冶金转炉工业设计 毕业论文设计.doc

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1、1 北京科技大学北京科技大学 课程设计说明书课程设计说明书 设计题目：设计题目：以白银铜业公司条件设计年产以白银铜业公司条件设计年产 1010 万吨转炉万吨转炉 车间车间( (两座转炉两座转炉) ) 学生姓名：学生姓名： 李凤善，潘信予，赵若含，邹致远，李昂李凤善，潘信予，赵若含，邹致远，李昂 学学 号：号： 4 40 09 92 21 10 04 46 6. .4 40 09 92 21 10 06 62 2, ,4 40 09 92 21 10 05 53 3 专业名称：专业名称： 冶金工程冶金工程 指导教师：指导教师： 黄凯，侯军刚黄凯，侯军刚 2 1 1、题目：题目： 以白银铜业公司条

2、件设计年产 10 万吨转炉车间(两座转炉) 二、二、主要内容：主要内容： 1. 转炉配料、 物料平衡与热平衡计算。 2. 绘图三张：转炉本体图，转炉辅助设备图，转炉车间示意图(CAD图)。 3. 编写设计说明书一份。包括： (1)总论、 厂址选择及论证，转炉吹炼工艺选择与论证； (2)转炉配料、 物料平衡与热平衡计算； (3)转炉车间工艺设计计算：转炉座数、 有效容积确定；转炉本体 设计；送风系统设计；上料系统设备设计与选择；渣，铜处理系 统设计与选择；煤气除尘系统设计与选择；余热处理系统；车间 平面布置设计。 (4)相邻车间(白银路，阳极炉)的生产能力配备与主要设备选型与计算。 4. 参加设

3、计答辩。 三、三、日程安排：日程安排： 讲 课：总论，有色冶金工厂设计 ，物料，热平衡计算，设备选型的计算。 工艺计 算：配料、 物料平衡与热平衡计算 ， 工艺设计计算与设备选 择。 绘图三张：转炉本体图，转炉辅助设备图，转炉车间示意图(CAD图)。 编写说明书 ：工艺设计计算和设备选择的详细说明与其他计算内 容。 答辩与考核 ：准备答辩提纲，参加答辩。 四、四、主要参考文献和书目：主要参考文献和书目： 1任鸿国主编论炼铜转炉的设计，北京： 有色冶金设计与研究， 1995.12. 2朱祖泽，贺家齐主编现代同冶金学北京： 冶金工业出版社， 2009 3朱云主编，冶金设备，北京，冶金工业出版社，2

4、010 3 目目 录录 前言前言。6 6 第一章第一章 总论总论7 7 1.1 概述 7 1.1.1 设计依据7 1.1.2 厂址选择7 1.1.3 设计规模及产品方案8 1.2 铜的基本概况.8 1.2.1 铜的主要用途9 1.2.2 世界铜资源和我国铜资源9 1.2.3 2011 年铜市场回顾及 2012 年展望 .9 第二章第二章 工艺流程的选择论证工艺流程的选择论证1111 2.1 概述.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2 冰铜吹炼.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.1 冰铜吹炼的主要反应.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.2 侧吹卧式（P-S）转炉吹

5、炼错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.4.3 侧吹卧式转炉的改进Hoboken（虹吸式）转炉14 2.4.4 闪速吹炼.14 2.4.5 诺兰达连续吹炼转炉.15 2.4.6 三菱法吹炼.15 2.4.7 澳斯麦特炉吹炼.16 2.4.8 艾萨吹炼.16 第三章第三章 冶金计算冶金计算1818 3.1 冶金计算的目的和内容.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 4 3.1.1 冶金计算的目的.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.2 冶金计算的内容.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.2 铜精矿物相组成.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3 顶吹熔炼炉冶金计算.错误

6、！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3.1 物料组成及平衡计算 .错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3.2 空气量的计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3.3 烟气量及烟气成分计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.3.4 熔炼炉热平衡计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4 转炉吹炼冶金计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.1 物料组成及平衡计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.2 鼓风量计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.3 转炉烟气量计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.4.4 转炉热平衡计算.

7、错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5 还原炉冶金计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5.1 炉料组成及平衡计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5.2 空气量计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5.3 烟气量及烟气成分.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.5.4 还原炉热平衡计算.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.6 生产 1 吨粗铜需要精矿量.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.7 生产 1 吨粗铜需要消耗煤量.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 第四章第四章 主辅设备选择主辅设备选择与与计算计算错误！未定义书签。 第五章第五章

8、 车间配置与给排水车间配置与给排水2929 第六章第六章 车间组织管理与冰铜制造成本概算车间组织管理与冰铜制造成本概算3535 6.1 车间管理.35 6.1.1 车间组织.35 6.1.2 管理人员设置.35 6.1.3 技术人员设置.35 6.1.4 劳动定员概述.35 5 6.1.5 人员配置 .36 6.2 成本核算.37 6.2.1 原材料费.37 6.2.2 生产工人工资、奖金及附加费.38 6.2.3 销售收入.38 6.3 经济效益分析.38 第七章第七章 车间环境保护车间环境保护4040 7.1 废气净化 .40 7.2 废水处理.40 7.3 废渣处理.41 7.4 噪声.

