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沉降电炉侧吹贫化新工艺研究

作　者: 熊伟
导　师: 沈强华
学　校: 昆明理工大学
专　业: 有色金属冶金
关键词: 电炉炉渣贫化喷枪铜锍
分类号: TF811
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

铜是常见的有色金属,其以自身优良的性能,被广泛使用着,是到目前为止,最早被人类开发利用的金属材料之一。现如今,铜的冶炼都是在富氧强化熔炼条件下生产的,这样的工艺的优点是高效且适应性强,而缺点是其产生的炉渣含铜量较高。所以炉渣贫化工序变的非常重要。目前工业上比较常见的贫化工艺有吹炼渣水淬返熔炼工艺、缓冷——浮选工艺、沉降电炉贫化工艺,以上工艺的生产效果是不能否认的,但还是存在不足。由于在贫化过程中左右贫化效果的一个最重要的因素就是Fe3O4, Fe3O4的含量的高低决定着熔渣的熔点以及粘度,是铜锍与炉渣分离的巨大障碍。本文结合生产实际,提出在使用最广泛的电炉贫化工艺条件下,对电炉进行改造,针对电炉的缺点提出了有针对性的改造计划。最终的改造目的也是使经电炉贫化作用的炉渣含铜量降低。由于电炉存在的受热不均匀,动力学条件差等缺点,通过了分析,渣型的调整还是关键。所以在电炉的前端添加一个具有还原搅拌功能的熔池还原区域。使炉渣中Fe304的含量降低。本文的具体内容包括：(1)在理论上,对铜的贫化过程进行了分析并选用碳对炉渣进行了还原Fe304实验,使用C作为还原剂还原之后炉渣的Fe304含量低于5%；(2)对电炉进行了改造设计,在电炉的前端增加一个熔池,在熔池的上部加开一个烟道,在还原熔炼的区域,在电炉两侧开口增设两喷枪；(3)选用粉煤作为还原剂,喷枪输送还原剂速率为15kg/min,两枪同时输送,鼓风量600m3/h；(4)进行了物料平衡和热平衡计算,热平衡计算表明需补充煤684.67kg；(5)喷枪的插入位置在水平方向,选取在渣线到液面的范围内渣线距离液面500mm,喷枪入口与渣线平齐,在竖直方向上,选取在电极孔至投料口的中部；(6)做好喷枪喷吹的相关配套设施准备。以上内容的具体设计及改造计划,均以在后文中提出具体改造方案通过图例说明。此工艺改造简单易行,基本适合大多数的电炉进行此改造。经过设计改造后的贫化电炉,将在功能上实现更新。原来的贫化电炉只具备保温沉降功能,而经改造后新贫化电炉,具备一定的还原功能,能有效的降低Fe304的含量,调整渣型,使铜锍与渣的分离更加彻底,提高了铜资源的利用率。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第一章绪论  9-22
  1.1 铜的基本性质  9-10
    1.1.1 铜的物理性质  9
    1.1.2 铜的化学性质  9-10
  1.2 铜的主要用途  10-11
    1.2.1 铜在电力输送中的应用  11
    1.2.2 铜在电机制造中的应用  11
    1.2.3 铜在石化工业中的应用  11
  1.3 铜的冶炼基本情况  11-13
    1.3.1 铜冶炼的主要原料  11-12
    1.3.2 铜冶炼的原则流程  12-13
  1.4 铜冶炼主要工艺  13-16
    1.4.1 闪速熔炼法  14
    1.4.2 诺兰达熔炼法  14-15
    1.4.3 白银熔炼法  15
    1.4.4 水口山炼铜法  15
    1.4.5 奥斯麦特/艾萨法  15-16
  1.5 铜炉渣现状  16-17
  1.6 课题研究的背景及意义  17-21
    1.6.1 铜冶炼炉渣贫化的意义  18
    1.6.2 炉渣的综合利用  18-19
    1.6.3 炉渣贫化的现状  19-21
  1.7 本文的研究内容  21-22
第二章炉渣电炉贫化过程中的机理分析  22-27
  2.1 电炉贫化炉渣过程概述  22-24
    2.1.1 贫化电炉的特点  22
    2.1.2 贫化电炉的作业方式  22-24
  2.2 影响炉渣贫化过程中的工况因素分析  24-26
    2.2.1 贫化电炉的工艺流程  24-25
    2.2.2 炉渣贫化的物理过程  25-26
    2.2.3 炉渣贫化过程中的化学反应  26
  2.3 本章小结  26-27
第三章渣在电炉贫化中Fe_3O_4的还原研究  27-39
  3.1 贫化电炉入炉物料含Fe_3O_4的分析  27-29
    3.1.1 贫化电炉入炉物料情况  27
    3.1.2 熔炼渣以及吹炼渣高含铁量的原因  27-29
    3.1.3 结论  29
  3.2 Fe_3O_4对炉渣贫化过程的影响  29-30
    3.2.1 Fe_3O_4的主要性质  29-30
    3.2.2 Fe_3O_4对炉渣的影响  30
  3.3 贫化电炉内的Fe_3O_4的还原  30-33
    3.3.1 还原过程的热力学分析  30-32
    3.3.2 还原过程的动力学分析  32-33
  3.4 还原剂的选择  33-35
  3.5 碳质还原Fe_3O_4研究  35-38
    3.5.1 实验设计  35-37
    3.5.2 实验结果及分析  37-38
  3.6 本章小结  38-39
第四章贫化电炉的改造设计研究  39-59
  4.1 贫化电炉现状分析  39-40
    4.1.1 贫化电炉的炉型缺陷  39-40
    4.1.2 贫化电炉的反应动力学缺陷  40
  4.2 贫化电炉改造设计方案  40-44
    4.2.1 贫化电炉的炉行改造  40-41
    4.2.2 贫化电炉的喷枪改造  41-44
  4.3 物料平衡计算  44-51
    4.3.1 贫化电炉的入炉物料质量及成分  44-45
    4.3.2 贫化电炉的入炉硫化剂量计算  45-46
    4.3.3 贫化电炉的入炉还原剂量计算  46-47
    4.3.4 物料平衡计算及物料平衡表  47-49
    4.3.5 空气量计算  49-51
  4.4 热平衡计算  51-58
    4.4.1 还原剂输送量计算  51
    4.4.2 还原反应所需的还原剂量计算  51-52
    4.4.3 热平衡计算  52-58
  4.5 本章小结  58-59
第五章喷吹冶金模型及喷吹系统设计研究  59-80
  5.1 还原喷枪喷吹的基本情况  59-62
    5.1.1 气体射流力学基础  59-60
    5.1.2 气体搅拌的作用及应用  60-61
    5.1.3 气泡的停留时间  61-62
  5.2 贫化电炉还原喷枪的喷吹角度选择  62-67
    5.2.1 喷吹角度的理论基础  62-63
    5.2.2 计算及结果  63-65
    5.2.3 讨论和推导  65-67
  5.3 贫化电炉还原喷枪的插入位置选择  67-68
  5.4 喷吹系统设计  68-69
    5.4.1 喷枪设计  68
    5.4.2 喷枪辅助装置  68-69
  5.5 贫化电炉还原喷吹系统辅助装置设计  69-79
    5.5.1 喷吹工艺  69-73
    5.5.2 喷吹系统的主要设备  73-78
    5.5.3 喷吹粉煤过程监测与控制  78-79
  5.6 本章小结  79-80
第六章结论与展望  80-82
  6.1 结论  80-81
  6.2 展望  81-82
致谢  82-83
参考文献  83-86
附录攻读硕士学位期间发表的论文及专利  86-88

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