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冶金工程概论 教学目的 掌握金属冶炼的基本知识 原理与工艺实践 了解我国冶金工业现状及发展动态 教学安排 总学时32学时课堂教学30学时机动2学时教材 张训鹏主编 冶金工程概论 长沙 中南工业大学出版社可阅读的课外书籍与杂志书籍 钢冶金学有色金属熔池熔炼 教学安排 冶金工艺导论重金属冶金学冶金原理稀有金属冶金学轻金属冶金学杂志 有色金属 冶炼 湿法冶金稀有金属轻金属钢铁 工艺 第一章绪论 教学要求 了解金属及其分类 建立冶金工程相关概念 了解我国冶金工业现状与发展方向 第一章绪论 冶金是一门研究如何经济地从矿石或精矿或其它原料中提取金属或化合物 并用各种加工方法制成具有一定性能的金属材料的科学冶金学研究金属的制取 加工和改进金属性能的各种技术及金属成分 组织结构 性能和相关基础理论分为提取冶金和物理冶金两门学科 第一章绪论 提取冶金从矿石或精矿中提取金属 包括金属化合物 的生产过程 又称化学冶金 过程冶金学 物理冶金通过成型加工制备具有一定性能的金属或合金材料 包括金属学 粉末冶金 金属铸造 金属压力加工等 第一章绪论 工程将自然科学的理论应用到集体工农业生产部门中形成的各学科的总称 高级汉语大词典 水利工程 化学工程 冶金工程 第一章绪论 金属及其分类自然界已发现109种元素 金属元素共93种 按提取冶金分类可分为 黑色金属 Fe Cr Mn有色金属 其余的金属元素重金属 轻金属 稀有金属 贵金属10种常用有色金属 第一章绪论 第一章绪论 58 71镧系 90 103锕系 稀有轻金属 稀有高熔点金属 稀土金属 稀有分散性金属 稀有放射性金属 第一章绪论 金属在地壳中的赋存状态金属 Au Cu化合物 轻金属 稀有金属 氧化矿重金属 硫化矿 氧化矿过渡族元素 既有氧化物又有硫化物 第一章绪论 冶金方法火法冶金 高温无水相参与的过程湿法冶金 低温有水相参与的过程电冶金 利用电能提取和精炼金属的方法冶金工艺流程和冶金过程冶金工艺流程 提取金属的过程和方法冶炼工艺流程图 各过程间的联系及其所获得产品间的流动线路图 冶炼工艺流程图 第一章绪论 冶金 单元 过程 即一个冶炼阶段焙烧煅烧烧结熔炼火法精炼浸出净化电解 第一章绪论 冶金工业现状及发展方向现状发展方向强化过程节能低污染或无污染产品多样化 精细化 高附加值 第一章绪论 冶金工业在国民经济中的地位和作用P7 8属原材料产业国民经济的基础产业现代社会的三大支柱之一 第二章矿石与选矿 教学要求了解矿石与选矿的基本概念 选矿工艺各方法的原理与应用 第二章矿石与选矿 矿石矿床 具有一定规模的矿石天然集合体矿石 提取金属或生产其他产品的矿物集合体有用矿石 能够为人类利用的矿石脉石 不含有用矿物或含量过少 不宜以工业规模进行加工的矿石品位 矿石中有用成分的含量矿物 具有一定化学成分及物理属性的天然元素和化合物P11 12表2 3冶金工业常见金属矿物 第二章矿石与选矿 选矿选矿以廉价的处理费用 既不改变原矿的组成 又能使其高品位化原矿 直接开采出来的矿石精矿 经选矿使有用矿物进一步富集后的产品尾矿 经选矿获得的主要为脉石或有害杂质的产品P13表2 4 第二章矿石与选矿 破碎与筛分 使有用矿物单体解离 