9、41 总结与体会总结与体会错误！未定义书签。 致谢致谢错误！未定义书签。 参考文献参考文献错误！未定义书签。 附录一附录一 英语文献原文英语文献原文错误！未定义书签。 附录二附录二 中文翻译中文翻译错误！未定义书签。 6 前言前言 白银铜业公司前身为白银公司冶炼厂，是国家“一五”计划期间 156 个重 点建设项目之一，历经数次技术改造，发展成为年产阴极铜 10 万吨，硫酸 31 万吨的大型铜冶炼企业。主要产品有阴极铜，硫酸，黄金，白银，二氧化硒， 硫酸铜等。 白银铜业公司的炼铜方法为白银法炼铜，共分为白银炉熔炼，转炉吹炼， 阳极炉精炼以及电解精炼。根据要求我们这次设计的主要内容为转炉吹炼环节，

10、 设计的依据是目前白银铜业公司转炉冶炼的实际情况，以及白银公司的一些主 要研究项目，并在此基础上采用了一些数学模型，最终得到我们设计所需要的 数据和内容。 转炉车间的主要原料来源为白银铜业公司白银炉产出的含铜品位约 55%的冰 铜，外购品位为 30 到 40 的铜冷料，以及白银铜业公司品位 98 左右的阳极残铜， 外购石英溶剂等 转炉车间的选址紧邻白银炉与阳极炉，方便主要原料冰铜和主要产品的及 时运输，三废处理符合国家标准，达到了综合利用、能源最大化的目的。由于 转炉为间断式周期性作业，所以工艺流程分为造渣期和造铜期两个阶段，两个 阶段都伴随着原料的不断加入和中间阶段渣的排出。本文会对转炉吹炼

11、的工艺 流程进行详细介绍，并与传统的吹炼方法就行对比，以选出最佳的工艺流程和 方案。 目前白银公司转炉的自动化控制水平较低，很多操作仍根据经验采用人工 操作，比如说转炉加料时间，排渣时间，终点控制等，根据经验判断成分居多， 化学分析成分偏少，总的效率及准确率还有待提高，不多这些也是国内有色冶 金企业的通病，因此伴随着造锍熔炼技术的飞速发展，转炉技术的发展已经成 为制约整个炼铜工艺的主要因素。 转炉的主要经济技术指标有炉衬寿命，冶炼时间，日历作业率，氧气消耗， 原料利用率，产品含铜品位等等，根据这些指标可以有效判断出吹炼所选择的 7 流程的优劣也方便对流程原料等的改良和创新。 第一章 总论 1.

12、1 概述 有色冶金厂设计的目的，在于根据原材料的特点和研究成果以及国内外工 业生产实践，设计合理的工艺流程，选择合适的工艺设备并进行合理的配置， 根据工艺要求设计适宜的厂房结构和辅助设施，配备必要的劳动定员，确保生 产正常进行。不论新厂还是老厂，都必须做到技术上先进可靠，经济上合理， 既要为生产获得较好的技术经济指标创造条件，又要为生产工人提供良好的劳 动场所，使建设投资能最大限度的发挥效果。 为实现上述目的，有色冶金厂设计应该满足的基本要求是：工艺流程完善； 先进而可靠；原材料、动力资源廉价而充分，交通运输方便；设备性能稳定、 高效、易于加工和安装；设备配置力求紧凑合理；并为扩建留有余地。鉴

13、于有 色冶金的生产特点，有色冶金厂设计还必须满足以下要求： （1）有色冶金生产所用的矿物原料，除含有 1 至 2 种主要有价元素外，常 伴有若干种其他有价元素，必须经济的加以综合利用。 （2）必须有完善的三废治理工程。 （3）有色冶金工厂生产作业，多在高温、高压、有毒、腐蚀等环境下进行， 为确保操作人员和设备的安全，必须特别注意安全防护措施的设计，努力提高 机械化和自动化的水平，积极采用计算机控制。 （4）有色冶金生产需要消耗大量的原材料、电力、燃料、工业水，须具备 较大的交通运输能力，应充分利用建厂地区的自然经济条件，尽可能与当地其 他企业合作，共同投资解决某些公共设施。 本设计根据设计任务

14、书，设计年产 10 万吨粗通，通过对转炉吹炼诸多方法 中确定用 PS 转炉吹炼的方法。经过工艺流程论证及冶金计算、环境保护、投资 概算、公用辅助设施及土建工程论证等，比较系统的完成设计任务。 1.1.1 设计依据 本设计是依据甘肃白银铜业公司转炉车间的实际情况完成的，设计任务为： 年产 10 万吨粗铜火法车间设计。 1.1.2 厂址选择 厂址选择的一般原则是：应符合工业布局及区域性总体规划和城市规划建 设的要求；要尽可能利用城镇设施，节约投资；要靠近原材料、水、电供应充 足和产品销售便利的地方，有良好的交通运输条件；要注意节约用地，少占或 8 不占农田，留有发展余地；注意环保和保护名胜古迹；要

