铜冶金生产技术 7传统熔炼法

7.传统熔炼法7.1密闭鼓风炉熔炼7.2反射炉熔炼7.3电炉熔炼127.1密闭鼓风炉熔炼

鼓风炉熔炼法炼铜是一种历史悠久的冶炼方法。这种方法对炉料适应性强，床能率高，所以曾经长期成为世界上的一种重要炼铜方法。传统的鼓风炉炉顶是敞开式的，只能处理块状物料，所产烟气SO2浓度很低(约0.5%)，难以回收，造成烟害。上世纪50年代出现了密闭鼓风炉，近15年来又出现了富氧密闭鼓风炉。从而克服了上述缺点。密闭鼓风炉的炉料包括混捏铜精矿、熔剂和固体转炉渣。块料的容积比应在50%左右。3

炉料和燃料从炉子上部加料斗分批加入，空气或富氧空气从炉子下部两侧风口鼓入。产出的熔体进入本床，通过咽喉口流入设于炉外的前床内进行冰铜与炉渣的澄清分离。炉气和炉料呈逆流运动，所以热交换好，热的直接利用率高达70％以上。焦点区的温度可达1573K以上，其值取决于炉渣的熔点。图7-1密闭鼓风炉中炉料和炉气分布示意图7.1.1密闭鼓风炉熔炼基本原理l、预备区在预备区主要进行下列物理化学过程（1）炉料的预热、干燥、脱水。（2）高价硫化物的离解脱硫；2FeS2=2FeS+S2500～600℃时开始4CuFeS2=2Cu2S+4FeS+S2550～700℃时开始4CuS=2Cu2S+S2550～600℃时开始S2+2O2=2SO2

（3）硫化物的氧化反应

氧化的主要反应式于下：3FeS2+8SO2=Fe3O4+6SO2

在预备区还可发生以下反应：3FeS+5O2=Fe3O4+3SO22FeS2+5O2=2FeO+4SO22FeS+3O2=2FeO+2SO2

4（4）石灰石熔剂的分解反应

石灰石熔剂受热时，将按下式分解：

CaCO3=CaO＋CO2

2、焦点区

(1)熔融硫化物的氧化。

2FeS+3O2+SiO2=2FeO·SiO2+2SO2

在有SiO2存在的条件下，转炉渣中的Fe3O4以及在预备区形成的Fe3O4，FeS将使这些磁性氧化铁还原造渣，其反应式如下；

3Fe3O4+FeS+5SiO2=5(2FeO·SiO2)+SO2

(2)焦碳的燃烧

(3)造渣和造冰铜

3、本床区

本床仅仅起着汇集熔体和最后调整熔体成分的作用。

在调整熔体成分的过程中，最主要的化学反应是熔解在渣中的少量Cu2O被冰铜中的FeS再硫化其反应如下：

(Cu2O)渣+[FeS]冰=(FeO)渣十[Cu2S]冰

57.1.2炉体构造本床、炉身、前床。见图7－27.1.3操作实践1、开炉操作（一）开炉前的设备检查（二）本床和前床的烘烤（三）开炉炉料的配备和进程

密闭鼓风炉开炉进程，分为投木柴→加底焦→加渣料→进过渡料→进本料→转入正常生产。2、进料操作

焦碳—熟料—生料—混捏精矿

焦碳—生料—熟料—混捏精矿67图7-2

密闭鼓风炉的构造1－水套梁；2－顶水套；3－加料斗；4－端水套；5－风口；6－侧水套；7－山型；8－烟道；9－咽喉口；10－风管

3、炉口维护和故障处理

1）负压

2）炉结

炉结的生成是由于一些细颗粒的炉料和低熔点组成物，在炉内炉料下降时，被带到炉子的两侧，软化(半熔化状态)粘结成块。

炉结的控制方法:①坚持经常的炉口捅打，始终保持炉结与料斗间距离不小于200mm。②及时处理棚料，穿孔，上燃等故障；③严格控制合适的混捏料水份：④均匀布料；⑤与风口联系配合操作；⑥配以适当的焦率；⑦保证一定的块率和熟料率。

