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2022-08-17
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【文章导读】绪言2造锍熔炼12吹炼铜锍8还原熔炼铅烧结块10还原熔炼锡精矿6 直接熔炼硫化矿6重金属的冶炼:火法冶金湿法冶金以及电化冶金等,目前以火法冶金为主.重金属的熔炼方法,基本上可分为四类。第一类是硫化矿物的造锍熔炼,如:铜镍及其伴生金属钴。第二

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【正文】绪言(2)造锍熔炼(12)吹炼铜锍(8)还原熔炼铅烧结块(10)还原熔炼锡精矿(6 )直接熔炼硫化矿(6)重金属的冶炼:火法冶金、湿法冶金以及电化冶金等,目前以火法冶金为主.重金属的熔炼方法,基本上可分为四类。第一类是硫化矿物的造锍熔炼,如:铜、镍及其伴生金属钴。第二类是金属硫化物直接生产出金属,如:铅。第三类是硫化矿物原料先经焙烧或烧结后,再进行还原熔炼生产金属,如:锌、铅、锑和锡的氧化矿物,直接采用还原熔炼方法生产金属第四类是焙烧后的硫化矿或氧化矿用硫酸等溶剂浸出,然后用电积法或其它方法从溶液中提取金属,简称湿法冶金。如:锌、镉、镍和钴金属原料 粗炼方法 精炼主要回收元素铜 硫化矿氧化矿 焙烧-造锍熔炼-转炉吹炼 浸出-萃取-电积 电解 S,Au、Se、Te、Bi、Ni,Co、Pb,Zn,Ag 镍 硫化矿氧化矿混合矿 造锍熔炼-磨浮-焙烧-炭还原造锍熔炼-焙烧-还原加压氨浸-加压氢还原 电解电解 Co,Pt及Pt族,S、Cu 钴 铜镍矿伴生 硫酸化焙烧-浸出-还原 电解 Co 锌 硫化矿 氧化矿(烟尘)烧结-炭还原焙烧-浸出-净化-电积 浸出-净化-电积精馏 S,Cd,In,Ge,Ga,Co ,Cu,Co,Pb,Ag,Hg 镉 烟尘净化渣 浸出-净化-锌置换-电积 精馏 Tl 金属原料 粗炼方法 精炼方法 主要回收元素铅 硫化矿 烧结炭还原直接熔炼 电解火法精炼 S,Ag,Bi、Tl,Sn,Sb,Se,Te,Cu,Zn 铋 硫化矿铅铜伴生物 铁还原炭还原 电解火法精炼 Pb,Cu,Ag,Te 锡 氧化矿 精选浸出焙烧炭还原 火法精炼电解 Cu,Pb,Bi 锑 硫化矿 焙烧炭还原浸出电积 火法精炼Au,S,Se,Te 汞 硫化矿 焙烧热分解 Hg -造锍熔炼2.1造锍熔炼的原料主要包括硫化精矿和造渣用的熔剂。铜的造锍熔炼,熔炼的物料包括铜精矿或经过焙烧以后的铜焙砂以及造渣熔剂。造锍熔炼后,物料中除了硫氧化成SO2从烟气中排出以外,其它元素,有少量的被挥发,大部分则分别进入冰铜和炉渣两种产物中 造锍熔炼属于氧化熔炼,精矿中的FeS被部分氧化,产生了SO2烟气,氧化得到的FeO则与SiO2等脉石成分造渣。没有被氧化的FeS则与高温下稳定的Cu2S结合形成冰铜熔炼所用精矿和熔炼产物成分如表21所示镍的熔炼也采用这种过程产出冰镍或铜冰镍。在铅的还原熔炼过程中如果原料含铜高,也有可能产出铅锍。硫化锑精矿的鼓风炉挥发熔炼也会产生锑锍。这些产物的成分举例列于表22。 造锍熔炼得到的主要产物锍(冰铜,冰镍或铜冰镍等),一般要经过吹炼过程,使其进一步氧化及其它处理步骤才能得到金属。吹炼仍然是MS的氧化,使铁完全氧化造渣。硫完全氧化得SO2烟气。有色金属的硫化物熔炼,实质是MS矿物的氧化熔炼过程。在熔炼高温(14731573K)下,产出液态金属、液态炉渣和SO2烟气,锍只是熔炼过程的中间产物,但是它对熔炼过程有很大影响。主要物理化学变化造锍熔炼过程的主要物理化学变化为:水分蒸发,高价硫化物分解,硫化物直接氧化,造锍反应,造渣反应。(1)水分蒸发目前除闪速熔炼、三菱法等处理干精矿外,其他方法的入炉精矿,水分都较高(为614)。这些精矿进入高温区后,矿中的水分将迅速挥发,进入烟气。(2)高价硫化物的分解铜精矿中高价硫化物主要有黄铁矿(FeS2)和黄铜矿(CuFeS2),在炉中它们将按下式分解: 2FeS22FeS+S2 2CuFeS2Cu2S+2FeS+1/2S2在中性或还原性气氛中,FeS2于300以上分解,CuFeS2于550以上分解。在大气中,FeS2于565开始分解。分解产出的Cu2S和FeS将继续氧化或形成铜锍,分解出的S2将继续氧化成SO2进入烟气中 S2+2O22SO2(3)硫化物直接氧化在现代强化熔炼中,炉料往往很快进入高温强氧化气氛中,所以高价硫化物除发生分解外,还可能被直接氧化。 2CuFeS2+5/2O2=Cu2SFeS+FeO+2SO2 2FeS2+11/2O2=Fe2O3+4SO2 3FeS2+8O2=Fe3O4+6SO2 2CuS+O2=Cu2S+SO2 2Cu2S+3O2=2Cu2O+2SO2在高氧势下,FeO可继续氧化成Fe3O4: 3FeO+1/2O2=Fe3O4(4)造锍反应上述反应产生的FeS和Cu2O在高温下将发生下列反应: FeS+Cu2O=FeO+Cu2S一般说来,在熔炼炉中只要有FeS存在,Cu2O就会变成Cu2S,进而与FeS形成锍。这是因为Fe和O2的亲和力远远大于Cu和O2的亲和力,而Fe和S2的亲和力又小于Cu和S2的亲和力。 (5)造渣反应炉料中产生的FeO在有SiO2存在时,将按下式反应形成铁橄榄石炉渣: 2FeO+SiO2=(2FeOSiO2)此外,炉内的Fe3O4在高温下也能与FeS和SiO2作用生成炉渣。 FeS+3Fe3O4+5SiO2=5(2FeOSiO2)+SO2 在造锍熔炼等一系列冶金作业中,都会发生许多化学反应,作为冶金工作者应该知道:l 在一定条件下,哪些反应可以进行,哪些反应不能进行,反应能进行到什么程度,反应在进行过程中有无热量的变化(是吸热,还是放热);l 改变条件对化学反应有什么影响,这类问题正是化学热力学要探讨的范围。l化学热力学就是研究化学反应中能量的转化、化学反应的方向和限度,以及外界条件对化学反应方向和限度的影响的科学。