15、有适当的自然地形和 适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。 其次厂址的选择还应注意：不能选在不通风盆地以及山坡西晒的地方；不 能选在矿床之上；应具有良好的工程地质条件；不能选在城市和居民住宅区主 导风向上风向；厂区附近有足够面积废渣堆场；要尽可能利用城镇设施，节约 投资；要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有良好的交通 运输条件；要注意节约用地，少占或不占农田；厂址的有效面积应该能满足工 艺流程或功能上的需要以及留有发展余地；要有适当的自然地形和适宜的工程 地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。 正确选择建厂地址是建设任何一个新厂的首要问题，因为设计中许多基

16、本 的原始资料是由厂址的具体条件决定的。例如，没有当地的地质、水文、气象 的具体资料，设计就不可能进行，从而影响到设计的主体部分（工艺设计）的 进行。同时厂址选择不合理，会给建厂和以后带来重大损失，如地质条件不好， 就会增加建厂投资。所以在设计前我们就应认真细致地进行厂址的选择工作。 （1）白银市的地理条件 （2）白银市气候、地质条件 （3）白银市交通运输条件 （4）白银市资源优势 （5）白银市经济、人力优势 综上所述，建厂条件符合厂址选择的基本原则以及上述各个要求。厂址拟 定为甘肃省白银市白银区银山路 45 号 1.1.3 设计规模及产品方案 根据设计任务书，设计年产 10 万吨粗铜的冶炼厂

17、，属中小型企业。合理确 定企业规模，除探索完善的数学计算方法外，还必须对现有企业的规模进行调 查研究分析，总结国内外确定企业规模的经验，从实践中找出企业的最优规模。 根据有色冶金生产的特点，在确定有色冶炼厂的规模时，应充分考虑以下 问题： （1）市场供需条件，矿产资源及主要原材料、水、电等的供应，技术及资 金的支持。 （2）中小型冶炼厂可以一次建成投产，大型冶炼厂可以考虑分批分期建设， 分系列建成投产，在短期内形成生产能力。 （3）有色冶炼厂一般具有高温、高压、有毒的特点，要充分考虑环保要求。 这些问题在厂址选择和后面的章节中有论述。 1.2 铜的基本概况 铜是人类最早发现的古老金属之一，早在

18、三千多年前人类就开始使用铜。 自然界中的铜分为自然铜、氧化铜矿和硫化铜矿。自然铜及氧化铜的储量少， 现在世界上 80%以上的铜是从硫化铜矿精炼出来的，这种矿石含铜量极低，一 般在 23%左右。金属铜，元素符号 Cu，原子量 63.54,比重 8.92，熔点 1083。纯铜呈浅玫瑰色或淡红色，打磨光亮后会呈现出明亮的金属光泽，铜 9 不具有磁性，其强度、硬度中等，抗磨蚀性极佳。铜具有许多可贵的物理化学 特性，例如其热导率都很高，化学稳定性强，抗张强度大，易熔接，且抗蚀性、 可塑性、延展性。纯铜可拉成很细的铜丝，制成很薄的铜箔。能与锌、锡、铅、 锰、钴、镍、铝、铁等金属形成合金，形成的合金主要分成

19、三类：黄铜是铜锌 合金，青铜是铜锡合金，白铜是铜钴镍合金。 1.2.1 铜的主要用途 由于铜具有上述优良性能，所以铜的用途十分广泛，一直是电气、轻工、 机械制造、交通运输、电子、邮电、军工等行业不可缺少的原材料。 铜的电导 率高，仅次于银。铜的导热性能好，因此常用铜制造加热器、冷凝器与热交换 器等。铜的延展性能好，易于成型和加工。铜能与锌、锡、铝、镍和铍等形成 多种重要合金。 铜的化合物是电镀、原电池、农药、颜料、染料和触媒等行业 的重要化工原料。 铜在电气和电子行业这一领域中主要用于制造电线、通讯电缆和其他成品 如电动机、发电机转子及电子仪器、仪表等，这部分用量约占工业总需求量的 一半左右。

20、铜及铜合金在计算机芯片、集成电路、晶体管、印刷电路版等器材 器件中都占有重要地位。 1.2.2 世界铜资源和我国铜资源 （1）世界铜资源 铜储存于大约 250 种矿物之中，但其中只有 10 多种矿物具有工业利用价值， 如黄铜矿、辉铜矿、蓝铜矿、斑铜矿等。 世界铜总资源量预计为 1626 亿吨(以含铜量计)，其中总储量估计为 402 亿吨。储量最大的国家依次是智利(7900 万吨)、美国(5700 万吨)、中国、 赞比亚(3000 万吨)。 海洋铜资源目前尚不具备可开采价值，专家们初步估计海洋底结核的含铜 量可能高达 l 亿吨。 目前世界矿铜年产量约在 1200 万吨，精铜年生产能力达 1400