3）棚料

棚料产生原因:①炉结太大，遇大块料卡住时，引起棚料。②打掉的炉结未熔化下落，而引起的搭桥起棚料。③铜精矿批量大，水份高时，易棚料。④炉子上燃，下料不匀，造成料柱局部烧结搭棚，产生棚料。⑤停风几小时后，因风闸关闭不严，少量空气入炉，部分炉料熔化时粘结炉料，开风后易产生棚料。

8棚料的危害:①风分布不均，下料较慢，降低熔解量。②产生跑空风，单位时间产生的熔体越来越少，相应本床熔体减少。达不到液封，造成咽喉口喷出风。进一步因本床熔体少，熔体被风口逆风吹冷发粘堵塞咽喉口，造成风口上渣，堵塞风口，严重时造成死炉。③易产生局部料层突然下落，产生下生料，造成渣含铜升高。

棚料的防止及处理方法:①及时处理打炉结，炉料粒度不能太大。②停风时堵好风口，关好风门。③发现上部棚料，可用钎子捅、打。下部棚料提高块率、熟料率、焦率、提高炉温将其熔化开。

4）穿洞

穿洞的产生原因：①鼓风量超过极限鼓风量时，易产生穿洞。②炉料块率小，料柱阻力大，风送不到炉中心，便从料柱与炉结间上冲，易形成跑风穿洞。③棚料时，风从棚料处上不来，便从阻力小之处集中上升造成穿洞。

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穿洞的危害：跑空风、风利用率低、不利于脱硫，床能力、烟尘率、SO2等指标都受到影响。

穿洞的防止和处理方法：炉料粒度均匀，做到均匀进料，加强风口操作，及时处理棚料。②对于穿洞要及时与风口联系关闭或关小相对应的跑风风口的风闸，与此同时用钢钎将洞破开，并在料斗中相对应部位适当增加一些石灰石、因石灰石离开料斗受热分解后变成发粘的粉状，从破开的部位进入孔道能把孔道堵死。对于上燃部位必须连续捅打，上燃严重的，可以局部返渣料。

4、风口前床操作及故障处理

（一）入炉风量与鼓风压力

（二）风口操作

1）风口窜风

同侧两个相邻风口之间间隔物被破坏，风入炉后，向相邻风口横窜的风口叫窜风口。

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风口窜风的产生原因：

主要是炉料分布不均匀，透气性差异大(在进料和炉口维护部分中已有叙述)。

风口窜风的处理方法：

发生窜风必须及时处理。通道需及时堵塞。若相邻几个风口同时发生窜风现象，须将风口隔一个，堵塞一个，其余的打长钎，将风引至炉中心，烧开后再把堵塞的风口打开或者采用风口两侧粘黄泥的办法来防止风口窜风。

2）风口跑风

风口跑风产生的原因

①炉料物理规格不一，在操作中布料不均，造成料层透气性差异较大，成为跑风的有利条件。

②配料成份不稳定，或布料不均所引起的炉子局部成份偏析。如渣中SiO2高，在风口处形成的骨架桥，易跑风。料中粉料多，或渣中SiO2低，在风口区形不成骨架时，中心阻力大，不易送风，此时风易顺水套壁跑掉。

③风压的开动与炉料块率失调最容易造成局部跑风。上部炉结严重，透气性不好，强制送风容易造成局部跑风．

11风口跑风防止及处理方法：

加强原料准备，加强布料操作，提高配料块率，控制好合理渣型，风口设水套帽舌，风口勤打钎子等对处理跑风故障均有成效。

3）风口深棚

风口区风道拉长称为风口深，在风口上方形成骨架称为棚。

造成风口深棚的原因是：

①渣中SiO2含量高、风口区温度低、在风口区形成的骨架桥，易形成深棚。

②风口处理不当，当风口区骨架大，温度低的情况，钎子打的过勤，可能破坏良好的风道，导致黑空，引起深棚。

风口深棚的处理方法：

较早发现，在轻微深棚时，往风口斜下方打钢钎，使下部温度返上来，以提高风口区温度，可使深棚转好。若深棚严重时，则将该风口堵死或关上小风闸，从对面风口打钎子，可将凝固物熔化。但是在采取拉风闸的处理方法时，应注意勤检查，因为上部熔化下来的熔体借助对面的风而流入风口造成风口堵塞。

