吹炼设备和连续炼铜设备的制作方法

1.本技术涉及金属冶炼技术领域，特别地涉及一种吹炼设备和连续炼铜设备。


背景技术：

2.目前世界铜冶炼技术正朝着短流程、连续化的方向发展，而现有吹炼炉在顶部设喷枪，提供空气或富氧空气来吹炼冰铜。现有吹炼顶部喷枪从炉体顶部伸入炉膛，距离液面近，射流速度低，不可避免和熔池接触，产生喷溅，喷枪易产生损耗和堵塞。射流枪材质一般为普通不锈钢无缝钢管，由于射流枪长期处在工作温度1300℃左右，而不锈钢在800℃以上的温度会发生蠕变现象，最终可能导致射流枪在此温度下熔融和断裂，所以射流枪在此工况下极易产生损耗，使用寿命低。
3.同时为减少喷枪更换频率，往往喷枪都很长，并附带升降装置，结构复杂，并导致厂房高度增高，增加工程投资。同时由于喷枪损耗更换频繁，不仅提高生产成本，而且影响作业率。有鉴于此，本技术提出了一种吹炼设备，以能够提高射流枪的使用寿命。


技术实现要素：

4.为了解决或至少部分地解决上述技术问题，本技术提供了一种吹炼设备，包括：
5.吹炼炉，所述吹炼炉的内部具有从下至上设置的粗铜层区和吹炼渣层区，所述粗铜层区位于所述吹炼炉的底部；以及，
6.射流枪，安装于所述吹炼炉，并且，所述射流枪位于所述吹炼渣层区的上方。
7.可选地，所述射流枪设置在所述吹炼炉的侧壁，并且，所述射流枪的喷射口与所述吹炼渣层区的最高位置之间的距离在500mm至2000mm之间。
8.可选地，所述射流枪的喷射口朝下设置，并且，所述射流枪与所述吹炼炉的侧壁之间的夹角为30
°
至55
°
。
9.可选地，所述射流枪设置在所述吹炼炉的顶壁，并且，所述射流枪的喷射口与所述吹炼渣层区的最高位置之间的距离在1500mm至3000mm之间。
10.可选地，所述吹炼炉的侧壁或者顶壁布置有铜水套，所述铜水套与所述吹炼炉可拆卸连接，所述射流枪位于所述铜水套内。
11.可选地，所述吹炼炉布置有多个所述铜水套，每一个所述铜水套均对应设置有一只所述射流枪。
12.可选地，所述射流枪具有主流通道和环氧通道，所述主流通道为拉瓦尔结构。
13.可选地，所述环氧通道环绕在所述主流通道的外围，所述射流枪还具有燃气通道，所述燃气通道位于所述主流通道和所述环氧通道之间。
14.可选地，所述射流枪还具有水冷通道，所述水冷通道以所述主流通道为中心，并环绕在所述环氧通道的外围。
15.本技术还提出一种连续炼铜设备，包括：
16.熔炼炉，所述熔炼炉的内部具有从下至上设置的冰铜层区和熔炼渣层区，所述熔
炼炉还开设有冰铜排放口，所述冰铜排放口与所述冰铜层区连通；
17.吹炼设备，所述吹炼设备的吹炼炉开设有冰铜加入口；以及，
18.连接件，所述连接件具有连接通道，所述连接通道将所述冰铜排放口与所述冰铜加入口连通。
19.本技术中，通过将射流枪设置在吹炼渣层区的上方，由于射流枪远离熔液，避免了与熔液接触，因此射流枪所在位置的温度较低，从而可以提高射流枪的使用寿命，达到节约成本的目的。
附图说明
20.为了更清楚地说明本技术的实施方式，下面将对相关的附图做出简单介绍。可以理解，下面描述中的附图仅用于示意本技术的一些实施方式，本领域普通技术人员还可以根据这些附图获得本文中未提及的许多其他的技术特征和连接关系等。
21.图1是本技术连续炼铜设备的结构示意图；
22.图2是本技术实施方式所提供的一种吹炼设备的结构示意图；
23.图3是本技术实施方式所提供的另一种吹炼设备的结构示意图；
