NGL炉精炼废杂铜工艺及其应用.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 1 3 N G L 炉精炼废杂铜工艺及其应用 姚素平 中国瑞林工程技术有限公司，南昌3 3 0 0 0 2 摘要分析了废杂铜火法精炼与液态熔融粗铜火法精炼的差异。介绍了N G L 炉工艺的特点、设备结构、 操作步骤、工艺参数等，阐述了用N G L 炉工艺处理废杂铜高效、节能、环保、安全、自动化程度高等特点， 并对该工艺技术的进一步发展进行了展望。 关键词N G L 炉；废杂铜精炼；氮气搅拌；富氧精炼 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 1 0 0 6 一0 0 1 3 一0 3 N G LS c r a pR e f i n i n gP r o c e s sa n dI t sA p p l i c a t i o n ，Y A OS u p i n g C h i n aN e r i nE n g i n e e r i n gC o ．，L t d ，N a n e h a n g3 3 0 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ed i f f e r e n c e sb e t w e e ns c r a pr e f i n i n ga n dm o l t e nc o p p e rr e f i n i n gw e r ea n a l y z e d ，T h ep r o c e s so f N G Lw a si n t r o d u c e di n c l u d i n gp r o c e s s ，e q u i p m e n t ，o p e r a t i o na n dp r o c e s so p e r a t i o ne ta 1 ．T h ef e a t u r e so f N G Lo nh i g he f f i c i e n c yc o p p e rs c r a pp r o c e s s ，e n e r g ys a v i n g ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，s a f e t ya n da u t o m a t i o nw e r ed e s c r i b e d ．E x p e c t a t i o n so ff u r t h e rd e v e l o p m e n to ft h i sp r o c e s sw e r ea l s oi n c l u d e d ． K e y w o r d s N G Lf u r n a c e ；S c r a ps m e l t i n g ；N i t r o g e na g i t a t i o n ；O x y g e ne n r i c h m e n t 废杂铜火法精炼有别于液态熔融粗铜的火法精 炼，其精炼工艺和装备有很大差异。目前国内大多 数废杂铜精炼厂都是采用固定式反射炉精炼，存在 氧和还原剂利用率低、自动化程度不高、工人劳动强 度大、操作环境恶劣、环境污染严重等诸多问题。国 外大都采用倾动炉技术处理废杂铜，具有环保、安 全、自动化程度高等优点，但是倾动炉没有熔体微搅 动装置，传热传质能力较差，结构复杂。针对现有废 杂铜处理技术的不足，中国瑞林工程技术有限公司 研发了”N G L ”炉废杂铜火法精炼工艺和装备，现已 在国内几个大型废杂铜处理工厂应用。 1 废杂铜火法精炼的特点 由于废杂铜来源广，成分复杂，形状各异，所以 其火法精炼工艺和装备有如下特点 1 加料、熔化时间长 加入炉内的废杂铜均为固体冷料，有块状、粉屑 状和丝状料打成的包块，加料速度慢，熔化时间长。 在废杂铜火法精炼中，加料和熔化时间占作业周期 的一半以上，消耗的燃料占总量的8 0 ％以上，所以 废杂铜火法精炼时加料速度和熔化速率对生产效率 和能耗影响很大。 2 成分复杂，精炼难度大 ． 废杂铜中除了含有P b 、Z n 、A s 、S b 、B i 、N i 、F e 等 金属元素，还经常含有卤族元素如F 、C I 、B r 和有机 物等。进入火法精炼工序的废杂铜一般杂质含量在 4 ％～2 0 ％，而液态熔融粗铜含杂质一般在0 ．5 ％～ 2 ％，所以废杂铜的精炼需要根据不同的除杂要求反 复氧化和造渣，有时还要造碱性渣等，所以精炼难度 高，时间长。 3 渣量大，排渣次数多 废杂铜精炼造渣率一般在5 ％～1 0 ％，入炉物 作者简介姚褒平 1 9 5 7 - - ，女，江苏淮安人，教授级高工，总工程师． 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期 料品位低时造渣率更高。炉渣含铜高达2 0 ％～ 3 5 ％，渣量大、黏度大，所以废杂铜精炼炉在结构上 要考虑方便出渣作业。 4 挥发物多，烟气处理系统要求高 废杂铜精炼过程中有大量可挥发物进入烟气， 如P b 、Z n 和未燃尽的有机物等，有时烟气含尘高达 1 0 0g ／m 3 ，生产中控制不当会严重粘结炉子出口、烟 道和余热回收系统，给烟气处理带来很大的麻烦。 