专利名称：富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺，尤其是涉及一种适于熔炼铜、镍(钴)的氧气底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺。
背景技术：
闪速熔炼和熔池熔炼是两大类广泛应用的火法冶炼方法，例如用于冶炼铜、镍 (钴)等。熔池熔炼由于原料无需深度干燥，得到了广泛的应用，例如，目前存在的诺兰达法、瓦纽可夫法(立式铜水套炉型)、顶吹浸没喷枪法(固定式圆筒竖炉型)等，这些熔池熔炼方法具有各自的优缺点。例如，诺兰达法是采用一台类似卧式转炉的反应器，在反应器的一侧边设有一排风眼，空气或富氧空气从风眼鼓入反应容器内。但是，诺兰达法存在的问题是由于采用单面侧吹，气液混合不均勻，存在熔炼死角而且单面侧吹又易对反应容器内耐火材料特别是靠近风眼的部分产生严重的冲刷，降低了寿命，富氧浓度难以提高，氧的利用率低。中国专利CN1072962A(ZL9210699)提出一种底吹炼铜工艺和反应容器，其中所述反应容器具有扩大端，虹吸口、出渣口和烟气排放口都设在远离氧枪区的扩大端。该反应容器设置扩大端的原因在于降低吹氧区的熔体深度，由此可以降低氧枪的工作压力，并改进反应容器内的熔体状况，促进铜锍与渣的分离，降低渣含铜。
发明内容
本发明的一个目的在于提出一种熔炼过程容易操作、制造简单、熔炼效果提高的富氧底吹造锍熔炼炉。本发明的另一目的在于提出一种操作容易控制、熔炼效果提高的富氧底吹造锍熔炼工艺。为了实现上述目的，根据本发明第一方面实施例提出一种富氧底吹造锍熔炼炉， 包括炉体，所述炉体内限定有炉腔，且所述炉体具有加料口、烟气出口、出锍口、出渣口和形成在炉体底部的氧枪插孔；和氧枪，所述氧枪插入到所述氧枪插孔内以将富氧气体吹入到所述炉腔内的锍层内。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉，物料无需制粒，因此简化了熔炼操作， 降低了成本。氧气大部分在锍层内与硫化物反应，随反应后的气体从锍层进入渣层内的氧气少，渣中生成的磁性铁含量少，渣的粘性降低，不容易形成隔离层，渣中的锍容易沉降下来，从而可以采用高铁渣型、降低熔剂率与渣率，减少渣中金属的损失。同时，不容易产生泡沫渣，安全性好，而且氧枪上端容易形成蘑菇头，保护氧枪，寿命长。在本发明的一个优选实施例中，所述氧枪的上端与所述炉腔的内底壁平齐。在本发明的一个优选实施例中，所述炉腔的底面平齐。在本发明的一个优选实施例中，所述炉体为圆筒形且所述炉腔具有圆形横截面且所述炉腔的径向尺寸在所述炉体的轴向方向上一致。
根据本发明的一个优选实施例的富氧底吹造锍熔炼炉进一步包括托座；托圈， 所述托圈套设在所述炉体上且可旋转地支撑在所述托座上；齿圈，所述齿圈套设在所述炉体上；和驱动装置，所驱动装置与所述齿圈相连用于通过驱动所述齿圈转动而驱动所述炉体转动。在本发明的一个优选实施例中，所述加料口和所述烟气出口设在所述炉体的顶部且沿所述炉体的轴向方向间隔开，所述出渣口形成在所述炉体的端面上。在本发明的一个优选实施例中，所述出锍口设在与出渣口相对的炉体的端面上或炉体的侧面下部。在本发明的一个优选实施例中，所述炉体上进一步设有烧嘴口和探料口，其中在所述烧嘴口内设有烧嘴。在本发明的一个优选实施例中，所述氧枪插孔的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α为0°彡α彡+60°。在本发明的一个优选实施例中，所述氧枪插孔的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α为-60° ^ α ^ 0°。根据本发明第二方面实施例提出一种利用富氧底吹造锍熔炼炉进行的富氧底吹造锍熔炼工艺，其中所述富氧底吹造锍熔炼炉包括炉体和氧枪，所述炉体内限定有炉腔且所述炉体具有加料口、烟气出口、出锍口、出渣口和形成在炉体底部的氧枪插孔，所述氧枪插入到所述氧枪插孔内，其特征在于，所述富氧底吹造锍熔炼工艺包括以下步骤将炉料从所述加料口加入到所述炉腔内；利用所述氧枪向炉腔内吹入富氧气体以进行熔炼，其中所述富氧气体吹入到所述炉腔下部的锍层内；和从所述出锍口、所述出渣口和所述烟气出口分别排出所述锍、炉渣和烟气。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺，熔炼操作简单，效率高，氧枪寿命长。在本发明的一个优选实施例中，所述富氧气体的氧气浓度为22% -99%。在本发明的一个优选实施例中，所述富氧气体的氧气浓度为70% -80%。在本发明的一个优选实施例中，所述富氧气体的炉前压力为0. 25-1. 2MPa。在本发明的一个优选实施例中，所述富氧气体的炉前压力为0. 4-0. 6MPa。在本发明的一个优选实施例中，所述炉渣间断式排放。在本发明的一个优选实施例中，所述炉腔内的熔体的深度相同。
