CN110475881B

CN110475881B - 金属精炼炉的操作方法

Info

Publication number: CN110475881B
Application number: CN201980001817.1A
Authority: CN
Inventors: 本村龙也; 川崎友也; 行里武英; 千田裕史
Original assignee: Pan Pacific Copper Co Ltd
Current assignee: Jx Metal Smelting Co ltd
Priority date: 2018-02-22
Filing date: 2019-02-13
Publication date: 2021-09-14
Anticipated expiration: 2039-02-13
Also published as: JP6913043B2; JP2019143209A; WO2019163607A1; CN110475881A

Abstract

提供一种能够抑制由于金属精炼炉的耐火物的膨胀而引起的炉体的变形的金属精炼炉的操作方法。在炉体(2)的周围每隔开规定间隔配置位移计(8_‑1～8_‑42)，在规定的时机定期测量炉体(2)的整体的位移，并在至少一个位置以上的位移超过预先设定的上限值时，实施使炉体(2)内的操作温度降低以使得炉体(2)的位移成为上限值以下的控制，另外，根据炉体(2)的残存线膨胀率和构成炉的框架的位移极限来确定炉体(2)的更新时期。由此，能够将炉体(2)的膨胀、变形维持在规定的范围内，进而能够在适当的时机更新炉材。

Description

金属精炼炉的操作方法

技术领域

本发明涉及一种金属精炼炉的操作方法，更详细而言，例如涉及一种能够抑制以铜精炼中的闪速熔炼炉为代表的金属精炼炉的、因耐火物的膨胀而引起的炉体的变形的金属精炼炉的操作方法。

背景技术

如图6所示，金属精炼中的金属精炼炉、例如铜精炼中的闪速熔炼炉100由反应塔101、沉淀池102以及上升烟道103构成，在反应塔101设置有1～3条精矿喷嘴104、104。并且，将精矿与富氧空气或高温热风同时吹入而使它们瞬间发生化学反应，并利用比重差将陔精矿分离为冰铜和矿渣。闪速熔炼炉100由于利用精矿的氧化反应热，因此与其他方法相比具有燃料消耗率低的特征。根据所处理的原料的品质、组成不同，仅氧化反应热的话也有可能热量不足，因此也有时从精矿喷嘴104、104利用重油等进行助燃。

冰铜中通常包含60～70％的铜，该冰铜从与闪速熔炼炉100的底部附近相连设置多个的冰铜出炉口105、105取出。另一方面，矿渣中包含1％左右的铜，从设置于上升烟道103的下部侧的矿渣出炉口106取出矿渣并将其送至熔炼炉120来进行熔炼，将矿渣中所包含的铜作为冰铜进行回收，并与从闪速熔炼炉100取出的冰铜一起在转炉进行处理。接着，通过电解纯化进一步制造品质高的电解铜。

以闪速熔炼炉为代表的铜精练炉的壳体(罐体)内部主要由耐火砖、不定形耐火物构成。耐火物具有如下性质：在操作中的高温状态下膨胀，在如定期修理(冷修补)中那样长期停止了操作时，成为低温状态而收缩。关于由于上述那样的耐火物的热膨胀而导致的炉体的变形，需要根据与炉体的健全性恶化相关的情况来确认变形状况。并且，如果重复上述那样的高温状态和低温状态，则由于耐火物的残存线膨胀，即使成为低温状态而收缩，也不会恢复至原来的大小，因此膨胀逐渐扩大。因此，越是实施冷修补的周期较短的炉，越由于耐火物的残存线膨胀而使保持耐火物的炉体框架的变形、位移变大。此外，若耐火物中的特定成分例如MgO、CaO与水接触，则形成水合物，从而耐火物急剧膨胀，在最坏的情况下会发生崩坏、即所谓的熟化。上述那样的耐火物的膨胀可能导致如下故障：由于破坏炉底的耐火砖的排列、或产生空隙而引起的热水泄露的风险增大、炉体框架的破损等。

因此，以往，以设置有炉体的建筑物的支柱等为基准点，并对炉体的规定的部分进行标记，定期对该基准点至该标记的距离进行测量，从而对炉体的膨胀进行监视。例如，在专利文献1中，公开了一种炼焦炉的炉体膨胀测量方法。