21、 万吨，其中 湿法提取铜已占铜产量的 16。世界铜消费量在 1200 万吨/年左右。 （2）我国铜资源 我国已探明的铜矿资源储量总量 6218 万吨，占世界储量的 8.95%。储量主 要分布在江西、云南、湖北、西藏、甘肃、安徽、山西、黑龙江 8 省。2000 年以来，我国自产铜精矿含铜量徘徊在 56-60 万吨。国内 900 多座铜矿山大型 矿床只有 2.7%，中型 8.9%，其余均为小型。铜矿的平均品位只有 0.86%，品位 大于的储量只占资源量的 35%，储量 200 万吨以上的矿床，品位大都在 1% 以下。矿床多为多金属矿共生，伴生元素多，组分复杂，增加选冶难度。 随着铜冶炼的扩大，我国

22、铜原料进口量将在现有的基础上有较大的增长， 2001 年国内铜矿山生产的铜不到国内冶炼的 1/2，不足世界产铜量的 4%，这预 示着原料来源主要依赖进口，供需矛盾日趋加剧，但国内的矿产铜产量难有大 的增长，主要是可供经济利用的储量大幅减少，只有 1915 万吨，铜资源储量静 态保证年限只有 16 年。一批铜矿山因开采不经济或资源枯竭面临关闭，占总产 量的 35%。现有矿山开采品位不断下降，开发困难，保产困难。开采深度增加， 成本增加，勘探严重滞后，资源难以为继。 10 1.2.3 2012 年铜市场回顾及 2013 年展望 铜价自 2011 年 2 月份上冲到本轮上涨周期高位后，在欧洲债务危机

23、间接性 发作和中国经济面临结构性调整的影响下，形成振荡下跌的格局。2011 年下半 年的大幅下挫行情成为牛市行情转势开始的信号，2012 年演化成三角行休整结 构。从伦铜周线上来看，三角形上沿压力区为（82008400） ，下沿支撑区为 （74007600） 。 目前经过一年多的休整，三角形整理形态已经接近尾声，2013 年应该是三 角形整理形态面临方向性选择的一年。我们认为该三角形整理形态实则为 2011 年初以来下跌主趋势的休整形态。随着该休整形态的结束，铜价重归下跌主趋 势的概率极大，2013 年将是铜价重心逐步下移的过程，伦铜第一目标位看至 6600 一线，第二目标位 6000 一线。

24、沪铜第一目标位看至 50000，第二目标位看 至 45000。 2012 年以来，尽管下游产业对铜的需求比较疲软，进口铜也基本处于持续 亏损状态。但在货币政策没有实质放松以及企业资金紧张没有缓解的情况下， 保税区的进口铜成为融资的重要渠道。融资铜的增加使得 2012 年中国的铜进口 和铜库存均有增无减。最新数据显示，中国 2012 年 11 月未锻造铜及铜材进口 365331 吨，环比增 13.5%，111 月进口 4306367 吨，累计同比增 20.8%。而 2011 年年底期间上期所库存最低在 6 万吨以下，国内保税区库存最低达到 20 万吨左右。截至 12 月 7 日，上海期货交易所库

25、存达到 197979 吨，中国保税区 库存接近 100 万吨左右。 如果从 2011 年年底算起，沪铜库存增长了约 145%。在全球经济迈入长期 低速增长的背景下，预计 2013 年中国铜终端消费将整体延续疲软态势，未来国 内铜市场将长期面临去库存压力，对铜价形成压制 从沪铜和伦铜指数周线和月线来看，当前铜价处于 2011 年初以来下跌主趋 势的大三角形休整阶段，有演化成大的头肩顶形态的趋势。经过一年多以来的 休整，目前三角形整理形态已经接近尾声，2013 年应该是三角形整理形态面临 方向性选择的一年。整体看，铜价大三角形休整完结后重归下跌主趋势的概率 极大，2013 年将是铜价重心逐步下移的

26、过程，伦铜第一目标位看至 6600 一线， 第二目标位 6000 一线。沪铜第一目标位 50000 一线，第二目标位 45000 一线。 由于铜价短期受到三角形下沿支撑，目前处于反弹阶段，但已经逐步接近我们 的反弹目标位，建议企业伦铜在 80008300 的区间，沪铜 1303 合约在 5800060000 区间逐步加大空头保值头寸。 11 第二章 工艺流程的选择论证 2.1.1 铜的冶炼 铜的冶炼方法大致可分为火法和湿法两大类。火法炼铜是当今生产铜的主 要方法，占铜生产量的 80%90%，主要是处理硫化矿。以硫化铜精矿为原料生 产粗铜的典型工艺流程如图。 图图 1.铜冶炼工艺流程图铜冶炼工艺

27、流程图 硫化铜精矿经过造锍熔炼产出了铜锍。铜锍的铜品位通常在 30%65%之 间，其主要成分是 FeS 和 Cu2S。铜锍是金属硫化物的共熔体。主要成分除了 Cu、Fe、S 外，还含有少量 Ni、Co、Pb、Zn、Sb、Bi、Au、Ag、Se 等及微量 SiO2，此外还含有 2%4%的氧，铜锍中的 Cu，Pb，Zn，Ni 等重有色金属一般是 以硫化物的形态存在，铁的物相主要是 FeS，也有少量以 FeO、Fe3O4形态存在。 吹炼的主要目的是除去铜锍中的铁和硫以及其它杂质，获得粗铜。同时铜锍是 贵金属的良好捕集剂。在吹炼过程中，金、银及铂族元素等贵金属几乎全部富 集于粗铜中。 2.1.2 冰铜