热力学中反应的吉布斯标准自由能变化是等温等压下过程能否自发进行的判据:如果过程自发进行,则过程的吉布斯自由能变化G0,则过程不可能自发进行;当G=0时,则过程正反两个方向进行的速度相等,也即过程达到平衡状态。实际冶金反应多在等温等压下进行,所以讨论G对我们极为重要。 设反应为: aA+bB=dD+hH 则反应的吉布斯自由能变化与温度存在下列关系:此式称为反应的等温方程式。 式中 (称平衡常数表达式) (称压力商)G0为反应的标准吉布斯自由能变化,即反应在标准状态下进行时的自由能变化。所谓标准状态,在热力学中定义为:反应体系中原始物(A和B)和产物(D和H)的分压各为101kPa的情况。(1atm)在此状态下:所以从而有或在恒温下,Kp是一个定值。等温方程将恒温下反应的自由能变化与反应的平衡常数,以及实际阶段体系中各物质的分压联系了起来。 从反应的Kp和Jp值对比就可判断反应进行的方向: 若JpKp,则GKp,则G0,反应不能自发向右进行; Jp=Kp,则G=0,反应向左和向右进行的速度相等,即反应达平衡状态。从上述分析即可看出,要想使化学反应向右进行,可以采取以下措施:减小产物分压或增大反应物分压,使JpKp;改变温度,使Kp值增大,从而使JpKp。当然也可同时采用这两种措施,使JpKp1的渣称碱性渣,Kv1.5时,工业炉渣粘度都低于0.2Pa.s(见图 211所示)。 炉渣的电导率对电炉作业有很大的意义。炉渣的电导率与粘度有关。一般来说,粘度小的炉渣具有良好的电导性。含FeO高的炉渣除了有离子传导以外,还有电子传导而具有很好的电导性。铜炉渣的热导率为2.09w/(mK)。 可由0.7148-3.1710-4(Ts-273)求得,其单位为N/m。实测的熔锍-熔渣系的界面张力依铜品位而异,在0.050.2N/m之间变化,远远小于铜-渣系的界面张力(0.90N/m)。这表明熔锍易分散在熔渣中,这也就是炉渣中金属损失的原因之一。一般硅酸盐渣熔体的比热容为:1.2kJ/(kg.K)(酸性渣)或1.0kJ/(kg.K)(碱性渣),熔渣的热焓为:1250(1373K)1800(1673K)kJ/kg,熔化热为420kJ/kg。炉渣成分的变化(即常称的渣型变化),对炉渣的性质有重要影响。但各成分对炉渣性质的影响情况非常复杂。某些成分的影响仍未弄清楚。表 28列出了几种主要成分及温度对液态炉渣性质的影响。在一定渣成分范围内表中箭头表示提高某组分含量时,性质升高()或降低()。在造锍熔炼中,炉渣的主要成分为FeO和SiO2,铜锍的主要成分为Cu2S和FeS。所以当炉渣与铜锍共存时,最重要的相间的关系为FeS-FeO-SiO2和Cu2S-FeS-FeO。图 212为FeS-FeO-SiO2三元相图(富FeO相)。从图 212可看出,无SiO2存在时,FeO和FeS完全互溶,但当加入SiO2时,均相溶液出现分层,两层熔体的组成用ABC分层线上的共轭线a,b,c,d表示。随着SiO2加入量的增多,两相分层愈显著,当SiO2达饱和时两分层相达最大。SiO2饱和时,两相的组成分别用A(渣相)和B(锍相)表示 由表 29所列数据可知,当渣中存在CaO或Al2O3时,将对FeO-FeS-SiO2系的互溶区平衡组成产生很大影响:它们的存在均降低FeS在渣中的溶解度,实际上它们的存在也使其他硫化物在渣中的溶解度降低。所以渣中含有一定量的CaO和Al2O3时,可改善炉渣与锍相的分离。 炉渣与锍相平衡共存时之所以互不相溶,从结构上讲是因为炉渣主要是硅酸盐聚合的阴离子,其键力很强。而锍相保留明显的共价键,两者差异甚大,从而为形成互不相溶创造了条件。向硅酸铁渣系中加入少量CaO或Al2O3时,它们也几乎完全与渣相聚合,因而它们的存在使渣相与锍相的不溶性加强。 火法炼铜生产过程的铜损失分为两方面,一是随烟气带走,二是随渣损失。随烟气带走的铜经过收尘系统,可以回收9899,最终随烟气损失的铜约占加入铜量的1。随渣损失的铜是主要的。废渣含铜为0.20.5,个别的高达1。生产1吨铜随精矿品位的变化,产废渣量约23t,有时达到56t。随废渣含铜及废渣量的变化,渣铜损失的数量为产出铜量的13。若以2计,一个年产10万吨的铜厂,每年损失的铜量为2000吨。有两种:一种是机械夹杂在渣中的冰铜粒子,一种是化学溶解在渣中的铜。延长熔炼过程放出的熔体澄清时间,降低炉渣的粘度和密度,便可以减少渣中机械夹杂的冰铜粒子。这部分内容已在冶金原理课程中叙述过了。下面只讨论化学溶解在渣中的铜损失。虽然在低硫位和高氧位的条件下,炉渣中有一些中性铜原子和高价铜离子(Cu2+)存在,但根据液态炉渣的离子理论,可以认为化学溶解在渣中的铜是以一价铜离子(Cu+)的形态存在。这种炉渣具有一定氧化亚铜的活度,其平衡反应为:2Cu+O2-=Cu2O(l)Cu+0.5O2-=CuO0.5(l) 对于组成基本一定的炉渣,其中O2-的浓度或活度也就基本一定,于是Cu+的浓度便正比于渣中铜的浓度。因此可推出渣中的铜含量为:铜含量的百分比=系数A被称为炉渣的铜率,它与炉渣的组成有关。对于SiO2饱和的炉渣与液态铜或铜合金(不存在硫)平衡时,以前许多研究者在14731573K情况下的研究结果是一致的,铜率的平均值A=353。 对SiO2饱和炉渣假定 =0.35,不同温度下的 为:在1473 在1573 取铜率A=35,求出渣中铜含量表示在图 213中。图 213中也列出了某些研究者的实验数据。PSO2=10-1101kPa,各种曲线代表不同的研究结果A AHH代表代表不同不同研究研究条件条件在较高氧位和较低温度下,固体Fe3O4便会从炉渣中析出。在固体Fe3O4冰铜和炉渣三相之间的平衡关系,可用以下反应式作为讨论的基础:3Fe3O4(s)+FeS(l)=10FeO(l)+SO2 这一反应式表明:在FeS的活度较大、FeO的活度较小以及SO2的分压较低的条件下,Fe3O4便可被还原而造渣。特别重要的是FeO的活度,因为平衡常数是与其10次方成正比。而FeO的活度一般是加入SiO2来调整。所以在铜熔炼过程中,造SiO2高或SiO2接近于饱和的硅酸盐炉渣是合适的。 