CN1952189A - 铜火法精炼燃煤回转式阳极炉工艺技术 - Google Patents

Abstract

一种铜火法精炼燃煤回转式阳极炉工艺技术，该方法是在燃油回转式阳极炉的基础上，通过解决以煤代油在回转式阳极炉铜火法精炼过程中所带来的传质传热及其它工程技术问题后，形成的新的铜火法精炼工艺技术，本发明的其特征是：回转式阳极炉用粉煤作燃料，提供精炼所需的热量和温度，所述的粉煤通过环状天平计重机，由燃烧风机产生的燃烧风通过粉煤输送管从阳极炉轴线位置安装的粉煤燃烧器送入炉内；根据粉煤流量、燃烧风流量，对燃煤供给量进行计量和控制，燃煤量的设定值为300～1500kg/h；风煤比为6～8Nm³/kg。

Description

铜火法精炼燃煤回转式阳极炉工艺技术

技术领域：

本发明属于铜火法精炼范畴，尤其是一种将燃油回转式阳极炉改为燃煤回转式阳极炉的工艺技术。

背景技术：

金属铜是人类使用最早且至今仍在大量使用的金属之一。铜的提取方法分为火法炼铜和湿法炼铜两大类。其中，火法炼铜所获得的铜占世界总供应量的80％。铜火法冶炼一般经过下面几道工序：浮选铜精矿的焙烧或烧结；铜精矿或焙烧矿的造锍熔炼；铜锍吹炼成粗铜；粗铜火法精炼成阳极铜；阳极铜电解精炼成电解铜。

粗铜火法精炼是冰铜吹炼和电解精炼之间的一道重要工序，其目的是进一步脱除粗铜中的硫和氧，以及部分杂质，以利于后面工序浇铸成符合电解精炼要求的阳极板；主要原理是在精炼炉中通过向熔体中鼓入空气或氧气，氧化精炼脱除其中硫及部分杂质，之后再向熔体中通入还原剂以还原脱除铜液中的氧。铜火法精炼一般分为加料、熔化、保温、氧化、扒渣、还原和浇铸过程；通过燃料燃烧提供上述过程所需要的热量和温度保障。火法精炼炉炉型有固定式反射炉、倾动式阳极炉和回转式阳极炉。回转式阳极炉主要用于处理热料，很少处理冷料，燃料大多采用重油或天燃气，回转式阳极炉机械化程度高，操作可控制性好，劳动生产率高，出铜操作安全性较反射炉好，国内外大型的炼铜企业一般都选用回转式阳极炉。

通过查新，国内外铜火法精炼回转式阳极炉均没有采用粉煤做为燃料的先例。

燃煤回转式阳极炉是铜火法精炼的新工艺技术，具有一定的创新性和挑战性，回转式阳极炉使用粉煤固体燃料存在以下需要解决的技术难题：

(1)研发符合回转式阳极炉设备及工艺要求的油煤混合燃烧器。

火法精炼过程要求炉内各区域温度均衡，不同的煤种其燃烧特性不同；在约11米的炉膛空间内，为确保温度均衡，既要解决煤的快速燃烧，又要解决火焰的延展性和铺展性，即要求燃烧器的燃烧火焰具有可调性。由于回转式阳极炉燃烧器需随炉体一起回转，因此无法选择多通道的粉煤燃烧器结构，必须研制通过内部结构可对粉煤与空气气固混合相进行分配、调节并具有高效动力学条件的燃烧器。为满足开炉过程中炉衬耐火材料对升温曲线的要求，这种燃烧器还需具备燃烧柴油的功能，以满足升温过程中低温段控制的要求。

(2)研究适应燃煤回转式阳极炉结构的烟气排出方式和烟气处理系统。

粉煤与重油相比较最大特点是发热值低、灰份高，回转式阳极炉采用粉煤燃烧的另一个难点是烟气出口的粘结和冲刷腐蚀问题，必须寻求解决回转的炉体与固定的烟道间的衔接密封和烟道粘结的技术措施。此外，由于煤的灰份较高，在采用粉煤做燃料时，烟气含尘较高，为满足严格的环保要求，需选择合适的烟气处理方案。

