专利名称：一种冶炼杂铜的精炼摇炉及其冶炼方法
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。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。
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、透气砖系统和烟气处理系统组成。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，液压站及其控制系统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插入精炼摇炉，透气砖系统由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制系统组成；烟气处理系统由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟 及环集排烟系统组成。烟气从精炼摇炉端墙另一侧排出进入烟气处理系统。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X内长=12000X5000mm，产阳极铜公称能力360t/炉。富氧烧嘴为长I. 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。透气砖系统由8块安装于精炼摇炉底板的透气砖本体及控制系统组成，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。烟气处理系统由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟 及环集排烟系统组成，从精炼摇炉排出的烟气，流量为28500 Nm3/h，温度1200°C，最大含尘量50g/ Nm3，经过烟气处理系统净化处理后，烟气温度降到130°C，含尘量O. 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，透气砖系统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 (%)90O. 6O. IO. 64I. 3O. 5As (%)Sb (%)Bi (%)Au (%)Ag (%)O. 05O. 055O. 017O. 00027O.0268
原料物理特性全部为固体。其中，线状直径从不到Imm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SiO2CaO其它Fe粒度石英砂> 908<2.0<2 Omm石灰石I. 354. O44. 5O. 2<2 Omm
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°C时，则进入氧化阶段。I、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22_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22_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°C。3、排烟系统精炼摇炉产出的含尘约8 50g/ Nm3，温度1200°C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，与环境集烟系统约80°C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
I、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系统，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°C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
图I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I、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I、液压油缸9、液压站10及其控制系统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系统配置图。图中标记为余热锅炉系统18、环集排烟系统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。五具体实施例方式
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I
如图I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、 透气砖系统和烟气处理系统组成，所述炉体为一置于炉体支撑部件12上的异形水平筒体 I，驱动装置由含液压油缸9，液压站10及其控制系统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插入精炼摇炉，透气砖系统由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体5及控制系统20组成；烟气处理系统由余热锅炉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 及环集排烟系统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I. 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I的右侧墙插入炉内，通过天然气富氧燃烧为摇炉精炼提供热源。透气砖系统21的八个透气砖本体5分布于精炼摇炉底部，通过控制系统20根据不同的作业状态，分别控制透气砖系统的氮气流量在 30 120升/分钟变化。以上精炼摇炉炉体I、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及其控制系统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I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°C，最大含尘量50g/Nm3，烟气通过炉体I的出烟口 6首先进入烟气处理系统的余热锅炉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O. 05g/Nm3，经过排烟风机16后在通过烟囱17外排。环集排烟系统19所捕集的烟气是从精炼摇炉I的加料门8、 出渣门7和出铜口 3外冒的烟气，温度约在80°C，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 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I. I吨，生铁4. I
吨；
加入杂铜平均成份见下表三
表二
权利要求
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、 透气砖系统和烟气处理系统组成，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，液压站及其控制系统组成的液压驱动部件组成；富氧烧嘴从精炼摇炉端墙插入精炼摇炉内；透气砖系统由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制系统组成；烟气处理系统由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟系统组成。
2.根据权利要求I所述的冶炼杂铜的精炼摇炉，其特征在于，所述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。
3.根据权利要求I所述的冶炼杂铜的精炼摇炉，其特征在于，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。
4.一种适合于权利要求I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 O. 6% Sn O. l%、PbO. 64%, Zn I. 3%、NiO. 5%、AsO. 05%、 SbO. 055%、BiO. 017%、AuO. 00027%、AgO. 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.O、粒度 <20mm ;石灰石含 SiO2L 3、Ca054. O、其它 44. 5、Fe < 2. O、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22_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°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22_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。
全文摘要
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、透气砖系统和烟气处理系统组成，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，液压站及其控制系统的支撑部分,液压驱动部分组成；富氧烧嘴从精炼摇炉端墙插入精炼摇炉，透气砖系统由安装在精炼摇炉底板的透气砖本体及控制系统组成；烟气处理系统由余热锅炉、板式烟气冷却器、布袋收尘器、排烟风机、烟囱及环集排烟系统组成。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。
文档编号C22B15/00GK102586620SQ20121006043
公开日2012年7月18日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者周瑞生, 张兴勇, 李赋屏, 范翔, 邓敏隶, 陈波, 黄雁 申请人:广西有色再生金属有限公司