（机械设计及理论专业论文）金昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造研究.pdf

塑查兰三墨堡圭堂垡丝兰 a b s t r a c t t h e r ea l es o m ei nt h et r a d i t i o n a lc l o s e d - t o pb l a s tf i l l l l a c es m e l t i n gt e c h n o l o g y u s e di nj i n c h a n gs m e l t e r ，s u c h8 5 h e a v y p o l l u t i o n , h i g he n e r g y - c o n s u m p t i o n ，u n s u i t e d t ot h e a c i d - m a k i n gt e c h n o l o g y w i t hd o u b l ec o n t a c t ，f a r e x c e e d i n gt h e e m i s s i o n s t a n d a r d ，e ta 1 t h ep r o b l e m sm e n t i o n e da b o v e h a v ea l r e a d ys e r i o u s l yt h r e a t e n e dt h e e x i s t i n ga n d t h ed e v e l o p m e n to ft h ee n t e r p r i s e se s p e c i a l l yt h en o n - f e r r o u si n d u s t r y ， t h i sp a p e rp o i n t so u tt h er e a s o n so ft h ep r o b l e m st h r o u g ht h e a n a l y s i sa n ds t u d i e so f t h ep r o c e s sa n dt h ee q u i p m e n t sa d o p t e db yt h et r a d i t i o n a lc l o s e d - t o pb l a s tf l l l l a c e s m e l t i n gt e c h n o l o g ya n dg i v e st h et a r g e to f t h e m o d i f i c a t i o nw i t hc o n s i d e r a t i o no f t h e a c t u a ls i t u a t i o no f j i n c h a n gs m e l t e r b y a n a l y z i n g a n d r e s e a r c h i n g t h ed e v e l o p m e n t t r e n do f t h e s m e l t i n gt e c h n o l o g ya n d t h e i rt e c h n i c a lf e a t u r e sa n de c o n o m i cs u p e r i o r i t y o nt h em o s ta d v a n c e df l a s h s m e l t i n gp r o c e s s ，n o r a n d ap r o c e s s a n d t o p - b l o w n s u b m e r g e dl a n c es m e l t i n gp r o c e s s t h e 廿血do n ei sd e t e r m i n e d a st h eg e n e r a lp r i n c i p l e f o rj i n c h a n gm o d i f i c a t i o n t h r o u g ht h ei n v e s t i g a t i o na n dt h et e c h n i q u ee x c h a n g e sw i t h t h en o n - f e r r o u se n t e r p r i s e sb o t ha b r o a da n da th o m e ，a l s ow i t ht h ec o m b i n a t i o no f t h e p r a c t i c a le x p e r i e n c e ，a u t h o rh a s f i n i s h e dt h ed e s i g no fr e f o r mt e c h n i c a lp r o j e c t m e a n w h i l e ，t h ep a p e rg i v e st h ea n a l y s i s ，s t u d i e s , t y p ec h o o s i n ga n