CN111434787A - 冶炼设备和冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冶炼设备和冶炼方法，包括：炉体，所述炉体上设有原料加料口、熔剂加料口、冷料加料口、渣料排放口、熔体排放口、事故排放口、烧嘴口、烟道口、观察口和插入口；喷枪，所述喷枪由所述插入口插入所述炉体内。根据本发明的冶炼设备，具有设备投资小、原料适应性好、处理能力大、能耗低、环保效果好等优点。
Description
技术领域
本发明涉及金属冶炼技术领域，具体而言，涉及一种冶炼设备和基于所述冶炼设备的冶炼方法。
背景技术
相关技术中的铜冶炼设备，往往只能处理单一的物料。例如，闪速熔炼炉、奥斯麦特熔炼炉等只能处理铜精矿，且闪速熔炼炉处理的铜精矿需蒸汽干燥处理，奥斯麦特熔炼炉处理的铜精矿需造球团；又如，闪速吹炼及三菱顶吹炉等只能处理冰铜，且冰铜品位低于75％时由于铜的直收率低而导致处理不经济。这些铜冶炼设备的原料适应性都受到一定的限制，导致这些工艺需成套配置许多设备，投资较大。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种冶炼设备，所述冶炼设备具有设备投资小、原料适应性好、处理能力大、能耗低、环保效果好等优点。
本发明还提出一种基于所述冶炼设备的冶炼方法。
根据本发明第一方面实施例的冶炼设备，包括：炉体，所述炉体上设有原料加料口、熔剂加料口、冷料加料口、渣料排放口、熔体排放口、事故排放口、烧嘴口、烟道口、观察口和插入口；喷枪，所述喷枪由所述插入口插入所述炉体内。
根据本发明实施例的冶炼设备，可以处理铜精矿、废杂铜、冰铜、固体废物和危险废物等物料。通过多种物料的搭配处理，可以减少设备投资，提高炉型的原料适应性，实现多种物料的综合回收，提高冶炼经济效益，还能减少物料在不同炉型内转运造成的SO2烟气无组织排放。同时，多种物料的搭配处理可以充分利用炉内的化学反应热量，实现自热平衡熔炼。此外，在铜冶炼的同时可以搭配处理固体废物和危险废物物料，实现了经济效益与环境效益的双赢。
另外，根据本发明实施例的冶炼设备还具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一些实施例，所述原料加料口向所述炉体内加入铜精矿粉状物料、冷态冰铜粉状物料、热态冰铜熔体、固体废物颗粒、危险废物颗粒中的至少两种。
进一步地，所述铜精矿粉状物料、所述冷态冰铜粉状物料、所述固体废物颗粒和所述危险废物颗粒的直径均为0.1mm-10cm。
根据本发明的一些实施例，所述熔剂加料口向所述炉体内加入石英石熔剂或石灰熔剂，所述冷料加料口向所述炉体内加入冷态含铜块状物料或电解残极块状物料。
进一步地，所述石英石熔剂或所述石灰熔剂的直径为1cm-30cm，所述冷态含铜块状物料、所述电解残极块状物料的直径为10cm-150cm。
根据本发明的一些实施例，所述炉体为圆柱体形，所述炉体的直径与高度的比值为0.5-10。
根据本发明的一些实施例，所述喷枪内通入的气体为氮气、氧气、压缩空气、天然气或一氧化碳，气体压力为0.2MPa-0.8MPa。
根据本发明的一些实施例，所述喷枪为多个，多个所述喷枪构成点阵喷枪群且排列成3行-8行、3列-8列，所述喷枪为单层、双层或多层结构。
根据本发明的一些实施例，所述炉体包括：炉身，所述原料加料口、所述渣料排放口、所述熔体排放口、所述事故排放口、所述观察口设于所述炉身；炉顶，所述炉顶设于所述炉身顶部，所述熔剂加料口、所述冷料加料口、所述烧嘴口、所述烟道口和所述插入口设于所述炉顶。
根据本发明第二方面实施例所述的基于根据本发明第一方面实施例所述的冶炼设备的冶炼方法，包括：控制粗金属的温度为1200℃-1280℃、炉渣温度为1220℃-1350℃、富氧浓度为21％-50％、鼓氧气压力为0.1MPa-0.5MPa、负压为100Pa--400Pa、烟气温度为1200℃-1300℃。
根据本发明实施例的冶炼方法，可以实现粗金属品位为85％-99.5％、渣含金属成分为5％-40％、脱硫率为99％、烟尘率为13％-3％、直收率为60％-96％。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
图1是根据本发明实施例的冶炼设备的结构示意图；
图2是沿图1中的A-A线的剖视图；
图3是沿图1中的B-B线的剖视图。
附图标记：
冶炼设备10、
炉体100、炉身110、原料加料口111、渣料排放口112、熔体排放口113、事故排放口114、观察口115、炉顶120、熔剂加料口121、冷料加料口122、烧嘴口123、烟道口124、插入口125、喷枪200。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图描述根据本发明第一方面实施例的冶炼设备10。