在先专利文献

专利文献1：日本特开平9-26309号公报

发明内容

发明要解决的课题

然而，在以往的方法中，将测定点缩窄至炉体的代表性部分来进行标记，因此存在难以注意到变化的问题。因此，有可能炉体的膨胀、变形的发现变迟，并且加强等应对也变迟，从而导致构成炉体的构件产生裂缝或破裂。

另外，例如，专利文献1所示的炉体膨胀测量方法仅仅用于发现炉体的膨胀、变形，即使在能够早期发现炉体的膨胀、变形的情况下，该炉体膨胀测量方法也仅仅能够在适当的时机进行修补等应对，而并未对炉体的膨胀、变形其本身进行抑制、控制。

为此，本发明鉴于上述的问题点而提出，其目的在于，提供一种能够通过将炉体的膨胀、变形维持在适当的范围内，从而抑制因炉底的耐火砖排列的损伤引起的热水泄露的风险的增大、炉体框架的变形、破损等故障的产生的金属精炼炉的操作方法。

另外，本发明的目的还在于，提供一种能够对伴随年限增加而导致的炉长变化进行监视以在适当的时机进行炉材的更新的金属精炼炉的操作方法。

用于解决课题的手段

为了解决上述课题，方案1所记载的本发明是一种金属精炼炉的操作方法，其用于将炉体的膨胀、变形维持在规定的范围内，其特征在于，通过多个位移计来分别测量所述炉体的规定的多个位置的位移，在至少一个位置以上的位移超过预先设定的上限值的情况下，使所述炉体内的操作温度下降，以使得该位移成为所述上限值以下。

为了解决上述课题，方案2所记载的本发明以方案1所记载的金属精炼炉的操作方法为基础，其特征在于，在所述位移超过预先设定的上限值的情况下，通过下述A至E中任一项或任意的组合来使所述炉体内的操作温度下降：A.针对向所述炉体装入的原料，增加发热量较小的原料的混合比率；B.减少向所述炉体装入的原料的每单位时间的装入量；C.进行所述炉体的冷却；D.设为通过调整还原剂的投入量而容易形成自涂层(self coating)的炉内环境；以及E.使冰铜层中的铜品质即冰铜品级(MG)下降。

为了解决上述课题，方案3所记载的本发明以方案1或2所记载的金属精炼炉的操作方法为基础，其特征在于，所述位移计在所述炉体的周围每隔开规定间隔配置，对所述炉体的整体的位移进行测量。

为了解决上述课题，方案4所记载的本发明以方案3所记载的金属精炼炉的操作方法为基础，其特征在于，所述位移计对支承所述炉体的侧壁的各支柱的位移进行测量。

为了解决上述课题，方案5所记载的本发明以方案1至4中任一项所记载的金属精炼炉的操作方法为基础，其特征在于，所述上限值为不超过由于所述炉***移而对构成该炉体的框架施加的负载使该框架发生塑性变形的弹性极限的位移。

为了解决上述课题，方案6所记载的本发明以方案1至5中任一项所记载的金属精炼炉的操作方法为基础，其特征在于，在通过所述位移计的测量值而计算的所述炉体的残存线膨胀率超过规定的比例的情况下，进行形成所述炉体的各种炉材的更新。

发明效果

根据本发明的金属精炼炉的操作方法，能够进行炉体框架的塑性变形范围内的操作，具有能够将炉体的膨胀、变形维持在适当的范围内的效果。

另外，本发明具有通过能够监视伴随年限增加而产生的炉长变化从而能够在适当的时机进行炉材的更新的效果。

附图说明

图1是示出用于实施本发明的操作方法的优选的一实施方式的金属精练炉的结构的俯视图。

图2是图1的金属精练炉的A-A剖视图。

图3是水冷套的主视图。

图4是示出基于位移计的输出来进行各种控制的控制装置的结构的框图。

图5是本发明的金属精练炉的操作方法的一实施方式的流程图。

图6是示出铜精炼中的闪速熔炼炉的一例的主视剖视图。

具体实施方式

以下，基于优选的实施方式对本发明的金属精练炉的操作方法进行详细说明。首先，在说明本发明的金属精练炉的操作方法之前，对应用本发明的金属精练炉的结构进行说明。图1是示出用于实施本发明的操作方法的优选的一实施方式的金属精练炉的结构的俯视图，图2是图1的金属精练炉的A-A剖视图。

