CN117881802A

CN117881802A - 熔炼炉及其操作方法

Info

Publication number: CN117881802A
Application number: CN202180101871.0A
Authority: CN
Inventors: 本村龙也; 神野洋平
Original assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Current assignee: JX Nippon Mining and Metals Corp
Priority date: 2021-08-27
Filing date: 2021-08-27
Publication date: 2024-04-12
Also published as: JPWO2023026459A1; JP2023058552A; JP7257594B1; WO2023026459A1

Abstract

根据本发明的熔炼炉的特征在于包括：第一反应区，在所述第一反应区中装载了包含粉末形式精矿的第一装载料，并且其中所述精矿被含氧气体氧化并且被允许以液滴形式向下落下；和第二反应区，所述第二反应区具有用于容纳通过所述液滴的落下而获得的熔融金属的保持容器，所述第二反应区使得除所述精矿以外的原料作为第二装载料被装载到所述熔融金属中，并且使所述第二装载料通过所述熔融金属中的冰铜的氧化热或燃料燃烧火焰而熔融，并且所述第二反应区位于在所述第一反应区下方且相对于所述第一反应区在所述熔融金属流的上游侧的位置。

Description

熔炼炉及其操作方法

技术领域

本发明涉及熔炼炉及其操作方法。

背景技术

作为用于铜熔炼等的熔炼炉，使用闪速熔炼炉(例如，参见专利文献1)、底吹炉(例如，参见非专利文献1)等。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开号2011-075228

非专利文献

非专利文献1：世界铜熔炼技术信息(World copper smelting technologyinformation)(COM 2016，Copper 2016)

发明内容

本发明要解决的问题

因为闪速熔炼炉利用固-气反应，所以闪速熔炼炉具有高反应速率和高反应效率的优点，并且与其他工艺相比每单位体积的炉可以处理更多的原料。然而，闪速熔炼炉也具有以下缺点：因为闪速熔炼炉发生固-气反应，所以对原料的物理性质、形状、尺寸、水分含量等有限制。

熔池熔炼比如底吹炉利用固-液反应或气-液反应，因此对原料的形状、尺寸、水分含量等具有更少的限制，并且底吹炉具有能够处理具有高杂质浓度的原料的优点。然而，熔池熔炼也具有诸如产生飞溅和低反应速率之类的缺点。飞溅是当吹入到熔融材料中的气体和由反应产生的气体漂浮在熔融材料内部并且从熔融材料表面逸出到气相中时，覆盖气体的熔融材料的气泡破裂并且熔融材料的液滴分散到气相中的现象，或者熔融材料液滴从由气相吹入到熔融材料中的气体产生的空腔分散到气相中的现象。

鉴于上述问题完成了本发明，并且本发明的一个目的是提供一种熔炼炉及其操作方法，其可以结合闪速熔炼炉和熔池熔炼这二者的优点，并且弥补这二者的缺点。

解决问题的手段

本发明的一种熔炼炉的特征在于包括：第一反应区，在所述第一反应区中，装载了包含粉末状精矿(也称作精矿粉)的第一装载材料，并且所述精矿被含氧气体氧化并且以液滴状态向下滴落；和第二反应区，所述第二反应区具有用于容纳通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器，并且位于所述第一反应区下方且相对于所述第一反应区位于所述熔融材料的上游侧，除所述精矿以外的材料作为第二装载材料被装载到所述熔融材料中，所述第二装载材料通过所述熔融材料中的冰铜(锍，matte)的氧化热或燃料燃烧的火焰而熔融。

在所述熔炼炉中，可以设置第三反应区，所述第三反应区位于所述第一反应区下方，具有用于保持所述熔融材料的保持容器，并且通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

在所述熔炼炉中，在所述第三反应区中，可以通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜中的杂质的浓度。