如图1-图3所示，根据本发明实施例的冶炼设备10，包括：炉体100和喷枪200。
具体而言，炉体100上设有原料加料口111、熔剂加料口121、冷料加料口122、渣料排放口112、熔体排放口113、事故排放口114、烧嘴口123、烟道口124、观察口115和插入口125。原料加料口111、熔体排放口113和渣料排放口112处可以均设有铜水套冷却壁。可以在烘炉或停产保温时从烧嘴口123中插入烧嘴向炉体100内供热；烟道口124可以与耐火砖砌筑的上升烟道相连，炉体100内的烟气通过烟道口124流入上升烟道中。喷枪200由插入口125插入炉体100内。
例如，熔剂可以通过计量皮带加入到料仓，再通过料仓的溜管从熔剂加料口121加入炉体100中；块状废杂铜可以通过残极加料机加入冷料加料口122并进入炉体100内；热态冰铜熔体可以通过溜槽从原料加料口111加入炉体100内，喷枪200向炉体100内熔体喷射含氧气27％体积的富氧气体。
熔炼完成后，喷枪200停止喷射富氧空气，金属熔体从熔体排放口113放出，并通过溜槽流至金属包转运至精炼工序或通过溜槽流至浇铸机内浇铸。渣料从渣料排放口112放出，并通过溜槽流至渣包转运或通过溜槽流入水淬系统进行处理。
熔炼产生的烟气可以通过烟道口124排入上升烟道，进一步地进入余热锅炉回收余热后再送至烟气处理系统。
根据本发明实施例的冶炼设备10，可以处理铜精矿、废杂铜、冰铜、固体废物和危险废物等物料。通过多种物料的搭配处理，可以减少设备投资，提高炉型的原料适应性，实现多种物料的综合回收，提高冶炼经济效益，还能减少物料在不同炉型内转运造成的SO2烟气无组织排放。同时，多种物料的搭配处理可以充分利用炉内的化学反应热量，实现自热平衡熔炼。此外，在铜冶炼的同时可以搭配处理固体废物和危险废物物料，实现了经济效益与环境效益的双赢。
根据本发明的一些实施例，原料加料口111可以通过溜管或溜槽向炉体100内加入铜精矿粉状物料、冷态冰铜粉状物料、热态冰铜熔体、固体废物颗粒、危险废物颗粒中的至少两种，从而处理物料种类多，环保效果好。
进一步地，铜精矿粉状物料、冷态冰铜粉状物料、固体废物颗粒和危险废物颗粒的直径均为0.1mm-10cm。
根据本发明的一些实施例，熔剂加料口121向炉体100内加入石英石熔剂或石灰熔剂，冷料加料口122向炉体100内加入冷态含铜块状物料或电解残极块状物料。
进一步地，石英石熔剂或石灰熔剂的直径为1cm-30cm，冷态含铜块状物料、电解残极块状物料的直径为10cm-150cm。
根据本发明的一些实施例，如图1所示，炉体100为圆柱体形，炉体100的直径与高度的比值为0.5-10，从而能够保证炉墙各处所受应力一致，熔体在炉体100内流动性好，避免熔体结渣产生的死区出现。
根据本发明的一些实施例，喷枪200内通入的气体为氮气、氧气、压缩空气、天然气或一氧化碳，气体压力为0.2MPa-0.8MPa。
根据本发明的一些实施例，喷枪200为多个，多个喷枪200构成点阵喷枪群且排列成3行-8行、3列-8列，喷枪200为单层、双层或多层结构。点阵喷枪群均匀地分布在炉体100上方，当进行熔炼时可根据熔炼的不同阶段在炉体100内插入不同数量和不同位置的喷枪200，以促进炉体100内熔体反应的发生。例如，喷枪200为单层结构，喷枪200插入到炉体100的渣熔体上方且不与熔体接触，喷枪200通过吹入的气流带动熔体的搅动。
具体地，点阵喷枪群可以使得单个喷枪200的气体流速低，带动的熔体搅动量小，故可通过控制插入炉体100内的喷枪200的数量和位置精确地控制炉体100内熔体的搅动及冶炼强度，从而进一步地调节炉体100内渣含铜及烟尘率等参数。此外，喷枪200不与熔体接触，喷枪200不易受到熔体的腐蚀，保证了喷枪200较长的使用寿命。
根据本发明的一些实施例，如图1-图3所示，炉体100包括：炉身110和炉顶120。原料加料口111、渣料排放口112、熔体排放口113、事故排放口114、观察口115设于炉身110，炉身110可以由耐火材料砌筑而成。炉顶120设于炉身110顶部，熔剂加料口121、冷料加料口122、烧嘴口123、烟道口124和插入口125设于炉顶120。
进一步地，炉顶120由铜水套组成，铜水套中内嵌有耐火材料。熔剂可以通过皮带运输至炉顶120的料仓，再通过溜管从熔剂加料口121加入炉内；冷料加料口122可以通过皮带运输机或残极加料机将冷料从冷料加料口122加入炉体100内。
