021围合而成,炉壳板1021的外侧再有 骨架,骨架为整体弹性骨架技术。因此,使得冶金炉的炉体10的结构非常稳定,寿命长。进一 步地,由于耐火砖1023镶嵌进水套1022的内侧,水套1022可以很好的对耐火砖1023进行冷 却保护,使得耐火砖1023内侧有可能形成稳定的挂渣层,挂渣层是一种隔热较好的材料,又 可以进一步保护耐火砖1023免受熔体侵蚀。
[0039]优选地,炉体10为长圆形或长方体形状,由于熔化还原腔11和贫化腔12分别进行 不同的还原处理,并且,炉体10上设置有用于搅动炉体10内的熔融液的侧吹喷枪40,侧吹喷 枪40的出口浸没在熔融液内。在本实施例中,侧吹喷枪40的数量为多个,多个侧吹喷枪40相 对地设置在熔化还原腔11的腔壁上(当然,在另一个可行的实施例中,侧吹喷枪40的数量为 多个,多个侧吹喷枪40的第一部分设置在熔化还原腔11的第一腔壁上,多个侧吹喷枪40的 第二部分设置在熔化还原腔11的与第一腔壁相对的第二腔壁上,且第一部分侧吹喷枪40与 第二部分侧吹喷枪40交替设置)。优选的,由侧吹喷枪40向熔化还原腔11的熔融液中喷入还 原剂,因此,当送入熔化还原腔11内的矿料被熔化后,在再经过炉墙102上的侧吹喷枪40对 熔融液进行搅动,使得熔融液在冶金炉内循环流动,这样熔融液就不会在冶金炉内停留而 造成局部固化,保证了熔融液在贫化腔12内澄清分层后的金属液成分均匀。并且,长圆形或 长方体形状的炉体10,在炉体10两端处的炉腔内的熔融液由于没有受到侧吹喷枪40的搅动 作用,该处的熔融液流动较平缓,进一步地,由于侧吹喷枪40是设置在熔化还原腔11的炉墙 102上,即侧吹喷枪40远离贫化腔12,当流动的熔融液流动至贫化腔12内,熔融液的流动速 度更加平缓,这有利于熔融液在此处进行澄清分离为金属液层和渣层。在本实施例中,侧吹 喷枪40喷入纯氧和煤粉,在熔融液中进行浸没式燃烧,提供高温,同时利用燃烧的火焰搅动 熔融液,加快传质传热,提高冶金生产效率。
[0040] 如图1和图2所示,主喷嘴20设置在第一炉顶103上(炉缸101、炉墙102和第一炉顶 103共同形成熔化还原腔11的腔壁),即主喷嘴20采用顶部安装的方式,将矿料从炉体10的 顶部送入。本实施例的主喷嘴20既是进料喷嘴,也是燃烧装置,在送入矿料的同时也将燃料 和含氧气体喷入熔化还原腔11内,通过燃料和含氧气体的燃烧可以迅速将矿料熔化。并且, 炉体10上还设置有用于对熔融液进行进一步提温的氧煤烧嘴50。氧煤烧嘴50在炉体10的炉 腔内的温度不能满足时进行燃烧补热,从而保证炉腔内的冶金高温,此时,氧煤烧嘴50仅在 需要时启动使用。当然,氧煤烧嘴50也可以与主喷嘴20同步启动使用,此时,当主喷嘴20将 矿料送入后,由于氧煤烧嘴50采用纯氧和煤粉燃烧,火焰温度高,形成高热强度,有利于进 一步快速化料。当然,氧煤烧嘴50还可以应用天然气和含氧气体(例如空气或纯氧气体)混 合后进行燃烧供热。在本实施例中,多个贫化电极30间隔地设置在第二炉顶104上。