do p t i m i z a t i o nf o rt h e m a i nt e c h n o l o g ya n d e q u i p m e n t sa d o p t e di nt h em o d i f i c a t i o n , s u c ha s ：t h es m e l t i n g 最m 阻c ea n di t sc o o l i n gs t y l e ，r e f r a c t o r y ，t h es e r v i c el i f eo ft h el a n c e ，f u r r l a c er o o fa n d g a so u t l e t ，c e n t r i f u g a lb l o w e r , t h ee q u i p m e n t f o rt h es e t t l i n ga n d s e p a r a t i o no f t h em a r e a n dt h es l a g ，t h ee q u u i p m e n tu s e df o rt h eu t i l i z a t i o no ft h ew a s t eh e a t ，t h ed u s t - c o l l e c t i n ge q u i p m e n t , t h ef e e d - p r a p e r a t i o ne q u i p m e n t , t h ea c i d - m a k i n ge q u i p m e n t ，t h e p o w e rs u p p l ys y s t e m ，t h ee q u i p m e n tu s e di nt h eo x y g e n - p r o d u c i n gs t a t i o n , a u t o m a t i c c o n t r o ls y s t e m , t h ec o n v e r t e rc t c t h ep a p e ra l s oa n a l y s e sa n dp r e d i c t st h er e s u l t so f t h e m o d i f i c a t i o n t h ee n v i r o n m e n t a lr e s u l t s , e c o n o m i cb e n i f i t sa n dt h es o c i a lb e n i f i t s s h o u l db en o t a b l ea n dt h et a r g e tc a nb eo b t a i n e da f t e rt h em o d i f i c a t i o n k e yw o r d s ： m a t t e ；s m e t t i n g ；t e c h n o l o g y ； e q u i p m e n t 第一章课题提出 1 1 金昌冶炼厂现状 金昌冶炼厂( 原铜陵第二冶炼厂) 隶属于安徽铜都铜业股份有限公 司，由铜陵有色金属( 集团) 公司控股。自1 9 9 6 年，公司在深圳上 市发行a 股以来，运行情况良好。公司1 9 9 8 年度、1 9 9 9 年度销售收 入分别为：11 0 6 7 0 万元及1 6 5 5 2 8 万元；净利润分别为1 0 9 8 3 万元及 1 3 1 4 1 万元；资产负债率仅为2 1 ，银行信用等级为a a a 。 金昌冶炼厂始建于1 9 7 1 年，1 9 7 8 年正式投产。现有职工人数 2 2 6 4 人。固定资产原值为2 8 2 6 1 万元，净值1 7 4 4 9 万元。原设计规模 为粗铜3 万t a ，硫酸8 万t a 。采用密闭鼓风炉熔炼一卧式转炉吹 炼一阳极炉精炼一电解生产工艺。现有1 1 5 5 m 2 密闭鼓风炉2 台，已 先期改造完巾3 2 x 6 6 m 新转炉3 台，4 0 t 及5 0 t 阳极炉各1 台，4 5 万t a 电解以及处理烟气量约1 3 5 万m 3 h ( 标况) 的两个单转单吸 制酸系统。 1 9 9 0 年该厂着手技术改造，根据当时情况，铜陵公司对该工程确 定了”先扫清外围，后攻熔炼主工艺”的原则，并按”一次规划，分步 实施”的方针进行。自1 9 9 1 年开始实施改造至今，分别完成了转炉、 硫酸、阳极炉、三期电解等改造，改造后，取得了较好的效果，全硫 利用率从1 9 9 0 年的5 0 提高到7 4 ，转炉回收率从7 7 提高至9 0 ， 硫酸提高至1 2 2 万t a ，环境有所改善。通过上述技术改造工程的分 步实施，转炉已具备年产6 5 万吨粗铜的能力，酸厂烟气处理量为 1 3 5 万m 3 h ( 标况) ，产量、生产技术指标以及环保方面均取得了一 定成效。但由于熔炼主工艺采用鼓风炉技术，至今未改造，还存在较 多问题。 1 2 传统密闭鼓风炉铜锍熔炼现状分析 鼓风炉炼铜始于公元前，后日本四板岛开发称之为百田法。开始 炉顶是敞开的，只能处理烧结矿或块矿，烟气中含s 0 2 浓度低，仅 0 5 左右，难以回收，造成环境污染。