使之适合矿石选别处理对粒度的要求常用方法 P15图2 2破碎设备 P15图2 3破碎作业 P15表2 5破碎指标 P16破碎机的生产能力破碎比筛分效率 P16目 第二章矿石与选矿 选矿工艺 重选法 原理P16浮选法 原理P16正浮选 反浮选浮选药剂P16浮选作业P18粗选 粗精矿 粗尾矿精选 精矿 中矿扫选 中矿 尾矿磁选法 原理P19 第三章炼铁 教学要求 了解高炉炼铁原料与设备 掌握高炉炼铁原理与工艺过程 第三章炼铁 铁的性质及铁冶炼发展史性质 银白色密度7 866g cm3熔点1535 良好的导热 导电和导磁性丰度 5 仅次于氧 硅 铝赋存状态 铁冶炼发展史 第三章炼铁 炼铁原料与造块炼铁原料铁矿石 磁铁矿 赤铁矿 褐铁矿 菱铁矿等P22表3 1我国铁矿资源特点P22 贫矿多 复合矿多质量要求P22矿石品位要高酸性脉石要低 SiO2 Al2O3 有害杂质 S P 要少其他含铁原料 高炉烟尘转炉烟尘轧钢皮硫酸渣 第三章炼铁 熔剂 CaO MgO或硅石熔剂的作用P23质量要求焦碳 燃料和还原剂焦碳作用质量要求 第三章炼铁 铁矿粉造块 人造富矿或熟料 烧结法 将矿粉 熔剂 燃料按一定比例混合 在1300一1500 条件下 矿粉局部熔化造渣 烧结成具有一定强度 一定粒度 化学成分稳定的高炉料 团矿法 是不适宜烧结的细磨精矿粉和其它含铁粉料造块的方法 将细磨精矿粉 熔剂 燃料 1 2 有时不加 等原料经配料混合 在造球机上滚成10 15mm的生球 生球在高温焙烧机上进行高温焙烧 焙烧好的球团经冷却 破碎 筛分得到成品球团矿 第三章炼铁 烧结设备 带式烧结机结构P24图3 1烧结过程P25图3 2 点火炉 台车行进方向 第三章炼铁 烧结矿分类 酸性烧结矿碱度 1自熔性烧结矿碱度1 0 1 5熔剂性烧结矿碱度2 0 2 4碱度 CaO MgO SiO2 Al2O3 第三章炼铁 烧结矿与球团矿的比较 1 细精矿粉 325目占80 适宜造球 球团矿有利于贫矿资源利用 可对矿石细磨精选 2 烧结矿对原料的适应性强 粗粒不适于造球的矿粉 钢厂氧化铁粉 炉尘 其它含铁物料仍需烧结处理 3 球团冶金性能好 强度高 微气孔多 粒度均匀铁分高 还原性好 特别是小高炉 对降低焦比 提高产量十分显著 但在大高炉上高温还原膨胀粉化 使炉料透气性变坏 影响顺行 且球团碱度低 高炉若用100 球团冶炼 势必增大石灰石加入量 故此 高炉常使用烧结与球团混合炉料 特别是熔剂性烧结矿和酸性球团配合使用时能收到较为理想的冶炼效果 第三章炼铁 铁冶炼过程原理高炉冶炼过程P26原料产物物料走向高炉炉内分区及其特征 第三章炼铁 碳的燃烧反应化学反应 1 C焦 O2 CO2 400928kJ不可逆反应 2 2C焦 O2 2CO 235130kJ不可逆反应 3 C焦 CO2 2CO 165797kJ可逆反应平衡气相成分与温度的关系反应 3 的特点及在高炉冶炼过程中的作用 图2 2风口径向煤气成分的变化 第三章炼铁 铁氧化物的还原氧化物的稳定性金属氧化物稳定性判据氧化物标准生成自由能氧化物的分解压P28图3 6 第三章炼铁 结论 P28 1 各种氧化物分解压随温度升高而增大 只有CO除外 2 图中位置越低的氧化物 分解压愈小 氧化物愈稳定 3 位置低的元素可还原位置高的氧化物 4 在一定温度条件下 