年产10万吨铜闪速炉吹炼车间设计

.3热量平衡计算5.3.1熔炼炉反应塔热平衡计算(基准温度t0=25℃)1.(1)化学反应热：式中：——化学反应热修正系数，一般取1。(2)矿用送风显热：式中：——湿空气比热，kJ/(m3·℃)；1234温度0~100℃100~300℃300~500℃500~1000℃湿空气比热1.321.331.351.40——，℃。(3)：2.(1)：(2)：(3)：(4)：(5)：式中：——修正系数，当常氧送风时为1，富氧送风时为1.05~1.19，取1.1。(6)反应塔热损失：式中：——热损失修正系数，0.8~1.1，取1.1；——反应塔内径，取4m；——反应塔内高度，取6.5m。3.反应塔燃料燃烧计算设燃料重油成分为(%)：物质CHSNOW成分含量（％）85110.50.50.51.00(1)重油燃烧空气量：(2)烟气量：(3)燃料显热：MJ/kg式中：—kJ/(kg·℃)；—，100℃。MJ/kg(4)：MJ/kg（5）烟气显热：(6)：(7)：：MJ/h4.(1)：(2)：其中：5.其中:6.(1)：(2)：7.反应塔热负荷一般为1000~2000MJ/（m3·h），该计算的结果符合。反应塔热平衡计算，见表5-3。表5-3反应塔计算热平衡表热收入热支出项目MJ/h%精矿反应热143861.9795.02送风显热00炉料显热3379.972.23重油燃烧热4155.292.75合计151397.23100项目MJ/h%铜锍显热21103.1113.94炉渣显热57246.2137.81烟尘显热7713.095.09水蒸发热563.330.37烟气显热57424.9337.93热损失6617.204.37合计151397.181005.3.2沉淀池热平衡计算1.：(1)：MJ/h(2)：MJ/h(3)：MJ/h(4)：MJ/h(5)：MJ/h2.：(1)：：(3)：(4)：式中：——修正系数，取1.1。(5)：MJ/h式中：——沉淀池热损失是修正系数，0.9~1.1，取1.1；——反应塔与上升烟道中心距，取12m。3.沉淀池燃料燃烧计算：(1)重油燃烧空气量：式中：——沉淀池送风含氧浓度，取21。m3/kgm3/kg式中：——沉淀池氧效率，一般取0.95。m3/kg(2)重油燃烧烟气量：(3)：MJ/kg(4)：(5)：：(7)：(8)：4.：(1)：m3/h(2)：m3/h其中：5.：m3/h其中：6.：(1)：：MJ/h沉淀池热平衡见表5-4。表5-4沉淀池热平衡表热收入热支出项目MJ/h%塔烟气显热58554.3338.30塔铜锍显热21103.1113.80塔炉渣显热57246.2137.45塔烟尘显热7713.095.04造渣热4732.663.10池送风显热00重油燃烧热3528.892.31合计152878.89100项目MJ/h%铜锍显热19040.9612.45炉渣显热51036.9733.38烟尘显热8029.375.25烟气显热66751.9441.66热损失80195.26合计152878.241005.3.3上升烟道热平衡计算1.：(1)：MJ/h(2)：MJ/h2.：(1)烟气显热：式中：——修正系数，一般取0.99。(2)烟尘显热：(3)上升烟道热损失：式中：——上升烟道热损失系数，0.5~0.6，取0.55。(4)上升烟道辐射热：式中：——辐射热系数，0.07~0.08，取0.08。3.上升烟道燃料燃烧计算：(1)重油燃烧空气量(同沉淀池)：m3/kgm3/kgm3/kg(2)重油燃烧烟气量(同沉淀池)：m3/kg其中：m3/kgm3/kgm3/kgm3/kgm3/kg(3)：MJ/kg(4)：MJ/kg(5)：(6)：(7)：(8)：4.：(1)空气量：m3/h(2)烟气量：m3/h其中：5.：其中烟气成分（体积百分数%）6.：(1)空气显热：(2)烟气显热：上升烟道热平衡见表5-5。