在所述熔炼炉中，所述第二装载材料的水分含量可以高于所述第一装载材料的水分含量。

在所述熔炼炉中，所述第二装载材料的平均粒径可以是500μm以上。

在所述熔炼炉中，所述第一装载材料和第二装载材料的总水分含量相对于所述第一装载材料和所述第二装载材料的总量的比例可以是3质量％以下。

在所述熔炼炉中，可以从喷枪(lance)将所述含氧气体供应到所述第二反应区的所述熔融材料中。

在所述熔炼炉中，装载到所述第二反应区中的所述第二装载材料可以包括通过处理经由所述保持容器的出口引入的所述熔融材料而获得的材料。

本发明的另一种熔炼炉的特征在于包括：第一反应区，在所述第一反应区中，粉末状精矿被含氧气体氧化并且以液滴状态向下滴落；和第三反应区，所述第三反应区具有用于保持通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器，并且通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

一种熔炼炉的操作方法的特征在于包括：在第一反应区中通过含氧气体将第一装载材料的粉末状精矿氧化，并且使被氧化的精矿以液滴状态向下滴落；将除所述精矿以外的材料作为第二装载材料装载到熔融材料中，所述熔融材料是通过所述液滴的滴落而获得的并且被第二反应区的保持容器所容纳；和通过所述熔融材料中的冰铜的氧化热或燃料燃烧的火焰将所述第二装载材料熔融，并且使所述第二装载材料通过所述第一反应区下方。

在所述熔炼炉的操作方法中，在位于所述第一反应区下方且具有用于保持所述熔融材料的保持容器的第三反应区中，可以通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

在所述熔炼炉的操作方法中，在所述第三反应区中，可以通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜中的杂质的浓度。

在所述熔炼炉的操作方法中，所述第二装载材料的水分含量可以高于所述第一装载材料的水分含量。

在所述熔炼炉的操作方法中，所述第二装载材料的平均粒径可以是500μm以上。

在所述熔炼炉的操作方法中，所述第一装载材料和第二装载材料的总水分含量相对于所述第一装载材料和所述第二装载材料的总量的比例为3质量％以下。

在所述熔炼炉的操作方法中，可以从喷枪将所述含氧气体供应到所述第二反应区的所述熔融材料中。

在所述熔炼炉的操作方法中，可以处理经由所述保持容器的出口引入的所述熔融材料，并且可以将所述熔融材料用作所述第二装载材料。

本发明的另一种熔炼炉的操作方法的特征在于包括：在第一反应区中通过含氧气体将粉末状精矿氧化，并且使所述精矿以液滴状态滴落；和在具有用于保持通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器的第三反应区中，通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

在所述熔炼炉的操作方法中，在所述第三反应区中，可以通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜中的杂质的浓度。

发明效果

根据本发明，可以提供一种熔炼炉及其操作方法，其可以结合闪速熔炼炉和熔池熔炼这二者的优点，并且弥补这二者的缺点。

附图说明

图1是一种闪速炉的示意图；

图2A和图2B是示出闪速炉的操作的图；

图3A和图3B是一种底吹炉的示意图；

图4是一个实施方案的熔炼炉的透视图；

图5是熔炼炉的侧视图；以及

图6示出了在熔炼炉周围的流动。

具体实施方式

在描述实施方案之前，将描述闪速炉和底吹炉中的每一种。

图1是闪速炉200的示意图。如图1所示，闪速炉200具有其中依次布置有炉身部(shaft section)201、沉降部202和上升部203的结构。精矿燃烧器204设置在炉身部201的上部。

图2A和图2B是示出闪速炉200的操作的图。首先，如图2A所示，将粉末固体原料比如铜精矿和熔剂从精矿燃烧器204装载到炉身部201中，并且将含氧气体装载到炉身部201中。精矿燃烧器204向炉身部201中吹气。结果，铜精矿发生氧化反应，并且以淋浴液滴的形式落下而成为熔融材料。如图2B所示，在炉身部201的底部处将熔融材料分离为冰铜205和矿渣206。

空气或富氧空气可以用作含氧气体。富氧空气是与天然大气相比具有更高氧浓度的空气。将冰铜205通过流槽、熔融材料保持容器等从出口引入到转炉中。将矿渣206通过流槽等从出口引入到矿渣贫化炉中。