28、吹炼的主要反应 FeS 氧化反应的标准吉布斯自由能 G0最负，所以在锍吹炼的初期，它优 先于 Cu2S 氧化。随着 FeS 的氧化造渣，它在锍中的浓度降低，而 Cu2S 的浓度 提高，二者同时氧化的趋势增长。在 FeS 浓度未降到某一数量时，即使 Cu2S 能 12 氧化成 Cu2O，它也只能是氧的传递者，按下列反应进行着循环： 2Cu2S+3O2(g)2(Cu2O)+2SO2(g) (Cu2O) +FeSCu2S +(FeO) 整个过程分为两个周期：吹炼的第一周期为造渣期，铜锍中的 FeS 与鼓入 空气中的氧发生强烈的氧化反应，生成 FeO 和 SO2气体。FeO 与加入的石英熔剂 反应造渣

29、。造渣期完成后获得了白锍(Cu2S)，继续对白锍吹炼，即进入第二周 期。 2.2.1 侧吹卧式（P-S）转炉吹炼 目前，转炉是铜锍吹炼的主体设备。最为常用的是卧式转炉。如图所示， P-S 转炉炉壳是由厚 2025mm 的锅炉钢板焊接成的圆筒。在炉壳两端不远处各 有一个滚圈。在一个滚圈的外侧，还有一个大齿轮，它是转炉回转机构的从动 轮，与传动系统的小齿轮啮合。当传动系统电机转动时，小齿轮带动大齿轮使 转炉作回转运动。 图图 2.转炉平面示意图转炉平面示意图 1.炉壳，2.滚圈3.U-风管4.集风管5.挡板6.隔热板7.冠状齿轮8.活动盖9. 石英枪. 10.填料盒11.闸板12炉口13.风嘴14

30、.托轮15.油槽16.电动机17.变速器 18.电磁制动器 在吹炼操作时，把炉子转到停风位置，装入第一批铜锍，其装入量视炉子的 大小而定，一般使风口浸入液面下 200mm 为宜.然后，旋转炉体至吹风位置，边 旋转边吹风，吹炼数分钟后加石英熔剂。当温度升高到 12001250，把炉子 转到停风位置，边旋转边吹风。再吹炼一段时间，当炉渣造好后倒渣。之后再 加入铜锍，吹炼数分钟后加入石英熔剂，并根据炉温加入冷料。当炉渣造好后 倒渣，之后再加铜锍。依次类推，反复进行进料、吹炼、放渣，直到炉内熔体 所含铜量满足造铜期要求时为止。 转炉吹炼的具体工艺流程如图所示： 13 图图 3.转炉吹炼工艺流程图转炉吹

31、炼工艺流程图 白银铜业公司白银铜业公司的铜锍吹炼过程在卧式（PS）转炉内进行，化学反应是在 激烈搅动着的熔体一气体中发生。点火装置给炉身预热后，主要依靠硫化物的 氧化放热维持作业温度在 1200 度到 1300 度。鼓入转炉的气体一般为空气，也 可使用浓度不太高的富氧空气。 第一周期中为了使硫化亚铁顺利地形成硅酸铁炉渣，需要加入石英熔剂。 转炉造渣吹炼作业是在有石英熔剂存在的情况下，从风口向炉内熔体中鼓入富 氧空气吹过炉内熔融的冰铜，吹炼过程是放热反应无需加热。通过空气的搅拌， 冰 铜中的硫化亚铁被氧化，生成氧化亚铁和二氧化硫，氧化亚铁再与添加的熔剂 中 的二氧化硅进行造渣反应。造渣反应一结束

32、，暂时停止送风，把渣从炉口倒入 包 子中，再吊往铸渣机，铸成渣块，冷却后，送往选矿车间，进行选矿处理，回 收 渣中的铜。 造渣过程中硫化亚铁首先被氧化生成的氧化物氧化亚铁，造渣过程中氧化 亚铁立即熔解于熔体内，并随着熔体的翻腾，而与比重轻而浮在熔池表面的固 体熔剂中的二氧化硅接触进行造渣。 上述两个反应所产生的热是造渣期的主要热量来源。由于氧化亚铁以熔体 14 状态熔解于冰铜中，而石英熔剂却以固体状态浮在熔池表面，它们之间的接触 不良。 同时，炉内的熔体循环迅速，之间的接触时间很短，所以一部分氧化亚铁未能 与二氧化硅化合，仍停留在冰铜熔体中，又循环进入风口区，继续被鼓入的空 气氧化而产生固体磁