当SO2压力低于101kPa时,Cu-Cu2S的平衡线以及冰铜的FeS的活度曲线,将向低氧位方向移动。当熔炼在SiO2不饱和的炉渣下进行时,Fe3O4析出的曲线将向高温方向移动。在低氧位下,析出的Fe3O4是较纯的,当氧位提高以后,特别是有金属铜相平衡的条件下,析出的Fe3O4将含有大量的铜,即析出了Cu2OFe2O3固相。在锍的吹炼过程中,其中的FeS会优先发生氧化反应转变为FeO,由于氧压的升高,FeO会进一步氧化为Fe3O4。发生的反应为 两式相减即得 为了进一步了解Fe3O4生成的条件,设吹炼下气相中的 20kPa, =0.4或0.5,可以作出 与 的关系图(图 216)。从图 216看出:温度降低,冰铜品位升高,炉渣中SiO2添加太少均有利于Fe3O4的生成。在造锍熔炼炉中和锍的吹炼转炉中,由于Fe3O4固相的析出,难熔结垢物的产生便是常见的现象。如反射炉炉底的积铁,转炉口和闪速炉上升烟道的结疤,炉渣的粘度增大和熔点升高、渣含铜升高等许多冶炼问题,都可以采取上述措施通过降低Fe3O4的活度,来消除或减少这许多故障。图 216表明,当冰铜品位提高到近于白冰铜(80Cu)时, 显著升高。S-O化学位图上也已表明,这是平衡氧压显著升高所致。所以在常规熔炼方法中,造锍熔炼阶段只产出含Cu4060的冰铜,最高不宜超过70,这样可以得到Fe3O4和铜含量均低的炉渣。在冰铜吹炼阶段,由于氧压显著升高,进入转炉渣的铜和Fe3O4的含量就会显著增加。铜镍原料进行造锍熔炼时,除了铁与硫以外,其它伴生的元素还有Co、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Se、Te、Au、Ag和铂族元素等,贵金属总是富集在铜镍金属相中,然后从电解精炼过程中来回收。锍和金属铜或镍是Au、Ag等贵金属的捕集剂;炉渣则捕集了优先氧化后的FeO、精矿和溶剂中的脉石(SiO2、Al2O3、CaO等)以及精矿中的少量杂质元素。(如冰铜品位过高Sn 、co 、Zn 会大量进入渣)烟尘中则富集了挥发元素: As、Sb Cd、和部分Pb、Zn杂质金属是以什么形态稳定存在,根据硫化物的氧化熔炼来说,可用下列两反应的热力学计算来讨论:M(s、l)+0.5S2=MS(s、l)(a)M(s、l)+0.5O2=MO(s、l)(b)反应(a)和(b)的平衡常数的对数和在1573K下的计算结果列入表 210中,表中还列出了各元素在1573K下的无限稀的铜溶液的活度系数、各元素在熔铜和白冰铜之间的分配系数L=M(铜)/(M)白冰铜。 根据 、 的数据,假定在1573K下 = = ,便可作出各元素稳定态S-O位化学位图,如图 217所示。由此可估计出这些元素在冶炼过程中的变化趋势。在 =10kPa的熔炼条件下,锌和铁趋向于变为氧化物入渣。钴则要在更高的氧位下才氧化,然后再富集在吹炼的转炉渣中。铋、银,铅、镍、锑等可能以金属态存在。假定 =0.35, =100,沿=10kPa的等线可推导出它们的活度。对于冰铜品位为2570Cu时的热力学推算结果表明,硫化亚铜是最稳定的。这也是提出铜精矿造锍熔炼的根据。冰铜品位稍高一些,镍和铅、钴可以硫化物形态入冰铜,铋、锑、银、铅和镍以金属形态溶于冰铜中。Sb、Pb、Bi是精炼过程中的有害元素,想用氧化作用使它们造渣分离,是有较大困难的。Ni希望富集在冰铜中回收,Sn和Co亦如此,但趋向于氧化而随渣损失掉。锌和铁几乎全部氧化入渣。各元素与铜分离的程度,即它们入渣的总量,取决于它们的热力学稳定性、氧化物在渣中的活度系数以及产出的渣量。在熔炼的过程中,产出大量的炉渣(即提高冰铜品位),虽有利于铅和锑更多地氧化入渣,但Cu和Ni随渣的损失也就增多。所以通过炼出更高品位的冰铜来脱杂也是不适宜的。由于富氧空气的应用,强化了熔炼过程,炼出了更高品位的冰铜或含硫高的粗铜,也就改变了常规炼铜中杂质变化的一般规律,特别是As、Sb、Bi的脱除就比常规熔炼脱除得少。精矿中的伴生元素也可能以金属、硫化物或氧化物的形态,在熔炼的高温下挥发除去。硫化物在熔炼过程中挥发的热力学已有许多研究者讨论过,无疑还有许多物质的挥发热力学数据不知道。况且常见的金属元素As、Sb,Bi它们可以形成多种挥发物质,如单原子或多原子元素、硫化物和氧化物,这就造成计算中的不可靠性。所以研究的结论是不一致的。一般来说可以这样认为:随着熔炼所产冰铜品位的升高,硫化物挥发的分压是降低的,氧化物挥发的分压则是升高的。而元素挥发的分压则随冰铜品位的升高有可能升高也有可能降低。例如砷随冰铜品位升高时,以元素挥发的分压是降低的。就较贵的金属如铅来说,其挥发的分压是随冰铜品位升高而升高的。许多伴生元素一般在铜相中的溶解比冰铜相要大,对于给定的浓度来说,其活度系数和分压相应都要低一些。例如砷,当形成金属铜相后,其分压显著降低,这是与砷在液体铜中的活度系数很小相一致的。由于铅在液体铜中的溶解度比在冰铜中大,故同样浓度铅的蒸气压就会降低。一般来说,用挥发来分离伴生的元素应该在铜熔炼中的各个阶段进行,在某一阶段,如果元素或化合物具有较大的分压,就可以在此阶段使其挥发出来。在多数情况下,造锍熔炼阶段可用挥发法除去较多的杂质。这就要求在熔炼时有大量的烟气流过和尽可能提高温度。所以在某种情况下,用大量惰性气体如循环烟气流过炉中,是有利于除去某些挥发杂质的。p传统的造锍熔炼方法:一般可分为鼓风炉熔炼、反射炉熔炼和电炉熔炼。新的熔炼方法可分为:闪速熔炼和熔池熔炼两大类。反射炉熔炼和电炉熔炼亦属于熔池熔炼的范畴传统熔炼方法:n鼓风炉熔炼n反射炉熔n 电炉熔炼p现代炼铜方法:n闪速熔炼n熔池熔炼 :n闪速熔炼u奥托昆普法u因科法n熔池熔炼法又分为侧吹、顶吹和底吹:u诺兰达法 u澳斯麦特/艾萨法u三菱法u 瓦纽柯夫法u 特尼恩特法u卡尔多炉熔炼法、u白银法u 水口山法u旋涡顶吹法等诺兰达熔炼工艺系加拿大诺兰达矿业公司所发明。1968年在加拿大霍恩冶炼厂建立了一台日处理90t精矿的半工业性设备,运行了四年,冶炼精矿总量达90kt以上,直接产出粗铜或高品位铜锍。