在炉身部201中，发生其中干燥的粉末固体原料和含氧气体反应的固-气反应。将具有大的表面积的粉末固体原料和含氧气体在将它们快速混合的条件下通过精矿燃烧器等供应到熔炼炉中，并且粉末固体原料和含氧气体立即容易地彼此接触。在此固-气反应中，粉末固体原料立即被氧化。另外，持续地将含氧气体供应至粉末固体原料。因此，此固-气反应具有高反应速率和高反应效率。根据以上内容，炉身部201适合于处理大量的干燥粉末固体原料，并且每单位体积的处理能力为熔炼炉中的最高水平。另一方面，对装载的材料的规格有限制，因为必须将材料干燥以降低其水分含量，并且还必须将其加工为粉末形式以使得反应可以容易地发生。另外，由于高反应速率和高反应效率，矿渣206变得过度氧化，并且存在产生造成铜损失增加的磁铁矿等的可能性。另外，虽然存在炉的内部容积可能由于过氧化物等的凝固而降低的可能性，但是其没有主动熔融凝固材料的功能。需要诸如调整还原剂的量以还原过氧化物、调整矿渣组成和调整在炉身部中产生的熔融材料的温度之类的操作。

图3A和图3B是底吹炉300的示意图。图3A是在从侧面观看时的底吹炉300的横截面图。图3B是在从端面观看时的底吹炉300的横截面图。如图3A和图3B所示，底吹炉300具有基本上圆柱形的形状。用于装载装载材料的装载部301设置在底吹炉300的顶部上。在底吹炉300中，通过在将装载料卷入搅拌的熔融材料中的同时将其氧化和熔融而产生冰铜302和矿渣303。矿渣303漂浮在冰铜302上。从装载部301新装载的装载材料落到这些熔融材料上。

在底吹炉300中，发生气-液反应或固-液反应。在底吹炉300中，漂浮在熔融材料上的装载料被从熔融材料表面下方吹出的反应的气体烘烤，并且装载材料中含有的杂质在熔融之前挥发。换言之，杂质更可能气化和挥发。因此，底吹炉300适合于处理含有多种杂质的矿石。此外，因为原料落入到熔融材料中，所以底吹炉300不仅如闪速炉那样适合于处理干燥粉末原料，而且适合于处理未干燥的粉末原料和非粉末原料。已落入到熔融材料中的原料被捕获在熔融材料中，并且由于从喷枪304吹入到熔融材料中、主要是到冰铜层中的反应氧气体造成的熔融材料搅拌作用而反应。另外，通过将反应氧直接供应到冰铜层，氧可以有效地用于氧化冰铜，并且可以容易地抑制矿渣的过度氧化。另外，搅拌熔融材料使得主要由具有高熔点的过氧化物组成的高粘性化合物难以在炉中变得稳定，从而使得即使矿渣组成与闪速炉的矿渣组成相同，也容易保持炉内部的容积。并且即使矿渣的流动性较差，也可以通过搅拌熔融材料的力容易地将其从炉排出。另一方面，气-液反应和固-液反应是受传质限速的，并且不立即发生用于反应的含氧气体与整个熔体之间的接触。此外，当处理未干燥的原料时，原料中的水分的干燥也成为反应的速率决定因素。因此，与闪速炉200的固-气反应相比，这些反应具有较低的反应速率和较低的反应效率，因此底吹炉300不适合于批量处理装载材料，并且底吹炉的每单位体积的处理能力不如闪速炉的处理能力。另外，在底吹炉300中，当在熔融材料中上升的气泡到达熔融材料表面时，覆盖气泡表面的熔融材料膜破裂，这倾向于造成飞溅，并且飞溅物分散到废气通道和废热回收锅炉中。飞溅物粘住并且堵塞气体通道，或者附着至锅炉水管，从而降低传热效率。一个主要的操作缺点是，粉尘和其他分散的粒子在锅炉和废气处理设备中团聚，产生落在设备内的大的凝固材料，从而导致差的排出并且影响生产。另外，虽然底吹炉300可以处理未干燥的原料，但是废气中的水含量增大使废气中含有的SO₃气体的酸露点温度升高，导致由废气处理设备(例如，废热收集锅炉、电集尘器等)中的酸腐蚀造成的设备损坏。