33、性氧化铁。 造渣期间若无二氧化硅存在，产生的四氧化三铁很难与硫化亚铁反应，但 是当存在二氧化硅时，四氧化三铁与硫化亚铁、二氧化硅作用生成硅酸铁的反 应趋势将大大增强。实际操作中，由于炉内氧化气氛强烈，并且四氧化三铁、 硫化亚铁与硫化亚铜接触不良，导致转炉渣中的四氧化三铁高达 10%到 30%。 冰铜中硫化亚铁氧化造渣一结束，标志着吹炼的第二周期的开始。第二周 期中主要是部分硫化亚铜氧化成氧化亚铜，生成的氧化亚铜再与硫化亚铜发生 反应，得到金属铜。在造铜期，留在炉内的白冰铜（主要以硫化亚铜的形式存 在）与鼓入的空气中的氧反应，生成粗铜和二氧化硫。 在第二周期末期，吹炼不仅会把硫化亚铜氧化成金属铜

34、，同时也有金属铜 氧化成氧化亚铜，这就是“过吹” ，它是不利于提高铜的直收率的。但稍微过吹， 可使氧化亚铜氧化其它杂质，如砷，锑，铋等，为粗铜的火法精炼创造有利条 件。 综上所述，冰铜的转炉吹炼的工艺流程是一系列复杂的化学反应和物理过 程的综合，这些过程是通过以空气吹入熔融冰铜熔池来进行的。由于熔池的温 度较高，物料呈熔融状态，大量上升的气泡与熔体之间的接触面很大，这大大 加速了硫化物的氧化过程。尽管空气在熔池内停留的时间极其短暂（大约只有 0.1 到 0.3 秒） ，但氧气的利用率却极高，达 90%到 95%以上，这说明转炉中的 化学反应速度很快，在风口区反应尤为剧烈。 2.2.2Hobok

35、en（虹吸式）转炉 Hoboken虹吸转炉是改良型转炉。虹吸转炉是比利时Hoboken冶炼厂在20世 纪70年代开发的一种改良型P-S转炉。Hoboken虹吸转炉具有一个轴向连接倒U型 的虹吸烟道，避免了普通P-S转炉所存在的炉口大量漏风问题。虹吸烟道能与炉 体一起转动，因此不论炉子转到那个位置，转炉与烟道都能直接连通。吹炼时 将炉口关闭后转炉就可完全密封，避免了普通P-S转炉所存在的炉口大量漏风和 SO2烟气泄漏问题，同时Hoboken虹吸转炉可以不停风加料，有利于提高送风时 率。但是，Hoboken虹吸转炉结构太复杂，设备投资高，占地面积约比普通转炉 多30，消耗耐火材料多。Hoboken

36、虹吸转炉在国外虽然已有多家工业应用，但 在我国未被得到的广泛应用。 2.2.3 闪速炉吹炼 与闪速熔炼相对应的吹炼工艺为闪速吹炼，也是一种密闭的工艺，取消了 熔融冰铜的露天运输，可以有效控制烟气的逸出，满足严格的环保要求。闪速 吹炼的基本流程是首先由各种熔炼炉，如闪速炉、诺兰达炉等产出的冰铜经水 淬，然后磨碎并干燥，最后在闪速炉中用高浓度富氧空气吹炼成粗铜。 闪速吹炼具有以下主要优点： 建设投资低，单炉处理能力大。同时由于闪速吹气量小，因此烟气处理 及制酸设备尺寸均比较小。 15 生产成本低、劳动生产率高。闪速炉吹炼高品位冷冰铜，用高浓度富氧 鼓风，仍然可以实现吹炼过程的自热。加之闪速吹炼是低

37、压鼓风(1015kPa)以 及烟气量大幅减小以及耐火材料消耗的降低等因素，与P-S转炉比较，生产成本 约可降低1020。随着闪速熔炼技术的提高，采用闪速吹炼工艺，1台闪速 熔炼炉，1台闪速吹炼炉，铜产量可达3050万t/a，劳动生产率大幅度提高。 环保好。避免了P-S转炉炉口泄漏SO2烟气和包子吊车转运冰铜及粗铜过 程中产生SO2烟气的问题，制酸烟气量稳定，我国山东祥光的硫回收率为97， 硫固化率99.18。 对熔炼炉没有特殊要求。闪速吹炼炉处理的冰铜，可以来自闪速炉、诺 兰达炉、澳斯麦特炉和艾萨炉等各种熔炼炉。不像三菱法吹炼炉那样，对熔炼 炉(或保温炉)流入的冰铜流量要求连续稳定。诚然，闪速

38、吹炼和其它连续吹炼 一样，存在粗铜含S偏高(S：0.30.5)的问题，而P-S转炉吹炼粗铜一般含 S在0.05以下，所以，阳极精炼时需要适当增加氧化强度或延长氧化时间。闪 速吹炼作业连续、烟气量小而且稳定、建设投资省、运行费用低、环保好、技 术先进成熟。 闪速吹炼烟气量大约只有在P-S转炉的1/61/10，因此烟气处理及制酸 设备尺寸小的多。采用闪速吹炼工艺比P-S转炉吹炼总投资大约可降低 15%25%，规模愈大闪速吹炼愈具优势。 避免了P-S转炉炉口泄漏SO2烟气和包子吊车转运冰铜粗铜过程中产生 SO2烟气的问题，制酸烟气量稳定。 同时闪速炉存在如下缺点： 熔融冰铜要先粒化及脱水，然后再碾磨