表5-5上升烟道热平衡表热收入热支出项目MJ/h%池烟气显热60265.2476.37池烟尘显热8029.3710.18送风显热0重油燃烧热10614.4513.45合计78909.06100.00项目MJ/h%烟气显热62079.3078.67烟尘显热7452.939.45热损失4410.455.59热辐射4966.346.29合计78909.02100.00闪速炉总热平衡见表5-6。表5-6闪速炉总热平衡表热收入热支出项目MJ/h%化学反应热143861.9784.19炉料显热3379.971.98造渣热4732.662.78送风显热00重油燃烧热18892.0911.05合计170886.69100.00项目MJ/h%铜锍显热19040.9611.14炉渣显热51036.9729.87烟尘显热7452.934.36水蒸发热563.330.33烟气显热60265.2435.27热辐射496.342.91热损失19046.6511.15合计170886.63100.00

6主要设备计算6.1单位生产率及反应塔主要尺寸计算6.1.1单位生产率反应塔单位生产率，一般按生产实践确定，可按下式计算：式中：ω塔——烟气通过反应塔平均速度，m/s为2.5~3.8这里取2.5；V烟——熔炼每吨精矿产生的烟气量，m3/t由计算确定；Ti——时间换算系数，等于86400s/d；t塔——反应塔内平均温度，℃；η——作业率，一般取0.95~0.98，这里取0.95。6.1.2主要尺寸6.1.2.1反应塔直径式中：A——每日处理精矿量，t/d，按年处理10万吨，全年有280个工作日计算。6.1.2.2反应塔高度反应塔的高度通常指塔顶至沉淀池液面的距离，主要取决于烟气在反应塔停留的时间和通过反应塔的速度，与容积热强度也有关系。式中：τ烟气从反应塔至沉淀池液面的停留时间，一般取2.5~3.5s，这里取2.5s。6.2沉淀池主要尺寸的计算6.2.1沉淀池高度净空高度：式中：h净——净空高度，m；B上——沉淀池上部宽度,m；α——炉墙倾斜角，一般取10°；h上弓——沉淀池上部弓形高度，m;F梯——沉淀池上部净空梯形面积，m2；F静——沉淀池空间截面积，m2；V池——通过沉淀池的烟气量，m3/s;t池——沉淀池烟气温度，℃;ω池——烟气通过沉淀池的速度，m/s,一般为5～9m/s,这里取5m/s;R——为沉淀池顶曲率半径，通常比B上大0.9～1.25m，这里取0.9m；θ——拱顶中心角，取50°；取上拱中心角θ=50°，则沉淀池上部宽度为：式中：b——反应塔内壁至沉淀池内壁的距离，取0.6m。则取R=7.15m，式中：F上弓——沉淀池上部弓形截面积，m2。则净空高度为：6.2.2沉淀池宽度熔池深度：为使熔池保持足够的温度，并有利于铜锍和炉渣的沉淀分离，一般熔池深度为0.8~1.5m。当铜锍品位低，产量大时取较高值，反之取较低值。本设计取熔池深度为0.8m。渣线宽度：下部宽度：式中：h下弓——沉淀池下部弓形高度，m，取0.2m;渣线长度：式中：τ分——铜锍与炉渣分离时间，h，一般在8-15h之间，这里取8h；G锍，G渣——分别为单位时间内产出的铜锍和炉渣量；γ锍，γ渣——分别为铜锍和炉渣的熔体密度，t/m3；F熔——沉淀池熔体梯形横截面积，m2；取反拱中心角θ为20°，反拱半径为14.5m，可计算出沉淀池下部弓形截面积F下弓=0.722m2，则沉淀池熔体梯形截面面积为：则：上部长度：下部长度：6.3上升烟道主要尺寸的计算6.3.1入口断面积式中：F入min——上升烟道入口最小断面积，m2；V池——通过上升烟道入口或出口的烟气量，m3/s；t——上升烟道入口或出口温度，℃，按1340℃计算；ω——上升烟道入口或出口烟气流速，m/s,一般均按6~10m/s计算，这里按8m/s计算。