[金属精练炉的结构]

图示的金属精练炉1为所谓的闪速熔炼炉，大致具备设置于一端侧的反应塔3、设置于另一端侧的上升烟道4、以及位于反应塔3与上升烟道4之间的中间部的沉淀池5而构成炉体2，炉体2由整体由钢材等金属制材料形成的壳体(罐体)形成。并且，在炉体2以包围其周围的方式隔开规定间隔地配置有多个支柱2a、2a以作为用于确保必要的强度的加强件。

反应塔3呈大致圆筒形状，在其上部配置有多个精矿喷嘴6、6。并且，以与精矿喷嘴6、6相邻的方式设置有预热空气注入口7。通过连接多个图3所示那样的水冷套30而形成沉淀池5。水冷套30具备使冷却水在内部循环的多个冷却管32、32，并且在各冷却管32、32的一端侧分别设置有用于供给冷却水的给水口33、33，另外，在各冷却管32、32的另一端侧设置有用于排出冷却水的排水口34、34。在炉内侧的表面形成有未图示的多个肋，在肋上层叠未图示的耐火砖。上升烟道4将内部的废气向废热锅炉引导以进行废热的回收，并将冷却后的废气输送至硫酸工厂。

并且，在炉体2的周围隔开规定间隔地以环绕炉体2的方式配置有所需个数(在本实施方式中为42个)的位移计8(以下，也称作“位移计8_-1～8_-42”。)。通过这些位移计8来进行炉体2的整体的位移的测量。需要说明的是，在本实施方式中，位移计8_-1～8_-42分别与配置于膨胀较大的炉底层的炉体2的42个各支柱2a对置配置。需要说明的是，位移计8、8的个数并不限定于42个，而根据炉体2的形状、大小等适当确定。另外，位移的测量并不局限于支柱2a，也能够对炉体2的适当位置进行标记。

位移计8_-1～8_-42是测量炉体2的位移(膨胀)的光学式或物理式的传感器，输出将所测量到的炉体2的位移量转换为长度而得的电信号。位移计8_-1～8_-42例如包括激光聚焦式、超声波式、三角测距等非接触方式、差动变压式的接触方式等。

图4是示出基于位移计的输出进行各种控制的控制装置的结构的框图。控制装置10由CPU、存储器等构成，每隔一定时间获取由位移计8_-1～8_-42测出的测量值，并具备具有基于该测量值来执行图5所示的流程的程序的运算部11。即，控制部10监视由位移计8_-1～8_-42测量出的炉体2的位移(膨胀)是否在预先设定的上限的范围内，并在炉体2的位移(膨胀)超过预先设定的位移的上限的情况下，进行使操作温度下降的控制，以使得位移(膨胀)变为上限值以下。并且，为了执行使操作温度下降的控制而设置有以下那样的控制***。即，控制装置10具备：原料混合控制部12，其基于来自运算部11的指令，针对装入炉体2的原料增加发热量较小的原料例如氧化铁矿渣的混合比率；装入量控制部13，其基于来自运算部11的指令，对精矿的每单位时间的装入量进行控制；冷却控制部14，其基于来自运算部11的指令，进行炉体2的冷却；以及还原剂投入控制部15，其基于运算部11的指令，对向炉内投入的还原剂的投入量进行控制。

在此，上限值是如下那样的位移：不超过由于炉体2进行位移而对构成炉体2的框架例如支柱2a施加的负载使支柱2a发生塑性变形的弹性极限的位移，优选为相对于弹性极限具有一定余量、例如具有10％的余量的位移。即，耐火物在被加热时膨胀，在温度下降时收缩，因此在操作停止时，与操作时相比位移变小但就耐火物的特性而言并未完全恢复如初，在重复加热冷却的过程中，加热时的位移变大，即使进行冷却其位移也逐渐变大。而且这是因为，在超过由于炉体2进行位移而对构成炉体2的框架例如支柱2a施加的负载使支柱2a发生塑性变形的弹性极限的情况下，即使使操作温度降低，炉体2也维持着发生了变形的状态。