39、及干燥，这当中要消耗大部分的 能量，从而增加了铜冶炼的能耗； 存在粗铜含S偏高（S：0.3%0.5%）的问题； 不能处理电解残阳极、不合格阳极板等物料，尚需专设其它的炉子处理 这些废杂物料，比如我国江西铜业集团公司贵溪冶炼厂在采用“双闪”工艺处 理铜精矿的同时配套采用卡尔多炉来处理废杂铜。这样建厂投资就会大幅增加， 产铜规模小的工厂则不宜采用。 2.2.4 诺兰达连续吹炼转炉 在诺兰达技术发展早期，就直接生产过粗铜。后转向了由高品位锍吹炼成 粗铜的研究。上世纪80年代开发出了诺兰达吹炼法（简称NCV），1997年11月实 现了工业化。诺兰达转炉直径4.5m，长19.8m。其结构与诺兰达熔炼炉相

40、似。 诺兰达连续吹炼转炉虽然风区炉衬损坏程度比PS转炉低得多、每个风眼的 气体流量比P-S转炉大，但是诺兰达转炉吹炼顺利进行需要对熔炼炉产出的铜锍 品位要很好的控制，要求其中的含铁量低于4%,以保证吹炼过程的渣率低。此外， 在放渣时为了降低渣中的Fe3O4含量，改善炉渣的流动性，需要将焦率提高到 34t/h。该法在我国的工业化应用还比较少。 2.2.5 三菱法吹炼 三菱连续炼铜工艺由熔炼炉(S炉)、渣贫化电炉(CL炉)和吹炼炉(C炉)组成。 三台炉子靠流槽连接，熔炼炉产出的高品位冰铜流入渣贫化电炉，澄清后的冰 铜流人吹炼炉。吹炼炉内，通过顶插喷枪喷人空气并加入少量石灰石，以 16 Cu2OCa

41、OFe3O4三元系吹炼渣。吹炼炉产出粗铜送往阳极炉，少量吹炼渣经 水淬和干燥后返回熔炼炉。 三菱法连续熔炼中的吹炼炉也是顶吹形式的一种。在一个圆形的炉中用直 立式喷枪进行吹炼。喷枪内层喷石灰石粉，外环层喷含氧为26%32%的富氧空 气。在喷吹方式上，三菱法不同于澳斯麦特法，前者是将空气、氧气和熔剂喷 到熔池表面上，通过熔体面上的薄渣层与锍进行氧化与造渣反应，也有部分反 应发生在熔池表面；炉渣、锍和粗铜各层熔体处于相对静止状态，这种情况就 决定了三菱法必需使用Fe3O4不容易析出的铁酸钙均相渣，要保证渣层是薄的 （限制锍中的铁量）。此外三菱法的喷枪是随着吹炼的进行不断地消耗，奥斯 麦特喷枪头是定

42、期更换。 三菱法需对各炉子进行严格的工艺控制，要保证各炉子之间熔体连续地流 入流出，并且要求熔体的流量均匀，溜槽需要外部加热，不宜处理低品位复杂 精矿，粗铜含杂质高，设备连接复杂；而且三菱吹炼炉不宜单独选用，而需将 熔炼、吹炼、渣贫化等整体考虑。 2.2.6 澳斯麦特炉吹炼 澳斯麦特熔炼与澳斯麦特吹炼合称为“双顶”工艺。澳斯麦特吹炼炉子结 构和喷枪都与熔炼炉的类似。我国中条山澳斯麦特吹炼炉于1999年建成投产， 是世界上第1座工业化生产炉，目前也是唯一的一家。澳斯麦特熔炼炉产出的铜 锍，通过溜槽放入到吹炼炉，连续地吹炼到炉内有1.2m左右高度的白锍，结束 造渣期。再开始将这一批白锍吹炼到粗铜。

43、吹炼炉采用铁硅酸盐渣型。澳斯麦 特吹炼是在顶吹浸没熔炼基础上发展而成，二者的原理和炉型均一样。澳斯麦 特吹炼炉可以接受水淬冰铜或液体冰铜，属于半连续的操作，产出的粗铜含硫 低于0.3。从投产情况看，不甚理想，尚未达到设计能力和要求。与澳斯麦特 熔炼炉比较，吹炼炉由于冰铜导电性能好，吹炼温度较熔炼高，存在喷枪寿命 短等问题。单台炉子进行半连续吹炼非常适合于直接取代几台P-S转炉，年产粗 铜可达100000t，将来的趋势是单炉年产量超过200000t。为了满足这一要求， 澳斯麦特公司正在开发澳斯麦特连续铜吹炼工艺(C3工艺)。这样就有可能提供 更大的生产能力，同时简化操作和控制。 澳斯麦特连续铜吹

