CN102586620B - 一种冶炼杂铜的精炼摇炉及其冶炼方法 - Google Patents
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Abstract
一种冶炼杂铜的精炼摇炉及其冶炼方法，由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气砖***和烟气处理***组成，所述炉体为一置于驱动装置上的异形水平筒体，驱动装置由含液压油缸，液压站及其控制***的支撑部分,液压驱动部分组成；富氧烧嘴从精炼摇炉端墙***精炼摇炉，透气砖***由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制***组成；烟气处理***由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟***组成。采用该精炼摇炉能够减少能量消耗，节约更多的操作费用，有利于降低阳极铜的氧含量、减少炉结、扩大渣和熔体的交界面、有效去除有害非金属元素和缩短作业时间。
Description
一、技术领域
本发明涉及有色冶金设备技术领域，特别是一种冶炼杂铜的精炼摇炉。
二、背景技术
采用倾转式冶金炉冶炼杂铜的方式在国内外同行业已经很普遍，其技术装备水平参差不齐，普遍存在能耗高、尾气排放超标、水资源单耗大等诸多缺点。
三、发明内容
本发明的目的是提供一种冶炼杂铜的精炼摇炉，采用该精炼摇炉能够减少能量消耗，节约更多的操作费用，有利于降低阳极铜的氧含量、减少炉结、扩大渣和熔体的交界面、有效去除有害非金属元素和缩短作业时间。
本发明采取以下技术方案达到上述目的：一种冶炼杂铜的精炼摇炉，由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气砖***和烟气处理***组成。所述炉体为一异形水平筒体，精炼摇炉本体落置于驱动装置上；驱动装置由炉体支撑部件和含有液压油缸，液压站及其控制***组成的液压驱动部件组成，通过液压驱动液压油缸伸缩，以达到倾转精炼摇炉的目的；富氧烧嘴从精炼摇炉端墙***精炼摇炉，透气砖***由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制***组成；烟气处理***由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟***组成。烟气从精炼摇炉端墙另一侧排出进入烟气处理***。
精炼摇炉炉体为一异形水平筒体，底板和上盖板为弧形，四壁为垂直立墙，内衬耐火砖，炉体规格：内径×内长=12000×5000mm，产阳极铜公称能力：360t/炉。
富氧烧嘴为长1.3米，外径130毫米的外套管和外径98毫米的内套管组合成的，内管通氧气，外管通天然气。
透气砖***由8块安装于精炼摇炉底板的透气砖本体及控制***组成，从每块透气砖底部鼓入氮气，氮气流量30～120升/分钟，氮气鼓入铜熔体用于增加精炼摇炉内的传质传热，加快铜物料熔化及氧化、还原速度。
烟气处理***由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟***组成，从精炼摇炉排出的烟气，流量为28500 Nm3/h，温度1200℃，最大含尘量50g/Nm3，经过烟气处理***净化处理后，烟气温度降到130℃，含尘量0.05g/Nm3，通过烟囱排空。
本发明所述的冶炼杂铜的精炼摇炉工作原理及过程：
