一种粗铜的联合冶炼方法与流程

本发明涉及冶金工业技术，尤其是一种粗铜的联合冶炼方法。

背景技术：
在铜冶炼工业生产中，粗铜的传统冶炼工艺是用加料车将冷态粗铜加入固定式阳极炉，即“加料作业”；然后用阳极炉的燃烧器燃烧燃料，对粗铜进行加热，直到粗铜全部熔化成铜液，该过程为“熔化作业”。燃烧器使用天然气燃料。由于固定式阳极炉的热效率低，一般为15%，导致熔化作业的天然气消耗高，一般为80~90Nm3天然气/吨铜，日产量低，一般为120吨，一炉生产周期长，24-36小时/炉。另一方面，传统工艺的加料作业为半机械化作业，需要人工与机械配合，效率低，机械伤害的安全风险较大。原料中夹杂水分时，加料后水分接触高温的铜液，会发生“放炮”事故，导致阳极炉垮塌和作业人员的人身伤害。

技术实现要素：
本发明的目的是要解决传统粗铜冶炼工艺热效率低，能耗高，产量低，生产周期长等问题，提供一种粗铜的联合冶炼方法。本发明的具体方案是：一种粗铜的联合冶炼方法，其特征是：将粗铜首先送入特制的火焰炉进行熔化，再流入固定式阳极炉进行降氧精炼，两炉结合冶炼实现连续浇铸阳极板；所述特制的火焰炉具有垂直炉体，炉体的顶部设有加料段，开有加料口，外配有机械提升加料装置，在加料段上方设有烟囱，在炉体的下部设有多个烧嘴，所述炉体中的炉衬是由两段组成，上段为碳化硅炉衬，下段为镁铬质炉衬；并且在炉体的旁边加有一个密封的铜液澄清池，在炉体的底部侧壁上设有出料口，通过出料道与铜液澄清池的尾端连通，在出料道上安装有高能烧嘴，在铜液澄清池的前端设有出铜口外接溜槽，并在铜液澄清池侧壁上设有扒渣口，顶面安装有若干个升温烧嘴；具体冶炼工艺方法是：首先启动机械提升加料装置向火焰炉体内加满铜料，启动炉体下部的所有烧嘴，对铜料进行加温熔化，熔化后的铜料通过出料道流入铜液澄清池，启动高能烧嘴对出料口附近区域进行加热，避免温度较低的铜水和炉渣堵塞出料口，同时启动所有升温烧嘴使铜液澄清池温度达1200℃以上，增加铜液的流动，使炉渣与铜液充分分离，并使炉渣集中在铜液上层；采用渣耙伸入扒渣口，将炉渣扒出，经脱渣处理后的洁净铜液流入溜槽再进入固定式精炼阳极炉完成精炼；随后进入连续加料生产。本发明中所述的火焰炉中炉体下部的烧嘴为6-9个，距离底面100-200mm处，环绕炉体均布。本发明中所述的火焰炉中出料道位于铜液澄清池顶部设置。本发明中所述的火焰炉中铜液澄清池前端的出铜口位于距离澄清池底面120mm以上位置布置，并在出铜口处安装有挡渣砖。本发明中所述的火焰炉中铜液澄清池上的扒渣口是位于铜液澄清池前端侧壁布置。本发明中所述的铜液澄清池中顶面沿中线一排均布有3-6个烧嘴，间距为400mm～600mm。本发明中所述的火焰炉中铜液澄清槽体积为长×宽×高=1.5米×0.6米×0.3米。本发明中所述机械提升加料装置向火焰炉体内每次加料体积大于100×150×600mm而小于500×350×800mm，以保证料柱合适的透气性和料气热交换效果。本发明中所述高能烧嘴供气系统中的天然气燃料压力为0.18MPa，助燃空气为压缩空气，压力为0.3MPa。本发明采用热传导传热方式，传热效率高；燃烧烟气进入烟道之前能与粗铜进行充分的热交换，热效率高达65~70%。熔化粗铜的能源消耗为38Nm3天然气/吨铜，较传统工艺减少52.5%~57.8%。连续式生产，日产量高达480吨。加料作业采用卷扬加料机组，为全机械化加料，较传统的半机械化加料方式效率更高，基本消除了加料作业安全风险。