综上：考虑结瘤，取上升烟道沉淀池处高2.0m、宽5.2m，则入口断面积为6.3.2出口断面积式中：F出min——上升烟道出口最小断面积，m2；V上升——上升烟道出口的烟气量，m3/s；考虑结瘤，取上升烟道出口处高4.0m、宽2.0m，则出口断面积为：6.3.3上升烟道总高度上升烟道的高度主要应满足炉体结构要求，一般其出口底部距池顶不小于2.5m,并注意与余热锅妒入口位置的连接与密封。根据余热锅炉入口的位置，可以确定上升烟道的总高度为7.5m。6.4精矿喷嘴的选择及主要尺寸的计算选用一段收缩式喷嘴一个。6.4.1各断面直径下料管断面直径:式中：d料内——下料管断面直径，m；V矿——精矿名义流量，m3/s；ω矿——精矿名义流速，m/s,一般按0.1-0.35m/s计算，取0.2m/s。收缩段入口直径：式中：d1——收缩段入口直径，m；V空——一个喷嘴鼓入空气量，m3/s；t——鼓入空气温度，取450℃；ω收——断面流速，m/s，取20m/s；d料——下料管外径，m，d料=d料内+0.012。最窄部断面直径：式中：d窄——最窄部直径，m，d窄=d料内+0.12；V窄——最窄部喷嘴鼓入空气量，m3/s；ω窄——最窄部流速，m/s，取100m/s。喷嘴出口断面直径：式中：d3——喷嘴出口断面直径，m；V喷——喷嘴出口鼓入空气量，m3/s；ω喷——喷嘴出口流速，m/s，取45m/s。6.4.2各段高度热风箱高度：取0.8m。收缩段高度：根据热风入口面积，最窄部面积及选择阻力最小的收缩角(一般为10°～25°)进行计算，这里取收缩角25°。扩张段高度：根据最窄部断面积，护张口（喷嘴出口）断面积及选定的扩张角(10°)进行计算。精矿喷嘴内设置直径为25.4mm(1英寸)的喷嘴油管，其油压为0.5Mpa6.5砖体厚度6.5.1反应塔砖体厚度铝镁砖345mm，电铸砖345mm，6.5.2沉淀池铝镁砖345mm,填料100mm粘土砖345mm，高强度轻质砖500mm铁板100mm，底梁350mm

7闪速吹炼车间环境保护7.1主要污染源环境是我们赖以生存的基础。但是，随着人类的发展，经济和社会飞速发展，生态环境也遭受到严重破坏。水污染，空气污染，荒漠化正在变得严重。这些环境问题不仅会影响了我们的日常生活，也极大地影响了我国的可持续发展。因此，我们一定要注意环保问题。而有色冶金行业主要涉及废气、废水和固体废弃物几个方面。7.1.1烟气烟道气从闪蒸吹入炉中的量为约12000Nm3/h时，和SO2的浓度为38。27%,烟气温度1290℃,烟气含尘~302.05g/Nm3,烟尘率9.5%,排烟收尘系统的主要任务就是将烟气中的粉尘通过收尘设备最大限度的回收,尽量减少金属流失,提高冶炼回收率,同时为化工厂制酸系统提供合格的冶炼烟气。烟道气是通过在废热锅炉冷却，粉尘是188.78克/标准立方米的部分灰尘被收集后，将烟道气的温度为350±30℃。灰尘腔室布置在废热锅炉和电除尘器之间。烟道气体离开热锅炉后，它进入集尘室，并进入预喷粉之后的电除尘器。通过电集尘器的最终纯化后，烟道气中含有灰尘至500mg/标准立方米。7.1.2废水炼铜废水包括矿渣废水、冶炼烟气洗涤，以及酸性废水。这种工业废水会影响了水的质量。当铜被用于农田灌溉时，会作物生长，会造成粮食污染。然而排入河流中人会对导致水生生物急性中毒;在沿海和港口地区，铜污染导致牡蛎肉变绿。7.1.3渣如今，冶炼铜渣以加工为主要目的。矿渣中大部分贵金属与铜共存，与铜同时被回收。由于矿渣的组成复杂，粒度小，铁资源主要以硅酸铁形式存在，难以处理。