專利名稱：一種冶煉雜銅的精煉搖爐及其冶煉方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及有色冶金設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種冶煉雜銅的精煉搖爐。背景技術(shù)：
采用傾轉(zhuǎn)式冶金爐冶煉雜銅的方式在國內(nèi)外同行業(yè)已經(jīng)很普遍，其技術(shù)裝備水平參差不齊，普遍存在能耗高、尾氣排放超標、水資源單耗大等諸多缺點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種冶煉雜銅的精煉搖爐，采用該精煉搖爐能夠減少能量消耗， 節(jié)約更多的操作費用，有利于降低陽極銅的氧含量、減少爐結(jié)、擴大渣和熔體的交界面、有效去除有害非金屬元素和縮短作業(yè)時間。本發(fā)明采取以下技術(shù)方案達到上述目的一種冶煉雜銅的精煉搖爐，由爐體、驅(qū)動裝置及富氧燒嘴、透氣磚系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成。所述爐體為一異形水平筒體，精煉搖爐本體落置于驅(qū)動裝置上；驅(qū)動裝置由爐體支撐部件和含有液壓油缸，液壓站及其控制系統(tǒng)組成的液壓驅(qū)動部件組成，通過液壓驅(qū)動液壓油缸伸縮，以達到傾轉(zhuǎn)精煉搖爐的目的；富氧燒嘴從精煉搖爐端墻插入精煉搖爐，透氣磚系統(tǒng)由安裝在精煉搖爐底板的透氣磚本體及控制系統(tǒng)組成；煙氣處理系統(tǒng)由余熱鍋爐、板式煙氣冷卻器、布袋收塵器、排煙風機、煙 及環(huán)集排煙系統(tǒng)組成。煙氣從精煉搖爐端墻另一側(cè)排出進入煙氣處理系統(tǒng)。精煉搖爐爐體為一異形水平筒體,底板和上蓋板為弧形，四壁為垂直立墻，內(nèi)襯耐火磚，爐體規(guī)格內(nèi)徑X內(nèi)長=12000X5000mm，產(chǎn)陽極銅公稱能力360t/爐。富氧燒嘴為長I. 3米，外徑130毫米的外套管和外徑98毫米的內(nèi)套管組合成的， 內(nèi)管通氧氣，外管通天然氣。透氣磚系統(tǒng)由8塊安裝于精煉搖爐底板的透氣磚本體及控制系統(tǒng)組成，從每塊透氣磚底部鼓入氮氣，氮氣流量30 120升/分鐘，氮氣鼓入銅熔體用于增加精煉搖爐內(nèi)的傳質(zhì)傳熱，加快銅物料熔化及氧化、還原速度。煙氣處理系統(tǒng)由余熱鍋爐、板式煙氣冷卻器、布袋收塵器、排煙風機、煙 及環(huán)集排煙系統(tǒng)組成，從精煉搖爐排出的煙氣，流量為28500 Nm3/h，溫度1200°C，最大含塵量50g/ Nm3，經(jīng)過煙氣處理系統(tǒng)凈化處理后，煙氣溫度降到130°C，含塵量O. 05g/Nm3，通過煙囪排空。本發(fā)明所述的冶煉雜銅的精煉搖爐工作原理及過程
雜銅冶煉工作過程分為加料熔化、氧化、還原、澆鑄4個作業(yè)階段。雜銅原料及造渣熔劑石英石和石灰石，通過精煉搖爐的兩個加料門一并加入爐體內(nèi)后，在高效富氧燒嘴供熱下，爐內(nèi)物料快速熔化并升溫，精煉搖爐傾轉(zhuǎn)至精煉操作角度后通過位于加料門另一側(cè)6 根直徑為22mm的不銹鋼空心管中吹入壓力6. 5kg/cm2、流量3000 Nm3/h的壓縮空氣作為氧化劑進行氧化作業(yè)，使雜銅內(nèi)的雜質(zhì)形成爐渣，精煉搖爐傾轉(zhuǎn)至排渣角度后從出渣門排出爐渣氧化作業(yè)結(jié)束，開始進入還原期；精煉搖爐再次傾轉(zhuǎn)至精煉角度，同樣是這6根直徑為 22mm的不銹鋼空心管中吹入壓力3. 