本发明工艺相对于传统粗铜精炼炉的主要特点与进步：1.传热方式改进目前的粗铜处理工艺固定式阳极炉，在熔化冷态粗铜时，通过烧嘴向炉膛内喷入燃料并燃烧，提供热量。但粗铜的加热熔化所需的热量，只有一部分来自烧嘴火焰与粗铜的直接接触——即热传导，而更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体将烧嘴火焰反射到粗铜上——即辐射传热。因此，传热方式存在效率较低的问题。本发明火焰炉为竖立的圆筒形炉体，炉膛空间紧凑，熔化粗铜时的传热方式则以热传导为主，辐射传热所占比例很少。传热方式的效率大幅提高。2.烟气热量的利用的改进现有的粗铜处理工艺，熔化粗铜时，燃烧时产生的热量，在热传导、热辐射后剩余部分（85%~90%）进入烟气，但烟气在炉膛内停留时间不到3秒就被排入烟道，烟气（温度1200℃）中蕴含的大量热量白白地浪费。因此，固定式阳极炉的热效率很低，只有15%。本发明中火焰炉烧嘴安装在炉体侧下部，燃料燃烧产生的热量除一部分热传导给粗铜，剩余大部分也进入烟气。由于炉膛内充满粗铜块（称为“料柱”），高温烟气排入炉顶烟道前，先需要流经整个炉膛，从而与粗铜块料柱全面进行热交换：粗铜原料因而被充分预热，在接触到烧嘴火焰前，温度可达1000℃；而排入烟道的烟气温度则降低到150℃。因此，本发明熔化粗铜的热效率高达65~70%。3.烟气余热利用现有的粗铜处理工艺，若要回收烟气热量，最可行的方式是安装余热锅炉。余热锅炉的建设成本、运行成本高，而且运行最理想的情况也仅能将热效率提高到25~30%（一次热效率+二次热效率）。本发明熔化粗铜时烟气温度只有150℃，余热已经被上层原料完全吸热利用，因而不存在相应的余热回收设备投资、运行维护等问题。还节省了土地占用的问题。4.连续加料方式原有的粗铜处理工艺，为间断加料方式。由于只能从安装于一侧炉墙的工作门（1~2个）处将粗铜加入炉膛，受工作门大小、数量、位置等限制，一次加料量最多达单炉产量的30%。每一炉次的生产，需加料2~4次。加料过程中，需开启工作门，1200℃的高温烟气从工作门处逸出，造成热量的损失。本发明火焰炉从顶部加料口加料，加料口处烟气温度150℃，因而热损失少；加料口无需设工作门，为连续加料方式。5.全机械化加料作业现有的粗铜处理工艺，加料作业采用加料车需人工配合行车将粗铜锭吊放到加料车料盘上，加料车再将料盘伸入高温炉膛后完成布料。人员、加料车、行车交叉作业，为半机械化加料，效率低，机械伤害风险高。另一方面，加料时工作门开启，高温烟气外逸；但为了缩短作业时间，还继续开启烧嘴（避免铜水降温过度），加料作业现场环境较为恶劣。本发明生产时，采用卷扬机组加料，为全机械化作业，且连续加料，效率更高，加料速度20吨/小时。基本消除了作业人员的机械伤害风险。6.消除加料“放炮事故”风险现有的粗铜处理工艺，如果加入炉膛的原料没有彻底干燥（或转运中遭遇暴雨），水分接触到炉膛内铜水时，有可能发生放炮（水分迅速汽化，体积急剧膨胀，然后夹杂着高温铜水向炉膛外喷射），人员安全风险也很高，放炮严重时摧毁炉体。放炮事故是粗铜生产中屡见不鲜。本发明火焰炉加入的原料在接触到铜水之前，会被高温烟气充分干燥预热到1000℃，从根本上解决了水分接触铜水而放炮的问题。7.本发明中加设铜液澄清池传统竖炉的出料口直接与溜槽连接，将铜液输送到下一工序。