几乎所有的氧化物都可被C还原 第三章炼铁 铁氧化物的离解P29图3 7T 570 Fe2O3 Fe3O4 FeO FeT570 Fe2O3 Fe3O4 FeO FeT 570 Fe2O3 Fe3O4 Fe间接还原 用CO还原直接还原 用C还原 第三章炼铁 高炉内非铁氧化物的行为P29 1 P2O5 全部进入生铁 2 MnO 2 3进入生铁 3 SiO2 少量进入生铁 4 CaO MgO Al2O3 第三章炼铁 高炉炼铁工艺与实践高炉炼铁法简介近代钢铁制造工序 第三章炼铁 高炉炼铁过程高炉炼铁的优缺点热效率高 生产率高 原料适应性强 炉子寿命长 15 20年 但铁水成分及温度难以准确控制高炉设备高炉本体高炉附属系统P38 高炉内各部位主要反应 还原渗碳造渣脱硫 第三章炼铁 渗碳过程P33渗碳反应2Fe 2CO Fe3C CO23 Fe C Fe3C 主要反应渗碳作用 第三章炼铁 造渣过程炉渣作用 1 具有适当的熔化温度 以保证炉缸温度适当 2 具有良好的流动性 以利渣铁分离 3 具有足够的脱硫能力 以降低生铁含硫量 4 具有调整生铁成分 保证生铁质量的作用 5 性能稳定 有利于保护炉衬炉渣组成炉渣是各种氧化物的熔合体CaO SiO2 Al2O3 MgO 系 第三章炼铁 炉渣性质酸碱性氧化物分类P34炉渣碱度 炉渣中碱性氧化物含量 酸性氧化物含量CaO SiO2 1碱性渣CaO SiO2 1酸性渣CaO SiO20 9 1 2我国炼铁高炉渣熔化温度与熔化性温度炉渣完全转变为均一液体时之温度熔化温度及其影响因素 第三章炼铁 熔化性温度炉渣从不能流动转变为自由流动时的温度 即粘度曲线与45 切线的切点温度 图中A点对应温度 第三章炼铁 粘度P35流体流动时相互作用产生的内摩擦力的体现单位Pa s影响因素温度组成 常见液体的粘度 液体温度 K粘度 Pa s液体温度 K粘度 Pa s水2980 00089汞2730 0017蓖麻油2980 8流动好的渣3 0钢液1868 0 0025 第三章炼铁 脱硫过程高炉内生铁脱硫主要通过炉渣去除炉渣脱硫反应 FeS 十 CaO 十C CaS 十 Fe 十CO 141055kJ提高炉渣脱硫能力措施 1 提高炉渣碱度 2 提高温度 3 还原性炉渣 炉外脱硫 第三章炼铁 高炉生产的主要技术经济指标P39 40高炉有效容积利用系数平均水平1 5 2 0t m3 d先进水平3 0t m3 d焦比生产1t生铁所消耗的焦炭量一般水平400 600kg tFe先进水平400kg tFe 第三章炼铁 冶炼强度每昼夜高炉燃烧的焦炭量与高炉容积的比值生铁合格率生铁分为炼钢铁和铸造铁炉龄高炉从点火开始到停炉大修为止的时间一般10年高者可达15 20年 第三章炼铁 高炉炼铁技术的发展P40 41 1 高炉大型化 2 精料 3 高压操作 4 高风温 5 富氧鼓风 6 喷吹燃料 7 脱湿鼓风 8 炉顶煤气余压发电 9 高炉操作自动化 第四章炼钢 教学要求 了解炼钢原料与设备 掌握炼钢原理与各种炼钢工艺特点 第四章炼钢 概述钢铁分类及其性能工业纯铁 C2 11 2 钢 0 02 C 2 11 2 钢的分类P44表4 1 第四章炼钢 C Si Mn P S在铸铁和钢中的含量铸铁钢C2 5 4 5 0 03 1 2 Si0 5 2 0 0 01 0 3 Mn0 5 