一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼炉及熔炼方法与流程

本发明属于金属冶炼领域，具体涉及一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼炉及熔炼方法。

背景技术：

目前，在重有色冶金行业炼铜的工艺包括：铜精矿→火法熔炼→冰铜→吹炼→粗铜→阳极精炼→铜阳极板。将低品位的冰铜（40~65%）吹炼为粗铜通常采用卧式转炉吹炼。日本三菱连续炼铜法用富氧空气和石灰石熔剂在三菱炉内将吹炼冰铜吹炼为粗铜，澳大利亚（ausmelt或isa炉）也使用富氧（氧气浓度80%）将冰铜吹炼为粗铜；芬兰奥托昆普采用闪速吹炼技术，国内用氧气底吹或侧吹技术，但这些工艺均存在投资大，烟气量大等缺点。因此有必要开发一种生产效率高、能耗低、烟气量小，so2浓度稳定且基建投资少的新型熔炼炉。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼炉及熔炼方法。

本发明一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼炉，包括竖状设置的圆柱形炉体，所述炉体包括炉壳，所述炉壳内侧和底部设有耐火层，所述耐火层上设有冷却水套；所述炉壳顶部设有用于穿过氧枪的氧枪孔，所述氧枪包括第一氧枪和第二氧枪，所述第一氧枪内设有燃料管，第一氧枪和第二氧枪分别连接氧枪机，所述第一氧枪和第二氧枪分别连接有可驱动其进行竖向移动和水平移动的竖向驱动机构和水平驱动机构，所述第一氧枪和第二氧枪可在竖向驱动机构和水平驱动机构的驱动下切换进入炉壳内；所述炉壳顶部设有排烟口和加料口，所述炉壳下部设有炉渣排放口和粗铜排放口，所述炉壳设于炉体座上。

所述第一氧枪和第二氧枪为圆柱形的多层筒体结构，所述第一氧枪中心为燃料管，所述燃料管外部为氧气管，所述氧气管外部依次为冷却水进水管和冷却水出水管；所述第二氧枪中心为氧气管，所述氧气管外部依次为冷却水进水管和冷却水出水管。

所述竖向驱动机构包括设置在氧枪机内的氧枪小车，所述氧枪机上设有用于氧枪小车沿竖直方向滑动的氧枪滑道，所述氧枪固定于氧枪小车上；所述两个氧枪机之间设有配重滑架，所述配重滑架上设有配重块和用于配重块竖直滑动的配重滑道，所述氧枪机顶部设有托架，所述托架左侧设有传动链轮，所述氧枪小车、传动链轮和配重块通过链条连接，所述托架右侧设有氧枪用于提升和下降的驱动电机和氧枪减速机，所述氧枪减速机输出轴与传动链轮连接。

所述冷却水套包括设置于耐火层上部的环形平冷却水套以及设置于耐火层中下部的圆柱形立冷却水套。

所述耐火层由铬镁砖构成。

所述炉体底部的耐火层呈内凹的反拱形，防止其受热浮起。

本发明采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼方法，采用上述的熔炼炉完成，包括以下步骤：

（1）将炉体在8~12小时内烘烤升温到300~400℃，然后持续在该温度下烘烤25~28h；

（2）烘烤完毕后再用块煤和氧气将炉体在15~18小时内升温到500~600℃，持续在该温度下烘烤20~25h；

（3）启动水平驱动机构，将第一氧枪水平移动至氧枪孔上方，然后启动竖向驱动机构将第一氧枪伸入至炉体内，通过第一氧枪送入氧气和燃料对炉体继续进行烘烤，控制氧气和燃料体积质量比为2~2.5m³/kg，在8~12小时内将炉温升温到750~850℃，持续在该温度下恒温烘烤18~22小时；然后在8~12小时内将炉温升温到1150~1250℃的冶炼温度，持续在该温度下恒温烘烤7~9小时后，加入炉渣使其熔化在炉内形成初始熔池；

（4）当炉内的熔池高度达到500mm时，将第一氧枪的枪头下放到距熔池表面300~500mm位置处，并从进料口加入冰铜和石灰石熔剂进行熔炼；

（5）当熔炼过程正常后，水平移动氧枪机换上无燃料管的第二氧枪进行熔炼，第二氧枪只送入氧气，当炉内的熔体达到要求的界限时开始从粗铜排放口排放粗铜，从炉渣排放口排除炉渣，烟气从排烟口连续排出。

熔炼过程中氧枪的喷头位于熔体表面（熔体在静止条件下）之上0~1000mm。冰铜是含水分8~15%的粉料或块状物料。氧气的浓度为90~100%，压力为0.9~1.2mpa，氧枪头采用拉法尔氧嘴，氧气超过音速的速度氧出，使熔体翻腾和搅动，加入炉内的冰铜被翻动的熔体迅速熔化。