5kg/cm2、流量1500 Nm3/h的CH4 ^ 92%天然氣作為還原劑進行還原作業(yè)，還原作業(yè)結(jié)束后產(chǎn)生出合格的陽極銅。陽極銅經(jīng)澆鑄成合格的陽極板送電解濕法精煉，爐渣進一步處理回收其中的銅，煙氣進入余熱鍋爐回收余熱，最后經(jīng)過收塵處理排空。在加料、熔化、氧化、還原、澆鑄5個作業(yè)階段狀態(tài)下，透氣磚系統(tǒng)根據(jù)不同的作業(yè)狀態(tài)，分別控制8塊氮氣流量在30 120升/分鐘變化，加快每個作業(yè)階段的速度，節(jié)約作業(yè)時間。氧化階段基本化學反應(yīng)式[Cu2O] +[Me] = 2[Cu] + [ MeO]
還原階段基本化學反應(yīng)式=Cu2O+ CO = 2Cu+ CO2
一種適合于所述的冶煉雜銅的精煉搖爐的冶煉方法，包括如下步驟
加料熔化階段爐料分批加入，加料及熔化時間總共12小時，加料熔化階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至0°狀態(tài)，即水平中間位置。雜銅原料均為外購，精煉搖爐處理平均含銅90%以上的雜銅原料，雜銅物料平均成分見表一；
表一雜銅物料平均成分
Cu (%)Fe (%)Sn (%)Pb (%)Zn (%)Ni (%)90O. 6O. IO. 64I. 3O. 5As (%)Sb (%)Bi (%)Au (%)Ag (%)O. 05O. 055O. 017O. 00027O.0268
原料物理特性全部為固體。其中，線狀直徑從不到Imm到20mm不等；銅件各種形狀，大小不等。加料階段伴隨著物料熔化過程，加入的固態(tài)銅物料在爐內(nèi)不斷的熔化，通過2個加料門，加料機不斷的加入銅物料和造渣劑石英石和石灰石，
采用O2濃度> 90%的富氧天然氣燒嘴燃燒,天然氣從燒嘴中心引入,助燃氧氣與空氣預(yù)先混合后從燒嘴噴口處旋轉(zhuǎn)射出與天然氣高速射流形成強烈的剪切、拉伸、攪拌作用，形成一個穩(wěn)定燃燒回流區(qū)域，，在此區(qū)域內(nèi)，燃料燃燒產(chǎn)生裂解，生成高輻射的碳粒及烴類混合物。燒嘴主體火焰隨著混合氣體的動量往外擴張，進一步混合，進行二級燃燒，完成了整個燃燒過程。各主要輔助材料的成分詳見表二。表二 石灰石等熔劑化學成分及粒度
名稱SiO2CaO其它Fe粒度石英砂> 908<2.0<2 Omm石灰石I. 354. O44. 5O. 2<2 Omm
加料熔化階段單支富氧燒嘴天然氣流量控制在400 800(Max)Nm3/h，氧氣流量400 800Nm3/h,助燃空氣流量2000 8000 (Max) Nm3/h,入爐物料加入重量320噸即停止加料，待物料全部熔化溫度達到1130°C時，則進入氧化階段。I、氧化階段氧化時間6小時，氧化階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至17°狀態(tài)，即精煉側(cè)位置。壓縮空氣通過分布于爐體側(cè)的6根直徑為22_的不銹鋼空心管浸入銅熔體下方300mm，吹入壓力6. 5kg/cm2、流量3000 Nm3/h的壓縮空氣作為氧化劑進行氧化作業(yè)，隨著雜質(zhì)的不斷被氧化，與造渣劑反應(yīng)產(chǎn)出爐渣浮于銅液表面。氧化結(jié)束后將爐體傾轉(zhuǎn)至倒渣位置，將浮于銅液表面的爐渣排干凈。氧化階段結(jié)束后銅液溫度達到 1180。。。2、還原階段還原時間2小時，還原階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至17°狀態(tài)，即精煉側(cè)位置。天然氣通過分布于爐體側(cè)的6根直徑為22_的不銹鋼空心管浸入銅熔體下方300mm，吹入壓力3. 