CN107955884B - 一种新型富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置，属于铜冶炼设备技术领域，其特征是该装置是由多块串联在一起的风冷冷却壁和一块水冷冷却壁组成，其中每一风冷冷却壁的内部留有风道，两端设有进风口和出风口，相邻风冷冷却壁通过联接管道将其串联成一体，最左侧的风冷冷却壁设有一排正对着炉体内部的出风口，紧邻最左侧安装水冷冷却壁，水冷冷却壁的左侧为烟道出口，所有冷却壁炉顶平面之上均覆盖一层耐火捣打料。本申请利用空气对炉顶冷却装置进行降温，预热的空气作为二次风使用有效降低了炉体的热量损失，并能解决低温二次风进入炉内导致炉内结瘤的问题。

Description

一种新型富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置

技术领域

本发明属于有色金属冶炼中富氧侧吹炉铜冶炼设备技术领域，特别涉及一种富氧侧吹炉炉顶冷却装置。

背景技术

富氧侧吹炉在铜冶炼领域凭借其建设成本低、物料适应能力强等优点，在我国得到了广泛的应用。富氧侧吹炉主体结构由炉缸、炉体、炉顶构成，通常炉缸由耐火材料砌筑而成，炉体由几十块水套按3～4层分部排列、紧密连接，炉体直接座于炉缸耐火材料上，炉顶由数块水套覆盖，紧密连接，并在炉体的一端留有烟气通道，烟气通道与余热锅炉相连接，炉顶水套上留有2～3个下料口。为防止各水套长时间处于高温状态导致其自身损坏，需向水套内部通入循环水，持续为水套降温，达到保护水套的目的。另外在炉内高温作用下，铜精矿从下料口落入炉内熔体料面过程中，会分解出部分单体硫，对后续工艺造成影响，为此富氧侧吹炉必须在炉体上部补入部分空气，利用空气中的氧气将烟气中的单体硫燃烧，因此所有富氧侧吹炉炉体上部都设有二次风口。炉体水套直接与炉内1250℃～1300℃熔体接触，为避免水套在熔体冲刷过程中损坏，造成生产事故，炉体水套采用纯铜材质。炉顶水套与高温烟气相接触相对温度较低，冲刷较小，采用铁材质的水套。

在实际生产过程中，二次风口补入的空气与烟气中熔融状态的金属粉尘接触之后，低温空气将会致使熔融金属粉尘在二次封口处冷却结瘤，并逐步增大，严重时炉体上部烟气通道大部分将被堵塞，导致生产无法继续。为此部分企业采取给二次风预热的方式，将二次风温度升高到300℃～350℃，结瘤问题虽然得到了有效解决，但在预热过程中耗费大量的热能，进而增加生产成本；而炉顶水套采用循环水冷却，导致炉体上部区域温度较低，影响了物料进入熔池前的干燥和分解反应的正常进行。

发明内容

为解决二次风口处结瘤影响生产，且增设二次风余热系统又导致费用增加，以及炉顶水套循环水带走热量导致炉体上部温度偏低，不利于冶炼反应进行的问题，本申请的发明人研发出一种适应于富氧侧吹炉炉顶冷却的新装置，该装置利用富氧侧吹炉所需的二次风对炉顶进行降温，保证整个炉顶温度的相对稳定，同时利用该炉顶装置对二次风进行加热，加热后二次风通过相应的出风口直接进入炉内，满足富燃烧单体硫的工艺需求，达到热能综合回收利用、提高生产效率、降低生产成本的目的。

为实现上述目的，本申请针对富氧侧吹炉炉顶的温度梯度进行了检测，通过检测结果设计了一种富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置，该装置采用空气冷却的方式对炉顶覆盖装置进行降温，冷却用的空气经装置升温后直接进入炉内，充当富氧侧吹炉工艺所需要的二次风使用。具体发明内容如下：

1、本发明为一种富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置，该炉顶冷却装置是由共同覆盖在炉顶的多块串联在一起的风冷冷却壁和一块水冷冷却壁组成，其中每一风冷冷却壁的内部留有风道，其两端各设有一个进风口和一个出风口，相邻风冷冷却壁的出风口和进风口均通过联接管道将其串联成一体，位于最右侧的风冷冷却壁的进风口同外来冷风管道相连通，位于炉顶中心位置的两块风冷冷却壁的中间各开有一个下料口，位于最左侧的一块风冷冷却壁设有一排与地面垂直且正对着炉体内部的多个出风口，紧邻最左侧一块风冷冷却壁处安装有一块结构和尺寸同风冷冷却壁完全相同的水冷冷却壁，其水冷冷却壁所需要的冷却水与炉体铜水套循环水系统共用，水冷冷却壁的右侧为烟道出口，所有冷却壁构成的炉顶平面之上均覆盖一层20mm-50mm厚的耐火捣打料，耐火捣打料的上部平面与外界相接触。