显然，考虑到铜渣的性质，开发出能实现有价值组分再利用的分离技术具有巨大的经济效益和学术价值。7.2主要环保措施7.2.1烟气处理本车间冶炼烟气包括闪速熔炼炉烟气、闪速吹炼炉烟气、阳极炉烟气、倾动护烟气、环保烟气[17]。根据这些烟气性质，分为两类分别处理:第一类：闪速熔炼炉和闪速熔炼炉的烟道气的烟道气通过烟道气硫酸系统处理，并将酸尾气被排出到标准;第二类：低浓度SO2烟气，包括阳极炉烟气、倾动炉烟气、环保烟气采用离子液脱硫系统处理，净化后的烟气达标排放。排烟风机均布置在收尘设备出口方向，收尘设备均在负压下操作。集尘设备主要由山集尘室，电动除尘器，旋风除尘器和袋式除尘器的。所捕集烟尘采用刮板输灰，最终采用气力输送方式送至炉顶烟灰接收仓。闪速吹炼炉处理的铜锍、烟灰和石灰石粉按照设定的加料速率，经过重量损失计量系统，所述闭合埋刮板输送机，气动斜槽和中央浓缩液喷嘴被添加到转换炉的反应塔。一系列的化学反应的发生在氧的作用下，造渣和铜制造过程完成，并且所生成的粗铜和炉渣净化，并在沉淀池分离。粗制铜直接通过所述流槽精制成的旋转阳极炉中，该吹塑炉渣进行水淬，然后送到熔化和配料系统返回到熔炼炉进行治疗。烟道气通过废热锅炉回收以回收废热，并且电动灰尘纯化并发送至酸厂酸的生产。闪速吹炼炉收尘设备采用电收尘器，进、出口设有蝶阀。经电收尘器净化后的烟气含尘约为500mg/Nm3，用排烟机排出与熔炼护烟气混合后送往化工制酸系统。排烟机采用变频调速，入口和出口设有电动调节尘气蝶阀，调节系统风量和压力。沉尘室和电收尘器前3个电场收下的烟尘由埋刮板输送机送至缓冲仓，余热锅炉收下的细尘以负压吸送方式送至缓冲仓，仓内烟灰并由仓式泵正压吹送至吹炼炉烟灰接收仓；电收尘器后2个电场收下的烟尘先由埋刮板输送机送至缓冲仓，之后由仓式泵正压吹送至熔炼炉烟灰接收仓或开路。闪速吹炼炉收尘设备采用电收尘器,在入口和出口被设置蝶阀。由电除尘器净化的烟道气为约500毫克/标准立方米，并且通过排气扇排出并与熔炼保护的烟道气混合，并且被发送到化学酸的生产体系。的排烟采用变频调速，以及在入口和出口设置有电动可调灰尘蝶阀以调节系统的空气体积和压力。吹炉的烟道气通过废热锅炉冷却和烟灰的部分被收集，然后进入集尘系统。烟道气通过集尘室（球形烟道）到粗颗粒中分离，然后进入电集尘装置，所述集尘室和电动集尘。由前三个电场收集的灰尘由埋刮板输送机发送到缓冲罐，并通过废热锅炉中收集的细尘被发送到由真空吸附缓冲罐，而在贮仓中的烟灰被吹到由仓泵正压。吹炉灰渣接收仓;电收尘器后2个电场收下的烟尘先由埋刮板输送机送至缓冲仓,之后由仓式泵正压吹送至熔炼炉烟灰接收仓或开路。为了防止管道和设备所造成的烟道气冷凝的冷凝，灰尘收集系统的所有管道和设备需要在外部绝缘。所述风扇被放置在灰尘收集系统的下游，使系统在负压下工作。低压配电和仪器控制室被放置在电除尘器下，以减少占地空间。有2台的高温风扇，1组和1套。闪速吹炼炉余热锅炉负压输送系统采用旋风收尘器和分室脉冲布袋收尘器，铜锍接收仓、石英石接收仓、生石灰接收仓、烟灰接收仓采用座仓式布袋收尘器，用来过滤含尘气体，除尘效率99.5%以上，净化后气体通过引风机排空。粉尘排放浓度符合《铜、镍、钻工业污染物排放标准》(GB25467-2010)(粉尘:80mg/m3)[18]。7.2.2废水处理炉渣废水在沉淀后回收。硫酸厂废酸处理设备排出的硫酸和地下排水酸含量高，含有砷，氟和重金属离子，经化学沉淀处理。主要采用氢氧根沉淀法。废水经过均质器后，首先加入石灰石粉，调节pH值在3.5以上，使大部分硫酸形成石膏，大部分氟形成氟化钙，析出沉淀物。然后使用硫酸亚铁除去砷，加入硫酸铝除去氟。将石灰乳加入pH值为9-10的溶液中，使用其他重金属离子进行适量的凝结。该试剂用于去除金属氢化物和沉淀物。