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中图1是根据本发明一个实施例的富氧底吹造锍熔炼炉的示意图；图2是图1所示富氧底吹造锍熔炼炉的炉体纵向剖视图；图3是图1所示富氧底吹造锍熔炼炉的炉体的横向剖视图；和图4是根据本发明一个实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺的流程图。
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。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、 “后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”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。在本发明的描述中，需要说明的是，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；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本发明基于本申请的发明人下面的发现中国专利CN1072962A提出了一种底吹炼铜反应容器，虽然扩大端可以改善反应容器内熔体状况，降低氧枪压力。然而，由于设置了扩大端，反应容器内的熔池变浅，熔炼过程不容易控制，氧气容易吹穿铜锍层而进入铜锍层上面的渣层，氧气的利用率低，并且安全性差，弱化了底吹熔炼的优势。具体地，对于上述底吹炼铜反应容器，在熔炼过程中，进入渣层的氧气多，则渣中的Fe0与氧气反应生成!^e3O4 (磁性铁)，由于磁性铁的粘性大，从而容易在渣与铜锍层之间形成隔离层，上面的铜锍不容易下降，影响了熔炼效果，并且渣中的铜含量增大。而且，容易产生泡沫渣，安全性降低。此外，上述底吹熔炼需要将原料制粒，从而操作复杂，并且氧的浓度受到限制，否则会降低氧枪寿命。下面参考附图描述根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺。在下面的描述中，为了描述方便，以熔炼铜为例进行描述。可以理解的是，本发明并不限于此，根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺适用于熔炼可以造锍的任何合适的金属，例如镍、钴等。首先参考图1-3描述根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉。如图1-3所示， 根据本发明一个实施例的富氧底吹造锍熔炼炉包括炉体1和氧枪2。具体地，炉体1内限定有炉腔Q，炉腔Q的下部形成熔池，熔池分为位于上面的渣层 ZC和位于下面的铜锍层LC，渣层的液面为Z，铜锍层的液面为L。炉体1具有加料口 11、烟气出口 12、出锍口 13、出渣口 14和形成在炉体1的底部的氧枪插孔15。氧枪2插入到氧枪插孔15内以将富氧气体吹入到炉腔Q内的铜锍层LC内。可以理解的是，为了保证氧枪2将富氧气体吹入到铜锍层LC内，氧枪2伸入炉腔Q的长度不宜过长，氧枪2插入炉腔Q的具体深度可以根据氧气底吹熔炼的参数(例如熔池的深度)设定。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉，含铜物料与熔剂、粉煤和返尘可以直接从加料口 11加入到炉腔Q内，无需制粒，因此简化了熔炼操作，降低了成本。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉，氧枪2将富氧气体吹入到炉腔Q内的铜锍(冰铜)层LC内，在铜锍层LC内02+FeS+CuS — i^e0+CuS+S02，其中FeO成渣上移进入渣层ZC，而且大部分氧气变成二氧化硫进入渣层ZC，从而进入渣层ZC的氧气少，提高了氧气的利用率。渣层ZC中的FeO与氧气生成的磁性铁!^e3O4量少，不容易在渣层ZC与铜锍层LC之间形成隔离层，上面的铜锍容易下落进入铜锍层LC内，而且不容易产生泡沫渣，提高了安全性。此外，在氧枪2的上端富氧空气出口易生成!^e3O4并形成蜂窝状的蘑菇头，保护了氧枪2，延长了氧枪2的寿命。在本发明的一些实施例中，优选地，氧枪2的上端与炉腔Q的内底壁平齐，由此可以更好地保证氧枪2吹送到铜锍层LC的氧气大部分在铜锍层LC与铁的硫化物反应。可选地，氧枪2的上端可以稍微伸入到炉腔Q内，例如10-20毫米，以不使过多的氧气进入渣层 ZC为限。如图2所示，炉腔Q的内底面平齐，换言之，炉腔Q没有扩大部，吹氧区的熔池的深度增大，可以更好地保证氧枪2将氧气吹送到铜锍层LC内，而不会使过多的氧气进入渣层 ZC内。如图1-3所示，炉体1为圆筒形，炉腔Q具有圆形横截面，炉腔Q的径向尺寸在炉体1的轴向方向上一致。由于炉体1为圆筒形，因此便于炉体1转动。为此，富氧底吹造锍熔炼炉可以进一步包括托座5，托圈3，齿圈4，和驱动装置6。