杂铜冶炼工作过程分为：加料熔化、氧化、还原、浇铸4个作业阶段。杂铜原料及造渣熔剂石英石和石灰石，通过精炼摇炉的两个加料门一并加入炉体内后，在高效富氧烧嘴供热下，炉内物料快速熔化并升温，精炼摇炉倾转至精炼操作角度后通过位于加料门另一侧6根直径为22mm的不锈钢空心管中吹入压力6.5kg/cm2、流量3000 Nm3/h的压缩空气作为氧化剂进行氧化作业，使杂铜内的杂质形成炉渣，精炼摇炉倾转至排渣角度后从出渣门排出炉渣氧化作业结束，开始进入还原期；精炼摇炉再次倾转至精炼角度，同样是这6根直径为22mm的不锈钢空心管中吹入压力3.5kg/cm2、流量1500 Nm3/h的CH4≧92%天然气作为还原剂进行还原作业，还原作业结束后产生出合格的阳极铜。阳极铜经浇铸成合格的阳极板送电解湿法精炼，炉渣进一步处理回收其中的铜，烟气进入余热锅炉回收余热，最后经过收尘处理排空。在加料、熔化、氧化、还原、浇铸5个作业阶段状态下，透气砖***根据不同的作业状态，分别控制8块氮气流量在30～120升/分钟变化，加快每个作业阶段的速度，节约作业时间。
氧化阶段基本化学反应式：[Cu2O] +[ Me] ＝2[Cu]+[ MeO]
还原阶段基本化学反应式：Cu2O+ CO＝2Cu+ CO2
一种适合于所述的冶炼杂铜的精炼摇炉的冶炼方法，包括如下步骤：
加料熔化阶段：炉料分批加入，加料及熔化时间总共12小时，加料熔化阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至0°状态，即水平中间位置。
杂铜原料均为外购，精炼摇炉处理平均含铜90％以上的杂铜原料， 杂铜物料平均成分见表一；
表一 杂铜物料平均成分
| Cu（%） | Fe（%） | Sn（%） | Pb（%） | Zn（%） | Ni（%） |
| 90 | 0.6 | 0.1 | 0.64 | 1.3 | 0.5 |
| As（%） | Sb（%） | Bi（%） | Au（%） | Ag（%） | |
| 0.05 | 0.055 | 0.017 | 0.00027 | 0.0268 |
原料物理特性：全部为固体。其中，线状：直径从不到1mm到20mm不等；铜件：各种形状，大小不等。
加料阶段伴随着物料熔化过程，加入的固态铜物料在炉内不断的熔化，通过2个加料门，加料机不断的加入铜物料和造渣剂石英石和石灰石，
采用O2浓度＞90%的富氧天然气烧嘴燃烧，天然气从烧嘴中心引入，助燃氧气与空气预先混合后从烧嘴喷口处旋转射出与天然气高速射流形成强烈的剪切、拉伸、搅拌作用，形成一个稳定燃烧回流区域，，在此区域内，燃料燃烧产生裂解，生成高辐射的碳粒及烃类混合物。烧嘴主体火焰随着混合气体的动量往外扩张，进一步混合，进行二级燃烧，完成了整个燃烧过程。
各主要辅助材料的成分详见表二。
表二：石灰石等熔剂化学成分及粒度
| 名称 | SiO2 | CaO | 其它 | Fe | 粒度 |
| 石英砂 | ﹥90 | 8 | ﹤2.0 | <20mm | |
| 石灰石 | 1.3 | 54.0 | 44.5 | 0.2 | <20mm |
加料熔化阶段单支富氧烧嘴天然气流量控制在400～800（Max）Nm3/h，氧气流量400～800Nm3/h，助燃空气流量： 2000～8000（Max）Nm3/h，入炉物料加入重量320吨即停止加料，待物料全部熔化温度达到1130℃时，则进入氧化阶段。
1、氧化阶段：氧化时间6小时，氧化阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至17°状态，即精炼侧位置。压缩空气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，吹入压力6.5kg/cm2、流量3000 Nm3/h的压缩空气作为氧化剂进行氧化作业，随着杂质的不断被氧化，与造渣剂反应产出炉渣浮于铜液表面。氧化结束后将炉体倾转至倒渣位置，将浮于铜液表面的炉渣排干净。氧化阶段结束后铜液温度达到1180℃。
