第五次课 铜精矿电炉熔炼1

第六节

铜精矿的电炉熔炼一、概述

电炉是用电能作热源以熔炼炉料的一种冶金设备，熔炼铜精矿或镍精矿的电炉为矿热电炉，这是一种复合电炉，这种电炉的电能一部分是在气体介质中通过电弧转变为电能，一部分是在固体或液体炉料中通过电阻转变为热能。电炉可视为用电加热的反射炉，其功用与反射炉相同，但只能熔炼干燥过的生精矿或焙烧矿。1矿热电炉概貌图2与反射炉熔炼相比，电炉熔炼的优点是：（1）容易形成高温区，且温度易控制，能处理各种炉料，特别适于处理含钙、镁高的难熔炉料；（2）不用燃料，烟气量大为减少；（3）电能可以有效利用；（4）随烟气及炉渣带走的有价金属少，故回收率高。

3电炉熔炼的缺点：不能利用精矿反应的热能，电能消耗大，费用高。对电力缺乏的地区，吸引力不大。4二、电炉熔炼的理论基础1、电能的转变在电炉熔炼时，熔炼过程需要的热量是由电能转变来的，电能转变为热能时，其热量用焦尔—楞茨公式表示：Q=I2Rt式中Q——热量（J）；

I——通过电阻的电流（A）；

R——总电阻（Ω）；

t——通电时间（s）。5电炉熔炼铜镍硫化矿时，电能是在电压高达680V，电流高达30000A的情况下，通过三根或六根电极送入炉内的。有40~80%的热量产生于电极-熔渣的接触面上，其余部分产生于渣层之中。6大部分热量之所以产生于电极-熔渣的接触面上，是由于在电极附近电流密度和电极与炉渣之间的气膜电阻都很大，因此在电极附近产生很大的电压降，放出相应的热量，使电极附近炉渣温度很高；而距离电极远的区域，则由于电流密度小和炉渣电阻比气膜小的缘故，热量较少，温度也低；至炉墙处温度最低。7对于配有一台额定容量为PkVA的三相变压器的电炉，当电炉负荷达到P时，熔池中产生的热量按下式计算：对于配有三台额定容量为PkVA的单相变压器的电炉，当电炉负荷达到P时，熔池中产生的热量按下式计算：82、电炉的电制度和调节大型矿热电炉有六根电极，一般采用单相变压器供电，每对电极与一个单相变压器相联接。变压器的电压可以调节，不同的电压供给炉内的功率也不同，电压愈高，功率愈大，因而热量愈多。故当开炉、停炉或者改变炉料、生产率时，就可以用改变电压的方法来调节供入炉内的电功率，亦即改变供入的热量。9但是当电炉在一定的电压下工作时，由于熔池负荷的变动，会使电流的数值发生波动。当电流已是变压器的最大电流时，电流的波动会迫使变压器保护装置自动跳闸。如果不是在最大电流工作时，电流的波动又会使变压器效率降低。为了改变这种情况，常用升降电极的办法来调整熔池的负荷。10电炉单相变压器的电负荷示意图11从图中可知，电流按两个方向流通：（1）一个方向经过炉渣（I1），即电极A→炉渣层→电极B。（2）另一个方向经过炉渣和冰铜（I2），即电极A→炉渣→冰铜→炉渣→电极B。设其能过的电阻分别为R1和R2，则：R1=ρ/ad如果冰铜的电阻忽略不计，则：R2=2ρ(H-a)/F12因为两并联电路总电阻R为：R=R1R2/（R1+R2）将R1、R2值代入，可得：

13因为电极断面积F和炉渣深度H皆可视为常数，故：为了保持一定的电流值，熔池的负荷R必须保持不变，当熔池的电阻率ρ因气膜状态，料堆大小及位置、炉渣成分和深度变化而发生改变时，就可以相应地用增大和减小电极埋入深度a的办法来维持平衡。14对于I1和I2的大小，当其它条件不变时，I1和I2的比例，完全取决于电极插入熔池的深度。电极插入深度增大时，I2显著增大，而I1减小，从而使熔池的高温区下移，这样有利于冰铜的过热；反之若减小电极插入深度，则I1增大，I2减小，炉渣层温度升高。153、炉渣的对流和热交换由于电极周围熔体温度高，远离电极的熔体的温度较低，熔池温度分布不均匀，从而使接近电极表面的熔渣强烈过热，密度降低，不断上浮到熔池表面，并沿此表面向四方流动，在流动的过程中，与漂浮在渣层中的炉料相遇，将热量对流传给炉料，同时高温炉渣也通过辐射将热量传给炉料，使炉料熔化，并发生各种物理化学变化，完成造冰铜和造渣过程。16新形成的炉渣温度较低，密度较大而下沉，至电极末端的渣层上，再沿电极向上移动，于是形成了循环。4、电炉中进行的主要化学反应与其它熔炼方法相似。17三、矿热电炉矿热电炉结构反射炉相似。但由于供热方式不同，矿热电炉在结构上也有其特点。矿热电炉可以采用石墨电极、炭素电极或自焙电极。前两种电极用于5000kVA以下的小型电炉，大型电炉均采用自焙电极。电极就具有导电性好、高温下机械强度高、在空气中开始氧化的温度高、化学稳定性好等性能。18四、电炉熔炼的实践1、电炉熔炼的炉料准备电炉熔炼对入炉物料有一定要求，水份应低于1~3%；炉料的透气性好，炉料中碳酸盐在入炉前尽量分解；具有一定的温度；炉料的硫铜比不宜太高等。一般工厂炉料需进行制粒、干燥等炼前准备。19配料主要是配备适于电炉熔炼的渣型，以利于降低电耗和渣含铜。制粒是关键作业，目的在于产出粒度适当，强度高的粒料。粒料干燥在于提高强度，并脱去部分硫。202、电炉熔炼的操作要点电炉熔炼的操作包括开炉、装料、电气控制、冰铜与炉渣层厚度的控制、电极操作、返转炉渣、熔体排放，停炉及作业故障处理等工序。（1）开炉。新电炉开炉较复杂。（2）加料。电炉加料应保证获得最大的熔化量，金属在废渣中的损失小，操作安全，保护炉墙不受炉渣侵蚀，尽可能实现机械化、自动化加料。21加料要以电极中心加料为主，侧墙加料为辅。电极中心加料量占总加料量的百分之七十左右。要严格控制料坡高度，防止料坡翻倒。电气控制主要是控制电极-炉渣接触所放出的功率与渣层中放出的功率两者的比例。改变两者的比例，必须改变电极插入渣层的深度。22熔池液面高度对电炉熔炼制度影响很大。总的要求是液面高度要稳定，而且高度要适应，渣层和冰铜厚度均要适当，否则对熔炼过程不利。233、电炉熔炼技术经济指标