托圈3套设在炉体1上且可旋转地支撑在托座5上。齿圈4套设在炉体1的外表面上。驱动装置6与齿圈4相连用于通过驱动齿圈4转动而驱动炉体1转动。驱动装置6 例如可以包括电机，与电机相连的减速器，减速器的输出轴上可以安装齿轮，齿轮与齿圈4 啮合以驱动齿圈4转动。炉体1在齿圈4的带动下，在托座5上转动，由于炉体1可以转动， 因此便于更换氧枪2以及其他操作。如图1和2所示，在本发明的优选实施例中，加料口 11和烟气出口 12设在炉体1 的顶部且沿炉体1的轴向方向间隔开，出渣口 14形成在炉体的端面上。优选地，出锍口 13设在与出渣口 14相对的炉体1的端面上，可选地，出锍口 13可以设在炉体1的侧面下部。有利地，根据本发明的一些示例，炉体1上进一步设有烧嘴口 16和探料口 17以及测温测压口 18，在烧嘴口 16内设有烧嘴(未示出)。优选地，如图3所示，氧枪插孔15的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α 为0°彡α彡+60°。可选地，氧枪插孔15的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α 为-60°彡α彡0°。换言之，根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉，“底吹”应做广义理解，只要氧枪2从炉体1的底部或邻近底部的侧部将富氧气体吹送到炉腔Q内，都应理解为底吹，例如，优选地，氧枪2(即氧枪插孔15的开口方向)与竖直向下的方向之间的夹角α 在-60° +60的范围内被理解为“底吹”。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉，原料无需制粒，因此简化了熔炼操作， 降低了成本。进入渣层ZC的氧气少，提高了氧气的利用率。渣层ZC中生成的磁性铁!^e3O4 量少，不容易在渣层ZC与铜锍层LC之间形成隔离层，上面的铜锍容易下落进入铜锍层LC 内，而且不容易产生泡沫渣，提高了安全性。由于在氧枪2出口生成的!^e3O4在氧枪2的上端形成蜂窝状的蘑菇头，保护了氧枪2，延长了氧枪2的寿命。下面参考图4并结合图1-3描述根据本发明实施例的利用富氧底吹造锍熔炼炉进行的富氧底吹造锍熔炼工艺。需要理解的是，根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺并不限于利用上面描述的富氧底吹造锍熔炼炉。而且，在下面的描述中，仍然以炼铜为例进行描述，但是本发明并不限于此。具体地，用于实施根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺的富氧底吹造锍熔炼炉可以包括炉体1和氧枪2，炉体1内限定有炉腔Q且炉体1具有加料口 11、烟气出口 12、出锍口 13、出渣口 14和形成在炉体1的底部的氧枪插孔15，氧枪2插入到氧枪插孔15 内。如图4所示，根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺，首先将炉料(例如含铜物料、熔剂、粉煤和返尘)从加料口 11加入到炉腔Q内。接下来，利用氧枪2向炉腔Q内吹入富氧气体以进行熔炼，其中所述富氧气体吹入到炉腔Q下部的熔池的锍层内。最后，从出锍口 13、出渣口 14和烟气出口 12分别排出锍、炉渣和烟气。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼工艺，原料无需制粒，因此简化了熔炼操作，降低了成本。由于所述富氧气体吹入到炉腔Q下部的熔池的锍层内，进入渣层ZC的氧气少，提高了氧气的利用率。渣层ZC中生成的磁性铁!^e3O4量少，从而可以采用高铁渣型， 降低熔剂率和渣率，减少渣中金属的损失，提高了熔炼效率和金属回收率，同时不容易产生泡沫渣，提高了安全性。在本发明的一些具体实施例中，所述富氧气体的氧气浓度可以为22% -99%, 更优选地为70% -80%。所述富氧气体的炉前压力可以为0.25-1.2MPa，更优选地为 0. 4-0. 6MPa。有利地，根据本发明的实施例，所述炉渣间断式排放。此外，优选地，炉腔Q内的熔体的深度保持一致，即在炉腔Q的整个横截面上，熔体的深度相同，由此可以避免熔池内的锍层LC变浅，防止氧气吹穿锍层LC进入渣层ZC，提高了熔炼效果。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、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。
权利要求
1.一种富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，包括炉体，所述炉体内限定有炉腔，且所述炉体具有加料口、烟气出口、出锍口、出渣口和形成在炉体底部的氧枪插孔；和氧枪，所述氧枪插入到所述氧枪插孔内以将富氧气体吹入到所述炉腔内的锍层内。