[0041] 如图1至图3所示,为了降低贫化腔12中澄清分离后的炉渣的金属含量,因此,炉体 10内设置有挡坝60,挡坝60的两端横跨地连接在炉体10的内壁上,挡坝60的一部分浸没在 熔融液内,另一部分伸出熔融液的液面,且多个贫化电极30均位于挡坝60的远离熔化还原 腔11的一侧。当流动平缓的熔融液在贫化腔12中澄清分离为金属液层和渣层之后,渣层浮 在金属液层上,此时经过贫化、澄清分离后的炉渣的金属含量较低,而由于熔融液的搅动作 用,该处的炉渣会在搅动作用下再次流向熔化还原腔11中与熔化还原腔11内的熔融液混 合,这样混合后的炉渣金属含量升高,不利于从排放。本实施例利用挡坝60将流动平缓的炉 渣阻隔在贫化腔12内而无法流回熔化还原腔11内进行混合,此时炉渣的金属含量低,有利 于提高冶炼的综合回收率。
[0042] 优选地,本实施例的第一炉顶103上开设有加料入口 71。通过主喷嘴20送入矿料的 同时,也利用加料入口 71进行块煤、块料的添加,这些块煤、块料加入熔化还原腔11之后,有 利于作为此处氧化还原反应的补充,进一步提高溶化还原腔11内的溶化还原效果。当然,力口 料入口 71也可以根据冶炼规模在第一炉顶103上开设若干个。
[0043]如图1和图3所示,两区域的烟气可以混合处理,以减少建设熔化还原工序和贫化 还原工序两套烟气处理系统的投资,因此,第一炉顶103和第二炉顶104之间设置有烟气通 道72。由于熔化还原腔11和贫化腔12之间相互连通,且烟气通道72设置在熔化还原腔11和 贫化腔12之间,这样,在炉体10的炉腔内产生的烟气就可以通过一个烟气通道72排放,减少 了烟气通道72的设置数量,进而减少了后续烟气处理系统的数量,减少了炉子本身和后续 烟气处理系统的投资。
[0044]在对炉体10进行安装时,利用炉体框架结构(未图示)进行固定炉体10。在本实施 例中,炉体框架结构包括钢立柱、横梁和拉杆,钢立柱在长圆形或长方体形状的炉体10两侧 各设置多个,且位于同一侧的钢立柱之间通过横梁连接并维持稳定,拉杆设置在第一炉顶 103和第二炉顶104上,并且长圆形或长方体形状炉体10的炉缸101的底部设置有炉基,炉基 对炉缸101形成支撑,通过拉杆和横梁将两侧的钢立柱连接起来以维持钢立柱的稳定,从而 实现炉体10的稳定安装。
[0045]从以上的描述中,可以看出,本发明上述的实施例实现了如下技术效果:
[0046] 1、该冶金炉的占地面积小,减少了炉体10的配置高差(即减少了熔化还原腔11处 的炉墙102和贫化腔12处的炉墙102之间的高差,在本实施例中,熔化还原腔11处的炉墙102 高度高于贫化腔12处的炉墙102高度),减少了冶金炉本身和厂房的建设投资;由于冶金流 程中将熔化还原处理和贫化处理分别进行,相对于现有技术减少了熔融液排放和加入的操 作,具有较高的生产效率,可减少操作人员和相应工器的消耗;冶金炉的炉体10兼顾熔化还 原和贫化还原作业,炉体10的炉腔内存储熔融液的容积相对较大,增加了储渣时间,有利于 金属液层和渣层的澄清分离;并且,熔化还原腔11和贫化腔12两个区域的烟气可以混合通 过一个烟气通道72进行处理,减少了建设一一对应建设两套烟气处理系统的投资。
[0047] 2、以煤作为燃料和还原剂,大幅度降低了电能的使用,电能消耗仅为相同生产规 模电炉的1/8〜1/6,而且本发明的冶金炉不使用焦炭。
[0048] 3、优选的,本发明的主喷嘴20、侧吹喷枪40和氧煤烧嘴50均采用纯氧和煤粉进行 燃烧,燃烧温度高,燃烧效率高。