24.图4是图3中吹炼设备另一视角的侧视图；
25.图5是图3中吹炼设备的俯视图；
26.图6是图1中吹炼设备的射流枪的剖切示意图；
27.图7是高能射流和普通超音速射流的衰减示意图。
28.附图标记说明：
29.1、吹炼炉；11、粗铜层区；12、吹炼渣层区；13、冰铜加入口；14、熔剂加入口；15、残极加料口；16、粗铜排放口；17、吹炼渣排放口；18、烟气出口； 19、铜水套；2、射流枪；21、主流通道；22、燃气通道；23、环氧通道；24、水冷通道；3、连接件；4、熔炼炉；41、冰铜层区；42、熔炼渣层区；43、冰铜排放口。
具体实施方式
30.下面结合附图，对本技术进行详细说明。
31.请参考图1，本技术提出一种吹炼设备和具有该吹炼设备的连续炼铜设备。其中，该连续炼铜设备包括熔炼炉4，熔炼炉4用于对投放的原材料，如铜精矿、石英熔剂、块煤和其他返料等在熔炼条件下进行熔炼以生成冰铜，原材料反应后形成的冰铜排出至吹炼设备的吹炼炉1中，该吹炼炉1用于将冰铜进行吹炼以产出粗铜。
32.请结合参考图2和图3，本技术实施例中，吹炼设备包括吹炼炉1和射流枪 2，吹炼炉1的内部具有从下至上设置的粗铜层区11和吹炼渣层区12，粗铜层区 11位于吹炼炉1的底部。射流枪2安装于吹炼炉1，并且，射流枪2位于吹炼渣层区12的上方。
33.该吹炼炉1用于对投放的原材料，如冰铜、石灰熔剂和其他返料等在吹炼条件下进行吹炼以生成粗铜，生成的粗铜排出至下一工序。原料反应后形成的粗铜的密度最大，因此会沉在吹炼炉1的底部，即位于粗铜层区11。反应过程中产生的吹炼渣密度较小，会位于粗铜的上方，即位于吹炼渣层区12。因此将该吹炼炉1根据吹炼反应生成物的生成位置，划分为从下至上设置的粗铜层区11和吹炼渣层区12。
34.该吹炼炉1设置有冰铜加入口13、熔剂加入口14、残极加料口15、粗铜排放口16、吹炼渣排放口17和烟气出口18。熔炼炉4产生的冰铜通过冰铜加入口 13进入到吹炼炉1内，该熔剂加入口14用于向吹炼炉1中添加石灰熔剂，残极加料口15用于投放残阳极料。生成的粗铜比重大，沉在炉体底部，可通过虹吸的方式经粗铜排放口16定期排出进入阳极炉精炼。此外，通过吹炼渣排放口17 定期溢流排出吹炼过程中的吹炼渣。吹炼反应产生的含so2高温烟气从烟气出口 18排出送后续工序处理。
35.熔炼炉4的内部具有从下至上设置的冰铜层区41和熔炼渣层区42，熔炼炉 4还开设有冰铜排放口43，冰铜排放口43与冰铜层区41连通。冰铜排放口43 可以采用虹吸的方式将冰铜层区41的冰铜排出到吹炼炉1内。
36.连续炼铜设备还包括连接件3，连接件3具有连接通道，连接通道将冰铜排放口43连通口与冰铜加入口13连通。具体地，连接件3可以呈长条状，并开设有连接溜槽而构成连接通道。此外，连接件3也可以呈管状，其内孔构成连接通道。
37.射流枪2采用侧吹或者是顶吹的方式向吹炼炉1中添加富氧空气，该富氧空气含氧量例如为含氧21～35％。
38.本技术实施例中，可以在吹炼炉1设置多只射流枪2，设置合适数量的射流枪2可使物料和氧气充分反应，生成高质量粗铜。该射流枪2的数量n根据反应所需的氧气用量进行确定，其具体的计算公式为：
39.n＝k
×
(qcu+qfe+qs+qf)/(q
×