二十世纪五十年代以后，国 外、国内冶炼厂相继开发了料封式密闭鼓风炉，直接处理铜精矿。“。 一九八五年金昌冶炼厂( 原铜陵二冶) 自主开发鼓风炉富氧熔炼，取 得成功，使鼓风炉熔炼技术有了长足进步，但仍然存在诸多无法克服 的问题，与世界先进的炼铜技术相比，存在很大差距。 1 2 1 密闭鼓风炉作业原理及设备 密闭鼓风炉作业原理：未经烧结的铜精矿及返烟灰等粉料按一定 配比混合后加入混捏机，并同时加入适当的水，混捏成具有一定粘度 的精矿泥，经炉口料斗加入炉内。此外，还加入转炉渣、熔剂等块料 及一定比例的焦炭。 上述的混捏料加入炉内，基本保持在炉中心向下移动，而块料、 焦炭在离开料斗后，大部分分布在两侧。鼓入炉内的空气及焦碳燃烧 所形成的炉气，是由下向上运动的，由于两侧的块料和焦炭多，有良 好的透气性，而中心混捏料多透气性很低，故炉气主要是沿炉两侧向 上运动。”1 密闭鼓风炉的炉料分布状态示意图( 见图i - i ) 。 炉料与炉气成对流运动，炉料被加热并与气流中的氧发生氧化熔 炼的物理化学反应，生成的冰铜和炉渣以混和熔体的形式落入炉体底 部的本床，经咽喉口( 放出口) 流入前床进行冰铜、炉渣的澄清分 离。随着熔炼产物的连续外排，炉料连续向下运动，同时混捏料、块 料、焦炭分批不断地加入，由于炉项加料口内的混捏料和各炉料起到 了密闭作用，炉项漏风比敞开式鼓风炉要小。 1 2 传统密闭鼓风炉铜锍熔炼现状分析 鼓风炉炼铜始于公元前，后日本四板岛开发称之为百田法。开始 炉顶是敞开的，只能处理烧结矿或块矿，烟气中含s 0 2 浓度低，仅 0 5 左右，难以回收，造成环境污染。二十世纪五十年代以后，国 外、国内冶炼厂相继开发了料封式密闭鼓风炉，直接处理铜精矿。“。 一九八五年金昌冶炼厂( 原铜陵二冶) 自主开发鼓风炉富氧熔炼，取 得成功，使鼓风炉熔炼技术有了长足进步，但仍然存在诸多无法克服 的问题，与世界先进的炼铜技术相比，存在很大差距。 1 2 1 密闭鼓风炉作业原理及设备 密闭鼓风炉作业原理：未经烧结的铜精矿及返烟灰等粉料按一定 配比混合后加入混捏机，并同时加入适当的水，混捏成具有一定粘度 的精矿泥，经炉口料斗加入炉内。此外，还加入转炉渣、熔剂等块料 及一定比例的焦炭。 上述的混捏料加入炉内，基本保持在炉中心向下移动，而块料、 焦炭在离开料斗后，大部分分布在两侧。鼓入炉内的空气及焦碳燃烧 所形成的炉气，是由下向上运动的，由于两侧的块料和焦炭多，有良 好的透气性，而中心混捏料多透气性很低，故炉气主要是沿炉两侧向 上运动。”1 密闭鼓风炉的炉料分布状态示意图( 见图i - i ) 。 炉料与炉气成对流运动，炉料被加热并与气流中的氧发生氧化熔 炼的物理化学反应，生成的冰铜和炉渣以混和熔体的形式落入炉体底 部的本床，经咽喉口( 放出口) 流入前床进行冰铜、炉渣的澄清分 离。随着熔炼产物的连续外排，炉料连续向下运动，同时混捏料、块 料、焦炭分批不断地加入，由于炉项加料口内的混捏料和各炉料起到 了密闭作用，炉项漏风比敞开式鼓风炉要小。 图卜1 密闭鼓风炉炉料分布状态示意图 铜精矿密闭鼓风炉熔炼产物，炉渣外排，冰铜送转炉吹炼成粗 铜，粗铜再送精炼炉精炼产生精铜( 阳极铜) ，烟气送酸厂回收其中 的s 0 。制成硫酸，烟灰返回料仓配料。 密闭鼓风炉的断面有矩形和椭圆形两种。多数采用矩形炉。炉子 有效高度( 从风口中心水平面到炉顶加料口顶面高度) 受到料柱的限 制，一般不超过4 4 4 米。风口区的宽度固定在1 卜1 2 米，宽度 加大需要增加鼓风压力。风口区断面只取决于炉子的长度，长度根据 产量决定，一般多采用2 9 米。从风口中心线以下至床底称为本 床。本床底砌有4 1 0 4 5 5 毫米的耐火砖，四壁围以水套或砌耐火 砖。炉身由许多水套组成，侧水套有一定的倾角( 5 8 。) 。端水套 ：垂直安装。水套都由锅炉钢板焊接而成。侧水套上设有风口，风口位 置略高于本床。每块侧面水套都有2 3 个风口。风口角度( 风口管 中心线和水平面间的夹角) 一般为1 3 。1 6 。3 17 。排烟口的位置可 以在炉顶两侧，也可以在炉顶尾端。阻 1 0 m 2 炼铜密闭鼓风炉总图见图1 - 2 。 弓! 霪? 毫z ： 一。一扛瑚皇 毒步_ 型 上一 ：= 驾去争端t l 象i 4 1 ”一1 1 j i 三f 鬣4 鬻豢, 4 1 ! - - ， 司 f ? ? 广一一1 矿 7 一 - ：+ o - 件_ _ - p - 带：n 1 鱼塑翻。 图卜2l o r e 2 炼铜密闭鼓风炉 i 一烟道；2 一加料斗；3 一侧水套；4 一端水套； 5 一立柱 6 - 风口及支风管；7 一咽喉口；8 - 本床底扳；9 - 炉底支座： 1 0 送风圈管；l l 一拉撑螺栓：1 2 - 炉顶水套； 1 3 一炉顶操作孔： 1 4 加料皮带车轨：z 5 - 7 太套粱；1 6 一炉顶盎板i 1 7 一炉顶大梁 1 2 2 密闭鼓风炉熔炼存在的问题及分析 密闭鼓风炉熔炼存在的问题 ( 1 ) 床能力及脱硫率均比较低，导致能耗高、铜锍品位低；二 氧化硫浓度低，导致铜锍吹炼工序，制酸工序的投资及生产费用增 加。 ( 2 ) 不适于处理难熔脉石含量高的铜精矿，如精矿含s i o 。