年处理5万吨粗铜火法精炼反射炉设计1

年处理5万吨粗铜火法精炼反射炉设计

摘要：反射炉一种室式火焰炉，燃料在燃烧室燃烧，生成的火焰靠炉顶反射到加热室加热坯料的炉子。炉内传热方式不仅是靠火焰的反射，而且更主要的是借助炉顶、炉壁和炽热气体的辐射传热。反射炉炼铜适于处理细粒浮选精矿，对原料和不同类型的燃料适应性强，流程简短，生产稳定，渣含铜低至可直接废弃的程度，炉床面积大，适于大规模生产，从而成为当代最重要的炼铜方法。在世界铜的生产中，反射炉炼铜产出的铜量长期居于首位。

关键词：火法精炼反射炉粗铜

一：前言

铜精炼反射炉的入炉原料为矿石粗铜、再生杂铜、不同渠道获得的各类铜锭等。原料中除含硫、氧外，还含有一些其他杂质，如砷、锑、铅、锌、锡、铁、钴、镍等，此外还含有硒、碲、铋、金、银等稀有金属。通常情况下，将铜料在铜精炼炉中进行火法精炼，产出Cu ≥99.8%的阳极板，再进行电解精炼，产出Cu≥99.95%的电解铜。最后从阳极泥中将稀贵金属提取出来[1]。铜火法精炼为间歇（周期）作业，分为加料熔化、氧化、还原、铸型五个阶段，每炉作业周期一般小于24小时，最快12小时。由于各工厂所处理的原料成分差异很大，所以氧化期的操作方法有不尽相同之处，但基本原理相同。

用一段法处理杂铜熔炼时，一般都在固定反射炉中进行，所以实际上，在反射炉进行的既是熔炼也是精炼。并且与矿铜的火法精炼原理相同，不过，由于粗铜杂质含量高，所以在操作上有其独特特点，杂铜在反射炉中处理时，整个精炼过程包括熔化、氧化、还原、除渣、浇铸等作业。

二：反射炉结构

1.1炉基

炉基是整个炉子的基础，承受炉子巨大的负荷，因此要求基础坚实。炉基可做成混凝土的、炉渣的或石块的，其外围为混凝土或钢筋混凝土侧墙。炉基底部留有孔道，以便安放加固炉子用的底部拉杆。

炉基上面设有为发生事故跑铜时排出和积存高温铜液的深沟，设计时沟的倾斜方向应注意机电设备和立柱的安置位置，沟的坡度以4%~5%为宜。炉基是一次性建筑设施，设计时应考虑到扩大炉体的因素，保持炉体基础整体性。

1.2炉底

炉底是反射炉的重要组成部分，对炉底的要求是坚实、耐腐蚀并在加热时能自由膨胀。铜精炼反射炉是周期作业，一般采用架空炉底，以防止金属向炉底及炉基渗漏。而且，架空炉底通风道对炉底的冷却程度有很大的影响[2]。

反射炉炉底铺垫30mm铸铁板或10～20mm钢板，用砖墩或型钢支撑，架空高度通常小于0.49m，炉基绝大多数都采用耐温850℃以上的耐热混凝土。炉底砌体与炉墙、炉顶、上升烟道等部位不同，它要承受相当大的机械负荷(高温液体静压、残极的冲击)及高温铜液的物理化学作用[3]。铜精炼反射炉大修寿命主要由炉底寿命决定，因此炉底结构是否合理直接影响着反射炉大修寿命。生产实践表明：合理的炉底结构可使大修寿命长达十余年，否则只有几个月。

1.3炉墙

反射炉的内墙多采用镁砖、镁铝砖砌筑[4]。有些重要部位如铜精炼反射炉的粉煤燃烧器附近及转炉渣口等，为了延长使用寿命均采用铬镁砖砌筑。熔点较低的金属的溶化炉可用黏土砖砌筑。外墙一般采用粘土砖。