本发明中在火焰炉出料口外侧设铜液澄清池（用镁铬砖砌筑），澄清池再与溜槽连接，铜液从出料口流出后，先进入澄清池，再流入溜槽，经溜槽输送到下一工序。由于火焰炉的原料是粗铜，含有杂质成分。粗铜在火焰炉内熔化后，其所含的杂质成分形成炉渣，如果将夹杂有炉渣的铜液直接通入溜槽，炉渣与铜液分离后，逐步在溜槽中沉积，最终堵塞溜槽；未沉积在溜槽的炉渣进入下一工序，也会增加处理成本。火焰炉在出料口外侧设铜液澄清池（用镁铬砖砌筑），澄清池与溜槽连接。澄清池设天然气加热烧嘴，池温控制在1200℃以上，并且在火焰炉在出料口增加一个高能烧嘴，避免温度低的铜水及渣堵塞出铜口。澄清池还设一扒渣口，火焰炉放出的铜液首先进入澄清池并蓄积，由于澄清池内铜液高度达150mm，炉渣与铜液充分分离，并集中在铜液上层；且由于澄清池温度高，炉渣流动性好。用渣耙伸入扒渣口，可容易地将炉渣扒出，避免进入溜槽。经澄清池脱渣处理后的洁净铜液进入溜槽，送入固定式精炼阳极炉，完成下一工序。8.本发明中采用了复合炉衬设计传统竖炉的炉体内衬全部为碳化硅材质，该材质强度大，但不抗氧化，抗铜液中杂质的侵蚀能力很差。本发明火焰炉的上段炉体炉衬采用碳化硅材质，下段的炉体内衬采用镁铬质耐火材料，炉底采用刚玉质耐火材料，抗氧化能力、抗杂质侵蚀能力强，从而适应粗铜的原料。同时，在耐火材料上部对防撞块进行了改进，采用金属焊接的防撞块，每层19块，延内圆周拼接成筒形结构。上下两层筒形结构，使进炉的粗铜原料先撞击到金属防撞块，保护耐火材料。9.本发明工艺比原冶炼工艺方法更先进原有的粗铜处理工艺，为间断加料方式。由于只能从安装于一侧炉墙的工作门（1~2个）处将粗铜加入炉膛，受工作门大小、数量、位置等限制，一次加料量最多达单炉产量的30%。每一炉次的生产，需加料2~4次。加料过程中，需开启工作门，1200℃的高温烟气从工作门处逸出，造成热量的损失。原有的粗铜处理工艺固定式阳极炉，在熔化冷态粗铜时，通过烧嘴向炉膛内喷入燃料并燃烧，提供热量。但粗铜的加热熔化所需的热量，只有一部分来自烧嘴火焰与粗铜的直接接触——即热传导，而更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体将烧嘴火焰反射到粗铜上——即辐射传热。因此，传热方式存在效率较低的问题。原有的粗铜处理工艺固定式阳极炉，铜水加满后才能扒渣，在除杂操作时，采用人工从扒渣炉门扒渣，停火操作，时间长效率低。并且出铜作业是间断进行，扒渣后进行还原降氧含量操作，达标后出铜浇铸阳极板。出完这炉铜水后，再进行加料转入下一炉次的生产。其炉产量就是炉容量（大约120吨）。本发明工艺把熔化和降氧精炼工艺分成两个部分进行，分别由火焰炉承担粗铜熔化功能，高效节能。由固定式阳极炉承担储存、降氧、精炼功能。两者组合在一起实现连续浇铸阳极板，其产量可达20吨/小时。10.本发明中为提高热交换效果，降低耗气量，特别提出了每次加料的体积要求，体积过小(小于100*150*600毫米)，布料后可能形成覆盖层，阻碍烟气流动，影响正常的化料作业；体积过大(大于500*350*800毫米)，料柱透气性过大，热损失大，铜料与烟气的热交换效果下降。11.本发明中新增高能熔化烧嘴，安装在火焰炉出料口的对侧。高能烧嘴使用天然气燃料，但压力为0.18MPa；其助燃空气为压缩空气，压力0.3MPa。高能烧嘴的火焰刚度大、火焰集中，火焰长度控制在2~4m，其火焰经火焰炉的出料口进入火焰炉，对火焰炉的料柱底部、炉底区域进行加热。