在半工业试验的基础上,建设了日处理精矿726t的诺兰达工业炉,于1973年3月投产,将精矿直接熔炼成粗铜。1975年,由于直接产粗铜导致诺兰达炉炉寿低和粗铜含杂质高等原因,改为生产高品位铜锍,然后送转炉吹炼成粗铜。经过二十多年的探索和不断改进,特别是富氧空气的使用和处理废杂铜能力的大增,以及风口高温计的使用,到20世纪90年代初,诺兰达炉已达到2930t/d(铜精矿2563t,外购废杂铜和含铜料367t)处理能力。全年产铜180200kt。诺兰达熔炼法已成为一种稳定可靠、指标先进的具有竞争力的比较成熟的铜熔炼方法。图 31大冶冶炼厂诺兰达熔炼工艺流程 诺兰达反应炉类似于铜锍吹炼的转炉,沿长度方向将炉内空间分为吹炼区(又称反应区)和沉淀区。由各配料仓的电子配料秤控制下来的精矿、熔剂和少量固体燃料经带式输送机送往抛料机,由抛料机从炉头加料口抛往炉内熔池反应区。富氧空气由炉体一侧的风口鼓入反应区熔池,产生的冲击力以及气泡上升和膨胀给熔体带来很大的搅动能量,保证熔体与炉料迅速融合,造成良好的传热与传质条件,使氧化反应和造渣反应激烈地进行,释放出来的大量热能使炉料受热熔化生成高品位的铜锍和炉渣。加料端烧嘴使用重油或柴油为反应补充一定的热量。加料口气帘输入部分空气可适当增加熔体上方烟气中氧量,一方面和飞溅到熔池面上的熔体、炉料反应,另一方面使炉料中的炭质燃料及未完全燃烧的一氧化碳能充分燃烧。6573或更高品位的铜锍从铜锍放出口放入铜锍包中,再送往转炉吹炼。熔炼炉渣(含Cu5左右)在炉内沉淀区初步沉淀后从炉尾端排入渣包,然后送往渣缓冷场冷却、破碎,再运往选厂选出铜精矿(即渣精矿)和铁精矿。缓冷渣包底部铜锍及渣精矿返回熔炼系统。从反应炉的尾部炉口排出的烟气,经上升烟罩进入锅炉冷却,回收其中的余热。降温后的烟气进入静电除尘器除尘,收集的烟尘送综合回收系统回收铅、铋、锌等,其余烟尘用气动输送装置送到精矿仓配料。净化后的烟气送硫酸系统生产硫酸。转动诺兰达炉使风口在熔池面上,就可使熔炼过程停下来,在停炉后,由烧嘴供热保持炉温,反应炉转动到鼓风位置立即能恢复熔炼过程。 1、对炉料粒度和水分的要求铜冶炼工厂的精矿来源广泛,种类较多,成分偏差大。相对于闪速熔炼,诺兰达工艺对物料粒度和水分的要求不严,精矿不必深度干燥,这是诺兰达法熔池熔炼的优点。诺兰达工艺的加料系统简单且可靠,精矿湿度达到13料仓也几乎不挂料,粒度小于50mm的任何物料都能通过进料系统。霍恩厂控制精矿水分低于15,块矿、杂铜料和返料粒度小于100mm,但是熔剂粒度不大于20mm,固体燃料粒度一般为650mm。大冶厂入炉精矿含水一般为710。霍恩厂入炉炉料的特性列于表 31。 诺兰达炉炉料:除铜精矿外,还有渣精矿、废杂铜、含铜料、各种返回料、烟尘、熔剂及补热用的固体燃料。入炉前需要对各种物料进行搭配:主要根据进厂精矿的种类、数量、成分、供应状况、矿仓占用情况、生产、供氧供风能力、炉况及后续工艺设备能力等统筹考虑。具体考虑的因素有:(1)储料仓不足时,可把数量少的矿种先配入与之成分相近、量大的矿种中,再参加配料。(2)一般S/Cu比保持1,铁和硫总量应占精矿总量50以上,以确保有足够的反应热产生与硫酸的生产。但过高的S/Cu比则反应热过剩,无法进行温度控制,在加料量不变的情况下势必影响铜的产量。(3)要根据杂质情况进行合理搭配,避免杂质特别是挥发性杂质,如:熔炼过程中铅、锌将大部分挥发进入烟气,其过高时,将使烟尘易粘结于烟道壁;原料含砷太高,其随烟气到达制酸转化器时,将引起触媒中毒。诺兰达熔炼铜锍70以上时,脱砷、锑、铋能力下降。(4)根据精矿的SiO2含量,炉料中Fe/SiO2比值应2.0。为了获得合理的渣型,熔炼时还应加入适量的熔剂,一般都是加石英石熔剂。大冶厂现使用河沙调节渣型,而霍恩厂使用别的工厂的副产品单质硅作部分熔剂。大冶厂使用的渣精矿、烟尘和熔剂的典型化学成分列于表 33中。诺兰达炉生产工艺需要一定的燃料来补充热量燃料加到炉料中通过燃烧,燃烧产品在接近熔体温度的情况下逸出,热交换率高;同时作为一种还原剂还原渣中的Fe3O4。固体燃料和炉料一起加入炉内。霍恩厂使用过几种煤和焦。大冶选择了廉价的石油焦,其发热值为41.29MJ/kg,含C85.135,H12.03,S1.14,灰分0.04,密度为0.95kg/t通过燃烧器还可使用气体或液态燃料。如天然气、柴油、重油。大冶燃烧器用的燃料主要是重油。 诺兰达熔炼是一种典型的富氧强化侧吹熔池熔炼。富氧空气由炉体一侧风口鼓入熔池,混合炉料从炉头端墙通过抛料机抛到熔池表面后,被强烈翻动的熔体迅速加热熔化并进行氧化和造渣,放出大量的热量,维持过程进行,最后形成的铜锍和炉渣在沉淀区进行澄清分离。在上述过程中:炉料的加热、熔化、氧化、造渣及铜锍的形成过程都与熔池内熔体的流动特性及传质传热情况有关。与闪速熔炼过程类似,熔池熔炼也是一个悬浮颗粒与周围介质的热和质的传递过程。不同的是,在诺兰达熔池熔炼过程中,悬浮粒子是处在一种强烈搅动的液-气介质中,受液体流动、气体流动、两种流体间的作用以及动量交换等因素的影响,因而熔池熔炼的流体动力学比较复杂。目前研究报道的资料不多,下面仅从影响卷流的基本因素如液-气界面积、搅动能以及固体颗粒与流体间的质量传递和热量传递等方面,简单分析熔池内液体与气体间的相互作用。诺兰达熔池内物料与熔体间传热相当复杂,有些学者研究了在相对静止的熔池内炉料与熔体的传热情况,并在此基础上粗略计算了强制鼓风熔池熔炼情况,计算结果表明,2cm颗粒熔化时间为35s,5cm颗粒为90s,10cm颗粒为210s。霍恩和大冶的生产实践也表明,诺兰达熔池内炉料的熔化速度相当快。单就传热和传质而言,诺兰达单位容积处理量有很大潜力,但由于受熔炼烟气量、粉尘率、炉寿命等因素的影响,其处理量受到一定限制。由于诺兰达熔池熔炼具有良好的动力学条件,因而化学反应速度很快在熔池中发生的主要化学反应有高价化合物的分解,硫化物的氧化,MS与MO之间的交互反应,Fe3O4的还原分解,MS的造锍,MO与脉石组分的造渣等,1、铜锍铜锍品位应根据原料杂质成分以及对产品质量的要求,选出经济效益最佳的方案。