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        卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)

        2010-09-14 07:07:06歐陽暉汪榮彪
        資源再生 2010年5期
        關(guān)鍵詞:爐體噴槍爐子

        □文/歐陽暉 汪榮彪

        江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠

        卡爾多爐處理廢雜銅技術(shù)

        □文/歐陽暉 汪榮彪

        江西銅業(yè)集團(tuán)公司貴溪冶煉廠

        Trea Ting Copper Scrap with Kaldo Furnace

        介紹江銅貴冶年產(chǎn)30萬噸銅冶煉項目引進(jìn)卡爾多爐處理廢雜銅冶煉工藝的情況及相關(guān)設(shè)備的技術(shù),并介紹了卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點(diǎn)。

        我國是一個銅資源匱乏的國家,目前自有礦山開采提供的銅精礦遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足陰極銅的需求,所以國家需要靠進(jìn)口銅精礦和廢雜銅來彌補(bǔ)不足。由于廢雜銅不含硫及大量易造成環(huán)境污染的重金屬,對環(huán)境污染少,而且精煉簡單,所以國家出臺了相關(guān)的政策,從廢料進(jìn)口、稅收、融資、技術(shù)等方面給予政策扶植,并鼓勵大中型企業(yè)拓展再生金屬處理的領(lǐng)域。

        江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠(簡稱江銅貴冶)年產(chǎn)30萬噸銅冶煉工程中的廢雜銅冶煉工藝流程采用卡爾多爐熔煉一回轉(zhuǎn)式陽極爐精煉一永久不銹鋼陰極精煉。其中廢雜銅冶煉年產(chǎn)5萬噸粗銅工藝是引進(jìn)瑞典奧圖泰公司(OUTOTEC)的卡爾多爐冶煉廢雜銅工藝。

        一、卡爾多爐處理廢雜銅的工藝過程

        以廢雜銅為原料生產(chǎn)陽極銅依據(jù)品位的高低可采用一段法、二段法或三段法工藝流程。 卡爾多爐處理廢雜銅工藝是國外二段法處理廢雜銅的一種先進(jìn)技術(shù)。

        江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的原料為含銅品位>70%的廢雜銅,其主要工藝過程可分為6個步驟:原料預(yù)處理、加料、熔煉、出渣、吹煉、出銅。

        1. 原料的預(yù)處理

        卡爾多爐熔煉不需要大量的廢料預(yù)處理工作。它可以容納的單塊最大廢料尺寸為0.5 m,爐子里沒有未熔化的原料時也可以使用潮濕的原料。

        2. 加料

        首先將雜銅混合料用加料翻斗車加入爐內(nèi),加料翻斗車配備有稱重裝置。加人的爐料必須經(jīng)過計算,從而使得氧化銅與金屬鐵及其他還原劑平衡。不同的廢料和石英依次加入并計量,以保證爐料在爐內(nèi)的均勻分布。由于卡爾多爐是被環(huán)保煙罩全部密閉的,加料時,翻斗車的料斗首先通過一個打開的料斗門進(jìn)人爐子密閉區(qū)域內(nèi),當(dāng)料斗停留在等待位置時,料斗門處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)確認(rèn)爐子處于加料位置時(豎直位置),料斗可繼續(xù)前進(jìn)到倒空位置。一旦料斗倒空,爐子回到正常的操作位置后,料斗門又再次打開,以便料斗返回裝料位置。由于料斗門在料斗向爐內(nèi)加料時是關(guān)閉的,所以它避免了通常加料過程引起的濃煙和灰塵的大量逸出。這也是卡爾多爐之所以可滿足最苛刻的環(huán)保要求的重要原因之一。

        3. 熔煉

        第一次加料后,燃燒器噴槍開始工作。噴槍以重油、天然氣為燃料來熔化爐料。如果原料中含有大量有機(jī)物,則需調(diào)整燃料量,工藝操作上應(yīng)使煙氣進(jìn)人收塵系統(tǒng)之前達(dá)到最高溫度,以使得煙塵中有毒的化合物分解。熔化過程要一直持續(xù)到爐內(nèi)料的比重增加。但在爐料完全熔化前停止加熱,然后開始第二次加料。如此循環(huán)直到加料結(jié)束。當(dāng)物料全部熔化后正式進(jìn)入熔煉階段。使用燃燒器噴槍進(jìn)行熔煉,熔煉過程的長短取決于原料品位。在熔煉階段,原料中的鉛、鋅等揮發(fā)性雜質(zhì)進(jìn)入煙塵中,而鐵及其它雜質(zhì)元素與石英反應(yīng)形成熔煉渣,爐渣含銅一般小于0.5%。熔煉結(jié)束后傾轉(zhuǎn)爐體,從爐口將渣倒入渣包。