[0049] 4、应用本发明的冶金炉进行冶金流程操作,冶金炉对矿料处理适应性强,除红土 矿焙砂外,例如红土镍矿,还可以处理其它无法自热的氧化矿,以及各种渣或二次矿物料。 [0050]以上所述仅为本发明的优选实施例而己,并不用于限制本发明,对于本领域的技 术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修 改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种冶金炉,其特征在于,所述冶金炉的炉体(丨〇 )形成有相互连通的熔化还原腔 (11)和贫化腔(12),所述熔化还原腔(11)的腔壁上设置有与其腔室连通的主喷嘴(2〇),所 $主喷嘴(20)用于向所述熔化还原腔(11)内喷入矿料并熔融所述矿料,所述贫化腔(丨2)的 腔II上设置有多个贫化电极(30),多个所述贫化电极(30)的端部插入所述贫化腔q 2)内的 熔融液内以对所述熔融液进行贫化还原,所述贫化腔(i 2)的腔壁上设置有金属放出口 (121)和渣放出口(122)。
2.根据权利要求1所述的冶金炉,其特征在于,所述炉体(1〇)包括炉缸(1〇1)、炉墙 (102)、第一炉顶(103)和第二炉顶(104),所述炉缸(1〇1)、所述炉墙(1〇2)和盖设在所述炉 墙(102)上所述第一炉顶(103)之间形成所述熔化还原腔(U ),所述炉缸(101 )、所述炉墙 (102) 和盖设在所述炉墙(102)上所述第二炉顶(104)之间形成所述贫化腔(12),其中,所述 炉墙(102)包括炉壳板(1〇21)、水套(1022)、耐火砖(1023),所述水套(1022)设置在所述炉 壳板(1021)和所述耐火砖(1023)之间,且所述耐火砖(1 〇23)与所述熔融液接触。
3.根据权利要求2所述的冶金炉,其特征在于,所述主喷嘴(20)设置在所述第一炉顶 (103) 上。
4.根据权利要求2所述的冶金炉,其特征在于,所述炉体(10)为长圆形或长方体形状, 且所述水套(1022)的外侧由所述炉壳板(1021)围合而成。
5. 根据权利要求1所述的冶金炉,其特征在于,所述炉体(10)上设置有用于搅动所述炉 体(10)内的所述熔融液的侧吹喷枪(40),所述侧吹喷枪(40)的出口浸没在所述熔融液内。
6. 根据权利要求5所述的冶金炉,其特征在于, 所述侧吹喷枪(40)的数量为多个,多个所述侧吹喷枪(40)相对地设置在所述熔化还原 腔(11)的腔壁上; 或者,所述侧吹喷枪(40)的数量为多个,多个所述侧吹喷枪(40)的第一部分设置在所 述熔化还原腔(11)的第一腔壁上,多个所述侧吹喷枪(40)的第二部分设置在所述熔化还原 腔(11)的与所述第一腔壁相对的第二腔壁上,且第一部分所述侧吹喷枪(40)与第二部分所 述侧吹喷枪(40)交替设置。
7. 根据权利要求1所述的冶金炉,其特征在于,所述炉体(1〇)上还设置有用于对所述熔 融液进行补热的氧煤烧嘴(5〇)。
8. 根据权利要求1所述的冶金炉,其特征在于,所述炉体(1〇)内设置有挡坝(6〇 ),所述 挡现(60)的一部分浸没在所述恪融液内,另一部分伸出所述恪融液的液面,且多个所述贫 化电极(30)均位于所述挡坝(60)的远离所述熔化还原腔(11)的一侧。
9. 根据权利要求2所述的冶金炉,其特征在于,所述第一炉顶(1〇3)上开设有加料入口 (71)。
10. 根据权利要求2所述的冶金炉,其特征在于,所述第一炉顶(103)和所述第二炉顶 (104) 之间设置有所述熔化还原腔(11)和所述贫化腔(I2)之间共用的烟气通道(72)。
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