2、还原阶段：还原时间2小时，还原阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至17°状态，即精炼侧位置。天然气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，吹入压力3.5kg/cm2、流量1500 Nm3/h的天然气作为还原剂进行还原作业，随着铜液中的Cu2O不断被还原，最终生成单质铜。还原结束后将炉体倾转至浇铸位置，开始进行浇铸作业。还原阶段结束后铜液温度达到1220℃。
3、排烟***：精炼摇炉产出的含尘约8～50g/ Nm3，温度1200℃左右的烟气，经余热锅炉回收余热生产蒸汽，与此同时，烟气中所带烟尘也大量沉降下来；余热锅炉排出的烟气进入板式烟气冷却器，经板式烟气冷却器冷却降温后，与环境集烟***约80℃的环境烟气混合，使烟气温度进一步降低，混合后的烟气进入布袋收尘器进行净化，从布袋收尘器出来的烟气含尘浓度降至50mg/ Nm3以下，然后烟气汇合进入烟囱进行排放。
本发明的突出优点在于：
1、采用O2浓度＞90%的富氧天然气烧嘴燃烧，烧嘴的压力损失比常规烧嘴低，可以最大限度的减少能量消耗，节约更多的操作费用。烧嘴控制过程中，随着负荷变化及工艺要求，氧气、燃料和空气流量可进行比例调节，最终达到燃料与过量氧的理想混合与燃烧。使得燃烧更加充分，有利于节约能源提高燃烧效率，减少烟气有害成分的排放，加快原料熔化速度。
2、在精炼摇炉底部添加透气砖***，其作用是在摇炉作业期间持续提供的氮气对炉内铜液进行类似于喷泉状的搅拌，有利于降低阳极铜的氧含量、减少炉结、扩大渣和熔体的交界面、更有效去除有害非金属元素和缩短作业时间。
3、精炼摇炉产出的含尘约8～50g/ Nm3，温度1200℃左右的烟气，最终排出的烟气达到国家排放标准，GB 9078-1996 《工业炉窑大气污染物排放标准》二级标准。
四、附图说明
图1是本发明所述冶炼杂铜的精炼摇炉的结构示意图。
图中标记为：炉体1、风管2、出铜口3、富氧烧嘴4、透气砖5、烟气出口6、出渣口7以及加料口8。
图2是本发明所述驱动装置的结构示意图。
图中标记为：炉体1、液压油缸9、液压站10及其控制***11和炉体支撑部件12组成。
图3是本发明所述冶炼杂铜的精炼摇炉的富氧烧嘴结构示意图。
图中标记为：外套管21、内套管22。
图4是本发明所述冶炼杂铜的精炼摇炉的排烟***配置图。
图中标记为：余热锅炉***18、环集排烟***19、板式烟气冷却器13、、旋风收尘器14、布袋收尘器15、排烟风机16、烟囱17。
五、具体实施方式
以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
如图1至图4所示，本发明所述的冶炼杂铜的精炼摇炉，由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气砖***和烟气处理***组成，所述炉体为一置于炉体支撑部件12上的异形水平筒体1，驱动装置由含液压油缸9，液压站10及其控制***11及炉体支撑部件12组成；富氧烧嘴由通天然气的外套管21和通氧气的内套管22组成，富氧烧嘴从精炼摇炉端墙***精炼摇炉，透气砖***由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体5及控制***20组成；烟气处理***由余热锅炉18、板式烟气冷却器13、旋风收尘器14、布袋收尘器15、排烟风机16、烟囱17及环集排烟***19组成。
精炼摇炉炉体为一异形水平筒体，是指炉体的底板和上盖板为弧形，四壁为垂直立墙，内衬耐火砖。富氧烧嘴4为长1.3米，外径130毫米的外套管21和外径98毫米的内套管22组成，内套管通氧气，外管通天然气，富氧烧嘴4从精炼摇炉炉体1的右侧墙***炉内，通过天然气富氧燃烧为摇炉精炼提供热源。透气砖***21的八个透气砖本体5分布于精炼摇炉底部，通过控制***20根据不同的作业状态，分别控制透气砖***的氮气流量在30～120升/分钟变化。以上精炼摇炉炉体1、富氧烧嘴4、透气砖本体5组成摇炉的基本构造坐落于驱动装置的炉体支撑部件12上面，驱动装置由含液压油缸9，液压站10及其控制***11及炉体支撑部件12组成；通过液压驱动液压油缸9伸缩，以达到倾转精炼摇炉的目的。