熔化烧嘴的热强度大（天然气用为50~150Nm3/h）使火焰炉的炉底温度超过1200℃。高能烧嘴的作用是把粗铜原料熔化后形成的铜液、炉渣温度提高到1200℃，从而具有良好的流动性，从而确保炉渣顺利地随铜液进入澄清池。另外铜液澄清池的结构要求宽度增加为600毫米，每400毫米设置一个烧嘴，长度1.5米，确保燃烧强度，使澄清池的温度达到1250℃以上，铜、渣实现分离。并且新设扒渣口及澄清池出铜口挡渣砖，除渣方便。附图说明图1是本发明中火焰炉加固定式阳极炉的结构示意图；图2是图1的A-A视图。图中：1-烟囱，2-加料口，3-机械提升加料装置，4-加料段，5-炉体，6-上段，7-下段，8-烧嘴，9-高能烧嘴，10-铜液澄清池，11-升温烧嘴，12-扒渣口，13-挡渣砖，14-溜槽，15-出铜口，16-出料道，17-固定式阳极炉，18-保温烧嘴，19-浇铸溜槽。具体实施方式应用本发明进行粗铜的联合冶炼方法是将粗铜首先送入特制的火焰炉进行熔化，再流入固定式阳极炉17进行降氧精炼，两炉结合冶炼实现连续浇铸阳极板；所述特制的火焰炉（参见图1、2）具有垂直炉体5，炉体5的顶部设有加料段4，开有加料口2，外配有机械提升加料装置3（具体选用卷扬提升装置），在加料段4上方设有烟囱1，在炉体的下部设有多个烧嘴8，所述炉体5中的炉衬是由两段组成，上段6为碳化硅炉衬，下段7为镁铬质炉衬；并且在炉体5的旁边加有一个密封的铜液澄清池10，在炉体5的底部侧壁上设有出料口，通过出料道16与铜液澄清池10的尾端连通，在出料道16上安装有高能烧嘴9，在铜液澄清池10的前端设有出铜口15外接溜槽14，并在铜液澄清池10侧壁上设有扒渣口12，顶面安装有若干个升温烧嘴11，所述的固定式阳极炉17上设有保温烧嘴18，并在尾部加装浇铸溜槽19。具体冶炼工艺方法是：首先启动机械提升加料装置3向火焰炉体内加满铜料，启动炉体下部的所有烧嘴8，对铜料进行加温熔化，熔化后的铜料通过出料道16流入铜液澄清池10，启动高能烧嘴9对出料口附近区域进行加热，避免温度较低的铜水和炉渣堵塞出料口，同时启动所有升温烧嘴11使铜液澄清池10温度达1200℃以上，增加铜液的流动，使炉渣与铜液充分分离，并使炉渣集中在铜液上层；采用渣耙伸入扒渣口，将炉渣扒出，经脱渣处理后的洁净铜液流入溜槽14再进入固定式精炼阳极炉17完成精炼；精炼后的铜液经浇铸溜槽19进入后续浇铸成阳极板；随后进入连续加料生产。本实施例火焰炉中炉体5下部的烧嘴8为6-9个（具体为7个），距离底面100-200mm处（具体为100mm），环绕炉体均布。本实施例火焰炉中出料道16位于铜液澄清池10顶部设置。本实施例火焰炉中铜液澄清池10前端的出铜口15位于距离澄清池底面150mm位置布置，并在出铜口15处安装有挡渣砖13。本实施例火焰炉中铜液澄清池10上的扒渣口12是位于铜液澄清池10前端侧壁布置。本实施例中的铜液澄清池10中顶面沿中线一排均布有3-6个烧嘴8具体为4个烧嘴，，间距为400mm（一般控制在400mm～600mm）。本实施例中火焰炉中铜液澄清池10体积为长×宽×高=1.5米×0.6米×0.3米。本实施例中机械提升加料装置3向火焰炉体内每次加料体积大于100×150×600mm而小于500×350×800mm，以保证料柱合适的透气性和料气热交换效果。本实施例中高能烧嘴9供气系统中的天然气燃料压力为0.18MPa，助燃空气为压缩空气，压力为0.3MPa。