1 5 以上，则渣熔点升高，焦率增高。 ( 3 ) s o , 浓度低，硫利用率低，制酸无法实现双转双吸，硫资源 浪费，得不到充分回收，环境污染严重。 ( 4 ) 设备装备水平低，自动化程度低，劳动条件差。 密闭鼓风炉熔炼存在问题的分析 密闭鼓风炉工艺及设备落后，存在问题由其固有特性所决定。 ( 1 ) 炉料中间加入，形成料柱，炉气在靠炉壁和中心料柱之间 的气体通道流动形成所谓周边行程；由于物料的偏析和炉气分布的不 弓! 霪? 毫z ： 一。一扛瑚皇 毒步_ 型 上一 ：= 驾去争端t l 象i 4 1 ”一1 1 j i 三f 鬣4 鬻豢, 4 1 ! - - ， 司 f ? ? 广一一1 矿 7 一 - ：+ o - 件_ _ - p - 带：n 1 鱼塑翻。 图卜2l o r e 2 炼铜密闭鼓风炉 i 一烟道；2 一加料斗；3 一侧水套；4 一端水套； 5 一立柱 6 - 风口及支风管；7 一咽喉口；8 - 本床底扳；9 - 炉底支座： 1 0 送风圈管；l l 一拉撑螺栓：1 2 - 炉顶水套； 1 3 一炉顶操作孔： 1 4 加料皮带车轨：z 5 - 7 太套粱；1 6 一炉顶盎板i 1 7 一炉顶大梁 1 2 2 密闭鼓风炉熔炼存在的问题及分析 密闭鼓风炉熔炼存在的问题 ( 1 ) 床能力及脱硫率均比较低，导致能耗高、铜锍品位低；二 氧化硫浓度低，导致铜锍吹炼工序，制酸工序的投资及生产费用增 加。 ( 2 ) 不适于处理难熔脉石含量高的铜精矿，如精矿含s i o 。1 5 以上，则渣熔点升高，焦率增高。 ( 3 ) s o , 浓度低，硫利用率低，制酸无法实现双转双吸，硫资源 浪费，得不到充分回收，环境污染严重。 ( 4 ) 设备装备水平低，自动化程度低，劳动条件差。 密闭鼓风炉熔炼存在问题的分析 密闭鼓风炉工艺及设备落后，存在问题由其固有特性所决定。 ( 1 ) 炉料中间加入，形成料柱，炉气在靠炉壁和中心料柱之间 的气体通道流动形成所谓周边行程；由于物料的偏析和炉气分布的不 中南大学工程硕士学位论文 均，破坏了炉料与炉气的良好接触，妨碍多相冶金过程的迅速进行， 给造渣和硫化物的氧化带来不利。因而成为此种熔炼床能力和冰铜品 位很低的根本原因。”1 密闭鼓风炉床能力一般为4 0 5 5 t ( m 2 d ) ，当原料硫、铁含 量较高、块率较大、采用热风或富氧空气熔炼时，床能力、铜锍品位 均有所提高。表1 - 1 为铜陵金昌冶炼厂( 原铜陵二冶) 采用空气和富 氧空气熔炼时，床能力及铜锍品位指标实例。 铜陵二冶密闭鼓风炉床能力、铜锍品位指标实例表1 - 1 富氧空气熔炼 项目单位空气熔炼 试生产期生产期 原料成份 c u1 6 2 41 7 7 2 2 32 1 2 4 f e2 4 3 02 5 2 82 4 2 7 s2 8 3 22 6 3 22 8 3 0 块料率4 03 6 4 02 8 3 5 床能力t ( 寸d )3 9 55 5 6 24 5 5 0 铜铺品位c u 3 0 3 53 5 4 0 通过表1 - 1 可知，铜陵二冶密闭鼓风炉采用富氧熔炼，床能力和 铜锍品位都有较大幅度的提高。 ( 2 ) 理论脱硫率可根据精矿的化学组成用以下经验公式粗略计 算( 假定精矿中的硫化物主要为c u ：s 、m f e s 、n f e s 。) ： d s l 小 o 5 7 5 鲁+ o 2 5 2 潞 d s 2 = 0 5 7 5 盟k 、( 凡)( c “) 踌= d s t + d s 产1 0 5 7 5 ( 1 一k ) 专矛0 2 5 2 专西 式中d 。 一次脱硫率( f e s ：分解) ； d n 一二次脱硫率( f e s 氧化) ： 堕查耋三堡塑圭兰堡堡苎 d 。一总脱硫率( 炉渣和烟尘中的硫除外) ( f e ) 一精矿含铁，； ( s ) 一精矿含硫，； ( c u ) 一精矿含铜，； k 一- f e s 氧化率，随炉型、操作条件而异，一般为0 2 0 5 ， 可通过实验确定。 k = ( 精矿中铁量一铜锍中铁) 精矿中的铁量 根据以上公式对各种精矿计算的脱硫率见表1 - 2 ：“1 各种精矿计算的脱硫率表1 - 2 糟矿 c usf e d s ld 曼搦风r 种类 s c uf e s l 2啪3触4i 5k n 2k n 3k 电4触5 ll 3溉7勉42 0 7q9 8 8孩21 1 0l 已6忽3孔64 24 & 8弘5固8 22 03 。93 1 92 0n 4 1 39 21 3 8l 32 & 05 n 5 5 & l5 乳6跳3 3m 3乩9盟3l _ 7 2n 9 2 63 2 1m 6l 02 1 22 64 274 & l5 3熬7 42 1 63 0 l 72 & 0l 4 2q 9 1 2凰6l q 5 1 & 62 c l 92 44 0 14 & 25 0 5弧3 52 4 62 & 5组71 1 61 0 0 52 n 4n 61 7 5施52 9 l 1弦0贸9缸6 蝈5 6五5 瓢6m 91 2 lq 8 4 4m7曼71 4 61 94丝3 蛆44 & 3鼢l甄0 7筮22 屯93 1 2l 3 3q8 9 32 9 61 n 3 l s 52 n 6 2 & 8 3 q 94 l5 q 25 5 4 82 l 8雏83 1 71 1 ll 0 31 7 81 1 81 7 9丛72 9 92 s l 6弧74 1 54 7 7 92 9 4弧3弛6l 0 3l0 1 31 7 5i l 61 7 5殂l2 9 l 12 s l l弧0 觚6照6 1 04 2 12 81 00 6n 6 7 31 0 07 71 1 71 & 31 9 47 7n 6l & 31 9 4 从表卜2 可看出：密闭鼓风炉由于炉型及操作特点，脱硫率不 高，一般为4 0 5 0 ，当炉料中硫铜比较高时，则脱硫率有所提高。 