7.2.3渣处理经过计算，本车间熔炼渣量约为268087t/a，经渣缓冷场缓冷后，送渣选矿厂回收铜；吹炼渣29436.0t/a，水碎后返回熔炼配料系统；精炼炉渣1015t/a，外售。如今越来越多的工厂没有把渣投回到冶炼炉，采用选矿方法处理炉渣，取得了较好的效果。与电炉的耗尽相比，铜渣处理具有以下优点：（1）高铜回收率约为90％以上；（2）耗电量少；（3）尾矿生产量水泥可作为外加剂；（4）黄金和白银的回收率很高。但是缺点是（1）资金投入高，（2）面积大，（3）铜和铁，难以浓缩镍，钴，铅，锌等。7.3对环境影响预测车间采用先进的清洁生产技术，提高烟气中SO2的浓度。该转换器含有高浓度SO2的烟道气发送两个移两吸酸系统产生硫酸;精炼炉，倾炉的烟道气和系统的酸尾气和环境友好的烟道气均由脱硫系统脱硫，以便在车间的浓度和SO2的排放被大大降低。另一排气气体通过除尘设备纯化，然后将烟（粉）粉尘排放浓度比国家排放标准规定的标准下限。水在这个车间的重复利用率为96.9%,满足国家发改委颁布的《铜冶炼行业准入条件》中水循环利用率95%的要求。从工厂排出的所有废水都排放到废水处理厂，最终用于生产而不会溢出。生活污水经化粪池处理后排入生活污水处理厂，符合“铜，镍，钴工业污染物排放标准”GB25467-2010的要求。生产过程中产生的冶炼渣在炉渣的缓冷区缓慢冷却，然后送至炉渣浓缩厂回收铜，炉渣粉碎后返回冶炼批量处理系统，精炼渣为出口。在高噪声设备中，采用降噪措施，如安装防振基础和降噪设备，它们也安装在建筑物中。降噪和隔音效果清晰，降低噪音强度也很有的明显效果。噪音的影响随着距离的增加而减小，因此设备噪声对周围环境的影响很小。本车间环境影响评价是符合国家的要求，符合区域经济发展和环境保护规划的要求。因此，本设计车间在环境保护方面是可行的。

8车间组织和经济分析8.1车间管理与定员本吹炼生产车间人员配置有以下的原则：靠岗位的性质和劳动数量来选定。不同素质的劳动人员应有不同的岗位配置，做到用其所长，避其所短，优化组合。铜吹炼车间工人大部分在高温，烟尘大的环境下工作，一般采取三班制，每天每班工作8小时。由于“双闪”工艺具有较高的自动化水平，可大幅降低工人人数和劳动强度。下表为本设计车间人员的分配。表8-1岗位分类与定员岗位人数班次备注车间主任11负责整个车间员工的日常生产的组织和管理工作车间副主任11负责辅助车间主任的工作设备班长33负责组织和管理炉体员工的日常生产的工作技术人员153负责处理生产中出现的各种技术问题的工作操作班员303负责闪速炉生产的日常操作行车司机101负责行车运行设备维修员101负责设备检修与维护装边班员51负责装边办公财务人员51负责办公、财务工作安全技术员101负责安全生产8.2铜闪速吹炼车间的建设成本估算8.2.1设备及安装费用估算经过查询了解估算本设计闪速炉设备及安装费用约为4亿元。8.2.2土地建设费用估算土地建设部分主要包括用来安放各种设备以及供工作人员办公休息场所的修建，根据单层厂房单位面积的造价对其投资进行估算，按照工艺流程的需要以及各种设备的大小，土地建设单元的面积如表8-2[19]。表8-2土地建设部分投资估算表序号项目单位数量备注1闪速炉占地面积m21202附属设备占地面积m2963过道空间面积m26684仪器仪表控制器m2250总面积1260按每平方米2000元估算，土地建设估算为2520000元。8.3铜闪速吹炼车间的生产费用估算8.3.1原材料费用包括原料及主要材料费用，某一原材料费用=消耗量×材料价格。材料单价指材料的入库价，入库价=采购价+途耗+库耗。途耗指原材料采购后运进企业仓库前运输途中的损耗，库耗是企业所需原材料入库和出库间的差额。8.3.2燃料费用燃料费用的计算与原料费用相同。8.3.3动力费用有外购和自产两种情况。外购燃料动力成本的估算：燃料动力成本＝单位产品燃料动力成本×全年产量。8.3.4工资及福利费的估算工资及福利费包括在制造成本、管理费用和销售费用之中。为便于计算和进行项目评估，需将工资及福利费单独估算。1.工资的估算