2 0 0 3 0 8 P0 02 0 5 0 01 0 05 S0 01 0 1 0 01 0 05 第四章炼钢 炼钢过程原理炼钢的基本任务通过冶炼降低生铁中的碳和去除有害杂质 加入适量的合金元素 获得具有高的强度 韧性或其它特殊性能的钢 四脱 脱C P S O 二去 除气体 非金属杂质一升温 一合金化 第四章炼钢 炼钢炉1823 1923K 热源 氧化剂 钢水钢渣 铁水生铁废钢 造渣剂 炼钢过程示意图 氧化精炼 第四章炼钢 炼钢原料金属料铁水 或生铁块 是氧气顶吹转炉炼钢的基本原料 占金属料的70 100 废钢是电弧炉炼钢的基本原料 占钢铁料的70 90 对氧气转炉来说 则既是金属料 又是冷却剂 第四章炼钢 铁合金作为脱氧和合金化元素 如Fe Mn Fe Si Fe Cr 以及复合脱氧剂 如硅锰合金 硅钙合金硅锰铝合金 还有铝 锰 镍 钴等金属辅助材料造渣材料石灰 CaO 萤石 CaF2 白云石 第四章炼钢 氧化剂氧气 铁矿石 氧化铁皮冷却剂废钢 富铁矿 团矿 烧结矿 氧化铁皮还原剂和增碳剂电炉炼钢使用的还原剂和增碳剂有石墨电极木炭 焦炭 电石 硅铁 硅钙 铝等 氧气转炉冶炼高碳钢时 一般用含灰分很少的石油焦作增碳剂 第四章炼钢 炼钢炉渣炉渣来源 1 废钢带入的泥沙和铁锈等 2 加入的各种造渣材料 3 炼钢过程中化学反应的产物炉渣组成炼钢炉渣的基本体系是CaO SiO2 FeO系 高炉炼铁炉渣35 4535 450 3 0 90 3 1 5 6 88 140 9 1 3 第四章炼钢 炉渣作用炉渣是炼钢过程中的必然产物 直接参与炼钢过程的物理化学反应和传热 传质过程 1 控制金属中各元素的氧化和还原过程 2 向钢中输送氧以氧化各种杂质 3 吸收钢液中的非金属夹杂物 4 对钢液有保护作用 第四章炼钢 炉渣性质 1 炉渣碱度R CaO SiO2炉料中含P较低R CaO P2O5 SiO2 炉料中含P较高 2 炉渣氧化性 炉渣向金属熔体传递氧的能力 P47全氧法 FeO FeO十1 35 Fe203全铁法 FeO FeO十0 9 Fe203 第四章炼钢 炼钢过程反应炼钢熔池中氧的来源及铁液中元素的氧化方式熔池中氧的来源P48氧在钢液中存在的形式钢液中元素的氧化方式直接氧化间接氧化 通过氧化物传递 第四章炼钢 炼钢熔池中元素的氧化次序纯氧化物的分解压P48炼钢实际熔池中元素氧化顺序 第四章炼钢 脱碳反应脱碳反应的作用搅动熔池有利于钢液中气体及非金属夹杂物脱除有利于钢液温度和化学成分均匀有利于冶金物化反应的进行 第四章炼钢 脱碳反应方式氧气直接和钢液接触 O2 C CO 氧经过炉渣传送到钢液 FeO Fe O C O CO 炼钢熔池中 C 和 O 浓度的关系 C 高则 O 低 C 低则 O 高脱碳反应的速度 氧浓 搅拌 第四章炼钢 硅 锰的氧化反应硅的氧化反应2 FeO Si SiO2 2 Fe 341224kJ SiO2 2 FeO 2FeO SiO2 2FeO SiO2 2 CaO 2CaO SiO2 2 FeO 2 O Si SiO2 817448kJ 第四章炼钢 锰的氧化反应 Mn FeO MnO Fe 123511kJ Mn O MnO 361623kJ Fe Mn 2SiO4 2CaO Ca2SiO4 2 FeO MnO 第四章炼钢 