熔炼的冰铜和熔剂连续加入进行反应，冰铜熔化、造渣、吹炼非常迅速。反应气氛可根据冶炼工艺要求通过调节氧气和燃料的比率来进行调整，由于氧入气流的强烈搅拌，使熔体剧烈翻腾，达到气-固-液三相的充分接触，完成杂质的氧化，并与加入的熔剂造渣。物料反应生成渣和粗铜，同时放出大量的热，维持正常的冶炼温度，由于渣与粗铜比重不同而分为上下两层，有价金属逐渐被富集，连续或间断放出金属或金属硫化物及炉渣，烟气从炉顶的排烟口连续排出。

本发明相比于现有技术的有益效果：

1、本发明采用了竖式圆柱形熔炼炉，熔炼炉占地面积小，基建投资少；且本发明对竖式圆柱形熔炼炉采用氧气顶吹熔炼技术，使用高纯度氧气和燃料进行吹炼，可以获得较高的熔炼温度，因此本工艺原料的适应性强，可以处理各种复杂成分冰铜原料；氧气纯度高，烟气量和烟尘率较低，烟气净化系统的投资较低；

2、本发明设置竖向驱动机构和水平驱动机构，设有燃料管的第一氧枪和不设燃料管的第二氧枪在水平驱动结构的驱动下切换进入炉壳内，可减少停炉时间，保持炉内温度稳定，提高熔炼炉的作业率；氧枪通过竖向驱动机构可实现氧枪在垂直方向上的移动，便于控制氧枪处于离熔体合适的高度。

3、本发明采用高纯度氧气熔炼，冰铜原料不需要细磨，冰铜原料破碎到10~40mm的颗粒就可直接入炉，或含水8~10%的物料也可直接入炉。因此整体设备简单易于维护，减少设备设施的投资。

4、本发明控制氧枪在熔体面以上，氧枪的寿命长。国内奥斯麦特熔炼炉氧枪寿命约15~20天，吹炼氧枪3~5天，而采用氧气顶吹熔炼氧枪寿命可以达到30天以上。

5、本发明设置冷却水套，使得炉体的寿命可达到1.5年。

附图说明

图1为本发明的主视图；

图2为本发明的左视图。

图中：1-炉壳，2-耐火层，3-第一氧枪，4-第二氧枪，5-氧枪孔，6-氧枪机，7-氧枪小车，8-氧枪滑道，9-配重块，10-托架，11-传动链轮，12-链条，13-氧枪驱动电机，14-氧枪减速机，15-氧枪机驱动架，16-驱动电机，17-氧枪机减速机，18-滑轮，19-行走轨道，20-托轮，21-排烟口，22-加料口，23-粗铜排放口，24-炉渣排放口，25-炉体座，26-液态粗铜，27-炉渣，28-冷却水套。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。

如图1-2所示，一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼炉，包括竖状设置的圆柱形炉体，炉体包括炉壳1，炉壳1是由20g锅炉钢板卷制而成的。炉壳1内侧和底部设有耐火层2，耐火层2由铬镁砖构成，炉体底部的耐火层2呈内凹的反拱形，防止其受热浮起。耐火层2上设有冷却水套28，冷却水套28包括设置于耐火层2上部的环形平冷却水套以及设置于耐火层中下部的圆柱形立冷却水套。炉壳1顶部设有用于穿过氧枪的氧枪孔5，氧枪包括第一氧枪3和第二氧枪4，第一氧枪3和第二氧枪4为圆柱形的多层筒体结构，第一氧枪3中心为燃料管，主要使用液体（重油、柴油）或气体燃料（天然气），燃料管外部为氧气管，氧气管外部依次为冷却水进水管和冷却水出水管；第二氧枪4中心为氧气管，所述氧气管外部依次为冷却水进水管和冷却水出水管。

第一氧枪3和第二氧枪4分别连接氧枪机5，第一氧枪3和第二氧枪4分别连接有可驱动其进行竖向移动和水平移动的竖向驱动机构和水平驱动机构，第一氧枪3和第二氧枪4可在竖向驱动机构和水平驱动机构的驱动下切换进入炉壳1内。

炉壳1顶部设有排烟口21和加料口22，炉壳1下部设有炉渣排放口24和粗铜排放口23，炉体内反应生成的液态粗铜26因比重较重沉积在炉底，生成的炉渣27因比重较轻浮在粗铜层上部，从粗铜排放口23排放粗铜，从炉渣排放24排除炉渣27，烟气从排烟口21连续排出。炉壳1设于炉体座25上。