        4. 吹煉

        熔煉結(jié)束后轉(zhuǎn)入吹煉階段。吹煉使用富氧空氣,開始時加一些冷料,以保證合適的溫度。在吹煉過程中不加熔劑,因此形成固態(tài)吹煉渣。這使得可以在固態(tài)吹煉渣的下面出粗銅,而吹煉渣繼續(xù)保留在爐內(nèi),在下個爐期的熔煉階段再處理。吹煉產(chǎn)生的物料銅熔體放入銅包,用吊車加入精煉爐。

        二、卡爾多爐處理廢雜銅的主要設(shè)備

        江銅貴冶卡爾多爐處理廢雜銅的主要設(shè)備有:卡爾多爐爐體、加料系統(tǒng)、水冷煙道、噴槍裝置、抬包車、環(huán)保煙罩、噴霧冷卻器及其他輔助設(shè)備。主要設(shè)備鏈接示意圖如圖1所示。

        1. 卡爾多爐爐體

        卡爾多爐爐體是本工藝的關(guān)鍵設(shè)備。爐體規(guī)格為3.7m×6.6m。當(dāng)爐子的耐火材料處于全新的狀態(tài)時,本文敘述的卡爾多爐可處理容積大約是13m3的熔融物料。設(shè)備本身主要由外層鋼殼、內(nèi)層砌體和驅(qū)動裝置等組成。爐體具有旋轉(zhuǎn)與傾轉(zhuǎn)兩大功能,在電機(jī)驅(qū)動下,爐體可以<28r/min的速度繞中心軸線轉(zhuǎn)動,還可以進(jìn)行360°的傾轉(zhuǎn)。爐子的頂部只有一個開口,在正常生產(chǎn)情況下,爐口轉(zhuǎn)到與水平位置夾角成28°,可伸縮的噴槍由此插入。爐子的加料和排料也都經(jīng)過這個爐口,工藝煙氣也從這個爐口排出。

        2. 加料系統(tǒng)

        加料提升斗內(nèi)備有加料混合器,它具有稱重元件。

        不同的廢料層疊混裝在一起,需記錄好每一種物料的重量。每一批物料是否充分混合不是很重要,重要的是物料在爐內(nèi)的均勻分布及層與層的均勻分布,并且含有機(jī)物的量均勻。

        3. 水冷煙道

        水冷煙道主要用于排出爐內(nèi)煙氣。為了減少外部空氣的吸入,煙道安裝在盡可能接近爐口的位置上,僅留有小小的一個間隙。在煙道的頂部,裝有一個帶蓋子的事故緊急煙氣出口。當(dāng)發(fā)生停電或風(fēng)機(jī)故障時,這個蓋子打開,煙氣從這個事故排煙口排出。當(dāng)煙氣壓力超過極限值時,這個蓋子也會被打開,以使煙氣排出,使設(shè)備不致于被損壞。煙道除配有冷卻水系統(tǒng)以外,煙道內(nèi)還澆鑄有耐火材料保護(hù)層。以保證煙道的冷卻水系統(tǒng)不會受到損壞。

        4. 噴槍裝置

        卡爾多爐配備有兩個噴槍,一個是熔煉期使用的燒嘴槍。另一個是吹煉期使用的吹煉槍。通過一個液壓裝置,噴槍本體可以移出和移入。為了防止事故停電,液壓裝置中安裝了蓄能器,一旦發(fā)生停電等事故時,蓄能器的動力可以使槍體撤出爐腔。由于噴槍是在高溫環(huán)境中工作,因此,槍本體通常有冷卻水進(jìn)行冷卻。為了防備萬一噴槍內(nèi)的冷卻水泄漏,配備的安全系統(tǒng)上考慮了應(yīng)對措施:一旦發(fā)生這種情況可以使水泵立即停止運(yùn)轉(zhuǎn),以防止冷卻水的進(jìn)一步泄漏。

        5. 抬包車

        抬包車負(fù)責(zé)托運(yùn)渣包和銅包,它是由一臺卷揚(yáng)機(jī)帶動鋼絲繩所拉動的。當(dāng)熔煉結(jié)束和吹煉結(jié)束時,熔煉所得的銅渣和吹煉所得的物料放人抬包車所托運(yùn)的渣包和銅包內(nèi)。