(3)将粉煤输送到燃烧器上的传输及燃烧控制问题。

不同的火法精炼操作过程，需要有不同的燃烧气氛和温度控制，这需要建立适宜于不同反应阶段的数学模型，利用计算机对工艺过程进行稳定控制，以达到工艺质量要求和环保要求。

(4)粉煤灰造渣分离技术的研究

回转式阳极炉炉内熔体温度一般低于1300℃，而煤灰中大部分成分的熔点均大于该温度，传统的固定式反射炉一般采用人工扒渣的方式，将半熔融渣排出，回转式阳极炉由于结构特点决定了不能采取人工扒渣方式，所以需研究煤灰的造渣分离问题，选择适宜的低熔点熔渣体系，便于渣的分离和排出。

(5)万向节的密封性和耐磨性问题：

回转式阳极炉燃烧器前有一段钢性管要随炉体回转，万向节的使用环境与烧重油和天燃气不同，结构更复杂，在设计中要对粉煤输送连接管进行创新，设计出适于烧粉煤的回转式的耐磨性、密封性好的万向节。

发明内容：

基于上述技术存在的问题，本发明提出一种铜火法精炼燃煤回转式阳极炉工艺技术，该方法是在燃油回转式阳极炉的基础上，通过解决以煤代油在回转式阳极炉铜火法精炼过程中所带来的传质传热及其它工程技术问题后，形成的新的铜火法精炼工艺技术。本发明的工艺技术包括粗铜加料、熔化、保温、氧化、扒渣、采用固体还原剂还原和出铜浇铸等工艺流程，其特征是：回转式阳极炉用粉煤作燃料，提供精炼所需的热量和温度。

所述的粉煤通过环状天平计重机，由燃烧风机产生的燃烧风通过粉煤输送管从阳极炉轴线位置安装的粉煤燃烧器送入炉内；根据粉煤流量、燃烧风流量，对燃煤供给量进行计量和控制，燃煤量的设定值为300～1500kg/h；风煤比为6～8Nm³/kg。

所述的粉煤燃烧器为500～1500kg/h，燃烧风风量为3500～10500Nm³/h。

所述的粉煤燃烧器由二次风导管，一次风导管，火焰调整机构，一二次风调整机构，油枪，燃烧器进口管构成，通过如下手段对燃烧效果进行调节：

①通过调节火焰调整机构实现火焰长度和火焰铺展性的调节；或者

②通过调节燃烧器一二次风比例调整机构实现火焰长度的调节，一二次风导管气流流速为12～25m/s。

所述的粉煤燃烧器和回转式阳极炉之间装有一个随炉体回转的万向节，该万向节由球面法兰、压板、内套筒、外套筒、导流板组成。

所述的燃煤回转式阳极炉采用径向排烟结构。

所述的燃煤回转式阳极炉的烟气处理流程采用“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→电收尘器收尘→120m烟囱外排”或者采用“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→烟气冷却器烟气→布袋收尘器收尘→烟囱排放”。

所述的回转式阳极炉用作燃料的粉煤满足如下条件：

(1)、合适的煤种：

①空干基高位发热量：≥6800kcal/kg，

②干燥基灰份：≤15％，

③干燥基全硫：≤1.0％，

④干燥无灰基挥发份：≥25％，

⑤粉煤粒度：-200目占80％；

(2)、当操作过程中发现渣较粘、流动性较差，而熔体温度≥1200℃时，需要向炉内添加熔剂，添加熔剂的量根据渣量确定，一般添加渣量的20～30％；熔剂含SiO₂一般大于95％；

(3)、还原放渣的操作控制：当上述手段不能有效改善渣的流动性，渣难以放出时，可以通过对熔体进行还原操作，待渣“发泡”后，停止还原进行放渣操作。

本发明的经济和社会效益：

1、技术经济指标

本发明的燃煤回转式阳极炉工艺技术成功应用于云南铜业股份有限公司，主要的技术经济指标如下：产出的阳极铜质量符合电解精炼工序的要求；燃煤吨铜单耗：≤45kg-bm/t-Cu；固体还原剂吨铜单耗：≤10kg/t-Cu；排烟烟气含尘：≤100mg/m³。