124）风口上渣(或存渣)

当风口下沿出现蓝色火苗跳动时即为风口上渣。

风口上渣的主要原因：

①咽喉堵塞，使本床里熔体面升高，或渣中硅酸高，渣体发粘，咽喉处熔体流动性差，使本床熔面升高，而从风口溢出。

②顺水套跑风时，熔体顺水套向下流至风口，由于风口底部有存渣淌不下去，熔体便从风口溢出。

③风口上方局部大量悬料突然下降，将熔体从风口挤出。

④砌的咽喉溜标高过高，与风压不相适应，造成风口上渣。

⑤本床砖体面倾斜度砌筑的不够，炉子后段容易上渣。

风口上渣的防止和处理：

①及时排除风口底部存渣，保持底部呈空洞。

②提高配料块率，风口多打钎子，使风送到炉中心，防止周边熔炼。

③稳定风压，严防一次降压过低。

④加强咽喉口的维护，保持畅通无阻。

⑤风口上渣灌死，待吹冷后处理。

⑥风口温度低，中心粘硬。

13(三)前床操作

l、咽喉溜的维护及常见故障处理方法

咽喉溜的维护主要是控制好枕水箱，U型水箱的冷却水流量，作好咽喉溜的保温，观察本床温度变化和熔体流动状态。常见故障主要是咽喉口堵塞和喷风。

5、停炉操作

1）正常停炉操作

2）排烟系统出故障、被迫停炉

3）进料系统出故障被迫停炉

4）鼓风系统突然出故障被迫停炉

6、死炉故障处理

死炉均指因炉温低，咽喉口有异物堵塞，熔体不流动或流动很慢，炉内熔体将风口灌死送不进风，达到放本床扒咽喉的程度。即使炉顶水套严重漏水，把炉火熄灭，处理得当依然能将炉子救活。

1415表7-1

铜精矿密闭鼓风炉熔炼的技术经济指标16为什么密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低？炉料刚离开加料斗的下口时，块料自然向两侧滚动，而混捏精矿和少量块料在炉子中央形成料柱。这就形成了炉子两侧以块料和焦炭为主并夹有少量精矿，而炉子中央则以混捏精矿为主。这样一来，虽然利用了料柱压力和两侧透气性好带来的高温作用，为鼓风炉内直接熔炼铜精矿创造了有利条件，但由于炉料的偏析和炉气分布不均匀，从而破坏了炉气与炉料间、炉料相互间的良好接触，妨碍了多相反应的迅速进行，不利于硫化物的氧化和造渣反应。这是密闭鼓风炉的床能率和冰铜品位低的根本原因。7.2反射炉熔炼反射炉的特点最适于处理细散的粉状物料，反射炉熔炼过程是在一个用优质耐火材料作内衬的长方型熔炼室内进行的。

反射炉熔炼主要优点：

(1)反射炉熔炼可以处理在物理状态上不适于鼓风炉熔炼的细料。

(2)反射炉熔炼可以用各种燃料来加热，如粉煤、重油、天然气等，而鼓风炉只能使用资源有限的焦炭。

(3)反射炉熔炼的单位炉料空气消耗量较鼓风炉要少得多。按化学反应反射炉熔炼比鼓风炉熔炼过程简单，而且可以接近炉子去观察炉顶、炉墙各部分的状态，操作易于控制和管理，机械化程度较鼓风炉高。

(4)反射炉熔炼单位生产能力低于鼓风炉，但单炉的总熔炼能力却比鼓风炉大得多。因此适于大型铜厂采用。

17反射炉熔炼的主要缺点：

(1)熔炼是在中性或弱氧化气氛中进行，因此氧化能力低，氧化放热少，85～90％的热源靠燃料燃烧供给。因此能源消耗高。

(2)反射炉熔炼的脱硫率低，一般约在25～30％烟气中的二氧化硫浓度低，不能回收生产硫酸，同时造成对大气的严重污染。由于社会对环境污染的控制越来越严格。给反射炉熔炼的应用和发展带来难以克服的阻碍。