44、炼工艺潜在的优势为： 单台炉子大规模生产粗铜，生产率大幅度提高。 产出硫和其它杂质含量低的高品位冰铜。 可以处理固态冰铜、液态冰铜。 熔池搅动强烈，保证了较高的能量传递及氧气利用率。 可以连续生产粗铜，而无需停下来加入熔剂或排走炉渣，从而也就有较 高的作业率，也就意味着生产吨铜所需的维修成本更小而能量效率更高。 炉子和烟气系统的密封更好，硫的捕集率更高，烟气流的稀释更小，SO2 浓度更高。 2.2.7 艾萨吹炼 众所周知，自1992年第一台艾萨熔炼炉投产至今，短短的十几年时间，艾 萨熔炼炉已成为了冶炼厂改造或新建时的首选工艺之一。艾萨连续吹炼已经在 试验工厂获得了成功：在冰铜流量为250kgh

45、以及采用铁酸钙炉渣的情况下， 17 生产出了粗铜。在原料和铁酸钙炉渣同样的情况下，艾萨吹炼炉产出的粗铜类 似于三菱吹炼粗铜：99左右的铜，而铅、砷和锑则留在熔炼炉提供的物料中。 试验工厂连续吹炼试验以及工业规模的间断生产相结合，表明艾萨炉可适于连 续吹炼。 连续吹炼与P-S艺相比，硫的含量偏高，艾萨连续吹炼工艺亦是如此。对于 艾萨连续吹炼工艺，选择的氧分压应使吹炼渣中铜的氧化物含量为 1218，从而使粗铜中硫含量为0.30.4。在后续的阳极炉精炼中， 所采取的加快脱硫速度的办法就是增加多孔塞，从而加入更多的氧气以及使熔 池内的温度和氧气均匀。 对于冰铜吹炼，铁酸钙炉渣具有非常宽广的混溶性区域，

46、炉渣对铬镁耐火 材料的腐蚀性非常大。因此，鉴于铁酸钙炉渣具有腐蚀性，艾萨吹炼炉最好设 计成在渣线上安装铜水套，延长这些腐蚀严重区域的耐火材料的寿命。当然， 有色冶金领域在这一方面已有丰富的经验。 目前所进行的试验重点主要放在吹炼艾萨熔炼炉产出的碎冰铜。超达公司 也与CSIRO(澳大利亚联邦科学与工业研究组织)合作，进行了大量的试验工厂的 试验，确认了冰铜连续吹炼可以产出适于阳极炉精炼的粗铜。艾萨吹炼工艺操 作简便，在富氧浓度大约为30时就可以自热操作，产生的烟气量较少且SO2， 浓度较高。 与P-S转炉相比，艾萨连续吹炼的优势为： 建设成本和生产成本低。这是由于炉子的尺寸和数量减少、更易于卫生

47、 通风、取消了昂贵的吊车系统及所需酸厂的装置尺寸更小。 物料处理灵活且作业率高。物料可以是固体冰铜也可以是液体冰铜。如 果设立 一个冰铜堆场，熔炼操作和吹炼操作就可以脱离，减轻了对冰铜保温炉的 操作，允许熔炼炉和吹炼炉独立操作。这将消除生产瓶颈，显着提高作业率。 烟尘率低、烟气量小且环保更易控制。 18 第三章第三章 冶金计算冶金计算 3.1 物料平衡 由于吹炼时的加料制度十分复杂,不仅要分期加约 10 包冰铜.4 包冷料且含 铜品位不一,有时还需要加入残铜和各种熔剂故为此我们采取简化模型来大概计 算其物料平衡. 模型如下: 以吹炼 1000kg 铜锍为计算基础，不计加入的烟尘、冷料等。 加入

48、高品位黄杂铜 50kg，其成分为（%） Cu80.0、Zn9.5、Pb6.0、Sn3.0、Ni0.5、Fe1.0。 取铜锍成分为（%）：Cu70.3、S20.7、Fe3.7、其他 3.0； 取白冰铜成分为（%）：Cu75.0、 Fe2.0、 S20.0，其他 3.0； 取转炉渣成分（不含冷料渣）为（%）： Cu4.5，Fe50.00， SiO225.00，S1.35，其他 19.15 取吹炼铜直接回收率为 93%,则 进入粗铜中铜量为:(100070.3%+5080%)93%=691.0kg 而粗铜最终含铜品位为 98.5%，故 粗铜量为：691.098.5%=701.5 kg 假设冰铜中的

49、Fe 全部进入炉渣，则 转炉渣量=（10003.7%+501%）50%=75 kg. 转炉渣含 SiO2=7525%=18.75kg 我们根据渣中 SiO2量适当考虑烟尘加入量及损失的数量（白银的大约 4.25kg,不同铜厂不一样）来计算需要加入的石英石熔剂量=（18.754.25） 92%=25.0kg 表 1 石英石成分 成分SiO2 CaOMgOAl2O3 其他合计 %92.002.200.500.804.50100.00 取吹炼回收率为 99%,则铜的损失率为 1%,并取烟尘率为加入冰铜量的 2.5%. 19 由此我们得到其物料平衡表 2（不包括空气与烟气） 数量 Cu Fe S SiO2 其他 名称 Kg%Kg%Kg%Kg%Kg%Kg 铜锍 100070.37033.73720.7207 23 233.030 石英 石 25.092238.02 杂黄 铜 50 80.0 40.01.00.51