2、经济和社会效益

由于世界石油资源短缺，石油价格居高不下，我国煤炭资源相对比较丰富。云南地处西南边陲，石油全部靠外界供应，如果采用石油作为燃料，每年要花费大量的运输费用，而且影响企业的生产。此外，煤的价格比石油低很多，采用粉煤作为阳极炉燃料，可以大大降低能源消耗费用。

在改用煤做为铜回转式阳极炉的燃料后，云铜每年将少支出燃料费用2500万元以上(重油价格按2300元/t，燃油消耗指标按40kg/t铜，而煤的价格按570元/吨计算)。

表1列出了部分厂家火法精炼炉炉型和燃料情况(按吨铜能耗成本排序)。

表1

国别	厂名	炉型	容量(t)	数量	燃料	燃料单耗(kg/t-Cu	单价(元/t)	吨铜燃料成本(元/t-Cu)
									中国	云铜	反射炉	230	3	粉煤	42*	570	33.5
日本	直岛	回转炉	90	2	重油	18.5(1)	2300	42.6
									日本	佐贺关	回转炉	350	2	重油	20(2)	2300	46.0
日本	东予	回转炉	350	2	重油	21(1)	2300	48.3
									日本	玉野	回转炉	100	2	重油	27.3(1)	2300	62.1
中国	贵溪	回转炉	350	2	重油	46(2)	2300	105.8
									芬兰	哈里亚瓦尔塔	回转炉	250	2	重油	47(1)	2300	108.1
中国	贵溪	回转炉	240	2	重油	54(2)	2300	124.2
									日本	竹原	反射炉	120	2	重油	60.7(1)	2300	138.0
日本	新居滨	反射炉	200	3	重油	69.3(1)	2300	161.0
									中国	上海冶炼厂	反射炉	120	2	重油	90(2)	2300	207.0

注：带(^*)云铜固定式反射炉的实际指标。

从表1可看出，采用粉煤做为精炼炉的燃料，工艺技术成本优势非常明显。

表2显示了燃油回转式阳极炉和燃煤回转式阳极炉燃料消耗费用的对比情况(年产35万吨阳极铜时)。

表2

炉型	燃料单耗(kg/t阳极铜)	年燃料消耗量(t/a)	燃料单价(元/t)	总费用(万元/年)	吨铜燃料消耗费用(元/吨)
						燃煤回转式阳极炉	45*(标煤)	22050	570	1257	35.91
燃油回转式阳极炉(国内最优)	40(2)	14000	2300	3220	92.0
						燃油回转式阳极炉(国际最优)	16.1(1)	5635	2300	1296	37.03

注：(^*)为云南铜业股份有限公司燃煤回转式阳极炉实际消耗指标。

从上表2可以看出燃煤回转式阳极炉与燃油回转式阳极炉相比，燃料成本有明显的优势，吨铜燃料消耗费用达到国际先进水平。

回转式阳极炉采用粉煤做为燃料，适应国家能源结构，可以摆脱铜火法精炼对重油燃料的依赖，降低生产运行成本。以我公司为例，即使按国内最好燃料消耗指标40kg/吨铜计算，每年将额外支出燃料费用2500万元以上；按国内年产200万吨电解铜计，铜火法精炼所需重油燃料就多达10～22.5万吨，如推广采用该技术，所创经济效益每年可达1.4～4.2亿元。不但如此，铜火法精炼采用粉煤做燃料，为我国开拓出了一条新的以煤代油的路子；而且还可缓解国家石油工业原油进口的压力，促进煤炭工业的发展。

附图说明

图1为依据本发明提出的燃煤回转式阳极炉工艺流程图；

图2为燃煤回转式阳极炉结构示意图；图3是图2的侧剖视图。其中：1——驱动装置；2——托轮装置；3——粉煤输送管；4——万向节；5——燃烧器；6——氧化还原口；7——回转式阳极炉炉体；8——炉口及炉口装置；9——裙圈；10——集烟罩；11——中压余热锅炉；12——阳极炉出烟口；13——阳极炉出铜口；14——阳极炉氧化还原口。