2、前面所述风冷冷却壁采用纯铜材质一次性浇铸而成，风冷冷却壁内部留有风道，利用铜金属的导热率高的特点，提高其换热系数，保证将空气加热到所需的温度；风冷冷却壁沿宽度方向横截面的下面为半圆形，半圆形的上面为矩形，其半圆形的直径和矩形的宽度相等，其矩形的高度为矩形宽度的1/4，风冷冷却壁下面设计为半圆形是为了增加烟气与风冷冷却壁的接触面积，提高换热量，风冷冷却壁上面为平面；平面宽度同样也是前面所述的矩形宽度，可以根据不同炉床面积进行调整，以此方便风冷冷却壁的安装和维护，实际使用可以根据炉体长度自行选择风冷冷却壁的块数及尺寸，风冷冷却壁长度略宽于富氧侧吹炉炉顶宽度；风冷冷却壁两端分别设有向外延伸的固定板，固定板上留有螺栓口，用于风冷冷却壁的固定，避免在实用过程中风冷冷却壁发生偏移；在每个风冷冷却壁的内部空腔中间设有一个隔断板，将风冷冷却壁内部通风道隔断为均匀的两个单元，每个单元设有一个进风口和一个出风口，单元内部安有三个隔板，用于改变空气流向，增加空气在装置内的停留时间；将数块风冷冷却壁紧密的覆盖在炉顶，并用联接管道将相邻风冷冷却壁的进风口和出风口进行连接，串联使用，空气依次经过风冷冷却壁，通过二次风口最终进入炉内，在距离烟道入口0.5m～1m处属于高温区域，空气降温无法达到冷却效果，采用一块结构和尺寸同风冷冷却壁完全相同的水冷冷却壁，其冷却水与炉体铜水套循环水系统共用。

3、空气在20KPa～30KPa压力作用下，在按风冷冷却壁风道流动的过程中，被加热到400℃～450℃。在最后一块空气冷却风冷冷却壁上设有通向炉内的二次风口，被加热的空气从二次风口鼓入炉内，风向与地面相垂直，采用小风口、多孔径送入炉内，使二次风与烟气混合更加均匀，有利于烟气中残留的单体硫的燃烧；二次风温度较高，不会发生二次风口结瘤情况，并且利用二次风在炉内形成一道风墙，阻止部分粉尘被烟气带走，同时避免了循环水带走热量导致炉体上部温度偏低的问题。

根据富氧侧吹炉的需要在炉顶风冷冷却壁上留有上下相贯通的下料口。为减少风冷冷却壁的热损失，提高热利用率。在风冷冷却壁上部平面上覆盖一层20mm～50mm厚的耐火捣打料，充当隔热保温层。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

a.利用空气对炉顶冷却装置进行降温，对比普遍采用的水冷装置，有效的降低了炉体的热量损失，提高了炉体的自热程度；

b.空气对炉顶装置降温后，充当富氧侧吹铜冶炼工艺所必须的二次风使用，由于温度较高，解决了低温二次风进入炉内导致炉内结瘤的问题；

c.采用纯铜材质的铸造的风冷冷却壁换热装置，提高了换热量，同时有效的保证了炉顶冷却装置的使用寿命，安全稳定，风冷冷却壁下表面采用半圆形设计，增大了高温烟气与换热装置的接触面积，保证二次风在入炉前得到有效的升温；

d.二次风入炉后在炉内形成一道风墙，能够阻止部分烟气中的粉尘被烟气带走，能够有效降低烟尘产量，提高金属直收率，解决了富氧侧吹炉铜冶炼工艺烟尘率高的问题；

e.采用空气对炉顶进行冷却，能够使炉体上部区域温度始终处于高温状态，有利于物料在下落过程中完成必要的干燥和分解反应的进行，对提高富氧侧吹炉的生产能力具有一定效果。