5kg/cm2、流量1500 Nm3/h的天然氣作為還原劑進行還原作業(yè)，隨著銅液中的Cu2O不斷被還原，最終生成單質(zhì)銅。還原結(jié)束后將爐體傾轉(zhuǎn)至澆鑄位置，開始進行澆鑄作業(yè)。還原階段結(jié)束后銅液溫度達到1220°C。3、排煙系統(tǒng)精煉搖爐產(chǎn)出的含塵約8 50g/ Nm3，溫度1200°C左右的煙氣，經(jīng)余熱鍋爐回收余熱生產(chǎn)蒸汽，與此同時，煙氣中所帶煙塵也大量沉降下來；余熱鍋爐排出的煙氣進入板式煙氣冷卻器，經(jīng)板式煙氣冷卻器冷卻降溫后，與環(huán)境集煙系統(tǒng)約80°C的環(huán)境煙氣混合，使煙氣溫度進一步降低，混合后的煙氣進入布袋收塵器進行凈化，從布袋收塵器出來的煙氣含塵濃度降至50mg/ Nm3以下，然后煙氣匯合進入煙囪進行排放。本發(fā)明的突出優(yōu)點在于
I、采用O2濃度> 90%的富氧天然氣燒嘴燃燒，燒嘴的壓力損失比常規(guī)燒嘴低，可以最大限度的減少能量消耗，節(jié)約更多的操作費用。燒嘴控制過程中，隨著負荷變化及工藝要求，氧氣、燃料和空氣流量可進行比例調(diào)節(jié)，最終達到燃料與過量氧的理想混合與燃燒。使得燃燒更加充分，有利于節(jié)約能源提高燃燒效率，減少煙氣有害成分的排放，加快原料熔化速度。2、在精煉搖爐底部添加透氣磚系統(tǒng)，其作用是在搖爐作業(yè)期間持續(xù)提供的氮氣對爐內(nèi)銅液進行類似于噴泉狀的攪拌，有利于降低陽極銅的氧含量、減少爐結(jié)、擴大渣和熔體的交界面、更有效去除有害非金屬元素和縮短作業(yè)時間。3、精煉搖爐產(chǎn)出的含塵約8 50g/ Nm3，溫度1200°C左右的煙氣，最終排出的煙氣達到國家排放標準，GB 9078-1996《工業(yè)爐窯大氣污染物排放標準》二級標準。四

圖I是本發(fā)明所述冶煉雜銅的精煉搖爐的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記為爐體I、風管2、出銅口 3、富氧燒嘴4、透氣磚5、煙氣出口 6、出渣口 7 以及加料口 8。圖2是本發(fā)明所述驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記為爐體I、液壓油缸9、液壓站10及其控制系統(tǒng)11和爐體支撐部件12 組成。圖3是本發(fā)明所述冶煉雜銅的精煉搖爐的富氧燒嘴結(jié)構(gòu)示意圖。圖中標記為外套管21、內(nèi)套管22。圖4是本發(fā)明所述冶煉雜銅的精煉搖爐的排煙系統(tǒng)配置圖。圖中標記為余熱鍋爐系統(tǒng)18、環(huán)集排煙系統(tǒng)19、板式煙氣冷卻器13、、旋風收塵器14、布袋收塵器15、排煙風機16、煙囪17。五具體實施例方式
以下通過附圖和實施例對本發(fā)明的技術(shù)方案作進一步說明。實施例I
如圖I至圖4所示，本發(fā)明所述的冶煉雜銅的精煉搖爐，由爐體、驅(qū)動裝置及富氧燒嘴、 透氣磚系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成，所述爐體為一置于爐體支撐部件12上的異形水平筒體 I，驅(qū)動裝置由含液壓油缸9，液壓站10及其控制系統(tǒng)11及爐體支撐部件12組成；富氧燒嘴由通天然氣的外套管21和通氧氣的內(nèi)套管22組成，富氧燒嘴從精煉搖爐端墻插入精煉搖爐，透氣磚系統(tǒng)由安裝在精煉搖爐底板的透氣磚本體5及控制系統(tǒng)20組成；煙氣處理系統(tǒng)由余熱鍋爐18、板式煙氣冷卻器13、旋風收塵器14、布袋收塵器15、排煙風機16、煙囪17 及環(huán)集排煙系統(tǒng)19組成。精煉搖爐爐體為一異形水平筒體，是指爐體的底板和上蓋板為弧形，四壁為垂直立墻，內(nèi)襯耐火磚。