表1概述了闪速熔炼炉和熔池熔炼的优点和缺点。

[表1]

在以下实施方案中，将描述同时具有闪速熔炼炉和熔池熔炼的优点并且弥补二者的缺点的熔炼炉。

(实施方案)

图4和图5是示出根据本实施方案的熔炼炉100的图。图4是熔炼炉100的透视图。图5是熔炼炉100的侧视图。如图4和图5所示，熔炼炉100包括第一反应区10、第二反应区20、第三反应区30、沉降部40、废气出口通道部50等。第二反应区20、第三反应区30和沉降部40依次布置。因为冰铜提取端口和矿渣提取端口设置在沉降部40中，所以第二反应区20侧是上游侧，而沉降部40侧是下游侧。第三反应区30位于第一反应区10下方。废气出口通道部50位于沉降部40的下游端的上方。

第一反应区10具有与图1中所述的闪速炉200的炉身部201类似的结构。因此，从第一反应区10的顶部装载的第一装载材料是：水分含量为1质量％以下的干燥粉末状固体原料，和含氧气体。干燥粉末固体材料包含铜精矿、熔剂、回收材料等。例如，铜精矿具有CuFeS₂作为主要组分。例如，熔剂是包含硅酸盐矿石(SiO₂)或SiO₂的物质。回收材料包括已经焚烧过的粉碎电子版，或作为在电镀厂产生的含有有价值物的干燥矿渣形式的粉末状原料。第一装载材料的平均粒径例如为20μm至50μm。在第一反应区10中，发生了其中干燥粉末固体原料和含氧气体反应的固-气反应。例如，在第一反应区10中，铜精矿按照以下反应式(1)发生氧化反应，并且反应产物的液滴落下而成为熔融材料。将熔融材料分离为冰铜60和矿渣70。在以下反应式(1)中，Cu₂S·FeS对应于冰铜60的主要组分，并且FeO·SiO₂对应于矿渣70的主要组分。

CuFeS₂+SiO₂+O₂→Cu₂S·FeS+2FeO·SiO₂+SO₂ (1)

在第一反应区10中，调整氧分压以使得不发生矿渣70的过度氧化。例如，调整氧分压以使得在第一反应区10中产生的冰铜60的Cu品级在50质量％至60质量％之内。

第二反应区20位于第一反应区10下方且位于第三反应区30上游，并且包括容纳在第一反应区10中产生的熔融材料的保持容器。在第二反应区20上游，对装载材料进行装载的装载部21设置在顶部或侧壁上。装载至第二反应区20的第二装载材料具有各种尺寸、形状和水分含量。装载到第二反应区20中的装载材料是除铜精矿以外的原料，比如二次原料、冰铜、铜转炉矿渣以及在熔炼过程中产生的返回料(revert)和中间体。二次原料是含有贵金属、有价值物和铜的回收原料，并且返回料和中间体是诸如在熔炼过程中产生的粉尘以及中和矿渣之类的原料。反应性原料和非反应性原料两者均可以装载。第二装载材料的冰铜是通过对从图6中的矿渣贫化炉110排出的冰铜60进行风碎(gas-granulating)而获得的风碎冰铜，或通过对从图6中的矿渣贫化炉110排出的冰铜60进行水碎而获得的水碎冰铜。第二装载料的冰铜可以具有任何形状，比如粉末、颗粒或块。铜转炉矿渣是通过对从图6中的铜转炉120排出的矿渣70进行风碎而获得的风碎矿渣，或通过对从图6中的铜转炉120排出的矿渣70进行水碎而获得的水碎矿渣。第二装载料的铜转炉冰铜可以具有任何形状，比如粉末、颗粒或块。

