新型的竖炉工艺在铜冶炼中的应用_廖文江

第32卷第6期

有色冶金设计与研究

2011年12月

新型的竖炉工艺在铜冶炼中的应用

廖文江

（中国瑞林工程技术有限公司，江西南昌330031）

〔摘

要〕介绍了一种新型的竖炉工艺，并通过在金隆铜业公司铜精炼系统应用中与其他工艺的比较，从

而得出了该工艺的先进设计理念及优越性。

〔关键词〕铜精炼；炉型结构；竖炉；固定式保温炉；铜双闪冶炼工艺

中图分类号:TF801.1

文献标识码:B

文章编号：1004-4345(2011)06-0014-03

ApplicationofNew-typeShaftFurnaceTechnologyinCopperSmelting

LIAOWen-jiang

(ChinaNerinEngineeringCo.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi330031,China)

AbstractThispaperintroducesanew-typeshaftfurnacetechnologyandconcludesthatthistechnologyisofadvanceddesignconceptandsuperioritiesascomparedwithothertechnologiesthroughapplicationofthetechnologyinJinlongCopperCorporation'scopperrefiningsystem.

Keywordscopperrefining;furnacestructure;shaftfurnace;fixed-typeholdingfurnace;copperflashsmeltingandflashconvertingtechnology

0概述

近年来，金隆铜业公司由于铜精矿含铜品位持续

下降，为确保处理矿铜达到原设计350kt/a阴极铜

能力，在2011年拟新增一套年产50kt阴极铜的系统，用于熔化原转炉处理的部分电解残极冷料，该项目委托中国瑞林工程技术有限公司进行设计。根据该公司精炼系统的能力大于吹炼系统的能力这一实际情况，设计人员最终确定采用竖炉工艺，充分挖掘现有阳极炉及圆盘浇铸机的能力，通过优化工艺配置，平衡系统能力，以小资金投入达到设备利用及投资效益最大化。

自动化程度高；缺点是造价高带来的一次投资大，需

配套驱动装置，操作复杂，炉体有效容积小。固定式反射炉工艺的优点是工艺成熟，造价低；缺点是炉体密闭性差，热损失大，自动化程度低，工人劳动强度能耗高、且存在跑铜的风险。大、

竖炉工艺用于熔化处理电解残极、不良阳极的技术已经在美国的Kennecott铜冶炼厂、中国的山东祥光铜业得到应用，国内其他厂也有采用竖炉熔化电解残极和紫杂铜混合物料的成功业绩。竖炉设备的特点是烧嘴设置在竖炉底部的周围，物料在底部熔化后料柱不断下降，同时热烟气在上升过程中持续预热料柱。热烟气的大部分热量传递给料柱，从而有效降低能耗，节约生产成本。通过表1，可以看出以上几种工艺的能耗对比。

表１几种工艺的能耗对比

固定式

竖炉工艺竖炉工艺工艺名称倾动炉工艺

反射炉工艺

山东

使用工厂名称国内1厂国内2厂国内3厂

祥光铜业

粗铜、紫杂铜残极、

原料名称高品位杂铜残极

和残极紫杂铜

天然气单耗

1001208090

（Nm3/t阳极铜）

1项目的方案选择

目前，处理残极或其他铜冷料的成熟工艺有倾

动炉工艺、固定式反射炉工艺、竖炉工艺。

倾动炉工艺的优点是工艺先进，进出料方式简洁，

收稿日期：２０１１－０７－１１作者简介：廖文江（１９８０—），男，工程师，主要从事有色冶金设计与研究工作。

第6

期新型的竖炉工艺在铜冶炼中的应用

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综上，考虑到本项目的原料为单纯的电解残极，杂质含量少，不需氧化还原操作，而倾动炉工艺和固定式反射炉工艺主要适用于杂铜原料。经过多次论证