一般精矿中硫铜比不宜小于1 2 。 采用富氧空气熔炼时脱硫率实例见表卜3 ：“3 富氧空气熔炼脱硫率( )表l 一3 中南大学工程硕士学位论文 试生产期生产期 精矿成份： c u1 6 2 21 7 7 2 2 32 1 2 41 0 1 5 s2 6 2 82 6 3 22 8 3 02 5 3 0 富氯浓度，0 z 2 42 7 3 02 72 2 2 4 块料率 4 2 43 6 4 02 8 3 5 4 6 5 8 焦率6 8 06 5 7 09 1 1 7 8 5 铜锍晶位3 0 3 33 5 4 03 5 4 03 2 3 5 脱硫率4 6 05 3 5 5 7 25 5 5 0 5 4 从表卜3 可看出：采用富氧空气熔炼，脱硫率得到相应提高，可 提高到5 0 5 5 。 ( 3 ) 密闭鼓风炉炉顶负压过高，漏入空气量增加，降低了烟气中 = 氧化硫浓度，但负压过低又会造成炉项操作条件恶化，一般控制 在一5 0 一l o o p a 为宜，表卜4 为炉顶负压与烟气二氧化硫浓度的测定 值。1 1 因此，鼓风炉烟气s o 。浓度较低，一般仅为3 4 。 ( 4 ) 密闭鼓风炉因其工艺特性，决定了鼓风炉的设备结构，鼓 风炉的结构反过来又制约了鼓风炉的生产。为了降低炉顶的低空污 染，采用料封式鼓风炉，由于料柱的形成，物料的偏析和炉气的分布 不均，妨碍了冶金过程。影响鼓风炉技术性能的个重要设备参数 炉子宽度，由于受风口气流向中心穿透能力的限制，宽度不宣过宽， 般在2 m 之内。料封式鼓风炉设备结构，不能充分利用粉状精矿的 巨大单位表面积和硫化物的氧化反应热，因而产量低，能耗高。 主堕查兰三堡堡圭兰! 丝! ! 一 ( 5 ) 冶炼高温烟气除鼓风炉设置汽包产部分低压蒸汽外，余热 未能得到充分利用。 ( 6 ) 目前国内密闭鼓风炉除加料系统采用微机控制外，其它仍然 以人工操作为主。由于物料的偏析，炉气分布的不均，随意性大，工 艺过程无法实现自动控制，主要依赖经验操作。金昌冶炼厂也是如 此，劳动强度大。 ( 7 ) 密闭鼓风炉的年工作日主要取决于设备寿命、检修制度和炉 结的生长情况，表1 - 5 为1 0 m 2 密闭鼓风炉系统主要设备寿命与检修制 度： l o r e a 密闭鼓风炉系统主要设备寿命与检修制度表卜5 项目设备寿命与检修制度 鼓风炉水套寿命3 a 左右 加料斗寿命一年左右，每年大修时更换。 前床每年中修一次，每次l o - 2 0 d ，每 3 a 大修一次，每次d 。 混捏机2 _ 3 个月换一次叶片，每次l d ，每年炉子大修时全面捌蜜。 从表卜5 可以看出：影响鼓风炉长期连续生产的主要因素为前床 和加料斗，故障相对比较频繁的为混捏机。密闭鼓风炉年工作日一般 为3 1 0 3 2 0 天。“1 由于鼓风炉熔炼工艺与设备固有的特性及其缺点，国外已趋于淘 汰，国内一些大型冶炼厂正纷纷改造，采用先进的熔炼工艺技术。 1 3 金昌冶炼厂熔炼工艺与设备存在的主要问题 金昌冶炼厂熔炼工艺设备连接图见图l 一3 。 主堕查兰三堡堡圭兰! 丝! ! 一 ( 5 ) 冶炼高温烟气除鼓风炉设置汽包产部分低压蒸汽外，余热 未能得到充分利用。 ( 6 ) 目前国内密闭鼓风炉除加料系统采用微机控制外，其它仍然 以人工操作为主。由于物料的偏析，炉气分布的不均，随意性大，工 艺过程无法实现自动控制，主要依赖经验操作。金昌冶炼厂也是如 此，劳动强度大。 ( 7 ) 密闭鼓风炉的年工作日主要取决于设备寿命、检修制度和炉 结的生长情况，表1 - 5 为1 0 m 2 密闭鼓风炉系统主要设备寿命与检修制 度： l o r e a 密闭鼓风炉系统主要设备寿命与检修制度表卜5 项目设备寿命与检修制度 鼓风炉水套寿命3 a 左右 加料斗寿命一年左右，每年大修时更换。 前床每年中修一次，每次l o - 2 0 d ，每 3 a 大修一次，每次d 。 混捏机2 _ 3 个月换一次叶片，每次l d ，每年炉子大修时全面捌蜜。 从表卜5 可以看出：影响鼓风炉长期连续生产的主要因素为前床 和加料斗，故障相对比较频繁的为混捏机。密闭鼓风炉年工作日一般 为3 1 0 3 2 0 天。“1 由于鼓风炉熔炼工艺与设备固有的特性及其缺点，国外已趋于淘 汰，国内一些大型冶炼厂正纷纷改造，采用先进的熔炼工艺技术。 1 3 金昌冶炼厂熔炼工艺与设备存在的主要问题 金昌冶炼厂熔炼工艺设备连接图见图l 一3 。 