        6. 環(huán)保煙罩

        整個卡爾多爐都被不銹鋼板焊制的環(huán)保煙罩罩住。在冶煉時,加料過程中產(chǎn)生的粉塵都通過此環(huán)保煙罩被風(fēng)機(jī)抽出送到布袋收塵囂中除塵凈化,然后才排出。因此,卡爾多爐冶煉時的工作環(huán)境(如煙氣、煙塵等)均能滿足國家環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。

        7. 噴霧冷卻器

        從水冷煙道出來的煙氣進(jìn)入噴霧冷卻器后,其溫度降低至150°然后進(jìn)入除塵系統(tǒng)。

        三、卡爾多爐處理廢雜銅的主要原料

        卡爾多爐理論上可以處理任意品位的雜銅。為使生產(chǎn)均衡而且易操作,各種物料需均勻搭配,同時加入一些廢電機(jī)等含鐵高的原料用于造渣。以下是卡爾多爐常見的原料:

        1. 高品位的銅物料,這種銅的來源主要為銅線和銅管,主要雜質(zhì)是絕緣材料燃燒后的殘渣,或是一些機(jī)械夾雜。

        2. 銅合金。比如黃銅或青銅。這種銅合金的銅含量一般為50% ~95% 。

        3. 其它廢雜銅。這類銅來自廢舊電機(jī)、汽車的散熱器等。這種廢雜銅是銅、銅合金和一些其他金屬的混合物,這種銅合金的銅含量一般為15% ~80%。

        四、卡爾多爐處理廢雜銅的優(yōu)缺點(diǎn)

        卡爾多爐冶煉作為一種強(qiáng)化熔煉方法有其獨(dú)到之處:(1)由于使用工業(yè)純氧以及運(yùn)用氧油槍,因而爐內(nèi)的溫度容易調(diào)節(jié),而且范圍大;(2)具有良好的傳熱和傳質(zhì)動力學(xué),有利于加快物料的熔化和氣一固一液各相間反應(yīng)速率;(3)借助油槍氧槍容易控制熔煉過程中爐氣的氧勢。根據(jù)不同熔煉階段的需要,可以有不同的氧勢或還原勢;(4)由于爐子的煙氣量少、爐體容積緊湊,因而散熱量少,熱效率高。在使用純氧吹煉的條件下,熱效率可達(dá)60%或更高。

        卡爾多爐爐型適宜處理含雜質(zhì)高的復(fù)雜原料,過程簡單。對用于處理廢雜銅更是有很多優(yōu)點(diǎn):(1)熔煉、還原和吹煉可在同一個熔煉爐內(nèi)完成,無需外加熔煉爐;(2)既可處理高品位廢雜銅,又可處理低品位廢雜銅。而處理低品位廢雜銅經(jīng)濟(jì)效益更好;(3)可以一次產(chǎn)出可棄渣,一般渣含銅<0.5% ;(4)爐子結(jié)構(gòu)緊湊,設(shè)備簡單,能完全密閉,因而可防止排放物溢散。操作環(huán)境良好,對外無污染,可滿足比較嚴(yán)格的環(huán)境要求;(5)生產(chǎn)靈活,適于處理各種物料,并可在不同金屬間轉(zhuǎn)換,不必對設(shè)備作任何改造。其缺點(diǎn)是間歇作業(yè),操作頻繁。煙氣量和煙氣成分呈周期性交化,爐子壽命較短,造價較高。

        表1 江銅貴冶卡爾多爐原料

        五、結(jié)束語

        卡爾多爐熔煉過程是間斷操作的,具有對原料變化適應(yīng)快的特點(diǎn),特別是能處理復(fù)雜銅精礦、氧化礦、各種品位的二次原料、煙灰、廢舊金屬等各種原料。低品位廢雜銅來源廣泛,價格低廉。實(shí)踐也證明,冶煉各種低品位廢雜銅的利潤確實(shí)比處理銅精礦和高品位廢雜銅都高。同時,在處理廢雜銅過程中,還能得到很多貴金屬,使利潤進(jìn)一步提高。

        綜上所述,隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展,對廢雜銅的處理將越來越顯得重要和迫切,由于卡爾多爐的諸多優(yōu)點(diǎn),今后將勢必得到越來越多的應(yīng)用。

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