装载到第二反应区的原料是：回收原料，一种难以在回转窑等中干燥至小于1质量％的水分含量的回收原料，比如在电镀厂产生的含有贵金属的粘土状矿渣；和未干燥原料，一种难以从第一反应区中的精矿燃烧器装载或通过气动输送系统输送的水分含量大于1质量％的未干燥原料。也可以省略复杂的干燥过程。例如，粘土状矿渣需要使用特殊的蒸汽型桨式干燥器来干燥，但是即使需要大规模设备，其作为干燥设备也是低效的，并且在干燥时，粉尘的产生成为问题。

因为我们对各种回收原料进行加工，当从第一反应区中的精矿燃烧器插入原料时，必需确保各种原料具有1质量％以下的水分含量和150μm以下的粒度。需要合适的干燥和粉碎过程，这需要大规模设备。另外，回收原料的物理性质根据收集批次而变化，并且在将来，当加工各种原料时，预处理所需的成本会倾向于增加。

另一方面，在根据本实施方案的第二反应区中，可以装载能够通过带式输送机、链式输送机等输送的任何原料，并且这些原料不需要复杂的预处理，比如干燥和粉碎。对颗粒原料的平均直径没有特别限制，但是考虑到在炉中的熔融时间，可以处理尺寸为500μm以上的原料。备选地，可以处理尺寸为1mm至20mm的原料。在块状原料的情况下，没有特别限制，并且其取决于处理设备的容量，但是可以处理20mm至50mm的原料。

从侧吹喷枪22将含氧气体吹入到第二反应区20中所保持的熔融材料的冰铜60中。冰铜60的氧化热升高了第二反应区20的系统内的温度，并且使进入第二反应区20的第二装载材料熔融。备选地，安装在顶部或侧壁上的具有高火焰平直性的燃料燃烧器、富氧燃烧器、使用烃、硫等作为燃料的燃烧器可以用于直接进料漂浮在熔融材料上的第二装载材料。因此，可以通过施加热量将装载料熔融。例如，如图5所示，设置了将火焰从第二反应区20的顶部发射到内部的顶部燃烧器23、将火焰从第二反应区20的侧面发射到内部的侧面燃烧器24、等等。因此，在第二反应区20中，发生固-液一气反应和物质的熔融。第二反应区20中的冰铜60和矿渣70通过第一反应区10下方，并且移动至沉降部40。通过将含氧气体吹入到第二反应区20中的冰铜60中，变成可以氧化冰铜60中含有的元素比如As、Sb和Ni并且将它们转移到矿渣70中。调整冰铜60中的杂质也变成可能。

第三反应区30位于第一反应区10下方，并且包括保持第一反应区10中产生的熔融材料的保持容器。在第三反应区30中，发生气-液反应。例如，从侧吹喷枪31将含氧气体吹入到第三反应区30中所容纳的熔融材料的冰铜60中，并且冰铜60被氧化。在第三反应区30中，冰铜60被氧化，使得冰铜60的Cu品级在60质量％至70质量％之内。通过将含氧气体吹入到第三反应区30中的冰铜60中，变成可以氧化冰铜60中含有的元素比如As、Sb和Ni并且将它们转移到矿渣70中。也变成可以调整冰铜60中的杂质。

按照根据本实施方案的配置，可以在第一反应区10中以高反应速率和高反应效率处理大量的粉末固体原料。将限制性较少的装载材料装载到第二反应区20。例如，可以将与装载到第一反应区10的装载材料相比具有更高水分含量的装载材料或非粉末装载料装载到第二反应区。在第二反应区20中，漂浮在熔融材料上的装载材料被烘烤，并且通过挥发除去杂质。此外，因为第二反应区20位于在第一反应区10下方的第三反应区30上游，所以即使在第二反应区20中发生飞溅，飞溅物也可以被在第一反应区10中产生的产物的熔融液滴淋浴所捕获。根据以上内容，通过设置第一反应区10和第二反应区20，可以实现闪速炉的优点，比如“高反应速率和高效率”和“能够使用单炉进行大规模处理”，以及熔池熔炼的优点，比如“高的杂质除去能力”和“对装载材料的限制较少”，同时还弥补了闪速炉的缺点比如“对装载材料的限制多”，以及熔池熔炼的缺点比如“飞溅产生”和“低反应速率”。