铜熔炼反射炉炉墙砌筑方法：熔池上部的厚度一般为460~690mm。为了延长炉墙使用寿命，熔池下部逐渐采取错台加厚的方式，最厚处可达900~1290mm,端墙下部厚1000~1400mm[5]。

对于周期性作业的炉子，因炉温波动比较大，为增加炉墙结构的稳定性，往往砌成弧形，避免炉墙向炉膛内倒塌。

1.4炉顶

反射炉炉顶结构形式很为砖砌拱形和吊挂炉顶。吊挂炉顶又可分为：简易型吊顶、压梁式止推吊顶和立杆式止推吊顶。

1.5加料口及转炉渣注入口

粗铜精炼反射炉加料口。粗铜精炼反射炉一般从操作门加料，也有少数在炉顶加料的。加料口的尺寸按加入铜块的外形大小及加料方式来确定。采用机械加料时，加料口一般为1500×900毫米，人工加料口一般为1200×600毫米[6]。

1.6 放出口

周期作业反射炉，如炉内同时存在熔渣、冰铜和粗金属等多层熔体，多采用扒口式产品放出口。

1.7工作门

周期作业反射炉的工作门用于加入块料、插入氧化吹风管、还原油管、进行氧化还原操作以及向炉内加入溶剂等。连续作业铜熔炼反射炉工作门为施工过程中筑炉材料的运送和工作人员进出之用，在炉子点火前即用与砖墙相同的耐火砖砌满。工作门一般设在熔池渣线以上的炉子侧墙上。大型铜熔炼反射炉也有利用转炉渣口进出而不另设工作门的。

1.8 烟道

周期作业反射炉通常采用竖式烟道。当炉子宽度不大、竖烟道垂直部分不高时，可直接压在炉子的拱定上，此处拱顶可采用“加强拱环”，已曾受烟道的荷重。

三：反射炉使用的燃料与内热传递

3.1 燃料

精炼反射炉可用原煤、粉煤、重油、原油、煤气、天然气作燃料。重油发热值高，升温速度快，燃烧过程易于控制和调节，是大多数工厂火法精炼炉的理想燃料。早在1987年，就把“重油掺水加节能素乳化燃烧”技术应用到铜精炼反射炉中, 并取得了明显的效果[7]。但用重油反射炉热效率较低,一般为13%左右。

反射炉重油单耗升高有如下原因：(1)保温待料时间增加(2)原料结构中杂铜比例增大,冶炼时间延长;(3)重油雾化质量较差;(4)反射炉热效率低,只有13%左右,70%以上的热量被烟气带走排出[8]。

现在有些厂子打算用高温空气作燃料应用在铜精炼反射炉上，到目前为止，炼铜反射炉上还没有应用这一技术的先例, 高温空气燃烧技术主要应用在加热炉、均热炉和燃气炉上，国内燃油炉应用该技术也只有十余台。由于燃油熔炼炉烟气中含尘较多，易堵塞蓄热室和影响换向阀寿命，我们认为，妥善解决以下几个问题后，高温空气燃烧技术是可以应用到反射炉上的：调整引风机压力控制炉内压力，保证氧化期炉内微负压和还原期炉内微正压；气体在蓄热体中流向为双向，故结尘很少，蓄热球体在熔铝炉上约三个月清理一次，在炼铜炉上估计一个月清理一次，一年更换一次；选用进口换向阀，寿命为100万次以上，按2min换向一次，寿命可达 4 年；可在烧嘴侧部预留一个清渣口，烧嘴砖有足够强度，可保证清结铜液时烧嘴砖不被损坏；油枪水冷保护。

3.2 内热

在反射炉内燃料产生的炽热气体温度高达1500o C以上。炉气以辐射和对流的方式将所含的热量传递给被加热或熔化的物料、炉顶和炉墙。炉顶和炉墙又以辐射方式传递给被加热的物料，使物料熔化。

四：炉型的确定

反射炉不同纵断面形状、特点和应用如表1-1，由于年处理粗铜5万吨，产量比较小，从节能方面考虑，选用周期型反射炉精炼铜。所选用的反射炉示意图如图1-1。