但是，由于竖炉自身没本项目最终选择了竖炉工艺。

有熔池，须在后续工序配套用于储存熔体和加热保温用的保温炉。因此，美国的Kennecott铜冶炼厂和山东的祥光铜业在竖炉后设置了回转式保温炉。在借鉴

了鼓风炉前床和闪速炉沉淀池的技术特点和操作模式后，本项目在设计中采用了固定式保温炉作为竖炉

固定式保的后续设备，最终形成了本项目竖炉熔化、温炉蓄料保温，利用现有阳极炉和圆盘浇铸机浇铸

的新竖炉工艺。与回转式保温炉相比，固定式保温炉取消了驱动装置，炉型简单，操作方便，有效容积大，

与固定式反射炉相比，取消了炉门，提节省空间配置。

高密闭性，降低能耗；在炉底设置硅酸铝纤维板提高

保温性能；优化烟道设计，烟道重量通过三层托板传递给炉体立柱，以免烧塌烟道；出铜口采用水套结构，可提高使用寿命且方便更换。经过冶金计算，本项目的天然气单耗设计值仅为72.7Nm3/t阳极铜。不仅能耗低、环保好，而且使新增系统与现有的精炼系统充分结合，减少了配套设备，节约场地，从而达到降低设备投资和运行成本的目的。

竖炉顶部的加料口内，3排天然气烧嘴设置在竖炉底部的周围，在炉料熔化的时候，炉内的料柱向下移动，因此形成一股连续的熔融态阳极铜金属流。竖炉内没有熔池，熔化后的铜液经溜槽连续自流入固定式保温炉，保温炉炉体端部设有一个天然气烧嘴进行保温。

由于现有的阳极炉和圆盘浇铸机有足够的能力，当现有3台阳极炉中的某1台已完成氧化还原反应，处于保温期时，保温炉中铜液经保温炉出铜溜槽流入地坑内的阳极铜包内，再由熔炼主厂房行车吊入该阳极炉，利用现有的双圆盘浇铸机或单圆盘浇铸机浇铸成阳极板。另外，为提高熔炼主厂房行车的作业率，设置了一套铜模制备装置，用于浇铸圆盘浇铸机的母模，替代现有的由熔炼主厂房行车起吊阳极铜包浇铸母模的作业方式。

固定式保温炉的烟气经稀释室稀释至350℃后，与竖炉烟气分别由各自的排烟风机汇总至现有的阳极炉排烟筒排入大气。竖炉排烟风机和保温炉排烟风机均采用了变频电机，可根据风量变频调速。当出现事故停电时，竖炉顶部的事故排烟阀打开，自然排放烟气。排烟风机作为关键设备，一般考虑备用。在设计中采取了将竖炉排烟风机作为保温炉排烟风机备用的措施，即将竖炉和保温炉的烟气管串联，当保温炉排烟风机事故时，可由竖炉排烟风机单独作业，将保温炉和竖炉的烟气排至阳极炉排烟筒。这样既减少了设

工艺流程详见图1。备，同时安全可靠性又得到了保证。

2工艺流程

本项目的工艺流程为残极由竖炉上料装置加到

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有色冶金设计与研究第32卷

3主要设备

竖炉的加料设备由轨道、卷扬装置、提升斗、支

３．１竖炉上料装置

架、变频电机等组成。整个运行过程是提升斗放置在底部时，由叉车将电解残极放进提升斗内，由卷扬装置通过钢丝绳将提升斗沿轨道提升至顶部，提升斗在顶部沿圆弧形轨道运动倾翻，将料斗内的物料倾入竖炉，然后提升斗沿圆弧形轨道回复正常角度后再沿轨道返回斗式提升机底部。３．２竖炉［１］

竖炉为熔化电解残极的设备由竖炉本体、竖炉

竖炉水冷烟道和烟囱组成。炉型结构为下部加料门、

收缩的圆柱形。竖炉本体分上部筒体和下部筒体，并通过法兰连接在一起。为了防止炉料撞击炉子，在上

部筒体的上端设置了一圈高度为1.5m的防撞铜块。下部筒体分直径不等的3段，以形成向下收缩的炉型。在下部筒体上安装了3排烧嘴，以提供熔化所需的热量。竖炉加料口本体为夹套式筒体，由内腔筒体和