附图说明

图1为炉顶冷却装置安装后整体结构示意图；

图2为炉顶炉顶冷却装置中的风冷冷却壁结构示意图；

图3为炉顶炉顶冷却装置中的风冷冷却壁结构侧视图；

图4为带二次风口的风冷冷却壁结构示意图。

图中：1为隔断板，2为出风口，3为固定螺栓口，4为隔板，5为进风口，6为联接管道，7为下料口，8为二次风口，9为水冷装置，10为烟道入口，11为固定板。

具体实施方式

装置尺寸可以根据不同富氧侧吹炉炉顶形状进行调整。下面就具体实施案例进行举例说明：

本发明应用于长9.4m、宽2.8m的富氧侧吹铜冶炼炉炉顶，烟道入口10长和宽均为2.8m，炉顶需要覆盖的面积长为6.6m、宽为2.8m。采用每个单体风冷冷却壁长为3.2m、宽为1.1m，下部半圆形断面直径为1.1m，上部延伸处高度为0.37m；风冷冷却壁两端分别设有0.2m长的固定板11，用于担接到炉体水套上，在固定板11上留有固定螺栓口3，用于风冷冷却壁固定，防止风冷冷却壁攒动。

其中Ⅰ～Ⅴ号共5块风冷冷却壁采用通入空气冷却，另一块结构和尺寸和风冷冷却板完全相同Ⅵ号冷却壁利用水进行冷却，这些冷却壁全部采用纯铜一次性浇铸而成，在第Ⅲ、Ⅳ号风冷冷却壁上分别留有一个下料口7，Ⅴ号风冷冷却壁上设有二次风口8，利用联接管道6将Ⅰ～Ⅴ号风冷冷却壁的出风口2与进风口5相连接。

在使用过程中，空气在鼓风机的作用下，以25KPa的压力从Ⅰ号风冷冷却壁两端的进风口5进入，在隔断板1和隔板4的作用下沿风冷冷却壁内风道流动，到达出风口2，通过联接管道6再进入Ⅱ号风冷冷却壁的进风口5，空气依次通过Ⅰ～Ⅴ号风冷冷却壁，并通过Ⅴ号风冷冷却壁上的二次风口8进入富氧侧吹炉内。

风冷冷却壁利用不断流动的空气降温，使风冷冷却壁始终维持在稳定的温度范围内；空气经过风冷冷却壁加热到400℃～450℃后，通过Ⅴ号风冷冷却壁上的二次风口进入炉内，避免了在二次风口处出现结瘤；同时在炉内形成一道风墙，阻止烟气中金属粉尘进入烟道，造成烟尘量偏高的情况。

在靠近烟道入口10的区域温度较高，Ⅵ号冷却壁9采用水冷的方式，避免由于空气冷却效果不佳，导致装置损坏的情况发生。

在风冷冷却壁上表面所构成的平面上覆盖一层30mm厚的耐火捣打料，用于隔热，减少热损失，提高热利用率。

Claims (2)

1.一种富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置，其特征在于：所述炉顶冷却装置是由共同覆盖在炉顶的多块串联在一起的风冷冷却壁和一块水冷冷却壁组成，其中每一风冷冷却壁的内部留有风道，其两端各设有一个进风口和一个出风口，相邻风冷冷却壁的出风口和进风口均通过联接管道将其串联成一体，位于最右侧的风冷冷却壁的进风口同外来冷风管道相连通，位于炉顶中心位置的两块风冷冷却壁的中间各开有一个下料口，位于最左侧的一块风冷冷却壁设有一排与地面垂直且正对着炉体内部的多个出风口，紧邻最左侧一块风冷冷却壁处安装有一块结构和尺寸同风冷冷却壁完全相同的水冷冷却壁，其水冷冷却壁所需要的冷却水与炉体铜水套循环水系统共用，水冷冷却壁的左侧为烟道出口，所有冷却壁构成的炉顶平面之上均覆盖一层20mm-50mm厚的耐火捣打料。

2.根据权利要求1所述的富氧侧吹铜冶炼炉炉顶冷却装置，其特征在于：装置中所述的风冷冷却壁采用纯铜材质一次性浇铸而成；风冷冷却壁沿宽度方向横截面的下面为半圆型，半圆形的上面为矩形，其半圆形的直径和矩形的宽度相等，其矩形的高度为矩形宽度的1/4，风冷冷却壁长度略宽于富氧侧吹炉炉顶宽度；风冷冷却壁两端分别设有向外延伸的固定板，固定板上留有螺栓口；在每个风冷冷却壁的内部空腔中间设有一个隔断板，将风冷冷却壁内部通风道隔断为均匀的两个单元，每个单元设有一个进风口和一个出风口，单元内部安有三个隔板。