竖向驱动机构包括设置在氧枪机6内的氧枪小车7，氧枪机6上设有用于氧枪小车7沿竖直方向滑动的氧枪滑道8，氧枪固定于氧枪小车7上；氧枪机6之间设有配重滑架8，配重滑架8上设有配重块9和用于配重9块竖直滑动的配重滑道，氧枪机6顶部设有托架10，托架10左侧设有传动链轮11，氧枪小车7、传动链轮11和配重块9通过链条12连接，托架10右侧设有氧枪驱动电机13和氧枪减速机14，氧枪减速机14输出轴与传动链轮11连接。需要提升或下放氧枪时，开启氧枪驱动电机13，氧枪驱动电机13带动氧枪减速机14通过转动链轮11使得氧枪小车7和配重块9在各自的滑道上下滑动，保证氧枪的提升或下放。

水平驱动机构包括设置在氧枪机6顶部右侧的氧枪机驱动架15，氧枪机驱动架15内设有驱动电机16和氧枪机减速机17，氧枪机减速机17的输出轴连接滑轮18，滑轮18固定于氧枪机6上，滑轮18底部设有行走轨道19。需要切换氧枪时，启动驱动电机16，驱动电机16带动氧枪机减速机17，进而通过滑轮18带动氧枪机6在行走轨道19上水平横向移动，达到切换氧枪的目的。行走轨道19底部安装有托轮20，对行走轨道19起支撑作用，保证氧枪机6横向稳定移动。氧枪机6右侧也设有托轮20，保证氧枪机6移动时的垂直度。

本发明一种采用氧气顶吹熔炼冰铜的熔炼方法，采用上述熔炼炉完成，包括以下步骤：

（1）用木材将炉体在10小时内烘烤升温到300~400℃，然后持续在该温度下烘烤26h，是为了烘干耐火层和炉膛空间内的游离水，使耐火层的温度高于100℃时水形成水蒸汽首先蒸发；

（2）烘烤完毕后再用块煤和氧气将炉体在26小时内升温到500~600℃，持续在该温度下烘烤22h，主要是为了烘烤炉体底部，使耐火层的sio2在270~573℃发生晶型转变，提高耐火层的耐火度。此步骤向炉体内加入块煤作为燃料，将其中任意一支氧枪下放入炉体内距炉底2m位置处，向炉体内鼓入氧气来使块煤燃烧，炉温易于控制，燃料消耗低。

（3）启动水平驱动机构，将第一氧枪3水平移动至氧枪孔5上方，然后启动竖向驱动机构将第一氧枪3伸入至炉体内，通过第一氧枪3送入氧气和燃料对炉体继续进行烘烤，控制氧气和燃料体积质量比为2~2.5m³/kg，在10小时内将炉温升温到800℃，持续在该温度下恒温烘烤20小时使耐火层内的mgo在800℃发生晶型转变，提高耐火层的耐火度；然后在10小时内将炉温升温到1200℃的冶炼温度，持续在该温度下恒温烘烤8小时后，加入炉渣使其熔化在炉内形成初始熔池；在烘烤时间必须严格控制温度，如升温过快，将导致炉内的耐火层发生断裂，降低炉寿命。

（4）当炉内的熔池高度达到500mm时，将第一氧枪的枪头下放到距熔池表面300~500mm位置处向炉体内送入氧气和燃料，并从进料口加入冰铜和石灰石熔剂进行熔炼；

（5）当熔炼过程正常后，水平移动氧枪机6换上无燃料管的第二氧枪4进行熔炼，第二氧枪4只送入氧气，当炉内的熔体达到要求的界限时开始从粗铜排放口23排放粗铜，从炉渣排放口24排除炉渣，烟气从排烟口21连续排出。

熔炼过程中氧枪的喷头位于熔体表面（熔体在静止条件下）之上0~1000mm。冰铜是含水分8~15%的粉料或块状物料。氧气的浓度为90~100%，压力为0.9~1.2mpa，氧枪头采用拉法尔氧嘴，氧气超过音速的速度氧出，使熔体翻腾和搅动，加入炉内的冰铜被翻动的熔体迅速熔化。

熔炼的冰铜和熔剂连续加入进行反应，冰铜熔化、造渣、吹炼非常迅速。反应气氛可根据冶炼工艺要求通过调节氧气和燃料的比率来进行调整，由于氧入气流的强烈搅拌，使熔体剧烈翻腾，达到气-固-液三相的充分接触，完成杂质的氧化，并与加入的熔剂造渣。物料反应生成渣和粗铜，同时放出大量的热，维持正常的冶炼温度，由于渣与粗铜比重不同而分为上下两层，有价金属逐渐被富集，连续或间断放出金属或金属硫化物及炉渣，烟气从炉顶的排烟口连续排出。