天然气在精炼摇炉炉体1内经过充分的燃烧后产生大量的高温烟气，烟气温度超过1200℃，最大含尘量50g/Nm3，烟气通过炉体1的出烟口6首先进入烟气处理***的余热锅炉18，烟气经过余热锅炉18吸收热量并产出蒸汽，烟尘也得到一定的富集，沉降在余热锅炉18的沉尘室。从余热锅炉18出来的烟气然后进入板式烟气冷却器13，板式烟气冷却器13采用机械鼓风的方式进一步冷却烟气温度以及沉降烟尘，烟气从板式烟气冷却器13出来后进入布袋收尘器15，布袋收尘器15的工作机理是含尘烟气通过过滤材料，尘粒被过滤下来，过滤材料捕集粗粒粉尘主要靠惯性碰撞作用，捕集细粒粉尘主要靠扩散和筛分作用，通过布袋收尘器15进一步捕集烟尘后的烟气最大含尘量已降到0.05g/Nm3，经过排烟风机16后在通过烟囱17外排。环集排烟***19所捕集的烟气是从精炼摇炉1的加料门8、出渣门7和出铜口3外冒的烟气，温度约在80℃，经过旋风收尘器14收集烟尘后与板式烟气冷却器13出口的烟气混合进入布袋收尘器15，经过排烟风机16后再通过烟囱17外排。
实施例2
本发明所述的冶炼杂铜的精炼摇炉的冶炼方法，包括如下步骤：
加料熔化阶段操作步骤：
加料熔化耗时13.7小时，共加杂铜312.8吨，加入石英石6.3吨，石灰1.1吨，生铁4.1吨；
加入杂铜平均成份见下表三：
表三：
| 含Cu（%） | Ag(g/t) | As(%) | Bi(%) | Sn(%) | Pb(%) | Ni(%) | Sb(%) |
| 91.63 | 286 | 3.31 | 2.96 | 9.59 | 9.58 | 4.14 | 1.10 |
加料过程炉体置于0°水平位置采用加料车分批次从两个加料门加料，石英石、石灰石在加料后期加入。天然气富氧烧嘴消耗天燃气量7535 Nm3，消耗氧气量6978 Nm3，加料熔化期间控制炉内负压在－30Pa～－40Pa，熔化结束实测铜液温度1130℃。
氧化阶段操作步骤：
氧化阶段持续5.4小时。清理氧化风管，确认6根风管畅通，开启送风总阀，调节气动阀开度全开，确认氧化空气流量达到3000 Nm3/h，压力6.5kg/cm2且稳定后，将精炼摇炉倾转至17°，即精炼侧位置，氧化压缩空气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，搅拌铜溶液，开始氧化作业，氧化期间控制炉内负压在－20Pa～－30Pa,氧化阶段监控氧化空气流量，出现波动及时处理，最终氧化结束依靠操作工取氧化样人工判断为准。将精炼摇炉倾转至0°，关闭氧化风，待行车将空渣包放置出渣口下，打开出渣炉门，倾转炉体向倒渣侧方向倾转，倒出铜液表面的氧化渣，本炉次倒渣39吨，氧化结束后铜液温度1189℃。天然气富氧烧嘴消耗天燃气量3143 Nm3，消耗氧气量2895 Nm3，消耗氧化空气量17394 Nm3。
氧化渣样成分见表四，
表四：
| Cu(%) | Au(g/t) | Ag(g/t) | Zn(%) | Fe(%) | Ni(%) | SiO2(%) | Sn(%) | Al2O3(%) |
| 20.27 | 0.4 | 12 | 0.99 | 24.41 | 0.23 | 22.05 | 1.45 | 1.85 |
还原阶段操作步骤：
还原阶段持续2.1小时。清理还原风管，确认6根风管畅通，开启送天然气总阀，调节气动阀开度全开，确认还原天然气流量达到1500 Nm3/h，压力3.5kg/cm2且稳定后，将精炼摇炉倾转至17°，即精炼侧位置，还原天然气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，搅拌铜溶液，开始还原作业，还原期间控制炉内负压在－10Pa～＋10Pa,还原阶段监控还原天然气流量，出现波动及时处理，最终还原结束依靠操作工取还原样人工判断为准。将精炼摇炉倾转至0°，关闭还原天然气，氧化结束后铜液温度1228℃。消耗还原天燃气量3274 Nm3。