(3)反射炉的炉料是靠燃料燃烧的热量来加热熔化的，再加之炉料自身的导热率很低，而且受热表面十分有限，因此单位生产能力很低。

(4)反射炉熔炼的主要热源是高温炉气，而高温炉气主要依靠温差，通过对流、传热的方式将热量传递给料坡、熔池面、炉顶、上部炉墙，因此，热效率低，一般只能有25～30％在炉内利用。

187.2.1炉体结构

反射炉炉体由炉基、炉底、炉墙、炉顶及外围钢结构五个部份组成。炉体结构见图7－3

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7.2.2反射炉生产常见故障

反射炉生产过程中常见的故障有倒料坡、跑渣、跑煤及炉底粘结等。

1、倒(滑)料坡。

料坡形如半圆锥体，底部浸没在熔体之中，料坡的重量依靠底料坡与熔体的浮力来支持。底料坡有石英型与烧结型之分，前者主要是难熔的石英石，后者是炉料在重压下烧结形成的。

2、跑渣。

由于渣口变形或出现熔洞，堵渣口困难，可出现跑渣事故。一旦发生，严重时可造成厂房、设备和人身的严重危害。因此放渣时应严格按操作规程执行，每次放完渣清理一次渣口，垫好白泥，按“宽、浅、平”原则开渣口，不放大渣，这样可以防止跑渣事故。203、炉底结。

根据分析，反射炉炉底结主要成份是Fe3O4，其次是Cr2O3，后者来自于转炉炉衬，也是随转炉渣一同进入反射炉的。熔炼含锌高的炉料时，ZnO也占有一定比例。

处理炉结的一般方法是加生铁球洗炉。

7.2.3反射炉技术经济指标

直接影响到反射炉熔炼效果的指标有：床能率、燃料率与金属回收率。

217.3电炉熔炼7.3.1电炉熔炼的基本原理电炉是利用电能转换成热能产生高温熔化炉料的一种冶金炉。和其它冶金炉(如鼓风炉、反射炉)相比，电炉有其独特的优点。例如电炉容易形成高温区而且温度易于控制；它不添加燃料、没有燃烧气体产生；因而它的炉气量较低，还有它对多种物料具有较强的适应性。电炉熔炼原理实质上可分两个过程：一为热工过程(如电能转换、热能分布等)，一为冶炼过程(如炉料熔化、化学反应、铜渣分离等)。227.3.2电炉结构及附属设备

近代有色冶金电炉有圆形炉和矩形炉两种。园形炉有三根电极、由一台三相变压器供电，矩形电炉有六根电极、由三台单相变压器供电。

大型铜精矿熔炼电炉是有六个电极矩形电炉。它是由电炉本体和附属设备所组成，炉体是用耐火砖砌筑而成的矩形熔池；附属设备由骨架系统、加料装置、排烟管道及供电设施等部分构成。

电炉结构见图7－4

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图7－7电炉结构三面图1、渣口；2、电极中心；3、工作门；4、侧墙厚805；5、端墙厚1050；6、铜口；7、工字钢；8、混凝土支墩；9、底板厚40；10、耐热土；11、粘土砖；12、绝热层；13、镁砖；14、侧边加料孔；15、中心加料孔；l6、炉顶厚300；17、电极孔；18、接地线孔；19、热电偶孔；20、侧墙围板厚20；2l、端墙围板，厚40mm；22、炉底厚1160mm24

7.3.3生产操作及故障处理

1、加料操作

加料操作应当做到：

(1)以消耗较低的电能，达到较大的炉料处理量。

(2)均衡加料、保证在熔池内形成一定厚度的料坡。

(3)要严格控制有关技术条件(如熔池深度、工作电压、负荷率等)，保证正常的放铜、放渣温度。

(4)应尽量减少翻料、防止熔池表面结壳和熔体过热。

(5)加料操作应加强对电极及导电系统的维护和检查，保证电极经常处于良好工作状态。

2、电极操作

电极操作包括下述内容：电极壳的接长，电极的消耗与下放，电极检查，电极糊加入，电极事故及其处理。

3、停、送电操作

(1)电炉的停电

电炉停电分有计划停电和事故停电两种。

如短网清扫、铜渣口更换等都属于计划停电的范围。事故