此外，在通过将含氧气体吹入到第二反应区20中的熔融材料中的冰铜中来进行冰铜氧化的情况下，在第一反应区10中不是必须将精矿氧化至整个熔炼炉100所需的冰铜品级。因此，在第一反应区10中，可以抑制矿渣70的过度氧化。在第二反应区20中，进行熔池熔炼以将氧供应至冰铜60，使得可以抑制矿渣70的过度氧化。另外，装载到第二反应区20中的第二装载料通过冰铜60的氧化反应的热量而熔融。通过调整第二反应区20中的冰铜60的氧化程度，可以调整系统中的熔融材料的温度，并且可以使熔融材料的流动性达到理想状态。此外，通过调整系统内的温度，可以将在炉壁和炉底部上的凝固材料熔融，从而避免炉中所保持的熔融材料的量减少。此外，通过调整吹入到第二反应区中的冰铜中的含氧气体的流速，可以改变熔融材料搅拌条件，并且可以将在炉底部的凝固材料熔融。此外，通过将含氧气体吹入到冰铜层中，变成可以氧化冰铜中含有的元素比如Ni、As和Sb并且将它们转移到矿渣中，从而使得能够控制冰铜中的杂质。

另外，在第三反应区30中，可以处理具有较少限制的装载材料。此外，因为可以在位于第一反应区10下方的第三反应区30中进一步氧化冰铜60，所以在第一反应区10中，不是必须将铜精矿氧化至整个熔炼炉100所需的冰铜品级。因此，在第一反应区10中，可以抑制矿渣70的过度氧化。在第三反应区30中，进行熔池熔炼以将氧供应至冰铜60，使得可以抑制矿渣70的过度氧化。此外，因为第三反应区30位于第一反应区10下方，所以即使在第三反应区30中发生飞溅，飞溅物也可以通过在第一反应区10中产生的熔融液滴淋浴捕获。通过调整第三反应区30中的冰铜60的氧化程度，也可以调整系统内的温度。另外，通过将含氧气体吹入到冰铜60中，变成可以氧化冰铜60中含有的元素比如Ni、As和Sb并且将它们转移到矿渣70中，从而使得能够调整冰铜60中的杂质。根据以上内容，通过设置第一反应区10和第三反应区30，可以实现闪速熔炼炉的优点，比如“高反应速率和高效率”和“能够使用单炉进行大规模处理”，以及熔池熔炼的优点，比如“高的杂质除去能力”、“对装载材料的限制较少”和“抑制熔炼矿渣的过度氧化”，同时还弥补了闪速熔炼炉的缺点比如“对装载材料的限制多”、“矿渣过度氧化”、“过氧化物的积聚”，以及熔池熔炼的缺点比如“飞溅产生”和“低反应速率”。

另外，通过将装载到第一反应区10和第二反应区20中的原料的总水分含量调整到例如相对于原料的总重量为3质量％以下，可以保持熔炼炉的热平衡。并且可以防止废气处理设备中的酸腐蚀。作为一个实例，使用以下操作条件：233t/h(S/Cu＝1.18，总水分含量3.0％)的到反应区1和2的原料装载速率，747Nm³/min的氧气，1,367Nm³/min的废气处理设施中吸入的包括外部空气在内的总废气(34℃，75％湿度)，以及总废气中的1.2％SO₃浓度。在废气中的SO₃浓度为1.2％的操作条件下，废气中的水分浓度为12.4％，并且酸露点温度为200℃。通过操作废气温度高于该水平，可以避免由于废气处理系统中的酸形成而造成的麻烦。例如，在这些操作条件下，如果从第一反应区10装载的原料的量为201t/h并且水分含量为0.5％，则从第二反应区装载的剩余原料中的水分含量可以直到18.6％都是可接受的。此外，通过控制所装载的原料中的水分的总量，可以抑制由于废气中的水分过度增加而造成在设备内的粉尘结块。另外，根据水的总量，可以将辅助燃料比如焦炭、固体硫、液体硫等供应到第一反应区10和第二反应区20以保持炉中的热平衡。根据原料的组成，该量可以是基于原料的总重量的3质量％以上。