2.根据权利要求1所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述氧枪的上端与所述炉腔的内底壁平齐。
3.根据权利要求1所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述炉腔的底面平齐。
4.根据权利要求1所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述炉体为圆筒形且所述炉腔具有圆形横截面且所述炉腔的径向尺寸在所述炉体的轴向方向上一致。
5.根据权利要求4所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，进一步包括托座；托圈，所述托圈套设在所述炉体上且可旋转地支撑在所述托座上；齿圈，所述齿圈套设在所述炉体上；和驱动装置，所驱动装置与所述齿圈相连用于通过驱动所述齿圈转动而驱动所述炉体转动。
6.根据权利要求1所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述加料口和所述烟气出口设在所述炉体的顶部且沿所述炉体的轴向方向间隔开，所述出渣口形成在所述炉体的端面上。
7.根据权利要求6所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述出锍口设在与出渣口相对的炉体的端面上或炉体的侧面下部。
8.根据权利要求1所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述炉体上进一步设有烧嘴口和探料口，其中在所述烧嘴口内设有烧嘴。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述氧枪插孔的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α为0°彡α彡+60°。
10.根据权利要求1-8中任一项所述的富氧底吹造锍熔炼炉，其特征在于，所述氧枪插孔的开口方向与竖直向下的方向之间的夹角α为-60°彡α彡0°。
11.一种利用富氧底吹造锍熔炼炉进行的富氧底吹造锍熔炼工艺，其中所述富氧底吹造锍熔炼炉包括炉体和氧枪，所述炉体内限定有炉腔且所述炉体具有加料口、烟气出口、出锍口、出渣口和形成在炉体底部的氧枪插孔，所述氧枪插入到所述氧枪插孔内，其特征在于，所述富氧底吹造锍熔炼工艺包括以下步骤将炉料从所述加料口加入到所述炉腔内；利用所述氧枪向炉腔内吹入富氧气体以进行熔炼，其中所述富氧气体吹入到所述炉腔下部的锍层内；和从所述出锍口、所述出渣口和所述烟气出口分别排出所述锍、炉渣和烟气。
12.根据权利要求11所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述富氧气体的氧气浓度为22% -99%。
13.根据权利要求12所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述富氧气体的氧气浓度为70% -80%。
14.根据权利要求11所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述富氧气体的炉前压力为0. 25-1. 2MPa。
15.根据权利要求14所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述富氧气体的炉前压力为0. 4-0. 6MPa。
16.根据权利要求11所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述炉渣间断式排放。
17.根据权利要求11所述的富氧底吹造锍熔炼工艺，其特征在于，所述炉腔内的熔体的深度相同。
全文摘要
本发明提出一种富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺。所述富氧底吹造锍熔炼炉包括炉体，所述炉体内限定有炉腔，且所述炉体具有加料口、烟气出口、出锍口、出渣口和形成在炉体底部的氧枪插孔；和氧枪，所述氧枪插入到所述氧枪插孔内以将富氧气体吹入到所述炉腔内的锍层内。根据本发明实施例的富氧底吹造锍熔炼炉和富氧底吹造锍熔炼工艺，物料无需制粒，因此简化了熔炼操作，降低了成本。氧气大部分在锍层内与硫化物反应，随反应后的气体从锍层进入渣层内的氧气少，渣中生成的磁性铁含量少，渣的粘性降低，不容易形成隔离层，渣中的锍容易沉降下来，从而可以采用高铁渣型，降低熔剂率与渣率，减少渣中金属的损失。同时，不容易产生泡沫渣，安全性好，而且氧枪上端容易形成蘑菇头，保护氧枪，寿命长。
文档编号C22B23/00GK102230091SQ20111015801
公开日2011年11月2日 申请日期2011年6月13日 优先权日2011年6月13日
发明者张振民, 蒋继穆 申请人:中国恩菲工程技术有限公司