一般控制铜锍品位在6573提高铜锍品位可以提高反应炉的脱硫率,使炉料的化学反应热得到较充分的利用,降低反应炉的燃料消耗,在某些情况下,熔炼可以完全自热。提高铜锍品位,铜锍产量下降,转炉吹炼时间缩短,可以大大减轻吹炼工序的压力。同时,提高铜锍品位,烟气中二氧化硫浓度增加,对制酸也有利。霍恩冶炼厂研究了在不同铜锍品位下诺兰达法冶炼过程的操作数据,见表 37铜锍品位变化,铜锍产率、渣率和熔剂率相应变化。这是因为铜锍品位降低时,铁的氧化量减少,当加料量不变时,铜锍量增加,渣量和熔剂加入量减少。见图 34。不同铜锍品位时铜锍和渣的成分见表 38。铜锍品位和风口鼓风氧浓度对燃料消耗的关系如图 35。结果表明当铜锍品位从70降到55时,燃料消耗增加20。生产低品位的铜锍,有利于除去铋、锑等杂质随着铜锍品位上升,铜锍中砷、锑、铋的含量缓慢上升,当接近白铜锍时,三者在铜锍中的含量急剧上升,这也就是人们一般将铜锍品位控制在73的主要原因之一。根据霍恩厂的经验,为保证阳极铜中若干杂质的含量不超过允许极限,反应炉产出的铜锍中铋含量控制在0.015,锑应控制在0.05,而铅含量控制在3。铜锍是周期地从炉内放出,周期的设定与炉子的尺寸、锍面与渣面允许波动范围、转炉的大小等因素有关。大冶厂控制的铜锍层厚度是在9701300mm范围内波动 炉渣要定期排放,以控制渣层厚度在250300mm之间波动。诺兰达反应炉炉渣的特点是:渣含铁高,渣中铁硅比可在1.02.0范围变化。一般为1.601.80。因此,磁性氧化铁含量高,但熔剂用量少,渣量也不大。炉渣中四氧化三铁的铁量占渣中总铁量的3040,由于反应炉熔池搅动激烈,炉温较均匀,一般熔炼过程中未发现四氧化三铁或难熔物在炉底沉结或产生隔层现象。诺兰达炉渣中含铜也较高,这是由于该法生产的铜锍品位较高,炉内熔体搅动激烈,沉淀分离区域小,炉渣含铜3.57.0。因其含铜高,必须贫化处理。贫化方法一般选择缓冷-磨浮-选矿法。铜锍品位下降,将引起渣量(渣率)减少,燃料率上升,相应数据见图 34、图 35和表 37。某厂采用空气鼓风,反应炉炉口处的烟气体积分数实测值为SO27.7,O20.7,N274.2,CO26.1,H2O11.3。大冶反应炉炉口、余热锅炉进口烟气参数设计及实测值见表 39。诺兰达炉烟尘率为干炉料量的2.34.8,随炉料成分、水分及粒度、炉膛压力不同而波动。与闪速熔炼相比,其烟尘低得多,这是它的一大优点。表 313霍恩冶炼厂诺兰达炉的典型操作参数注:挥发物与颗粒各占一半。 (1)床能力床能力指一昼夜内每平方米炉床面积上处理的精矿量。影响床能力的因素有混合精矿成分、性质,鼓风时率,风口氧气浓度,操作技能等。诺兰达炉床能力按熔池面积计算,一般为3050t/(m2d)(大冶诺兰达炉熔池面积为42.8m2)。(2)渣含铜诺兰达熔池熔炼工艺渣含铜较高,这与诺兰达炉的高锍品位、高铁渣型及反应炉结构等因素有关。大冶诺兰达炉渣含铜量目前为35。诺兰达炉渣性质较稳定,成分变化不大,渣中铜主要以硫化物形态存在。有关炉渣成分见表 314,渣中铜、铁的物相组成见表 315。表 315大冶诺兰达炉铜、铁渣物相组成() (3)铜锍品位诺兰达炉产出的铜锍品位较高,一般控制在6573。更高的铜锍品位,必然会导致渣含铜显著提高与耐火材料消耗增加。铜锍品位降低到55,虽然能顺利生产,但燃料消耗增多,烟气量与铜锍产量增大,从而影响经济效益。(4)燃料率消耗燃料量与处理混合精矿量之比,用百分数表示。诺兰达熔池熔炼工艺所需热量主要来自混合精矿的化学反应热,燃料仅作补充热源。因而燃料率较低,大冶诺兰达炉使用石油焦作燃料,目前燃料率为23。(5)鼓风时率指诺兰达炉送风熔炼时间占整个生产周期的百分率。它是反映诺兰达炉生产能力的一项重要指标。它与操作水平、管理水平及诺兰达炉系统本身等诸多因素有关。大冶诺兰达炉鼓风时率目前在8287之间。(6)直收率指铜锍中铜量与同期投入物料中的总铜量之比。由于诺兰达熔池熔炼工艺渣含铜量较高,因而直收率不高,一般不到80。(7)耐火材料单耗指某次大修开炉至停炉这段时间内,耐火材料消耗量与所产铜锍量之比。可用下式表示:耐火材料单耗(大修所用耐火材料量本段时间内各次中小修用耐火材料量)/本段时间内所产铜锍量从近几年来的生产实践看,诺兰达炉炉衬易损部位主要是风口区,其次是炉口、放渣口端墙与沉淀区两侧的上下圆周炉衬及抛料口与烧嘴所对应的相关炉衬。风口区由于熔体处于激烈的搅拌状态,化学反应剧烈,熔体对耐火材料侵蚀严重。此外,由于炉温冷热交替变化而产生热震以及捅风口的机械损伤也是导致风口砖易损的原因。炉口砖易损的原因主要是因高温烟气冲刷,以及清炉口时机械撞击。放渣口端墙与沉淀区两侧的上下圆周炉衬损坏的原因是受高温烟气冲刷及渣层频繁波动,熔渣对炉衬的严重侵蚀。抛料口周围炉衬受炉料中的水分及冷空气作用而损坏。烧嘴周围炉衬则主要为火焰直接冲刷而损坏。整个炉子沿炉长分为反应区(或吹炼区)和沉淀区。反应区一侧装设一排风口加料口(又称抛料口)设在炉头端墙上,并设有气封装置,此墙上还安装有燃烧器。沉淀区设有铜锍放出口、排烟用的炉口和熔体液面测量口。渣口开设在炉尾端墙上,此处一般还装有备用的渣端燃烧器。另外,在炉子外壁某些部位如炉口、放渣口等处装有局部冷却设施,一般均采用外部送风冷却。炉子的总容积与设定的生产能力、精矿与炉料成分、铜锍品位、渣成分、风量及鼓风含氧浓度、燃料种类与数量等多种因素有关。现在已有多个工厂的实践资料可供参考。在一般情况下,可由处理量先确定基础参数,再根据各种因素调节,其处理量按精矿计为910t/(m3d)。炉子的热强度高,为9701100MJ/(m3.h)。反应炉直径的确定,除了要考虑熔炼及鼓风量的要求外,同时还要考虑以下因素:(1)为入炉料提供足够大的熔池容积。风口区域的炉子直径对熔池容积的影响更大。(2)提供足够的熔池面积和熔池上方空间(容积和高度),以使烟气中悬浮的颗粒在进入炉口前能大部分沉降下来,并使熔炼过程产生的烟气能够顺畅地排出,保持炉内正常负压,避免引起烟气外逸及其他不良后果。