还原阳极铜样成分见表五。
表五 还原阳极铜样成分
| Cu(%) | Au(g/t) | Ag(g/t) | Zn(%) | Fe(%) | Ni(%) | Pb(%) | Sn(%) | 0(%) |
| 99.29 | 0.8 | 12 | 0.0024 | 0.0025 | 0.14 | 0.016 | 0.023 | 0.13 |
从原料加入开始到产出合格的阳极铜总计耗时：21.2小时，透气砖***消耗氮气11m3。
实施例3
本发明所述的冶炼杂铜的精炼摇炉的冶炼方法，包括如下步骤：
取杂铜成份和含量为如表六所示。
表六 杂铜成份和含量
| 含Cu（%） | Ag(g/t) | As(%) | Bi(%) | Sn(%) | Pb(%) | Ni(%) | Sb(%) |
| 92.13 | 213 | 3.71 | 2.26 | 6.12 | 4.77 | 3.54 | 1.13 |
加料熔化阶段操作步骤：
加料熔化耗时14.3小时，共加杂铜319.3吨，加入石英石6.5吨，石灰1.2吨，生铁3.8吨；
加料过程炉体置于0°水平位置，采用加料车分批次从两个加料门加料，石英石、石灰石在加料后期加入。天然气富氧烧嘴消耗天燃气量8294 Nm3，消耗氧气量6552 Nm3，加料熔化期间控制炉内负压在－30Pa～－40Pa，熔化结束实测铜液温度1133℃。
氧化阶段操作步骤：
氧化阶段持续6.8小时。清理氧化风管，确认6根风管畅通，开启送风总阀，调节气动阀开度全开，确认氧化空气流量达到3000 Nm3/h，压力6.5kg/cm2且稳定后，将精炼摇炉倾转至17°，即精炼侧位置，氧化压缩空气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，搅拌铜溶液，开始氧化作业，氧化期间控制炉内负压在－20Pa～－30Pa,氧化阶段监控氧化空气流量，出现波动及时处理，最终氧化结束依靠操作工取氧化样人工判断为准。将精炼摇炉倾转至0°，关闭氧化风，待行车将空渣包放置出渣口下，打开出渣炉门，倾转炉体向倒渣侧方向倾转，倒出铜液表面的氧化渣，本炉次倒渣43吨，氧化结束后铜液温度1197℃。天然气富氧烧嘴消耗天燃气量3212Nm3，消耗氧气量3123 Nm3，消耗氧化空气量19432 Nm3。
氧化渣样成分见表七。
表七 氧化渣样成分
| Cu(%) | Au(g/t) | Ag(g/t) | Zn(%) | Fe(%) | Ni(%) | SiO2(%) | Sn(%) | Al2O3(%) |
| 19.95 | 0.7 | 26 | 1.12 | 4.3 | 0.28 | 23.21 | 1.11 | 3.86 |
还原阶段操作步骤：
还原阶段持续2.7小时。清理还原风管，确认6根风管畅通，开启送天然气总阀，调节气动阀开度全开，确认还原天然气流量达到1500 Nm3/h，压力3.5kg/cm2且稳定后，将精炼摇炉倾转至17°，即精炼侧位置，还原天然气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管浸入铜熔体下方300mm，搅拌铜溶液，开始还原作业，还原期间控制炉内负压在－10Pa～＋10Pa,还原阶段监控还原天然气流量，出现波动及时处理，最终还原结束依靠操作工取还原样人工判断为准。将精炼摇炉倾转至0°，关闭还原天然气，氧化结束后铜液温度1233℃。消耗还原天燃气量4212 Nm3。
还原阳极铜样成分分析结果见表八。
表八 还原阳极铜样成分
| Cu(%) | Au(g/t) | Ag(g/t) | Zn(%) | Fe(%) | Ni(%) | Pb(%) | Sn(%) | 0(%) |