图4为油煤混合燃烧器的结构示意图；图5是图4的右视图。其中：15——二次风导管；16——一次风导管；17——火焰调整机构；18——一二次风调整机构；19——油枪；20——燃烧器进口管。

图6是燃油回转式阳极炉的烟气排出方式结构示意图。其中：21——燃油回转式阳极炉炉体；22——轴向排烟烟口；23——二次燃烧室。

图7是燃煤回转式阳极的烟气排出方式示意图。

图8是万向节结构示意图。其中：24——球面法兰；25——衬垫1；26——压板1；27——衬瓦1；28——内套筒；29——压板2；30——衬垫2；31——压板3；32——衬垫3；33——外套筒；34——螺杆；35——导流板1；36——弹簧；37—O形密封圈；38——衬瓦2；39——导流板2。

本发明的工艺流程见图1。铜火法精炼中的如下工序：自转炉中的粗铜向精炼炉加料、熔化、保温、向熔体中鼓入压缩氧化或空气、扒渣、向熔体中通入固体还原剂和浇铸过程；用粉煤作燃料燃烧提供上述过程所需要的热量和温度保障。

燃煤回转式阳极炉的构造见图2及图3，它由炉体、托轮装置、驱动装置、燃烧器等组成。

转炉粗铜由50t吊车通过粗铜包子从回转式阳极炉炉口(8)加入炉内；工艺用氧化压缩空气从回转式阳极炉氧化还原口(6)喷入；燃料粉煤通过环状天平计重机系统，由燃烧风机产生的燃烧风通过粉煤输送管(3)从阳极炉燃烧器(5)送入炉内；还原剂则通过还原剂供给系统从回转式阳极炉氧化还原口(6)喷入炉内；产出的阳极铜通过摇炉的方式从阳极炉的出铜口(13)放出，经圆盘浇铸机浇铸成产品阳极板后送电解分厂进行电解精炼；阳极精炼渣则由炉口(8)放出，再由50吨吊车通过包子返回转炉工序；产生的烟气经阳极炉集烟罩(10)，进入中压余热锅炉(11)进行余热回收和粗收尘，之后进入电收尘器收尘达标后，由烟囱排空。

同燃油回转式阳极炉相比较，本发明提出的燃煤回转式阳极炉工艺技术有如下创新点：

一、适宜于回转式阳极炉设备及工艺要求的油煤混合燃烧器。

根据铜火法精炼回转式阳极炉的结构特点和粉煤燃烧的工艺要求，通过研究大量的粉煤燃烧器和重油、柴油燃烧器后，研制出了适合铜火法精炼回转式阳极炉工艺要求的油煤混合燃烧器，见图4和图5。该燃烧器的燃料燃烧能力为500～1500kg/h，燃烧风风量为3500～10500Nm³/h。

可以通过如下手段对燃烧效果进行调节：

①通过调节火焰调整机构(15)，实现火焰长度和火焰铺展性的调节。

②通过调节燃烧器一二次风比例调整机构(18)，可实现火焰长度的调节：一二次风导管气流流速为12～25m/s。

二、适应燃煤回转式阳极炉结构的烟气排出方式和烟气处理系统。

燃油回转式阳极炉一般采用轴向排烟方式，见图6，考虑到粉煤燃烧烟尘多，且在烟气出口处出现粘结的可能性较大等，采用了径向排烟结构，见图7。

为回收余热和满足环保要求，同时考虑尽可能利用现有设施的技术改造原则，采用了“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→电收尘器收尘→120m烟囱外排”的烟气处理工艺流程。就燃煤回转式阳极炉工艺，其烟气处理流程还可采用“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→烟气冷却器烟气→布袋收尘器收尘→烟囱排放”的工艺流程。

三、将粉煤输送到燃烧器上的传输及燃烧控制技术。

采用环状天平计重机对燃煤供给量进行计量和控制，并设置了燃烧风流量的检测和调节手段。根据粉煤流量、燃烧风流量和工艺过程的需要条件，编制了控制程序，实现了燃煤量的设定、风煤比等参数的双闭环比值调节和控制，满足了铜火法精炼工艺的要求。燃煤量的设定值：300～1500kg/h；风煤比：6～8Nm³/kg。