η)，其中，k为修正系数，修正系数k取值为0.9～1.1范围内，qcu为进入炉渣中铜元素氧化反应所需理论用氧量，qfe为冰铜中铁元素造渣反应所需理论用氧量，qs为进入烟气中硫元素反应所需理论用氧量，qf为燃料燃烧反应所需理论用氧量，q为单根射流枪2送风量，η为富氧浓度，且在21至35％。
40.本技术实施例中，通过将射流枪2设置在吹炼渣层区12的上方，由于射流枪2远离熔液，避免了与熔液接触，因此射流枪2所在位置的温度较低，从而可以提高射流枪2的使用寿命，达到节约成本的目的。
41.值得一提的是，尽管本技术的实施例中以含铜物料为例进行了说明。本领域普通技术人员可以理解，本技术的技术方案同样适用于含其他金属物料的加工和生产。
42.请结合参考图6，一实施例中，射流枪2采用高能射流枪2。具体地，射流枪2具有主流通道21和位于主流通道21外围的环氧通道23，主流通道21为拉瓦尔结构。本实施例中，主流通道21和环氧通道23均是供富氧空气进入到吹炼炉1内的，主流通道21采用拉瓦尔结构，即其至少部分位置先采用渐缩设置，然后直径不变，再接着采用渐扩设置。此外，环氧通道23也可以采用拉瓦尔结构。
43.拉瓦尔结构可使气流的速度因喷截面积的变化而变化，使气流从亚音速到音速，直至加速至超音速。具体地，当气体在射流枪2中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小，因此气流经过渐缩的位置时不断加速，当到达窄喉即直径不变的位置时，流速已经超过了音速。而超音速的流体在运动时却不再遵循"截面小处流速大，截面大处流速小"的原理，而是恰恰相反，截面越大，流速越快。因此在渐扩的位置，气体的速度被进一步加速，这样就产生了巨大的推力。即使射流枪 2不贴近铜水液面也可以使喷出的富氧空气穿过吹炼渣层区12，直达粗铜层参与氧化反应。这样使得射流枪2远离高温铜水温度的影响，也能减少铜水喷溅至枪身，缩短使用寿命。
44.一实施例中，环氧通道23环绕在主流通道21的外围。本实施例中，环氧通道23位于主流通道21的外围，指的是，环氧通道23的横截面可以呈环状，或者，设置多个环氧通道23，多个环氧通道23环绕主流通道21间隔分布。此处的横截面指的是垂直于气体流动方向的表面。
45.氧气在进入射流枪2后直接被分流为外层环氧通道23内的集束射流和中间主流通道21内的中心主氧射流，中心主氧射流为超音速射流，外层集束射流速度最高可达音速。外层集束射流包裹中心主氧射流，减缓主氧射流发散及衰减速度，提高主氧射流喷吹距离以及对熔体液面冲击强度，从而提高冶炼生产中射流枪2枪位，延长射流枪2喷头寿命，降低生产成本。
46.一实施例中，射流枪2还具有燃气通道22，燃气通道22位于主流通道21和环氧通道23之间。本实施例中，通过在超音速主氧射流外环绕超音速燃气伴随流和氧气流，形成超燃火焰，进而形成温度和速度可调的高温高速稀薄气体封套超音速主氧射流，起到延迟超音速主氧射流速度衰减，提高熔池搅拌效率，提高生产作业率，降低生产成本；同时可以提高吹炼枪位，而不影响射流对熔池的冲击能力，降低了冷却水消耗，延长射流枪2使用寿命。
47.一实施例中，射流枪2还具有水冷通道24，水冷通道24以主流通道21为中心，并环绕在环氧通道23的外围。本实施例中，水冷通道24的横截面同样可以呈环状，或者，设置多个水冷通道24，多个水冷通道24环绕主流通道21设置，相邻水冷通道24之间间隔设置。本实施例中，水冷通道24的设置，可以通入循环水，为射流枪2本身进行降温，提高射流枪2的使用寿命。