| 99.33 | 0.7 | 14 | 0.0044 | 0.0052 | 0.11 | 0.023 | 0.043 | 0.11 |
从原料加入开始到产出合格的阳极铜总计耗时：23.8小时，透气砖***消耗氮气12m3。
Claims (2)
1.一种冶炼杂铜的精炼摇炉，其特征在于：该精炼摇炉由炉体、驱动装置及富氧烧嘴、透气砖***和烟气处理***组成，所述炉体为一置于驱动装置上的异形水平筒体，驱动装置由炉体支撑部件和含有液压油缸，液压站及其控制***组成的液压驱动部件组成；富氧烧嘴从精炼摇炉端墙***精炼摇炉内；透气砖***由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制***组成；烟气处理***由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟***组成；所述富氧烧嘴形状为长1.3米，外径130毫米的通天然气外套管和外径98毫米的通氧气内管组成。
2.一种合适于权利要求1所述的冶炼杂铜的精炼摇炉的冶炼方法，其特征在于，包括如下步骤：
（1）加料熔化阶段：炉料分批加入，加料及熔化时间总共12小时，加料熔化阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至0°状态，即水平中间位置，
杂铜物料平均成分为Cu 90%、Fe 0.6%、Sn 0.1%、Pb 0.64%、Zn 1.3%、Ni 0.5%、As 0.05%、Sb 0.055%、Bi 0.017%、Au 0.00027%、Ag 0.0268%，
通过加料机不断加入铜物料和造渣剂石英石和石灰石，加料阶段伴随着物料熔化过程，加入的固态铜物料在炉内不断的熔化，
所述造渣剂石英石和石灰石的化学成分及粒度为：石英砂含SiO2 >90、其它8、Fe<2.0、粒度<20mm；石灰石含SiO2 1.3、CaO 54.0、其它44.5、Fe<2.0、粒度<20mm，
采用O2浓度>90%的富氧天然气烧嘴燃烧，天然气从烧嘴中心引入，助燃氧气与空气预先混合后从烧嘴喷口处旋转射出与天然气高速射流形成强烈的剪切、拉伸、搅拌作用，形成一个稳定燃烧回流区域，烧嘴主体火焰随着混合气体的动量往外扩张，进一步混合，进行二级燃烧，完成整个燃烧过程，
加料熔化阶段单支富氧烧嘴天然气流量控制在400～800Nm3 /h，氧气流量400～800Nm3 /h，助燃空气流量：2000～8000Nm3 /h，入炉物料加入重量320吨即停止加料，待物料全部熔化温度达到1130°C时，则进入氧化阶段，
(2)氧化阶段：氧化时间6小时，氧化阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至17°状态，压缩空气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管侵入铜熔体下方300mm，吹入压力6.5kg/cm2、流量3000Nm3 /h的压缩空气作为氧化剂进行氧化作业，随着杂质的不断被氧化，与造渣剂反应产出炉渣浮于铜液表面，氧化结束后将炉体倾转至倒渣位置，将浮于铜液表面的炉渣排干净，氧化阶段结束后铜液温度达到1180°C，
（3）还原阶段：还原时间2小时，还原阶段精炼摇炉通过驱动装置驱动将炉体倾转至17°状态，天然气通过分布于炉体侧的6根直径为22mm的不锈钢空心管侵入铜熔体下方300mm，吹入压力3.5kg/cm2、流量1500Nm3 /h的天然气作为还原剂进行还原作业，随着铜液中的Cu2O不断被还原，最终生成单质铜，还原阶段结束后铜液温度达到1220°C，还原结束后将炉体倾转至浇铸位置，开始进行浇铸作业。
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