富氧燒嘴4為長I. 3米，外徑130毫米的外套管21和外徑98毫米的內(nèi)套管22組成，內(nèi)套管通氧氣，外管通天然氣，富氧燒嘴4從精煉搖爐爐體I的右側(cè)墻插入爐內(nèi)，通過天然氣富氧燃燒為搖爐精煉提供熱源。透氣磚系統(tǒng)21的八個透氣磚本體5分布于精煉搖爐底部，通過控制系統(tǒng)20根據(jù)不同的作業(yè)狀態(tài)，分別控制透氣磚系統(tǒng)的氮氣流量在 30 120升/分鐘變化。以上精煉搖爐爐體I、富氧燒嘴4、透氣磚本體5組成搖爐的基本構(gòu)造坐落于驅(qū)動裝置的爐體支撐部件12上面，驅(qū)動裝置由含液壓油缸9，液壓站10及其控制系統(tǒng)11及爐體支撐部件12組成；通過液壓驅(qū)動液壓油缸9伸縮，以達到傾轉(zhuǎn)精煉搖爐的目的。天然氣在精煉搖爐爐體I內(nèi)經(jīng)過充分的燃燒后產(chǎn)生大量的高溫煙氣，煙氣溫度超過1200°C，最大含塵量50g/Nm3，煙氣通過爐體I的出煙口 6首先進入煙氣處理系統(tǒng)的余熱鍋爐18，煙氣經(jīng)過余熱鍋爐18吸收熱量并產(chǎn)出蒸汽，煙塵也得到一定的富集，沉降在余熱鍋爐18的沉塵室。從余熱鍋爐18出來的煙氣然后進入板式煙氣冷卻器13，板式煙氣冷卻器13采用機械鼓風的方式進一步冷卻煙氣溫度以及沉降煙塵，煙氣從板式煙氣冷卻器13 出來后進入布袋收塵器15，布袋收塵器15的工作機理是含塵煙氣通過過濾材料，塵粒被過濾下來，過濾材料捕集粗粒粉塵主要靠慣性碰撞作用，捕集細粒粉塵主要靠擴散和篩分作用，通過布袋收塵器15進一步捕集煙塵后的煙氣最大含塵量已降到O. 05g/Nm3，經(jīng)過排煙風機16后在通過煙囪17外排。環(huán)集排煙系統(tǒng)19所捕集的煙氣是從精煉搖爐I的加料門8、 出渣門7和出銅口 3外冒的煙氣，溫度約在80°C，經(jīng)過旋風收塵器14收集煙塵后與板式煙氣冷卻器13出口的煙氣混合進入布袋收塵器15，經(jīng)過排煙風機16后再通過煙 17外排。實施例2
本發(fā)明所述的冶煉雜銅的精煉搖爐的冶煉方法，包括如下步驟
加料熔化階段操作步驟
加料熔化耗時13. 7小時，共加雜銅312. 8噸，加入石英石6. 3噸，石灰I. I噸，生鐵4. I
噸；
加入雜銅平均成份見下表三
表二
權(quán)利要求
1.一種冶煉雜銅的精煉搖爐，其特征在于，該精煉搖爐由爐體、驅(qū)動裝置及富氧燒嘴、 透氣磚系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成，所述爐體為一置于驅(qū)動裝置上的異形水平筒體，驅(qū)動裝置由爐體支撐部件和含有液壓油缸，液壓站及其控制系統(tǒng)組成的液壓驅(qū)動部件組成；富氧燒嘴從精煉搖爐端墻插入精煉搖爐內(nèi)；透氣磚系統(tǒng)由安裝在精煉搖爐底板的透氣磚本體及控制系統(tǒng)組成；煙氣處理系統(tǒng)由余熱鍋爐、板式煙氣冷卻器、布袋收塵器、排煙風機、煙囪及環(huán)集排煙系統(tǒng)組成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冶煉雜銅的精煉搖爐，其特征在于，所述精煉搖爐爐體為一異形水平筒體，底板和上蓋板為弧形，四壁為垂直立墻，內(nèi)襯耐火磚。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的冶煉雜銅的精煉搖爐，其特征在于，所述富氧燒嘴形狀為長.1.3米，外徑130毫米的通天然氣外套管和外徑98毫米的通氧氣內(nèi)管組成。