作为使操作温度降低的控制，原料混合控制部12在将精矿与发热量较小的原料例如氧化铁矿渣混合的原料混合装置22中，使向精矿供给的氧化铁矿渣的量增加，装入量控制部13对装入精矿的精矿装入装置23的动作进行控制以使每单位时间的装入量减少，冷却控制部14使向水冷套30内供给的冷却水的水量和/或流速增加以促进炉底部的冷却，还原剂投入控制部15对从还原剂投入装置24向炉内投入的还原剂的投入量进行调整。另外，关于炉底部的冷却，也能够构成为，通过由冷却控制部14对朝向炉底部吹送冷风的未图示的风扇的输出进行控制，从而对炉底部进行冷却，或者使向炉内供给的反应气体的氧浓度减少来进行炉内温度的调整。需要说明的是，还原剂的投入从炉体的多个位置进行，例如，通过减少向温度较高的区域投入的还原剂的投入量或中止该投入，从而形成于该区域的炉内壁的磁铁矿主体的自涂层的厚度增加，因此能够使该区域的炉内温度局部下降。另外，还能够基于期望金属浓缩而得的冰铜层中的期望金属的品质、即冰铜品级(MG)来进行管理。例如，还可以进行通过降低MG而使发热量减少、从而使炉内操作温度降低的调整。

[金属精练炉的操作方法]

接下来，对本发明的金属精炼炉的操作方法的一实施方式进行说明。图5是本发明的金属精练炉的操作方法的一实施方式的流程图。首先，在操作开始时，针对与各位移计8_-1～8_-42对应的炉体2的各支柱2a、2a，分别在每个规定时间测量伴随着局部膨胀的位移(步骤S1)，并将该测量值输入运算部11。运算部11监视是否各位移计8_-1～8_-42中的至少一个以上在预先设定的位移的上限值的范围内。接着，在控制装置10的运算部11判断为至少一个以上位移计8_-1～8_-42超过上限值的情况(步骤S2：是)下，通过下述(A)～(E)中的任一项或任意的组合来进行控制，以使得操作温度降低(步骤S3)、位移量成为上限以下：(A)原料混合控制部12对原料混合装置22的动作进行控制，以针对向炉体2装入的原料增加发热量较小的原料的混合比率；(B)装入量控制部13对精矿装入装置23的动作进行控制，以使向炉体2的装入的原料的每单位时间的装入量下降(例如，从210t/h向170t/h下降)；(C)冷却控制部15对水冷套30的冷却水的水量进行调整，以使炉体2的温度下降；(D)还原剂投入控制部15对还原剂投入装置24的动作进行控制，以使向炉体2内投入的还原剂的量减少或中止该投入，从而促进向炉内壁的自涂层，加厚炉内涂层；(E)使冰铜层中的期望金属的MG降低。需要说明的是，还原剂投入控制部15在多个还原剂投入装置24之中，能够通过仅对配置于温度较高的区域的还原剂投入装置24调整投入量来局部地控制自涂层的厚度。

能够通过上述那样的控制来将炉体2的位移维持在适当范围内，因此能够对伴随年限增加而导致的炉长变化进行监视，其结果是，能够在炉体2的塑性变形的范围内进行操作，即能够在不使炉体2的构成构件破裂的情况下进行管理，能够在热水泄露、炉体构成构件的破裂发生之前实施加强等对策。并且，能够实现热水泄露的风险降低、炉体寿命的延长。另外，在观测到局部膨胀的情况下，也能够通过强化该区域附近的冷却，来减少该部分中的热水泄漏风险。