四、粉煤灰造渣分离技术。

结合燃煤回转式阳极炉工艺形成了火法精炼低熔点渣系造渣控制技术：

(1)选择合适的煤种：

①空干基高位发热量(Qgr，ad)：≥6800kcal/kg，

②干燥基灰份(Ad)：≤15％，

③干燥基全硫(St，d)：≤1.0％，

④干燥无灰基挥发份(Vdaf)：≥25％，

⑤粉煤粒度：-200目占80％。

(2)根据原料情况选择添加合适熔剂的操作控制：当操作过程中发现渣较粘、流动性较差，而熔体温度不低(≥1200℃)时，需要向炉内添加熔剂，添加熔剂的量根据渣量确定，一般添加渣量的20～30％；熔剂含SiO₂一般大于95％。

(3)还原放渣的操作控制：当上述手段不能有效改善渣的流动性，渣难以放出时，可以通过对熔体进行还原操作，待渣“发泡”后，停止还原进行放渣操作。

通过上述三种控制方法或手段，可以有效的形成低熔点、流动性好的火法精炼炉渣，便于渣的排放。

五、万向节。

根据流通介质的特性，设计了如图8所示的万向节，该万向节由球面法兰、压板、内套筒、外套筒、导流板等组成。根据近一年的使用，其使用特性满足了燃煤工艺过程的要求。球面法兰、压板、内套筒、外套筒、导流板采用耐磨性好的Cr26NiMoVER材质。

Claims (8)

1、铜火法精炼燃煤回转式阳极炉工艺技术，包括粗铜加料、熔化、保温、氧化、扒渣、采用固体还原剂还原和出铜浇铸等工艺流程，其特征是：回转式阳极炉用粉煤作燃料，提供精炼所需的热量和温度。

2、根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是：加料时，粉煤通过环状天平计重机，由燃烧风机产生的燃烧风通过粉煤输送管从阳极炉轴线位置安装的粉煤燃烧器送入炉内；根据粉煤流量、燃烧风流量，对燃煤供给量进行计量和控制，燃煤量的设定值为300～1500kg/h；风煤比为6～8Nm³/kg。

3、根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是：粉煤燃烧器为500～1500kg/h，燃烧风风量为3500～10500Nm³/h。

4、根据权利要求2所述的工艺技术，其特征是：粉煤燃烧器由二次风导管，一次风导管，火焰调整机构，一二次风调整机构，油枪，燃烧器进口管构成，通过如下手段对燃烧效果进行调节：

①通过调节火焰调整机构实现火焰长度和火焰铺展性的调节；或者

②通过调节燃烧器一二次风比例调整机构实现火焰长度的调节，一二次风导管气流流速为12～25m/s。

5、根据权利要求2所述的工艺技术，其特征是：粉煤燃烧器和回转式阳极炉之间装有一个随炉体回转的万向节，该万向节由球面法兰、压板、内套筒、外套筒、导流板组成，球面法兰、压板、内套筒、外套筒、导流板采用耐磨性好的Cr26NiMoVER材质。

6、根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是：燃煤回转式阳极炉采用径向排烟结构。

7、根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是：燃煤回转式阳极炉的烟气处理流程采用“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→电收尘器收尘→120m烟囱外排”或者采用“集烟罩集烟→余热锅炉回收余热→烟气冷却器烟气→布袋收尘器收尘→烟囱排放”。

8、根据权利要求1所述的工艺技术，其特征是：回转式阳极炉用作燃料的粉煤满足如下条件：

(1)、合适的煤种：

①空干基高位发热量：≥6800kcal/kg，

②干燥基灰份：≤15％，

③干燥基全硫：≤1.0％，

④干燥无灰基挥发份：≥25％，

⑤粉煤粒度：-200目占80％；

(2)、当操作过程中发现渣较粘、流动性较差，而熔体温度≥1200℃时，需要向炉内添加熔剂，添加熔剂的量根据渣量确定，一般添加渣量的20～30％；熔剂含SiO₂一般大于95％；

(3)、还原放渣的操作控制：当上述手段不能有效改善渣的流动性，渣难以放出时，可以通过对熔体进行还原操作，待渣“发泡”后，停止还原进行放渣操作。

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