按照不同的工资级别对职工进行划分，分别估算同一级别职工的工资，然后再加以汇总。一般可分为五个级别，即高级管理人员、中级管理人员、一般管理人员、技术工人和一般工人等[20]。估算平均工资为5000元，则本设计安排工作人员90人工资预算为450000。2.福利费的估算职工福利费主要用于职工的医药费、医务经费、职工生活困难补助以及按国家规定开支的其他职工福利支出，不包括职工福利设施的支出。一般可按照职工工资总额的14%计，则约为63000元。由此可以制出生产成本估算表，如表8-3。表8-3生产成本估算表项目单价（元）日需量总价（元）原料费用铜精矿2061.831453.44t/a2996746.2石灰石粉42.7378.56t16164.512石英粉256.4259.84t66622.976动力费用水0.8500m3/h400电0.574500kWh2565氧气301.89450.61km3136034.65重油3589.711.57t41532.838.4综合经济指标综合技术经济指标见表8-4。表8-4综合技术经济指标序号指标名称单位数量1处理铜精矿t/a4069622石灰石粉t/a1059973石英粉t/a727554重油t/a32395氧气m3/h1261716水m3/h1400007电k·kWh12608吹炼炉规格m9粗铜量t/a10000010粗铜品位％98.511吹炼富氧空气量m3/h5000.612吹炼富氧浓度％80序号指标名称单位数量13炉渣量t/a29436序号指标名称单位数量14吹炼炉渣含铜％2115年生产天数d28016车间生产人员人90

结论通过论证分析比较多种工艺的特点，本设计最终选定奥托昆普闪速炉吹炼，相比于其他吹炼工艺，奥托昆普闪速炉吹炼工艺具有技术成熟、连续生产、效率高能耗低，以及对环境污染小等特点。该车间计划利用从海外各国进口原料以及销售出口的便利、当地政府给出的优惠政策最终选定厂址于广西防城港市，使该车间创造更多利益。经过物料平衡计算、热平衡计算等算出了炉体的尺寸，并做了环境保护分析以及经济核算。综上所述，该车间设计项目在技术上、经济以及环保等多个方面都具有积极意义，值得建设。

致谢年产10万t/a的铜闪速熔炼车间设计的任务，运用很多专业知识，查阅大量的文献后，设计一个符合实际、运行可靠的铜闪速熔炼车间。是考验冶金知识与实践能否相互结合的能力，综合运用所学知识独立地分析问题和解决问题的能力。感到设计人员必须具有一定的分析能力和思考能力，要学会查阅相关文献并整理这些材料，能大胆思考、提出问题、分析问题，并且能选出最佳的解决方案。在此要感谢我的指导老师张岳老师对我悉心的指导，感谢广西金川有色责任有限公司的给予的帮助。在设计过程中，我们在冶炼厂实习时，通过询问老师傅处理方法，与小组成员一起交流，并多次请教指导老师等方式，使自己学到了很多知识，虽然经历了不少艰辛，但是收获也同样巨大。

参考文献张小红.炼铜典范“闪”耀边陲--记广西金川有色金属有限公司40万吨矿产铜冶炼项目[J].中国有色金属:2017,(1):8-8李贻甫.Cu-Mo-X（X：Er，Ni，Si，Th）三元系相平衡的热力学计算[D].厦门大学,2008.黄海根,余斌,张绍才.铜工业的近来走势与发展对策探讨[J].矿产保护与利用,2004(2).吴柳雪.县域经济发展对策研究——以广西省防城港市为例[J].经营管理者,2010(17):82-82.余元俭.我国火法炼铜清洁生产现状及促进措施探讨[C].中国有色金属学会学术年会.2005.Sk