在通过上述的控制而各位移计8_-1～8_-42的测量值成为上限值以下的情况(步骤S4：是)下，控制部10向原料混合控制部12、装入量控制部13、冷却控制部14发送指令以使得进行预先设定的通常操作的动作，继续操作温度为上限值以下的适当范围内的操作(步骤S5)。另一方面，在通过上述的控制而各位移计8_-1～8_-42的测量值仍未成为上限值以下的情况下(步骤S4：否)，继续步骤S3的处理。

通过继续上述那样的操作，在根据各位移计8_-1～8_-42的测量值所计算的炉体2的残存线膨胀率超过了规定比例的情况下，进行形成炉体2的各种炉材的更新。在此，如上所述，当对支柱2a施加的负载超过使支柱2a发生塑性变形的弹性极限时，即使对炉体2进行冷却其位移也不会恢复如初，因此，关于作为各种炉材的更新的标准的残存线膨胀率，优选设定为至少不超过使支柱2a发生塑性变形的弹性极限那样的比例。

如上所述，根据本实施方式的金属精练炉的操作方法，构成为，通过位移计8_-1～8_-42来对炉体2的位移(膨胀)、例如支承炉体2的侧壁的各支柱2a的位移进行测量，并在至少一个位置以上的位移超过预先设定的上限值时，通过控制装置10使炉体2内的操作温度下降、或者使超过上限的区域的涂层厚度增加来使操作温度下降，以使得上述位移成为上限值以下，因此，能够将炉体2的膨胀、变形维持在适当的范围内，能够防止因炉体2的热膨胀导致的炉底的耐火砖的排列的崩坏、空隙的产生等。

另外，根据本实施方式的金属精练炉的操作方法，在炉体2的周围每隔开规定间隔通过位移计8_-1～8_-42来测量炉体2的整体的位移，因此能够随时监视炉长变化，能够在适当的时机更新炉材。

此外，根据本实施方式的金属精练炉的操作方法，在炉体的残存线膨胀率超过规定的比例的情况下，进行形成炉体的各种炉材的更新，从而可在导致重大问题之前进行更新，因此具有能够缩短操作停止时间、并且减少修理费的效果。

[其他实施方式]

本发明并不限定于上述各实施例，当然能够在不脱离或不变更本发明的技术思想的范围内进行各种变形。

附图标记说明：

1 金属精练炉

2 炉体

2a 支柱

3 反应塔

4 上升烟道

5 沉淀池

6 精矿喷嘴

7 预热空气注入口

8 位移计

10 控制装置

11 运算部

12 原料混合控制部

13 装入量控制部

14 冷却控制部

15 还原剂投入控制部

22 原料混合装置

23 精矿装入装置

24 还原剂投入装置

30 水冷套

Claims

1.一种金属精炼炉的操作方法，其用于将炉体的膨胀、变形维持在规定的范围内，其特征在于，

通过多个位移计来分别测量所述炉体的规定的多个位置的位移，

在至少一个位置以上的位移超过预先设定的上限值的情况下，使所述炉体内的操作温度下降，以使得该位移成为所述上限值以下，

在所述位移超过预先设定的上限值的情况下，通过下述A至E中任一项或任意的组合来使所述炉体内的操作温度下降：

A.针对向所述炉体装入的原料，增加发热量较小的原料的混合比率；

B.减少向所述炉体装入的原料的每单位时间的装入量；

C.进行所述炉体的冷却；

D.设为通过调整还原剂的投入量而容易形成自涂层的炉内环境；以及

E.使冰铜层中的铜品质即冰铜品级(MG)下降。

2.根据权利要求1所述的金属精炼炉的操作方法，其特征在于，

所述位移计在所述炉体的周围每隔开规定间隔配置，对所述炉体的整体的位移进行测量。

3.根据权利要求2所述的金属精炼炉的操作方法，其特征在于，

所述位移计对支承所述炉体的侧壁的各支柱的位移进行测量。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的金属精炼炉的操作方法，其特征在于，

所述上限值为不超过由于所述炉***移而对构成该炉体的框架施加的负载使该框架发生塑性变形的弹性极限的位移。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的金属精炼炉的操作方法，其特征在于，

在通过所述位移计的测量值而计算的所述炉体的残存线膨胀率超过规定的比例的情况下，进行形成所述炉体的各种炉材的更新。