匝辎蜊通魁裥h蝼竣粪叫娟上匝 杈帮翠扑二f匿雕h扑k怔壬 查奎兰三墨堡主兰竺丝苎 一一 1 5 吨抓斗2 链板给料机 3 鄂式破碎机4 1 # 皮带 5 圆锥破碎机 6 2 # 皮带7 3 # 皮带8 双层振动筛 9 4 皮带1 0 料斗1 1 摆式给 料机1 2 球磨机1 3 斗提升机 1 4 振动筛1 5 1 0 吨抓斗 1 6 料 斗1 7 5 t t 6 t t 7 # 皮带1 8 振动筛1 9 1 8 # 皮带 2 0 、2 1 圆盘给料机 2 2 2 0 # 皮带2 3 1 # 大碾2 4 2 1 t t 皮带2 5 2 # 大碾 2 6 2 2 # 皮带 2 7 3 # 大碾2 8 2 3 # 皮带2 9 压密机3 0 2 4 # 皮带3 1 压密机 3 2 2 5 # 皮带3 3 压团机3 4 2 6 # 皮带3 5 返排窑3 6 、3 7 返尘皮带 3 8 3 0 # 皮带3 9 淌筛4 0 3 1 # 皮带4 1 团矿仓4 2 3 2 # 返粉皮带 4 3 、4 4 、4 5 皮带4 6 、4 7 、4 8 矿仓4 9 圆盘给料机5 0 皮带5 1 双 轴涅机5 2 挤泥机6 3 皮带5 4 6 吨抓斗5 6 料斗5 6 皮带 6 7 双层振动筛5 8 皮带5 9 料斗6 0 矿车6 1 渣场行车6 2 铸渣 机6 3 漏斗6 4 箕斗6 5 矿车6 6 焦炭6 7 转炉渣6 8 皮带 6 9 梭式皮带7 0 汽包7 1 密闭鼓风炉7 2 前床7 3 冰铜包 7 4 扒渣机7 5 渣斗7 6 、7 7 皮带7 8 转炉石英斗7 9 高压风机 8 0 转炉8 1 吹渣平车8 2 沉降斗8 3 多管收尘器8 4 钟罩8 5 高 温捧风机8 6 钟覃8 7 沉降斗8 8 多管收尘器8 9 钟罩9 0 高 温摊风机9 1 、9 2 钟罩9 3 混气包9 4 电收尘9 5 钟罩9 6 布袋 收尘器9 7 鼓风机 塑奎兰三矍堡圭竺堡笙苎 一 金昌冶炼厂由于熔炼主工艺采用鼓风炉技术至今未改造，该厂还 存在以下问题： 环境污染状况相当严重，目前仍有大量冶炼烟气通过事故烟囱向 外排放，尤其是鼓风炉烟气，由于烟气量大，s 魄浓度低，再加上系统 漏风大，现有的两个制酸系统无法适应，造成约有1 5 2 0 烟气( 每 小时2 0 0 0 0 m 3 ) 放空。工厂全硫利用率仅为7 4 ，s 0 2 严重超标，影响 周围环境，与采用先进熔炼工艺的工厂相比相差很大。 能耗高，目前工厂的工艺能耗约为1 0 0 0 k g 标煤t c u ，达不到 国家标准规定的6 5 0 k g 标煤t c u 的要求，与国内外先进指标相比有 较大的差距。余热得不到充分利用。 由于鼓风炉熔炼工艺固有的特性，床能力低，铜锍品位也低，仍 靠目前的两台鼓风炉，不能与已形成的粗铜产量6 5 万t a 能力设施 相配套。 传统的鼓风炉熔炼烟气s 0 2 浓度较低，一般仅为3 - 4 ，不仅烟气 量大，而且无法实现双转双吸制酸工艺，尾气排放不达标。 鼓风炉熔炼是一古老的冶炼工艺，工艺设备机械化、自动化程度 低，而且低空无组织排放严重，污染环境。工人劳动条件差，劳动强 度大。 由于环境污染严重，该厂每年仅支付罚款就高达3 0 0 万元，不仅 如此，由于金昌冶炼厂二氧化硫排放量占铜陵市二氧化硫总排放量的 3 8 6 ，是铜陵市污染大户；1 9 9 8 年，国家经贸委、国家计委、财政 部、国家环保总局联合发出的关于在酸雨和二氧化硫污染控制区开 展征收二氧化硫排污费扩大试点的通知( 国环发 9 8 6 号) ，已将 金昌冶炼厂所在地铜陵市列入酸雨控制区。该地区被国务院列为2 0 0 0 年长江流域限期治理地区之一，该厂已被安徽省政府列为重点限期治 理的工厂。 堕茎兰三矍堡圭望堕堡l 一一 金昌冶炼厂作为安徽铜都铜业股份有限公司的主体和盈利大户， 其生存直接关系到整个公司效益。长期以来，金昌冶炼厂在鼓风炉熔 炼工艺上做了不少努力，如提高富氧浓度，增强团矿强度、增加块率 等，但环保问题未能完全解决。衡量有色行业污染状况的主要指标之 一的全硫利用率最好只达到7 4 ，与先进的闪速炉、诺兰达炉、顶吹 浸没式熔炼炉相比，相差约2 0 。据统计，金昌冶炼厂每年有1 8 2 0 0 吨s o 。排入大气中，污染环境、危害人体健康。其中直接从环保烟囱 放空的烟气排放速度为1 9 0 8 k g h ，烟气s o ：浓度平均为4 2 2 9 5 m g n m 3 ， 超过国家允许排放标准值的4 9 8 倍；而鼓风炉炉顶、溜槽等处烟气 的无组织排放造成严重低空污染；硫酸单转单吸，尾气s 0 。浓度平均 为3 0 6 6m g n m 3 ，超过国家允许排放标准的3 2 倍。 金昌冶炼厂熔炼工艺与设备存在问题的主要数据见表卜6 。 主要数据表卜6 名称 单位数据 粗铜单位产品工艺能耗k g 标煤t c 。 1 0 0 0 鼓风炉s o 。浓度 3 4 鼓风炉床能力 t i m 2 d5 0 铜锍品位 3 5 4 l 全硫利用率 7 4 鼓风炉、转炉烟气量万m 3 h ( 标况) 1 5 5 1 2 0 r 环保烟囱s 0 2 排放浓度m g m 34 2 2 9 5 ( 标况) 1 2 0 m 制酸尾气烟囱s o ：排放浓度m g m 33 0 6 6 ( 标况) 综上所述，运用先进的熔炼工艺与设备技术改造金昌冶炼厂势在 必行，刻不容缓。 