根据本发明的一个具体实施例的冶炼设备10，炉体100的直径与高度的比值为1。喷枪200为5行5列的点阵喷枪群，喷枪200为单层钢管结构，熔炼过程中，5个或更多的喷枪200同时插入炉体100内进行喷吹。喷枪200在熔体氧化阶段通入氧气或压缩空气，气体压力为0.4MPa；在熔体还原阶段通入天然气或一氧化碳气体，气体压力为0.5MPa；当熔体需要增加搅拌时还可在局部一些喷枪200内通入氮气气体，气体压力为0.4MPa。
本实施例中，熔炼过程中通过溜管向熔剂加料口121加入直径为5cm左右的石英石熔剂，通过溜管向原料加料口111加入直径为0.1cm左右的铜精矿粉状物料及直径为5cm的危险废物颗粒；通过残极加料机向冷料加料口122加入最长边为70cm的含铜块状物料。由此，原料适应性强、操作灵活度高，并且，通过多种物料的综合加入，充分利用炉体100熔炼产生的化学燃烧热，保证炉体100的热平衡，实现自热平衡熔炼。
根据本发明实施例的冶炼设备10的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
根据本发明第二方面实施例所述的基于根据本发明第一方面实施例所述的冶炼设备10的冶炼方法，包括：控制粗金属的温度为1200℃-1280℃、炉渣温度为1220℃-1350℃、富氧浓度为21％-50％、鼓氧气压力为0.1MPa-0.5MPa、负压为100Pa--400Pa、烟气温度为1200℃-1300℃。
根据本发明实施例的冶炼方法，以综合加入铜精矿粉状物料、危险废物颗粒、含铜块状物料为例，产品为粗金属、副产品为渣料、烟气和烟尘，可以实现粗金属品位为85％-99.5％、渣含金属成分为5％-40％、脱硫率为99％、烟尘率为13％-3％、直收率为60％-96％。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，“第一特征”、“第二特征”可以包括一个或者更多个该特征，第一特征在第二特征“之上”或“之下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。
需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”、“示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种冶炼设备，其特征在于，包括：
炉体，所述炉体上设有原料加料口、熔剂加料口、冷料加料口、渣料排放口、熔体排放口、事故排放口、烧嘴口、烟道口、观察口和插入口；
喷枪，所述喷枪由所述插入口插入所述炉体内。
2.根据权利要求1所述的冶炼设备，其特征在于，所述原料加料口向所述炉体内加入铜精矿粉状物料、冷态冰铜粉状物料、热态冰铜熔体、固体废物颗粒、危险废物颗粒中的至少两种。
3.根据权利要求2所述的冶炼设备，其特征在于，所述铜精矿粉状物料、所述冷态冰铜粉状物料、所述固体废物颗粒和所述危险废物颗粒的直径均为0.1mm-10cm。
4.根据权利要求1所述的冶炼设备，其特征在于，所述熔剂加料口向所述炉体内加入石英石熔剂或石灰熔剂，所述冷料加料口向所述炉体内加入冷态含铜块状物料或电解残极块状物料。
5.根据权利要求4所述的冶炼设备，其特征在于，所述石英石熔剂或所述石灰熔剂的直径为1cm-30cm，所述冷态含铜块状物料、所述电解残极块状物料的直径为10cm-150cm。
6.根据权利要求1所述的冶炼设备，其特征在于，所述炉体为圆柱体形，所述炉体的直径与高度的比值为0.5-10。
7.根据权利要求1所述的冶炼设备，其特征在于，所述喷枪内通入的气体为氮气、氧气、压缩空气、天然气或一氧化碳，气体压力为0.2MPa-0.8MPa。
8.根据权利要求1所述的冶炼设备，其特征在于，所述喷枪为多个，多个所述喷枪构成点阵喷枪群且排列成3行-8行、3列-8列，所述喷枪为单层、双层或多层结构。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的冶炼设备，其特征在于，所述炉体包括：
炉身，所述原料加料口、所述渣料排放口、所述熔体排放口、所述事故排放口、所述观察口设于所述炉身；
炉顶，所述炉顶设于所述炉身顶部，所述熔剂加料口、所述冷料加料口、所述烧嘴口、所述烟道口和所述插入口设于所述炉顶。
10.一种基于权利要求1-9中任一项所述的冶炼设备的冶炼方法，其特征在于，包括：
控制粗金属的温度为1200℃-1280℃、炉渣温度为1220℃-1350℃、富氧浓度为21％-50％、鼓氧气压力为0.1MPa-0.5MPa、负压为100Pa--400Pa、烟气温度为1200℃-1300℃。
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