[实施例]

熔炼炉100中的整个反应系统可以被分为两个系统：固-气反应区(第一反应区10)，和气-液-固反应区(第二反应区20和第三反应区30)。并且研究了热平衡。在该研究中，装载材料到熔炼炉的总装载速率为236Dryt/h，装载料中的铜精矿的比例为73.1重量％，并且装载料的平均品级是Cu：20.9质量％、Fe：23.9质量％、S：24.4质量％、SiO₂：18.5质量％，其中铜精矿的平均品级是Cu：25.4质量％、Fe：26.3质量％、S：32.7质量％、SiO₂：7.9质量％，并且熔剂的SiO₂品级为90.0质量％。其他原料包括回收原料、在熔炉内产生的粉尘以及中和产物。

在固-气反应区中，为了保持所产生的矿渣的氧势较低，所产生的冰铜Cu品级被设定为57质量％，并且铜精矿总量和所需熔剂量中的大约90％与总鼓风氧浓度为82体积％的气体反应。因此，在该条件下保持了系统的热平衡。在该系统中，所产生的矿渣组成重量比(Fe+Zn)/SiO₂为0.98，Fe₃O₄为6质量％，并且反应系统温度为1230℃。所需熔剂量以熔剂量来计算，以使得在通过固-气反应区和气-液-固反应区两个系统后最终产生的矿渣的组成中(Fe+Zn)/SiO₂重量比为1.15。每一个反应区的氧反应效率为100％。

为了将在固-气反应区中从炉体散发的热量设定为基于基础量条件输入的热量的20％，作为一个实例，该条件为使得引入到固-气反应区中的熔剂的量是总量的约90％，并且将剩余10％引入到气-液-固反应区中。如果固-气反应区中的散热率保持在大约20％，则可以通过冷却炉体来维持炉体，同时使得反应能够在固-气反应区中连续进行。因此，使用20％作为指导。注意，如果从保护炉体的观点来看需要降低散热率，则可以通过降低空气的氧浓度或增加冷却剂的量来进行调整。在气-液-固反应区中，所产生的冰铜和矿渣以熔融状态输入，并且二次原料、铜转炉矿渣、矿渣贫化炉冰铜和熔剂(剩余量)以固态输入。在通过侧吹氧来保持冰铜Cu的品级的这种生成条件下保持了系统的热平衡，并且在当时产生的高温搅拌场中将二次原料等熔融，最后产生Cu为65质量％的冰铜和重量比(Fe+Zn)/SiO₂＝1.15的矿渣。

表2示出了整个反应系统的热平衡。表3示出了固-气反应区(第一反应区10)的热平衡。表4示出了气-液-固反应区(第二反应区20和第三反应区30)的热平衡。注意，表4中的“进料材料焓”为表3中的“产物焓”和“尾气焓”的总和。

[表2]

[表3]

[表4]

根据以上计算结果，散热率在如下的范围内：该范围使得反应能够在整个反应系统和在各个反应区中进行并且在保留熔融材料的同时保持炉体冷却。因此，可以看出，在包括第一反应区10、第二反应区20和第三反应区30的熔炼炉100中，可以确保反应连续进行所需的热量的量。注意，也可以通过提高气-液-固反应区的二次原料熔融功能来提高原料中的回收原料(二次原料)的比例。例如，当将过量的二次原料引入到气-液-固反应区中时，通过采用使用烃、硫等作为燃料的燃烧器等来补偿气-液-固反应区中的熔炼所需的热量的量，实现了如下的过程：该过程可以保持炉中的热平衡，提高了二次原料与铜精矿的比率，并且具有高的杂质除去能力。

虽然已经详细描述了本发明的实施方案，但是应理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对其进行各种改变、替换和变化。