(3)能及时为后续转炉提供足够量的铜锍,满足转炉进料要求,放出锍后不会使反应炉内熔体面有过大的波动。(4)当反应炉处于停风状态时,熔体面与风口之间应有适当的距离,这一距离还受反应炉(从鼓风吹炼位置到停风待料位置的)转动角度的影响。现在已建成的几台诺兰达炉的直径在4.55.1M之间 ;长度在17.5021.34M之间诺兰达反应炉目前主要使用三种耐火材料:直接结合镁铬砖、再结合镁铬砖、熔铸镁铬砖。直接结合镁铬砖具有高温体积稳定性好热稳定性好、抗渣侵蚀性能好等优点。再结合镁铬砖具有耐压强度高、抗侵蚀高温强度高等优点。熔铸镁铬砖抗拉强度高,抗冲刷性能好显气孔率低。诺兰达反应炉内衬耐火材料厚度一般为381mm,少数部位加厚,如风口、放渣口端墙为457mm。(1)抛料口与风帘抛料口开设在炉头端墙上部,偏风口区一侧,另一侧布置燃烧器。抛料口的宽度与抛料机抛出的料量宽度相适应,抛料口的顶部距炉顶应有足够的距离,以减少炉料对炉顶的冲刷,抛料口的下沿距熔体面应有一定的高度,以使炉料有足够的抛撒距离,同时还可以减少熔体在抛料口的喷溅。抛料口的风帘主要起气封作用,防止炉内烟气逸出,风量一般为50008500Nm3/h。反应炉加料由专用抛料机完成,因皮带易损坏,故一般备用几台。风口及风口区是反应炉重要部位,这是因为反应所需氧气主要是通过风口鼓入,而风口区是反应炉化学反应最主要、最激烈的区域。风口直径、风口中心距、风口区长度等参数主要取决于各工厂的生产能力及生产条件。大冶诺兰达反应炉风口及风口区的有关参数见表 317,鼓风压力一般在100120kPa,鼓风量则根据给定加料量及预定的铜锍品位计算决定。单个风口的鼓风量平均在1000m3/h左右富氧浓度为3645氧的利用率近100。风口位置可参考下列因素确定:第一个风口到加料端的距离,般取3m适宜。最后一个风口与炉口的距离。该距离适当可减少炉口和烟罩的粘结,并降低烟尘率,同时该距离影响炉结的生成及放锍口的位置;最后一个风口与渣端墙的距离,该距离须满足渣锍的沉清分离要求及放锍口、炉口、熔体测量孔位置要求;风口高度,风口高度适中,以保证风口上方有足够铜锍层,创造良好的气液反应条件,风口下方有足够深度,避免鼓入的气体对炉底的冲刷,腐蚀耐火材料。实践中,风口中心线与反应炉水平中心线的垂直距离控制在1.31.6M间(大冶为1.435M)。炉口在炉壳上的位置,主要考虑其能有效集纳和排走烟气,减少喷溅与粘结。炉口尺寸主要取决于反应炉的烟气量及气流速度、实际生产经验,一般控制气流速度1317M/s。为保护炉口周围筒体,设有炉口裙板及风冷装置。正常吹炼时,炉口中心线与水平面的夹角为6474。放铜锍口结构见图 310。此处采用熔铸镁铬砖砌筑,增强耐火材料抗锍腐蚀性能。大冶厂的放锍口位置在距最后一个风口1.814M处,直径为76.2mm。放铜锍时用氧气将该口烧开,结束时用泥炮机将口堵住。 放渣口开设在炉尾端墙上。它应满足熔体面在正常波动范围的放渣要求。大冶反应炉铜锍面波动范围为9701300mm,渣层厚度为200350mm,因此,渣口中心线距炉底为1318mm。放渣口结构见图 311。放渣口为一风冷铜套,放渣口宽为300mm,高为600mm。及时准确测量炉内熔体深度,是熔炼工艺的要求。熔体测量孔开设在炉顶脊线上,大冶反应炉熔体测量孔直径为90mm,以炉口中心线为中心,距前后3.3M处各设一个。(1)密封烟罩大冶诺兰达反应炉密封烟罩为常压汽化密封烟罩,密封烟罩主要由以下几部分组成:钢架,由两片组成,分别装在炉口两侧,其作用是固定密封烟罩的位置并承担全部重量;组装水套,烟罩的主体部分,共有44块,高度方向有5排,宽度方向最多4块;铸造活动挡板;密封小车和传动装置,活动密封小车可将小车提起,进行清理或其他作业。密封小车由卷扬驱动,为减少驱动功率,设有配重系统;集气管。反应炉炉体重量及炉内熔体重量共约1100t,全部通过托圈支承在四对托轮上。反应炉从正常的吹炼位转至停风位,由传动机构完成。大冶诺兰达反应炉传动机构为电机一减速机一小齿轮一大齿轮。电机功率186kW。炉体转速为0.632r/min。采用蓄电池组作备用电源,一旦突然停电,备用电源可将炉体旋转48,使风口露出熔体面,防止熔体灌入风口。大冶诺兰达反应炉设有3个供风(氧)点:风口、燃烧器、抛料口气封,以上3个供风(氧)点的风量及富氧参数见表 319 表 319大冶各送风点的风量及富氧参数制氧机产出的氧气经氧压机加压后,由输氧管道送至反应炉。在反应炉附近,氧气与高压鼓风机产出的高压风在混氧器中混合。混氧器结构见图 312。混氧时,氧气的压力应略高于高压风的压力。为防止高压鼓风机因故突然停风,氧气直接进入反应炉或高压供风系统造成事故,在混氧器之前,设置高压风机停风时氧气自动放空阀。为满足熔炼工艺对混合炉料及燃料的要求,在反应炉炉前设置6个储料仓供精细配料用,其中3个铜精矿仓、1个返料仓、1个熔剂仓、1个燃料仓。由于铜精矿粒度小、粘结性强,在精矿仓内易发生堵料现象,为此,精矿仓内壁材质采用高分子聚乙烯板,仓外设有压缩风空气炮振打器。在各储料仓的下口都装有定量给料机。物料量由料仓下口的开启度来控制,物料的计量则由重力式皮带秤完成。大冶厂采用Schenck秤,该秤包括称重系统及皮带变频调速系统,形成物料量给定、检测、凋节等闭路调节系统。捅风眼机安装于炉体风口区外侧平台上,一般采用Gaspe型,主要由五个部分组成:机架、行走结构、捅打机构、钢钎冷却及电器部分。根据需要其可安装13根钢钎,可以全自动作业,即自动测距、定位、捅打、返回和为了满足给定风量自动调整捅打风口频率,也可以人工操作。用于诺兰达反应炉铜锍放出口堵口的泥炮是一种悬挂式设备。它由机架、液压马达、油箱、油缸、油泵、蓄能器、泥管及驾驶室等组成。其工作原理是液压缸驱动机架移动至铜锍口位置,将出泥口中心对准铜锍口中心并使泥管完成压炮、吐泥动作,从而堵住铜锍口,阻止铜锍流出,并设有紧急后退装置。诺兰达熔炼过程主要控制四项工艺指标:铜锍品位、炉温、渣型和熔体液面,其他参数为次要因素。