脱磷反应磷对钢性能的影响降低钢的塑性 韧性 低温时更为严重 常称为 冷脆性 脱磷的基本反应2 P 十5 FeO P2O5 十5Fe P2O5 十3 FeO 3FeO P2O5 3FeO P2O5 十3 CaO 3CaO P2O5 十3 FeO 或 3FeO P2O5 十4 CaO 4CaO P2O5 十3 FeO 第四章炼钢 脱硫反应硫对钢性能的影响硫在铁液中以FeS形式存在 当钢在热加工时 富集于晶界的低熔点硫化物将使晶界成脆性或熔融状态 使轧制或锻造时出现断裂 即 热脆 脱硫反应及其影响因素炼钢过程中 主要通过炉渣来脱硫 第四章炼钢 FeS FeS FeS CaO FeO CaS 脱硫总反应式 FeS 十 CaO FeO 十 CaS 炉渣的脱硫能力以炉渣和金属中含硫量之比LS S S 表示LS 脱硫指数或硫的分配系数 第四章炼钢 影响炉渣脱硫的因素炉渣碱度高 渣中氧化铁 FeO 含量低 温度高 渣量大 炉渣流动性好 则有利于脱硫 第四章炼钢 钢的脱氧氧对钢质量的影响P52造成钢的 热脆 并使钢锭内部产生气泡按照脱氧程度的不同 钢可分为 镇静钢即完全脱氧钢 沸腾钢即不完全脱氧钢 半镇静钢 其脱氧程度介于镇静钢与沸腾钢之间 第四章炼钢 脱氧方法P53沉淀脱氧扩散脱氧真空脱氧脱氧剂锰铁 硅铁 铝加入顺序 先加锰铁再加硅铁最后加铝 上节回顾 高炉冶炼炉内反应炼钢的基本任务炼钢过程的基本反应 第四章炼钢 钢中气体和非金属夹杂物的脱除钢中气体P53 54钢中气体包括氢 氮和氧对钢质量的影响H 氢脆 白点 N 引起碳钢的淬火时效和变形时效措施钢液去气 脱碳过程随CO气泡排出 炉外去气 第四章炼钢 钢中非金属夹杂物P54存在形式对钢质量的影响影响钢的机械 加工 切削 疲劳性能减少钢中非金属夹杂物的主要途径 第四章炼钢 氧气转炉炼钢转炉炼钢法的种类 第四章炼钢 氧气顶吹转炉炼钢氧气顶吹转炉于1952年和1953年在奥地利的林茨 Linz 城和多纳维茨 Donawitz 城先后建成并投入生产 故又称为LD法 设备 第四章炼钢 工艺特点对原材料适应性强 生产率高 成本低 可炼品种多钢质量好 投资省 建厂速度快 是现代主要炼钢方法之一 第四章炼钢 炼钢工艺过程P58包括装料 吹炼 脱氧出钢 倒渣等过程 第四章炼钢 电弧炉炼钢利用石墨电极端部和炉料之间放电产生的电弧热 借助辐射和电弧的直接加热熔化金属和炉渣 冶炼出各种成分的钢及合金的一种炼钢方法 是目前国内外生产特殊钢的主要方法 通常指碱性电弧炉炼钢设备 第四章炼钢 电弧炉炼钢特点 优点冶金过程灵活热损失少温度易控制基建投资省能耗低操作灵活 缺点氢 氧含量较转炉钢高炉内温度分布不均匀 第四章炼钢 电弧炉熔炼工艺P60氧化精炼 脱碳脱磷还原精炼 脱氧脱硫平炉炼钢P61各种炼钢方法的比较P63 第五章铜冶金 教学要求 了解炼铜原料与设备 掌握铜熔炼 吹炼及精炼过程原理及工艺实践与发展趋势 第五章铜冶金 铜的性质与用途P65性质 紫红色密度8 89g cm3熔点1083 优良的导热 导电性良好的延展性与其它金属互溶性好 第五章铜冶金 丰度 7 0 10 3 赋存状态 硫化矿 氧化矿 自然铜用途 电气工业 建筑 运输 通用工程等 第五章铜冶金 炼铜原料与方法炼铜原料资源状况P68表5 1铜的矿物P68表5 2铜精矿P69表5 