4.一種適合于權(quán)利要求I所述的冶煉雜銅的精煉搖爐的冶煉方法，其特征在于，包括如下步驟(1)加料熔化階段爐料分批加入，加料及熔化時間總共12小時，加料熔化階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至0°狀態(tài)，即水平中間位置，雜銅物料平均成分為 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%,通過加料機不斷加入銅物料和造渣劑石英石和石灰石，加料階段伴隨著物料熔化過程，加入的固態(tài)銅物料在爐內(nèi)不斷的熔化，所述造渣劑石英石和石灰石的化學成分及粒度為石英砂含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濃度> 90%的富氧天然氣燒嘴燃燒,天然氣從燒嘴中心引入,助燃氧氣與空氣預(yù)先混合后從燒嘴噴口處旋轉(zhuǎn)射出與天然氣高速射流形成強烈的剪切、拉伸、攪拌作用，形成一個穩(wěn)定燃燒回流區(qū)域，燒嘴主體火焰隨著混合氣體的動量往外擴張，進一步混合，進行二級燃燒，完成整個燃燒過程，加料熔化階段單支富氧燒嘴天然氣流量控制在400 800Nm3/h，氧氣流量400 800Nm3/h,助燃空氣流量2000 8000Nm3/h，入爐物料加入重量320噸即停止加料，待物料全部熔化溫度達到1130°C時，則進入氧化階段，(2)氧化階段氧化時間6小時，氧化階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至 17°狀態(tài)，壓縮空氣通過分布于爐體側(cè)的6根直徑為22_的不銹鋼空心管浸入銅熔體下方 300mm,吹入壓力6. 5kg/cm2、流量3000 Nm3/h的壓縮空氣作為氧化劑進行氧化作業(yè)，隨著雜質(zhì)的不斷被氧化，與造渣劑反應(yīng)產(chǎn)出爐渣浮于銅液表面，氧化結(jié)束后將爐體傾轉(zhuǎn)至倒渣位置，將浮于銅液表面的爐渣排干凈，氧化階段結(jié)束后銅液溫度達到1180°C，(3)還原階段還原時間2小時，還原階段精煉搖爐通過驅(qū)動裝置驅(qū)動將爐體傾轉(zhuǎn)至 17°狀態(tài)，天然氣通過分布于爐體側(cè)的6根直徑為22_的不銹鋼空心管浸入銅熔體下方 300mm,吹入壓力3. 5kg/cm2、流量1500 Nm3/h的天然氣作為還原劑進行還原作業(yè)，隨著銅液中的Cu2O不斷被還原，最終生成單質(zhì)銅，還原階段結(jié)束后銅液溫度達到1220°C，還原結(jié)束后將爐體傾轉(zhuǎn)至澆鑄位置，開始進行澆鑄作業(yè)。
全文摘要
一種冶煉雜銅的精煉搖爐及其冶煉方法，由爐體、驅(qū)動裝置及富氧燒嘴、透氣磚系統(tǒng)和煙氣處理系統(tǒng)組成，所述爐體為一置于驅(qū)動裝置上的異形水平筒體，驅(qū)動裝置由含液壓油缸，液壓站及其控制系統(tǒng)的支撐部分,液壓驅(qū)動部分組成；富氧燒嘴從精煉搖爐端墻插入精煉搖爐，透氣磚系統(tǒng)由安裝在精煉搖爐底板的透氣磚本體及控制系統(tǒng)組成；煙氣處理系統(tǒng)由余熱鍋爐、板式煙氣冷卻器、布袋收塵器、排煙風機、煙囪及環(huán)集排煙系統(tǒng)組成。采用該精煉搖爐能夠減少能量消耗，節(jié)約更多的操作費用，有利于降低陽極銅的氧含量、減少爐結(jié)、擴大渣和熔體的交界面、有效去除有害非金屬元素和縮短作業(yè)時間。
文檔編號C22B15/00GK102586620SQ20121006043
公開日2012年7月18日 申請日期2012年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月9日
發(fā)明者周瑞生, 張興勇, 李賦屏, 范翔, 鄧敏隸, 陳波, 黃雁 申請人:廣西有色再生金屬有限公司