其过程采取压抑性方针,实行压升抬降的控制方法,以保持稳定的铜锍品位、稳定的熔池温度、正确的渣型、合适的熔体液面。 铜锍品位的控制是诺兰达炉工艺控制的中心,诺兰达炉可产任何品位的铜锍,它能迅速适应铜锍的品位的变化,目前典型操作生产的铜锍品位为6573。铜锍品位是由调节吹炼所需氧量来控制的。吹炼过程所需氧量可以通过精矿氧化反应耗氧量来计算。需氧量的定义是:将单位质量的该精矿冶炼成某一特定品位的铜锍所需氧量的体积。有时也以质量来表示。炉料需氧量的计算只考虑铁和硫的氧化。这里不计铅、锌、镍等杂质的氧化。并假设炉料中的铜全部变成铜锍。从理论上讲,这样的简化处理是不准确的,但事实上引起的误差不大,对宏观控制一个大工业熔炼炉的需要而言,其精度已足够。设加入100t精矿,则铜锍的产量(含渣中夹带的铜锍)为:铜锍产量精矿量精矿中Cu含量(%)/铜锍中Cu含量(%)100021/7030(t)S氧化耗氧的计算:被氧化的S量精矿中的S量铜锍中的S量100243019.618.12(t)根据S氧化的基本反应式:SO2SO2计算出需氧量12658.7M/100t精矿。修改Fe氧化耗氧的计算: 被氧化的Fe量精矿中Fe量一铜锍中的Fe量10025306.423.08t根据霍恩厂的经验,被氧化的Fe中有60氧化成FeO,另40则氧化成Fe3O4。Fe氧化成FeO按反应式Fe1/2O2FeO计算出需氧量:y2777.2m3/100t精矿Fe氧化为Fe3O4按反应式3Fe+2O2=Fe3O4计算出需氧量: z=2468.6m3/100t精矿Fe氧化耗氧量之和: W=y+z=5245.8(m3/100t精矿)精矿发生氧化反应的总需氧量M为: M=x+W=17905(m3/100t精矿)=179.05(m3/t精矿)在实际生产中,往往是两、三种精矿混合在一起加入反应炉内,各种精矿各自需氧量按在混合精矿中的百分含量计算出的加权平均值即混合精矿的需氧量。在诺兰达炉铜锍品位的控制过程中,炉料实际需氧量与理论计算需氧量的差异导致了铜锍品位的变化,在过程控制上,“需氧量”有着特定的含义,它是反映熔池内锍品位变化时的需氧量或供氧量的变化。这种变化在输入氧量保持定值的情况下,可以通过增加或减少精矿量来调控铁与硫的氧化数量,实现锍品位的控制。另一方面,锍品位变化时,需氧量或供氧量的变化是受着熔池的容积容量影响的。因此,将这种变化关系称之为熔池特性,在没有新炉料加入炉内的情况下,且炉内所积蓄的锍量不变,此时若铜锍品位变化,将会使需氧量变化,并与炉内积蓄的铜锍量有关。设有100t含Cu为70%的铜锍,当品位上升到71时,铜锍量为10070/71=98.59t,前后的质量差额为1.41t(忽略次要元素),这个质量变化完全由铜锍中FeS的氧化所致。计算该FeS氧化的需氧量,即得该铜锍品位变化时铜锍的需氧量。FeS氧化的需氧量=563m3这意味着品位上升到71时应向炉内多加精矿,炉内积蓄的铜锍可以向炉内反应提供563m3过剩氧量,即供氧量已经比锍品位为70时多出563m3。若铜锍品位下降,则此值为负,意味着炉内脱硫少了,供氧量不够,欲保持原来品位,在不调节供氧流量时,则需减少精矿加入量。铜锍品位的控制是以氧平衡为基础,可以采用改变加料量或鼓风量的方法来实现。任何一种控制。任何一种控制调节只要与氧平衡有关,就必需重新进行一次氧平衡计算。氧平衡式表达为:(鼓入总气量)(氧利用系数)=(加入精矿量)(精矿需氧量)+燃料量燃料需氧量+过剩氧量例:设定目标铜锍品位为70,半小时前得到铜锍品位结果70.2,加料速率为80t/h,煤的加入量为1.5t/h,鼓风量为37000NM3/h,氧浓度为44,熔池上方鼓入空气量4000NM3/h,现得到铜锍结果为69.8,请计算加料率,使品位在半小时内回到目标值。此时其他相关参数为:氧综合利用率95,煤的耗氧量1650NM3/t煤,熔池中铜锍积蓄量200t,铜锍品位提高1所对应的需氧量为1112NM3。首先,计算出原先的精矿需氧量:需氧量(3700044400021)9516501.513789(NM3)实际吨精矿需氧量13789/80=172.36(NM3/t精矿)炉中积蓄的铜锍的品位每提高1,所对应的需氧量为1112NM3。本例中,铜锍品位在半小时内下降了0.4,说明熔池中实际供氧量比理论耗氧量小,相对应在半小时内:每吨精矿过剩氧量熔池过剩氧量/加料速率(70.269.8)1112/(800.5)11.12(Nm3/t精矿)新的精矿需氧量172.3611.12183.48(NM3/t精矿)以下的工作就是调整进料率,以使新产出的铜锍品位为70,并将炉内积蓄的所有铜锍的品位全部从69.8提升到70。新加料速率(总氧量熔池过剩氧量)/新的精矿需氧量13789(69.870)1112/183.4873.94(t精矿/h)实际操作中,加料速率由80t/h突然减至73.94t/h会引起炉温剧烈波动,可采取增加冷料量或逐步改变加料速率缓慢调节铜锍品位的方法,以稳定生产。定时从风口取铜锍样(放铜时以铜口样为主),送炉前荧光分析仪快速分析铜、铁、硫、二氧化硅及有关杂质元素,根据结果判定炉况。有偏差时,计算机提出新的加料速度或新配料比的建议,经操作者确认后输入计算机执行。铜锍品位控制分三种情况作业:正常、异常和铜锍样被污染时。以大冶反应炉为例叙述如下。铜锍品位正常时,在控制范围内(如设定铜锍品位70),品位每升(降)0.1,加料速度增(减)3t/h左右。计算加料量时应考虑漏料、炉料水分等因素。变化异常时,品位波动大于2,且实际品位达7173时,将高硫精矿的比例增加10,低硫矿减少10,总加料量增加10。品位高于73时,增加取样分析频率为15min/次,全部采用高硫矿,并将总加料量增加10 品位高于74时,将风口风量降低10,氧浓度不变,取样分析15min/次,全部采用高硫矿,并将总加料量增加10。品位高于75时,风量不变,氧浓度降到35左右(正常为39左右),取样15min/次,全部采用高硫矿,总加料量增10。