3世界原生铜产量的90 来自硫化矿 典型的硫化铜矿含铜由0 2 露天开采 到0 5 1 坑下开采 铜矿石经浮选富集产出含铜较高 15 30 的精矿 作为冶炼原料 第五章铜冶金 氧化矿石很难用选矿方法加以富集 一般直接送冶炼厂处理 硫化精矿特点粒度很小 比表面积很大 具有很大的化学反应能量 与氧发生氧化反应迅速 同时可以放出大量的热能 第五章铜冶金 冶炼方法目前世界上原生铜产量中80 85 用火法冶金方法生产 约15 20 用湿法生产 湿法炼铜通常用于处理氧化矿 低品位废矿和复杂难选矿 火法炼铜用于处理各种铜精矿 硫化矿主要用火法冶金处理火法炼铜原则工艺流程见P70图5 4 火法炼铜原则工艺流程 第五章铜冶金 传统熔炼鼓风炉 反射炉 电炉熔炼不足 1 不能充分利用硫化物炉料氧化产生的反应热作为能量 矿物燃料量或电能消耗大 能耗高 2 产出低浓度SO2烟气 不能经济地生产硫酸 对环境造成严重污染 3 设备生产能力低 第五章铜冶金 强化熔炼分为闪速熔炼和熔池熔炼火法炼铜发展趋势自热熔炼连续吹炼 第五章铜冶金 火法炼铜工艺特点 优点耗费较少的能量从铜硫化矿物一直炼到金属铜 铜的生产效率高 缺点SO2烟气对环境的污染 第五章铜冶金 湿法炼铜工艺流程P71图5 5不足 不宜处理高品位矿不利贵金属的回收浸出方法 就地浸出 堆浸 搅拌浸出细菌浸出 生物浸矿 氧化铜矿湿法炼铜原则流程 第五章铜冶金 造锍熔炼基本原理造锍熔炼的物料及产物造锍熔炼的目的 1 将炉料中全部铜分离入冰铜相 2 使富铜的冰铜与炉渣分开 第五章铜冶金 造锍熔炼的物料 1 硫化铜精矿 或部分氧化脱硫的焙砂 高品位氧化矿 2 造渣熔剂 SiO2 CaO等 3 转炉渣 SiO2 22 28 FeO Fe2O3 60 70 Cu 1 5 2 5 4 烟尘 烟气夹带的细粒物料以及挥发元素及其化合物 第五章铜冶金 熔炼过程主要产物 1 Cu2S FeS冰铜 铜锍 30 70 Cu 2 熔炼炉渣 3 烟气典型工业冰铜 炉渣成分见P73表5 4 P75表5 6 第五章铜冶金 锍的形成及其特性造锍熔炼过程中的物理化学变化高价硫化物热离解P72结论 熔炼高温下稳定的铜化合物是Cu2S和Cu2O 稳定的铁化合物是FeS和FeO所有离解反应都是吸热反应 第五章铜冶金 锍的形成锍的形成基于两点 1 FeS能与许多金属硫化物形成低熔点共熔体P67图5 2 2 不同金属对S和O的亲和力的差别P66图5 1 图5 3Cu2O FeS Cu2S FeOk1523 109 86 Cu2S FeS二元系 FeS MS二元系的液相线 第五章铜冶金 冰铜的物理性质冰铜最重要的性质是密度大 4 4g cm3 粘度小 10cP 造锍熔炼炉渣及其特性炉渣是各种氧化物的熔合体炉渣来源炉料中的脉石 加入的熔剂 燃料中的灰份等炉渣组成P75表5 6 第五章铜冶金 炉渣性质冶炼过程对炉渣的要求与冰铜互不相混溶对Cu2S的溶解度低适当的流动性铜炉渣的重要特点粘度高P74表5 5 第五章铜冶金 造锍熔炼炉渣中铜的损失与渣贫化炉渣中铜的损失火法炼铜生产过程的铜损失分为两方面 一是随烟气带走的铜 二是随渣损失的铜 随渣损失的铜是主要的 第五章铜冶金 炉渣的贫化 1 磨浮法炉渣缓慢冷却 磨细 浮选 渣精矿 2 电炉贫化 第五章铜冶金 造锍熔炼生产实践20世纪30年代 