附图标记说明

10 第一反应区

20 第二反应区

21 装载部

22 侧吹喷枪

30 第三反应区

100 熔炼炉

Claims

1.一种熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉包括：

第一反应区，在所述第一反应区中，装载了包含粉末状精矿的第一装载材料，并且所述精矿被含氧气体氧化并且以液滴状态向下滴落；和

第二反应区，所述第二反应区具有用于容纳通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器，并且位于所述第一反应区下方且相对于所述第一反应区位于所述熔融材料的上游侧，除所述精矿以外的材料作为第二装载材料被装载到所述熔融材料中，所述第二装载材料通过所述熔融材料中的冰铜的氧化热或燃料燃烧的火焰而熔融。

2.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉还包括第三反应区，所述第三反应区位于所述第一反应区下方，具有用于保持所述熔融材料的保持容器，并且通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

3.根据权利要求2所述的熔炼炉，其特征在于，在所述第三反应区中，所述冰铜中的杂质的浓度通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的熔炼炉，其特征在于，所述第二装载材料的水分含量高于所述第一装载材料的水分含量。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的熔炼炉，其特征在于，所述第二装载材料的平均粒径为500μm以上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的熔炼炉，其特征在于，所述第一装载材料和第二装载材料的总水分含量相对于所述第一装载材料和所述第二装载材料的总量的比例为3质量％以下。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的熔炼炉，其特征在于，从喷枪将所述含氧气体供应到所述第二反应区的所述熔融材料中。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的熔炼炉，其特征在于，装载到所述第二反应区中的所述第二装载材料包括通过处理经由所述保持容器的出口引入的所述熔融材料而获得的材料。

9.一种熔炼炉，其特征在于，所述熔炼炉包括：

第一反应区，在所述第一反应区中，粉末状精矿被含氧气体氧化并且以液滴状态向下滴落；和

第三反应区，所述第三反应区具有用于保持通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器，并且通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

10.根据权利要求9所述的熔炼炉，其特征在于，在所述第三反应区中，所述冰铜中的杂质的浓度通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整。

11.一种熔炼炉的操作方法，其特征在于，所述方法包括：

在第一反应区中通过含氧气体将第一装载材料的粉末状精矿氧化，并且使被氧化的精矿以液滴状态向下滴落；

将除所述精矿以外的材料作为第二装载材料装载到熔融材料中，所述熔融材料是通过所述液滴的滴落而获得的，并且被第二反应区的保持容器所保持；和

通过所述熔融材料中的冰铜的氧化热或燃料燃烧的火焰将所述第二装载材料熔融，并且使所述第二装载材料通过所述第一反应区下方。

12.根据权利要求11所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于：

在位于所述第一反应区下方且具有用于保持所述熔融材料的保持容器的第三反应区中，通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

13.根据权利要求12所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，在所述第三反应区中，通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中的所述冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜中的杂质的浓度。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，所述第二装载材料的水分含量高于所述第一装载材料的水分含量。

15.根据权利要求11至14中任一项所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，所述第二装载材料的平均粒径为500μm以上。

16.根据权利要求11至15中任一项所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，所述第一装载材料和第二装载材料的总水分含量相对于所述第一装载材料和所述第二装载材料的总量的比例为3质量％以下。

17.根据权利要求11至16中任一项所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，从喷枪将所述含氧气体供应到所述第二反应区的所述熔融材料中。

18.根据权利要求11至17中任一项所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，处理经由所述保持容器的出口引入的所述熔融材料，并且将所述熔融材料用作所述第二装载材料。

19.一种熔炼炉的操作方法，其特征在于，所述操作方法包括：

在第一反应区中通过含氧气体将粉末状精矿氧化，并且使所述精矿以液滴状态滴落；和

在具有用于保持通过所述液滴的滴落而获得的熔融材料的保持容器的第三反应区中，通过将含氧气体吹入到所述熔融材料的冰铜中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜的品级。

20.根据权利要求19所述的熔炼炉的操作方法，其特征在于，在所述第三反应区中，通过将含氧气体吹入到所述熔融材料中造成所述冰铜的氧化来调整所述冰铜中的杂质的浓度。