中南大学工程硕士学位论文 1 4 金昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造的目标 ( 1 ) 改造必须符合公司的整体规划要求，根据改造实施”先扫清 外围，后攻熔炼主工艺”的原则，经过几年的努力，到目前为此，外 围如转炉及硫酸两个单转单吸的改造相继完成，形成年产粗铜6 5 万 吨生产能力和处理烟气量1 3 5 万m 3 h ( 标况) 的制酸系统。因此， 熔炼工艺改造应与已改造的系统相配套，并将制酸系统改造为双转双 吸。 ( 2 ) 金昌冶炼厂改造其熔炼工艺与设备技术的选择必须是先进 可靠，并在实际工厂得以应用的。 ( 3 ) 改造后，环境污染治理能达到预期的目标，满足国家环保 标准要求。 ( 4 ) 节约能源，降低能耗，使粗铜单位产品工艺能耗达到国家 规定的先进水平，保持在6 5 0 k g 标煤t c u 以下。改造后，必须确保 全硫利用率达9 5 以上。 ( 5 ) 自动化程度高，操作、维护简便。 ( 6 ) 维持效益。治理改造旅工过程中应不影响或少影响生产， 尽量减少新旧衔接的工程量。 ( 7 ) 熔炼工艺与设备改造应结合金晶冶炼厂现有的生产配置。 从厂区配置来看，在熔炼厂房鼓风炉的一侧有一块3 3 m x5 5 m 的空 地，因此，熔炼工艺改造应使新增熔炼设施完全能够布置在这块空地 上。 ( 8 ) 选择的熔炼工艺与设备应具有一定的裕量，也即生产的弹 性，可以满足以后生产发展的需要。 ( 9 ) 节省投资。改造应最大限度利用现有的设施，充分挖掘现 有设施的潜能。流程尽量短、易配置，铜冶炼生产过程设备少。 1 5 课题来源及本文的主要工作 金昌冶炼厂铜系统环境污染治理技术改造即熔炼工艺与设备改造 项目经国家经济贸易委员会批准立项，属国债贴息项目，和它配套的 氧气站扩建及污酸污水处理工程，由安徽省经济贸易委员会批准立 项。上述项目均被列为省、市重点工程，本人作为工程建设的直接工 作者。自一九九二年起，本人就一直在金昌冶炼厂从事技术改造工 作，曾任技改办副主任，先后圆满完成了金昌冶炼厂的外围改造，即 转炉系统改造、制酸系统单转单吸改造、阳极炉改造、三期电解改造 等。根据九十年代初，公司对金昌冶炼厂技术改造，确定“先扫清外 围、后攻熔炼主工艺”的原则，并按“一次规划，分步实施”的方 针，外围工程完成后，即投入熔炼工艺与设备改造工作。目前被抽调 至厂重点工程指挥部，任施工技术组组长、副总指挥长，负责金昌冶 炼厂熔炼工艺与设备和制氧站扩建及污酸污水处理的改造工作。从方 案论证、立项、可行性研究、直至工程的现场实施建设，全过程参 加。参加引进技术的交流和技术、商务谈判，负责了主要设备的技术 与商务谈判工作。对国内同行业工厂如：贵溪冶炼厂、大冶有色公司 冶炼厂、中条山候马冶炼厂、金川公司、金隆公司等单位先后进行了 考察；赴澳大利亚a u s m e l t 公司对项吹浸没式喷枪技术进行探讨交流 和设计图纸审查，参观其实验工厂：赴芬兰福斯特惠勒( f w ) 公司对 余热锅炉技术进行探讨交流和设计图纸审查，参观了相应工厂；赴德 国k k k 公司参观其工厂并进行了技术交流。同设计单位、同行业企 业、主要设备及材料供应商等进行了广泛的技术交流和探讨，将理论 与实践相结合。 通过对国内外先进熔炼工艺与设备的理论研究及参观考察具有代 表性熔炼工艺与设备的生产企业，结合金昌冶炼厂的实际和改造目 标，从技术的先进性、可靠性、配置、生产衔接、经济、生产的发展 主塑查兰三垦堡主兰些堡苎 等，分析论证，提出采用顶吹浸没式喷枪熔炼技术对金昌冶炼厂进行 改造，完成了改造技术方案设计。并对改造中的主要工艺设备进行分 析、研究、选型设计与优化，对改造后的效果进行了预测。提出自己 的观点和合理化建议，供领导决策，使顶吹浸没式喷枪熔炼技术在金 昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造中应用得更加合理，更加完善。 1 6小结 本章介绍了密闭鼓风炉作业原理及设备结构，分析了传统鼓风 炉熔炼工艺与设备存在的诸多问题，如：床能力低、铜锍品位低、脱 硫率低、s 0 。浓度低不能实现双转双吸、能耗高、全硫利用率低、污染 环境严重等等。针对金昌冶炼厂鼓风炉熔炼工艺与设备的实际现状及 存在问题，提出采用先进的熔炼技术取代传统的鼓风炉熔炼工艺与设 备已势在必行，并提出金昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造的目标。 主塑查兰三垦堡主兰些堡苎 等，分析论证，提出采用顶吹浸没式喷枪熔炼技术对金昌冶炼厂进行 改造，完成了改造技术方案设计。并对改造中的主要工艺设备进行分 析、研究、选型设计与优化，对改造后的效果进行了预测。提出自己 的观点和合理化建议，供领导决策，使顶吹浸没式喷枪熔炼技术在金 昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造中应用得更加合理，更加完善。 1 6小结 本章介绍了密闭鼓风炉作业原理及设备结构，分析了传统鼓风 炉熔炼工艺与设备存在的诸多问题，如：床能力低、铜锍品位低、脱 硫率低、s 0 。浓度低不能实现双转双吸、能耗高、全硫利用率低、污染 环境严重等等。