鼓风炉20世纪30年代以后 反射炉取代鼓风炉20世纪70年代至今 闪速熔炼 连续炼铜 熔炼方法简介 第五章铜冶金 熔池熔炼炉料在液态熔池 熔渣 熔锍 中迅速完成气 液 固相间主要反应的熔炼方法 反射炉熔炼冰铜反射炉熔炼过程 间断加料 连续熔炼 间断放冰铜和炉渣传热方法 辐射和对流 辐射起主导作用反射炉的结构 P78图5 7 第五章铜冶金 第五章铜冶金 反射炉熔炼优缺点 优点对原料适应性强 炉子结构简单 对耐火材料要求不高对自控水平 操作水平要求较低渣含铜低 不需处理可直接弃去 缺点烟气SO2浓度低 0 5 2 难于回收利用 环境污染严重 热效率低 能耗高 冰铜品位低 吹炼负荷大 生产率低 发展趋势 改良新技术取代 第五章铜冶金 Noranda法造锍熔炼1973年在加拿大投入生产 用于生产高品位冰铜 P86图5 14设备简图作业过程 P86 炉子结构 第五章铜冶金 闪速熔炼该法充分利用了浮选铜精矿高速反应的特点 有Outokumpu闪速熔炼和Inco闪速熔炼两种类型 1949年投入工业应用 是目前世界上应用最广 技术最成熟的先进炼铜 镍方法 我国有7座 贵溪 铜陵金隆 金川 山东阳谷 Outokumpu闪速炉 炉子结构 金川公司闪速炉结构 第五章铜冶金 生产过程与过程控制炉料 细粒 水分小于0 3 及空气 富氧或预热 由喷嘴喷入反应塔 塔内温度1673K 炉料细粒在1 3秒内完成熔炼的物理化学变化 落入熔池沉清分离 冰铜和炉渣定期从炉内排出 冰铜送转炉吹炼 炉渣含铜1 2 需进一步处理回收铜 除放冰铜和放渣外 整个过程由计算机自动控制 烟尘率较反射炉 电炉及熔池熔炼高 为炉料量的10 左右 第五章铜冶金 冰铜品位控制衡定加料量 调节风量 实质控制料 O2渣成分控制控制Fe SiO2为1 1 1 2 通过调节熔剂量控制温度控制通过调节燃油量控制渣温在1500K 50K冰铜温度大约比渣温低50K 第五章铜冶金 热平衡可实现自热熔炼措施 1 提高冰铜品位 2 富氧 3 提高热风温度 第五章铜冶金 Outokumpu闪速熔炼的特点及发展节能降耗Outokumpu闪速熔炼的燃料消耗只有反射炉熔炼的1 2 1 3 越来越多的冶炼厂闪速炉实现了自热熔炼技术发展趋势高干矿装入量 高铜锍品位 高热负荷和高富氧浓度 即四高熔炼技术 高投料量 高富氧浓度 高冰铜品位 高热强度 第五章铜冶金 冰铜吹炼吹炼目的除去锍中的Fe S及其它杂质 产出粗铜 98 5 99 5 Cu 铜锍吹炼反应铜锍吹炼分两个周期 第五章铜冶金 造渣期 FeS O2 FeO SO26FeO O2 2Fe3O42FeO SiO2 2FeO SiO2吹炼渣FeO Fe2O3 SiO2 造渣期结束后倒出造铜期 Cu2S 1 5O2 Cu2O SO2Cu2S 2Cu2O 6Cu SO2或Cu2S O2 2Cu SO2 第五章铜冶金 吹炼设备P89图5 16卧式转炉结构示意图 第五章铜冶金 生产过程间段周期性作业 加入冰铜 吹风 加入熔剂 SiO2 加入冷料 根据炉温而定 放渣 反复进行至炉子装入与容量相适应的白冰铜 转入造铜期 由于造渣期和造铜期在反应放热量及产出SO2量的不同 造渣期热量有过剩 烟气浓度低 造铜期热量稍不足 而烟气浓度高一些 第五章铜冶金 P S转炉吹炼工艺缺点 1 间歇操作 作业率低 