48.可选地，射流枪2包括喷管和套设在喷管外的铜水套，喷管上形成有主流通道21、燃气通道22和环氧通道23，铜水套内形成有水冷通道24，铜水套与喷管可拆卸连接。
49.另外，燃气通道22和环氧通道23均可以设置为拉瓦尔结构。
50.具体的，该高能射流枪2可使富氧空气在离开喷射口后都达到超音速，而喷入吹炼炉1体内，富氧空气在离开每根喷枪后风速可超过500m/s。富氧空气对熔体形成剧烈搅拌作用，并发生化学反应，最终生成含铜量98～99.5％的粗铜。
51.高能射流枪2能量更为集中，可射入熔体中，提高氧利用率，同时减少喷溅。在此基础上可使射流枪2远离熔池液面，有效减少射流枪2上的粘结，从而避免射流枪2的消耗，节省生产成本，提高作业率，并产出高品位的优质粗铜。
52.高能射流和普通超音速射流的衰减见图7，通过实验可知，相对于常规的超音速射流，高能射流枪2的射流长度更长，射流更集中，动量衰减远低于传统超音速射流。高能射流枪2的射流以类似激光束的形式射入熔体中，喷溅小，穿透能力强，同时使得氧利用率更高。
53.以下通过一些实施例介绍射流枪2的具体结构：
54.第一实施例中，环氧通道23和燃气通道22均呈环形，环氧通道23和燃气通道22可分别具有一环形缝隙段，环形缝隙段靠近喷射口的一端设置，该环形缝隙段的宽度整体较窄，并且在气体的流通方向上，环形缝隙段先渐缩设置再渐扩设置，形成拉瓦尔结构。
55.第二实施例中，环氧通道23和燃气通道22均为圆孔，主流通道21的外围设置多个燃气通道22和多个环氧通道23，多个燃气通道22沿主流通道21的周向间隔分布，多个环氧通道23设置在燃气通道22的外围，并且，多个环氧通道 23以主流通道21为中心呈环形分布。
56.本实施例中，环绕通道和燃气通道22同样可以设置一拉瓦尔结构。
57.第三实施例中，该实施例与第二实施例的不同在于，相邻的两个燃气通道22 中，其中一个燃气通道22设置有拉瓦尔结构，另一个燃气通道22则未设置拉瓦尔结构，并且该另一个燃气通道22具有沿射流方向分布的第一气体段和第二气体段，第一气体段各处的直径不变，第二气体段各处的直径也不变，第一气体段的直径大于第二气体段的直径。
58.第四实施例中，射流枪2包括喷头本体和多个内套管，喷头本体开设有供氧槽和多个安装孔，多个安装孔贯穿供氧槽的槽底。内套管安装在安装孔内，并且每一个安装孔内对应安装一个内套管。其中，内套管的内孔为拉瓦尔管孔，沿射流方向即气体流通方向，拉瓦尔管孔的孔径先逐渐变小，再逐渐变大。该拉瓦尔管孔可以使得富氧空气的速度大大提升。
59.此外，内套管的外壁还开设有多个通槽，通槽沿射流方向贯穿内套管，即通槽的贯穿方向与内套管的内孔方向大体一致，通槽同样与供氧槽连通，该通槽构成环氧通道23。
60.通过装配的方式将内套管安装在安装孔内，降低了制造难度及维修成本，且便于内套管的更换。
61.本技术实施例中，射流枪2可以设置在吹炼炉1上的任意位置，满足射流枪 2位于吹炼渣层的上方即可，以下分别介绍射流枪2设置在吹炼炉1的侧壁或者顶壁上的情况。
62.请结合参考图2和图6，第五实施例中，射流枪2设置在吹炼炉1的侧壁，并且，射流枪2的喷射口与吹炼渣层区12的最高位置之间的距离在500mm至 2000mm之间。具体地，射流枪2的喷射口与吹炼渣层区12的最高位置之间的距离可以是500mm、1000mm、2000mm等等，该距离可以避免射流枪2接触喷溅的熔液。