针对金昌冶炼厂鼓风炉熔炼工艺与设备的实际现状及 存在问题，提出采用先进的熔炼技术取代传统的鼓风炉熔炼工艺与设 备已势在必行，并提出金昌冶炼厂熔炼工艺与设备改造的目标。 第二章熔炼工艺与设备的技术分析与选择 目前已发现的铜矿物约1 6 0 多种，原生硫化矿物中的黄铜矿( c u f e s z ) 最多，其次为斑铜矿( c u s f e s ) 、辉铜矿( c s ) 和铜蓝( c u s ) 。硫化铜精 矿适于火法炼铜，现今全世界铜产量的8 5 9 0 9 6 是从硫化铜矿用火法炼铜生 产出来的。以硫化铜矿为原料的火法炼铜一般包括： ( 1 ) 浮选铜精矿的焙烧或烧结； ( 2 ) 铜精矿或焙烧矿的造锍熔炼； ( 3 ) 铜锍吹炼成粗铜； ( 4 ) 粗铜火法精炼； ( 5 ) 阳极铜电解精炼。 经冶炼产出最终产品一电解铜。 铜锍熔炼是火法炼铜最重要的冶炼过程，熔炼的目的是将铜精矿中的铜 形成含铜、硫、铁及贵金属等的铜锍，然后吹炼成粗铜；铜精矿中的脉石成 份与熔剂形成含铜尽可能低的炉渣，直接废弃或回收铜后废弃。熔炼排出的 s 砚烟气用以制造硫酸或其它硫产品。 铜锍熔炼以往多在反射炉、鼓风炉和电炉等传统冶金炉内进行。这些传 统方法的主要缺点是： ( 1 ) 不能充分利用硫化物炉料氧化产生的反应热作为能量；能耗偏 高，吨铜综合能耗在1 2 吨标煤以上，高的达2 吨多。 ( 2 ) 产出低浓度的s 0 2 烟气，不能经济地制酸。硫的利用率低，一般 硫的利用率仅为4 0 7 0 9 6 ，有的全部硫放空。环境污染严重，劳动条件恶 劣。因此，传统熔炼工艺，正逐渐地为节能、环境保护好的强化熔炼新工艺 所代替。“1 新的强化铜锍熔炼工艺归纳起来主要有两大类： 一是悬浮熔炼，另一类是熔池熔炼。 中南大学工摇硕士学位论文 2 1 国内外铜熔炼工艺与设备发展趋势 国内外硫化铜精矿熔炼工艺有三大类：传统熔炼、悬浮熔炼和熔池熔 硫化铜精矿熔炼的三种类型见表2 - i 。 硫化铜精矿熔炼的三种类型 表2 - i 传统熔炼 悬浮熔炼熔池熔炼 鼓风炉熔炼臭托昆普闪速熔炼诺兰达法 反射炉熔炼i 彻氧气闪速熔炼 三菱法 电炉熔炼c o n t o p 旋涡顶吹熔炼顶吹旋转转炉法 瓦纽科夫法 特尼思特法 白银法 水口山法 顶吹浸没式喷枪熔炼法 2 1 1 国内铜熔炼工艺与设备发展趋势 我国粗铜冶炼厂的特点是规模小，建厂时间早，大多是六、七十 年代建成投产的，由于历史原因和受当时铜冶金科技水平的限制，在 建设时根据矿山原料的特点、生产规模，选择了三、四十年代的鼓风 炉、反射炉、电炉等传统熔炼工艺。国内传统熔炼工艺生产企业及工 艺方法见表2 - 2 。”。 国内传统熔炼工艺生产企业及工艺方法表2 _ 2 序号企业名称工艺方法 1沈阳冶炼厂密闭鼓风炉熔炼 2锅陵有色第一冶炼厂密闭鼓风炉熔炼 3铜陵有色金昌冶炼厂( 原二冶)富氧密闭鼓风炉熔炼 4水口山矿务局 密闭鼓风炉熔炼 中南大学工摇硕士学位论文 2 1 国内外铜熔炼工艺与设备发展趋势 国内外硫化铜精矿熔炼工艺有三大类：传统熔炼、悬浮熔炼和熔池熔 硫化铜精矿熔炼的三种类型见表2 - i 。 硫化铜精矿熔炼的三种类型 表2 - i 传统熔炼 悬浮熔炼熔池熔炼 鼓风炉熔炼臭托昆普闪速熔炼诺兰达法 反射炉熔炼i 彻氧气闪速熔炼 三菱法 电炉熔炼c o n t o p 旋涡顶吹熔炼顶吹旋转转炉法 瓦纽科夫法 特尼思特法 白银法 水口山法 顶吹浸没式喷枪熔炼法 2 1 1 国内铜熔炼工艺与设备发展趋势 我国粗铜冶炼厂的特点是规模小，建厂时间早，大多是六、七十 年代建成投产的，由于历史原因和受当时铜冶金科技水平的限制，在 建设时根据矿山原料的特点、生产规模，选择了三、四十年代的鼓风 炉、反射炉、电炉等传统熔炼工艺。国内传统熔炼工艺生产企业及工 艺方法见表2 - 2 。”。 国内传统熔炼工艺生产企业及工艺方法表2 _ 2 序号企业名称工艺方法 1沈阳冶炼厂密闭鼓风炉熔炼 2锅陵有色第一冶炼厂密闭鼓风炉熔炼 3铜陵有色金昌冶炼厂( 原二冶)富氧密闭鼓风炉熔炼 4水口山矿务局 密闭鼓风炉熔炼 中南大学工程硕士学位论文 5富春江冶炼厂密闭鼓风炉熔炼 6 烟台冶炼厂 密闭鼓风炉熔炼 7 中条山有色金属公司密闭鼓风炉熔炼 8 包头铜厂密闭鼓风炉熔炼 9 大冶有色金属公司反射炉熔炼 1 0 石蒹铜业公司离析窑反射炉 1 1 金川有色金属公司反射炉熔炼 1 2 云南冶炼厂电炉熔炼 1 3 白银有色金属公司白银炼铜法熔池熔炼 由于逃脱不了能耗高，劳动环境差，烟气含s 如浓度低而硫回收 难的困境，随着铜熔炼技术的发展，各厂纷纷对其工艺与设备进行改 造。首先是贵溪冶炼厂于七十年代末从日本成套引进闪速熔炼，工艺 设备比较先进。九十年代以来，金川有色金属公司、铜陵金隆铜业公 司采用闪速熔炼工艺；九七年大冶有色金属公司诺兰达炉投产；九九 年八月中条山有色金属公司侯马冶炼厂顶吹浸没式喷枪熔炼炉竣工投 入试生产；云南冶炼厂采用顶吹浸没式喷枪熔炼炉正在实施之中；沈 阳冶炼厂由于采用的熔炼炉是日伪时期留下后经过局部改造的百田式 密闭鼓风炉，为日本四十年代水平，曾设想改为瓦纽科夫炉或诺兰达 炉，终究未能改造，赶不上激烈的竞争而被淘汰，宣告破产。 白银炼铜法是八十年代我国自主开发的熔炼技术