2 炉口密封不严 烟气处理量大 制酸成本高 3 设备投资和操作费用高 4 风口区耐火材料损耗大 5 富氧率受限制 6 转炉进出料时 操作环境差 7 间歇式作业引起烟气量不稳定 不利制酸 第五章铜冶金 吹炼工艺的发展现代熔炼技术对吹炼的要求 1 提高吹炼富氧浓度 2 能处理高品位铜锍 3 产出的烟气连续 稳定 SO2浓度高 4 逸散烟气少 第五章铜冶金 虹吸式转炉顶吹转炉有两种炉型 炉身固定 奥斯炉 富氧40 50 加入冷料炉身转动 卡尔多炉 纯氧 炉温可达1923K 加热料也可加冷料 第五章铜冶金 闪速吹炼工艺过程 1 在闪速熔炼炉中产出含铜量高于60 的液态冰铜 2 将液态冰铜水淬并磨细 达到适合闪速吹炼进料的粒度 100 150 m 3 将粒度很细的冰铜进行干燥 4 细粒冰铜在第二台闪速炉中吹炼成液态粗铜 第五章铜冶金 工艺特点处理水淬高品位铜锍 68 70 Cu 采用纯氧或高富氧空气 70 O2 烟气含SO2高达43 6 硫回收率达到99 9 基建投资较转炉减少35 生产费用减少10 20 设备生产能力大 工艺流程有很大的灵活性 闪速吹炼工艺从技术上解决了硫的泄露问题 上节回顾 造锍熔炼原理造锍熔炼实践熔池熔炼闪速熔炼炉渣贫化冰铜吹炼原理冰铜吹炼实践 第五章铜冶金 三菱法熔炼 连续吹炼炼铜法 顶吹熔池熔炼1974年在日本投入生产 相继在加拿大 韩国 印度尼西亚和澳大利亚得到应用P90图5 19设备示意图由相对独立的熔炼炉 S炉 炉渣贫化炉 CL炉 吹炼炉 C炉 组成 三台炉子之间用溜槽连接 各炉工艺参数可单独控制 易于保持最优的熔炼状态 炉子结构 第五章铜冶金 熔炼炉 采用40 50 富氧 铜锍品位 65 烟气含SO212 可制酸 热源主要来自反应热 炉渣贫化炉 维持低氧势 靠电热维持作业温度 弃渣含0 6 Cu 吹炼炉 维持炉内最高氧势 采用富氧空气 烟气可制酸 粗铜含硫0 05 含铜98 5 造Cu2O Fe2O3 CaO系炉渣 避免Fe3O4的危害 第五章铜冶金 生产过程及其特点 1 用喷枪将炉料和富氧空气喷射进熔池 熔池内主要为冰铜 上面覆盖有一薄层炉渣 空气富氧浓度40 50 喷射出口速度150 300m s 熔炼反应主要在冰铜层发生 熔炼强度高 2 熔炼炉渣采用电炉贫化后 在电炉中停留时间1小时 渣含铜降至0 6 可直接水淬堆存 第五章铜冶金 3 连续吹炼 采用CaO Cu2O Fe3O4渣系 渣中CaO15 Cu15 20 其余为Fe3O4 熔点1160 对Fe3O4溶解度大 流动性好 吹炼渣水淬干燥后返熔炼配料 由于冰铜品位高 渣量少 循环的铜量仅为炉料含铜量的6 第五章铜冶金 粗铜精炼铜的火法精炼目的 1 进一步降低粗铜中S O含量 避免铸阳极时SO2析出 导致阳极不平等缺陷常规吹炼粗铜 S0 05 O0 5 阳极铜 S0 03 O0 05 2 将其他杂质含量进一步降低 第五章铜冶金 方法及原理氧化在11500C 12000C下 将空气鼓入粗铜液中 发生如下反应 2Cu 1 2O2 Cu2OCu2O溶解在铜液中 进一步发生如下反应 Cu2O M 2Cu MO式中 M 杂质金属MO 往往不溶解在铜液中而形成渣相 第五章铜冶金 杂质除去的难易程度 由难至易 As Sb Bi Pb Cd Sn Ni In Co Zn Fe 第