N G L 炉毛现图 2 N G L 炉工艺及设备介绍 N G L 炉是结合倾动炉和回转式阳极炉的优点 而开发的。侧面有大的加料门和渣门，另一侧有氧 化还原口和透气砖，炉体可在一定角度内转动。目 前设计的N G L 炉能力为1 0 0 ～2 7 0t ，图1 为2 5 0t 能力的N G L 炉主、俯视图及操作炉位图。 N G L 炉俯视图 加料位氧化还原位排渣位出铜位 图1N G L 炉示意图 F i g ．1 S k e t c hm a po fN G Lf u r n a c e N G L 炉工艺处理废杂铜步骤为用加料设备将 废杂铜从侧面的炉门装入到炉内，采用燃料燃烧加 热熔化物料，既可使用气体燃料，也可使用粉煤等固 体燃料，可采用普通空气助燃，也可采用富氧或纯氧 助燃。当物料熔化了五分之一左右，开始从炉底的 的透气砖供人氮气，物料熔化后将炉体倾转一定角 度，使氧化还原口埋人铜液，将氧化风送入铜液中进 行氧化作业，出渣时将炉体转到出渣位倒渣。将炉 体转回到氧化作业位置，采用天然气或液化石油气 作为还原剂，经氧化还原口送入炉内铜液中进行还 原作业，还原完成后将炉体倾转进行浇铸。除装料 外，一直持续稳定的经透气砖向炉内鼓入氮气对熔 体进行微搅拌。 为进一步了解N G I ，炉的熔化速率和寻求氧化 风口的最佳位置，对N G L 炉的精炼过程进行了计 算机仿真，参考仿真结果对炉体结构、燃烧器的设 置、氧化风口和透气砖的位置进行了调整。 3N G L 炉工艺的优点 1 加料、扒渣方便。可在炉体侧面靠近平台处 设置加料门和渣门，炉料可用加料车方便快速的加 入。炉渣门靠近渣线设置，既可倒渣，也可方便的扒 渣； 2 热效率高。炉体紧凑、密闭，氧化、还原管道 固定在炉体上，作业时不需要打开炉门操作，热量外 泄少，漏入的冷空气少。在炉体上布置了多块透气 砖，通入氮气搅拌，加速了传热传质，缩短操作时间， 节省燃料消耗； 3 安全性高。由于炉体可以转动且氧化还原管 道固定在炉体上，避免了人工持管操作可能发生的 安全事故，减小了工人的劳动强度；遇到故障时炉子 可迅速转到安全位置，避免”跑铜”事故的发生，操作 安全； 4 环保条件好。炉体密闭性能好，氧化、还原时 不需要打开炉门操作，减少了烟气外逸；借助炉体转 动可以控制氧化还原管的埋人深度，加上透气砖的 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 0 年6 期1 5 氮气搅拌作用可提高还原剂的利用率，减少黑烟生 成；在炉后设置有完善的烟气处理系统，烟气通过烟 罩导入双体结构的二次燃烧室，烧尽可燃物后进余 热锅炉回收余热，再进入布袋收尘达标后排放； 5 自动化程度高。整个系统采用了D C S 控制， 工艺参数均通过仪表自动检测和调节，对一些需要 精确控制和与安全有关的作业实现了电气连锁。 4 N G L 炉工艺的主要技术经济指标 炉料平均含铜9 0 ％；N G L 炉能力2 5 0t 投料量 2 7 0t ／炉 ；N G L 炉作业周期2 4h 其中加料及熔 化1 4h 、氧化4h 、还原2h 、浇铸4h ；精炼渣率 5 ％；精炼渣含铜3 5 ％；炉子最大出口烟气量 熔化 期 空气助燃时2 50 0 0m 3 ／h ，纯氧助燃时50 0 0 m 3 ／h ；每吨阳极天然气单耗空气助燃时1 1 0m 3 ，纯 氧助燃时6 0m 3 ；每吨阳极还原剂 天然气 单耗8 m 3 ；浇铸机能力8 0t ／h ；每吨阳极 杂铜一阳极铜 综合能耗5 0k g c e 空气助燃且回收余热蒸汽时 ；每 吨阳极国家能耗先进值2 9 0k g c e 。 可以看出，如果采用纯氧助燃时，烟气量仅为空 气助燃时的2 0 ％，烟气带走的热量少，燃料消耗低， 烟气处理系统可大为缩小，减少投资和运行费用，目 前国内几个工厂的N G L 炉均采用纯氧助燃的燃烧 器。 5N G L 炉工艺的拓展 对N G L 炉工艺进行技术拓展是为了使其具有 更强的功能和更广泛的用途。 1 采用富氧空气精炼 为了使进入N G L 炉处理的废杂铜品位进一步 降低，提高经济效益，正在研究采用从氧化还原口鼓 人富氧空气精炼废杂铜，以提高N G L 炉的氧化强 度和效率。由于N G L 炉上有多组氧化还原管和多 块透气砖，改善了氧化还原反应时动力学和热力学 条件，与转炉相比，透气砖使氧气在熔体中的扩散更 均匀，而且熔体的搅动不剧烈，对风口区耐火材料影 响小，相同氧量的利用率比转炉高。 2 利用N G L 炉直接生产国际电工标准的铜杆 国外已有利用品位9 4 ％以上的废杂铜精炼直 接生产标准为E N l 9 7 7 1 9 9 8 C W 0 0 5 A 的火法精炼 铜杆，优点是省去电解精炼过程，大幅度节省了能耗 和生产成本，国内已有企业从国外引进了该技术和 设备。在提高N G L 炉的氧化强度和效率后，再进 一步研究精炼过程如何选择合理的氧化剂、造渣剂、 渣型等使精炼过程仅脱除有害杂质，保留有效金属 成分，同时开发精炼与加工设备之间精确联动的自 动化控制系统，最终实现将9 0 ％的废杂铜精炼后直 接进入连铸连轧设备生产达到国际电工标准的铜 杆，获取更大的经济效益。 6结论 N G L 炉工艺与设备是国内自主创新的技术。 具有结构简单、效率高、能耗低、自动化程度高、环保 好、投资低等优点，已在国内几个大型废杂铜再生工 厂得到应用。 万方数据