63.可选地，射流枪2的喷射口朝下设置，并且，射流枪2与吹炼炉1的侧壁之间的夹角为30
°
至55
°
。本实施例中，喷射口朝下，喷射方向与侧壁之间的夹角在30
°
至55
°
之间，可以使得射流枪2倾斜朝下喷射富氧空气，穿透上方的吹炼渣。具体地，射流枪2与吹炼炉1的侧壁之间的夹角为30
°
、36
°
、50
°
或者55
°
等等。
64.可选地，吹炼炉1的侧壁布置有铜水套19，铜水套19与吹炼炉的侧壁可拆卸连接，铜水套19位于吹炼渣层区12的上方，射流枪2位于铜水套19内。本实施例中，射流枪2位于铜水套19内指的是射流枪2的喷头缩进铜水套19内，并不伸入吹炼炉1内。本实施例中，喷枪远离熔液面，因而可以更好避免喷枪与吹炼炉1内的熔液接触。
65.请结合参考图3至图5，第六实施例中，射流枪2设置在吹炼炉1的顶壁，并且，射流枪2的喷射口与吹炼渣层区12的最高位置之间的距离在1500mm至 3000mm之间，例如可以是1500mm、1800mm、2000mm或3000mm等。本实施例中，同样可以在顶壁布置铜水套19，铜水套19与该顶壁可拆卸连接，射流枪 2位于铜水套19内，射流枪2的喷头缩进铜水套19内，不伸入吹炼炉1内。
66.一实施例中，吹炼炉1布置有多个铜水套19，每一个铜水套19均对应设置有一只射流枪2。多个射流枪2的设置，可以同时提供更多的富氧空气，有利于吹炼炉1进行吹炼。
67.本技术实施例中，铜水套19的设置，可以对射流枪2起到冷却效果，从而进一步提高射流枪2的使用寿命。在射流枪2本身具有水冷通道24的实施例中，铜水套19和水冷通道24同时对射流枪2进行双重冷却，经过铜水套19冷却后，到达水冷通道24的热量明显降低，而水冷通道24自身再进行冷却，极大的减少了热量传递到射流枪2内部，大大提高了射流枪2的使用寿命。
68.需要说明的是，本技术实施例中，吹炼炉1的内部划分为上下设置的粗铜层区11和吹炼渣层区12，指的是在加入设备所允许的最大量的冰铜的情况下，所生成的粗铜层和吹炼渣层的最大厚度，以该情况下生成的粗铜层的厚度来划分粗铜层区11，生成的吹炼渣层的厚度来划分吹炼渣层区12的厚度。
69.同理，熔炼炉4的内部划分为上下设置的冰铜层区41和熔炼渣层区42，指的是在加入设备所允许的最大量的原材料的情况下，所生成的冰铜层和熔炼渣层的最大厚度，以该情况下生成的冰铜层的厚度来划分冰铜层区41，生成的熔炼渣层的厚度来划分熔炼渣层区42的厚度。
70.以下通过一些实施例具体介绍吹炼炉1的吹炼过程。
71.第七实施例中，本技术中的铜连续吹炼方法包括以下步骤：
72.步骤s1，熔炼产出的冰铜从冰铜加入口13加入，冰铜品位75％，加入量45t/h，从吹炼炉1炉顶的熔剂加入口14持续加入石灰熔剂，其中，石灰熔剂的用量按照吹炼渣钙铁比0.4：1控制加入，以满足原料反应条件。
73.步骤s2，根据产能计算出粗铜和吹炼渣所需的厚度，从而确定熔体区的高度。
74.步骤s3，将高能射流枪2设置在吹炼炉1侧壁上，射流枪2和侧壁成30
°
～55
°
角度且距离吹炼渣层区12顶部800至1500mm的高度上。
75.步骤s4，通过高能射流枪2喷入含氧21～30％的富氧空气，富氧空气射入熔体中，炉料与氧气进行连续吹炼反应生成含铜不小于99％的高品位粗铜和吹炼渣。