以上几种情况,因加料量增加较多,而风量、氧浓度还减少,此时要密切注意炉温的变化。品位达76甚至更高时,只有停炉处理(大冶厂在反射炉同时生产时,偶尔采用加入反射炉低品位铜锍来调节诺兰达反应炉铜锍品位的方法,但须谨慎操作) 铜锍样中熔融的铜锍中机械夹杂少量的渣。当铜锍样品分析时,SiO2含量0.3,这是正常值(霍恩厂正常值为SiO2含量0.1)。如果样品中SiO2含量0.3,我们即认为铜锍样被污染,出现这种情况,往往是炉况不正常,如铜锍品位低和渣流动性过好、铜锍面低等。此时,必须对分析结果进行判定并校正,将校正后结果应用于炉子操作控制,校正公式为:炉温是诺兰达熔炼工艺重要参数之一。炉温过高,耐火材料本身的强度下降,熔体对炉衬的冲刷、侵蚀加重,并增加能耗。炉温过低,渣的粘度增加,流动性差,难以排放,操作困难,而且炉料入炉反应不完全,往往随渣排出,在保持操作稳定和渣能顺利排放的情况下,通常维持低温运行。一般控制在12201230。而铜锍品位的增加会产生更多的化学反应热量,因而会引起炉温的升高,反之亦然。因此,稳定铜锍品位直接影响到炉温的控制,故每半小时采集一个铜锍试样直接送化验室分析。这样,操作人员就可以在取样后1530min内获得所需结果。若因某种原因不能进行试样分析,操作人员就可利用前一次试样的数据来调节生产参数,使铜锍品位回到目标值,这样,就可减少过热意外现象的发生。调控炉温,采用如下措施:冷料(返料)率随炉温高(低)而增(减);炉料配比随炉温高(低)而减(增)高硫矿比例(此时若增加高硫精矿比率,则氧浓度就相应地上调);石油焦加入量随炉温高(低)而减(增),同时调整氧量;氧浓度随炉温高(低)而减(增);加料端燃油供应量随炉温高(低)而减(增),同时调供风、供氧。其中,调节冷料(返料)量最为简单、快速、有效。控制合理的渣型是诺兰达炉工艺控制的又一重要任务,因诺兰达法能在渣含磁性氧化铁高的条件下操作。通过改变熔剂率来产生Fe/SiO2为1.51.9的炉渣,其优点在于需要熔剂少,减少了渣量,从而增加了炉子的处理量,减少了渣中铜损失,并为其后的渣贫化工作减轻负担。在生产中,炉渣Fe/SiO2往往会偏离标定值,须对加入熔剂率进行调整。根据大冶厂生产经验,铁硅比升(降)0.1,熔剂率相应增(减)1。渣的流动性与原料成分、炉温、渣成分、炉料中是否掺有煤、氧浓度、炉内搅拌程度、渣端燃烧器是否开启、渣层厚度等因素有关。当渣流动性从较好状态达到临界状态时,应采取措施使其向好的方向发展,否则渣的性质可能会继续恶化,这些措施有:(1)当炉温偏低或Fe/SiO2偏离目标值时,渣流动性不好,应将炉温适当提高并将Fe/SiO2调节到目标值,一般渣性可好转。 (2)当炉温和Fe/SiO2都正常,但渣流动性不好时,一方面检查炉渣分析结果,以理论熔剂率加入石英,另一方面适当提高炉温,增加高硫精矿比例。(3)作为燃烧与还原剂的煤,对渣流动性的影响较大,一般流动性好的渣都伴有煤的加入。(4)渣端烧嘴的启用对改善渣流动性有利,但对炉寿的负面影响较大。(5)渣中微量元素的含量对渣的性质有很大的影响,如PbO对流动性有好处而ZnO则会使渣流动性变差;当Al2O3含量8时对渣流动性有利,反之则有害;在Fe/SiO21.8时加CaO有益于改善渣流动性;Na2O对反应造渣有好处,但Fe/SiO21.6时对渣选厂就有很大的影响。通常炉料中微量元素较多时将Fe/SiO2控制在1.6以下。在熔池熔炼过程中产生的高度氧化的低硅渣含铜量为46,它取决于熔炼炉产的铜锍品位,与Fe/SiO2的关系不大。4、液面控制在反应炉顶部设有简单的液位测量孔,定时或根据需要插入钢钎进行液面测量。控制铜锍面最低值是为了保证氧气的利用率并防止风口鼓入的风直接鼓入渣层,从而引发喷炉事故;控制最高铜锍面是为了防止铜锍从渣口中放出,造成铜的不必要损失。总熔体液面控制得好,一方面可以保证炉内铜锍渣炉料间有充分的传质传热空间,铜锍能很好沉淀,渣能顺利放出;另一方面,可以保证发生突发事故时,反应炉风口能转出液面,有足够的空间处理问题,不会造成风口堵死的事故。大冶厂控制铜锍面为9701100mm,总液面1650mm;霍恩厂控制铜锍面为9701170mm,总液面1500mm。当液面波动时可采取的措施有:(1)当铜锍面970mm时,马上停止放铜锍;改变配料比,在保持铜锍品位和炉温波动不大的前提下减少高需氧量物料,增加低需氧量或含铜高的物料比例;在特殊情况下,增大含铜高的高需氧量物料,适当降低铜锍品位,增加炉内铜锍积蓄量。(2)当铜锍面1100mm时,马上放铜锍,停止放渣作业,如遇转炉暂不需要铜锍等特殊情况时则降低加料量控制铜锍量的增加或将炉子转到待料位置,保温等待。(3)总液面的控制一般不能超过1650mm,当超过1600mm时,必须马上放渣。视放渣速度,采取措施控制炉内液面上涨;当总液面已达到或超过1650mm,且15min内由于外因无法放渣时则转出,停炉等待。 诺兰达炉熔炼过程中,可能发生的事故有喷炉、死炉、炉体局部烧穿及炉子误转等。1、喷炉 喷炉是诺兰达反应炉最严重的事故。发生喷炉事故的原因分析如下:(1)铜锍面过低导致大量空气鼓入渣层内,使大量FeO氧化成Fe3O4,炉渣粘度增大,为熔体喷发准备了最重要的条件。(2)炉温过高,则熔体温度高,铜锍粘度变小,鼓风阻力小,风口过于畅通。此时往往供氧量大于炉料需氧量,因此使铜锍品位升高,相应地铜锍体积减小,铜锍面下降,造成渣层内鼓风更加剧烈。由于铜锍面过低,且铜锍粘度小,从风口鼓入的氧气有一部分本应在铜锍层中消耗,此时却进入渣层,与渣中FeO反应,使Fe3O4生成速率比正常时大得多,其使渣性变粘,放渣困难,因而渣层越来越厚,渣层内储存的氧越来越多,如此积累到一定程度时,风口鼓入的风参与反应产生的正常烟气和渣内储存的氧与硫化物等反应产生的额外烟气同时释放出来,喷炉就发生 (1)严格控制铜锍面高度和渣层厚度大冶反应炉铜锍面高度严格控制在9701300mm之间,要求按制度及时测量熔体

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