内、外腔筒体之间充满流动的冷却水，外腔筒体构成。

以冷却内腔钢板，提高其强度。加料口本体设有一长

方形口，炉料经此加入炉门。竖炉水冷烟道由水冷套筒和水冷盘管组成，水冷套筒由内腔和外腔构成。

竖炉烟囱为钢制烟囱。由于该烟囱是在正常排烟系统出了故障时才使用，因此在下部设有事故排烟阀，炉子正常生产时事故排烟阀关闭，烟气由排烟风机排出，排烟系统出故障时，事故排烟阀打开，烟气从该烟囱排出。３．３保温炉

保温炉是对竖炉熔化后的阳极铜熔体进行加热保温的设备，最大容量为135t。炉型结构为固定式长方体形，长7.4m宽4.3m高4.7m。炉体上设置了1个进铜口、3个出铜口、1个出烟口、1个液位口、1个烧嘴口。设置在端墙上部的进铜口伸出炉体，可保证铜液离开溜槽后由进铜口进入保温炉，不会形成飞溅泄露。3个出铜口中1个安装在侧墙，用于浇铸母模；铜水通过保温炉出铜溜槽进入2个安装在端墙，阳极铜包，同时这2个出铜口也兼做排空口。出烟口设在炉体一端的顶部，平面位置上与炉体另一端的烧嘴口相对，以保证烟气的流动畅通。液位口设在炉体中部的顶部，通过人工测液位来调整放铜的速度，并监控炉内液位。

３．４竖炉燃烧系统［２］

本项目的竖炉熔化速度为15t/h，使用天然气作为燃料，最大燃烧天然气量680Nm3/h。竖炉燃烧系统包括了1台天然气调压站、3套天然气燃烧阀组和3套空气燃烧阀组，18个高速烧嘴。18个高速烧嘴在竖炉本体上分3排倾斜安装，采用1对1的控制方式。

4结论和展望

新竖炉工艺是在传统的竖炉工艺上的改进。该工艺技术先进，设计的能耗值远低于目前金隆铜业公司的能耗指标，因此本系统的投产将是金隆铜业公司的又一次工业技术和经济效益的全面提升。

竖炉作为一种高效的熔化固体物料的设备，由最初单一地应用于铜加工行业的连铸连轧生产线上，处理高纯阴极铜(天然气单耗～40Nm3/t阴极铜)。现在已经逐渐开始在铜冶炼行业中崭露头角，处理的物料也增加至不良阳极甚至紫杂铜等多种物料。在传统的铜冶炼工艺闪速炉熔炼+转炉吹炼中，应用新型的竖炉工艺可以处理一定量的冷料，使得转炉能够多处理相同物料量的杂铜，从而提高产量，增加经济效益。特别是近年来在铜冶炼行业中越来越多采用的铜双闪冶炼工艺中，将闪速吹炼炉取代PS转炉作为吹炼工序的设备。出于自身的设备原因，电解残极和不良阳极等块状固体物料无法进入闪速吹炼炉，实现返料操作。作为处理固体物料的高效设备，竖炉成为了铜双闪冶炼工艺中的必要环节和重要设备。另外，在国家产业政策对资源循环利用的号召下，很多厂家也开始尝试将竖炉工艺应用于处理紫杂铜等再生铜资源，国内某厂在紫杂铜与电解残极比例约低能耗运行，较好水平达到了天1:5的原料成分下，

然气单耗32Nm3/t阳极铜(竖炉部分)，且产能稳定，获得了良好的收益。

综上所述，在今后的铜冶炼行业中，通过与其他设备的灵活搭配组合，竖炉工艺将进一步拓展其应用领域，并创造更大的经济和社会效益。

参考文献

[1][2]

张玉杰.浅析燃气竖炉在我国铜加工行业的应用前景[J].有色金属加工，（6）2005.

袁辅平，秦庆伟.竖炉－反射炉联合铜精炼工艺实践[J].有色设备（1）2009.