76.步骤s5，粗铜比重大，沉在吹炼炉1底部，通过虹吸的方式连续排出，进入阳极炉精炼。
77.步骤s6，每隔3～5小时打开吹炼炉1侧壁上的吹炼渣排放口17，吹炼渣通过溢流方式排出，经风淬冷却后返回熔炼炉4进行二次熔炼。
78.本实施例中，吹炼反应后生成的粗铜和吹炼渣由于比重不同会自然分层，吹炼渣比重小浮在熔体上方，通过吹炼渣排放口17定期溢流排出，经风淬后并可投放至熔炼炉4进行二次熔炼。
79.第八实施例中，熔炼炉4产出的冰铜通过连接溜槽加入吹炼炉1，冰铜品位 75％，加入量为45t/h，并从吹炼炉1炉顶的熔剂加入口14连续加入cao含量为 40％的石灰熔剂。
80.粗铜层和吹炼渣层总厚度为1000mm，将高能射流枪2设置在距离吹炼渣层上部1500mm的高度上，射流枪2和吹炼炉1侧壁成45度角度，高能射流枪2 鼓入含氧25％的富氧空气，吹炼温度为1200℃。富氧空气在离开每根射流枪2后风速都达到550m/s，富氧空气对熔体形成剧烈搅拌作用，并与冰铜中的铁和硫反应，生成含铜99％的高品位粗铜；铁和氧反应的产物氧化铁与石灰熔剂反应生成吹炼渣，吹炼渣含铜40％。
81.粗铜通过虹吸的方式连续排出，进入阳极炉精炼。每隔3小时打开吹炼炉1 的吹炼渣排放口17，吹炼渣通过溢流方式排出，经风淬冷却后作为返料返回熔炼炉4进行二次熔炼。
82.第九实施例中，熔炼炉4产出的冰铜通过连接溜槽加入吹炼炉1，冰铜品位 75％，加入量为36t/h，并从吹炼炉1炉顶的熔剂加入口14加入cao含量为54％的石灰熔剂。
83.粗铜层和吹炼渣层总厚度为800mm，将高能射流枪2设置在距离吹炼渣层上部1800mm的高度上，射流枪2和吹炼炉1侧壁成35度角度，通过高能射流枪2 鼓入含氧27％的
富氧空气，吹炼温度为1200℃。富氧空气对熔体形成剧烈搅拌作用，并与冰铜中的铁和硫反应，生成含铜98.8％的高品位粗铜，以及含铜36％的吹炼渣。
84.每隔5小时用氧管烧开粗铜排放口16，粗铜通过虹吸的方式排出，进入阳极炉精炼。每隔4小时打开吹炼炉1的吹炼渣排放口17，吹炼渣通过溢流方式排出，经风淬冷却后作为返料返回熔炼炉4进行二次熔炼。
85.第十实施例中，熔炼炉4产出的冰铜通过连接溜槽加入吹炼炉1，冰铜品位 75％，加入量为40/h，并从吹炼炉1炉顶的熔剂加入口14连续加入cao含量为 90％的石灰熔剂。
86.粗铜层和吹炼渣层总厚度为1000mm，将高能射流枪2设置在吹炼炉1的顶壁，射流枪2底部即喷射口距离吹炼渣层上部2000mm，高能射流枪2鼓入含氧 25％的富氧空气，吹炼温度为1200℃。富氧空气在离开每根射流枪2后风速都达到550m/s，富氧空气对熔体形成剧烈搅拌作用，并与冰铜中的铁和硫反应，生成含铜99％的高品位粗铜；铁和氧反应的产物氧化铁与石灰熔剂反应生成吹炼渣，吹炼渣含铜40％。
87.粗铜通过虹吸的方式连续排出，进入阳极炉精炼。每隔3小时打开吹炼炉1 的吹炼渣排放口17，吹炼渣通过溢流方式排出，经风淬冷却后作为返料返回熔炼炉4进行二次熔炼。
88.最后应说明的是，本领域的普通技术人员可以理解，为了使读者更好地理解本技术，本技术的实施方式提出了许多技术细节。但是，即使没有这些技术细节和基于上述各实施方式的种种变化和修改，也可以基本实现本技术各权利要求所要求保护的技术方案。因此，在实际应用中，可以在形式上和细节上对上述实施方式作各种改变，而不偏离本技术的精神和范围。