電爐煉銅基本原理

往插入熔池渣層的電極通電后，一部分電能以微弧放電的形式轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，另一部分靠爐渣本身的電阻作用也轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋＿@些熱能將電極周圍的爐渣過熱到較高溫度，由于熔池內(nèi)熔體溫度不均而形成熔體的密度差。使?fàn)t渣產(chǎn)生對流運(yùn)動。過熱爐渣在運(yùn)動中遇到浮于渣面的固體護(hù)料后、使其熔化并發(fā)生一系列化學(xué)反應(yīng)，生成銅锍、爐渣和煙氣 。

電爐煉銅(Electric furnace smelting of copper)是指含銅爐料在電爐內(nèi)熔煉成銅锍的銅熔煉方法。銅精礦經(jīng)過煉前準(zhǔn)備，配入熔劑，加入礦熱電爐中，在電熱作用下熔化，在熔池內(nèi)完成各種化學(xué)反應(yīng)，生成銅锍和爐渣等產(chǎn)物。

電爐煉銅具有煙量小、煙氣溫度低、熱損失小、熱利用率高和利于處理難熔爐料的特點(diǎn)，但也存在脫硫率低、煙氣的SO₂濃度低、耗電多、生產(chǎn)成本高等問題，因而只適用于水電資源豐富、電價低或處理難熔原料的場合。盡管煉銅電爐在電極孔密封，電極升降和電氣制度控制的白動化等方面有較大改進(jìn)，但在能耗和煙氣中SO₂的回收上不如閃速煉銅和屬于熔池熔煉的白銀煉銅法等，因而限制了它的應(yīng)用 。

煉銅礦熱電爐是一種用電加熱的長方形或圓形膛式爐，三根或六根電極從爐頂插入熔池，最大的煉銅礦熱電爐為51000kVA 。

以硫化銅精礦為原料的電爐煉銅包括銅爐料煉前準(zhǔn)備和熔煉兩個階段。當(dāng)濕精礦直接入電爐時，水分遇熱急劇然發(fā)容易引起翻料而造成斷電極等事故，因此入爐物料需經(jīng)干燥。當(dāng)熔煉含硫高、含銅低的精礦時，由于電爐內(nèi)氧化氣氛不強(qiáng)，脫硫率低，產(chǎn)出的銅锍品位也低，從而增加銅锍吹煉的負(fù)荷，因此需經(jīng)過半氧化焙燒，預(yù)先脫除一部分硫，以提高銅锍的品位。為了增加爐料的透氣性，銅精礦可經(jīng)制粒入爐。如中國云南冶煉廠將銅精礦和煙灰混合制粒，在隧道窯中干燥后加入電爐，強(qiáng)化了熔煉過程。

電爐的電氣制度是電爐煉銅最重要的控制條件。在熔煉過程中通過控制電爐變壓器的輸出功率(或負(fù)載功率)、電壓和電流等參數(shù)，達(dá)到電能單耗最小而生產(chǎn)能力最大的最佳電氣制度。電爐的電壓取決于電爐的特性、爐渣的化學(xué)成分、爐子功率和電極的插入深度。煉銅電爐的電壓為150-500V。電爐煉銅最重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)是電能消耗。爐料的化學(xué)組成、備料方法、電爐功率大小和電氣制度等均影響電能消耗。降低爐料中難熔成分的含量、熱料入爐等有利于降低電能消耗 。2100433B

連續(xù)煉銅法針對現(xiàn)有煉銅技術(shù)全部都是“熔煉—吹煉”兩段法生產(chǎn)，都存在流程長、能耗高和SO₂煙氣低空污染等重大的共性問題，開發(fā)一種新型“連續(xù)煉銅新工藝”。目標(biāo)是在一個冶金爐裝置中完成從銅精礦到粗銅產(chǎn)出的整個冶煉過程，創(chuàng)造出具有世界先進(jìn)水平，具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)的新型煉銅技術(shù) 。

連續(xù)煉銅法是從精礦生產(chǎn)粗銅的連續(xù)煉銅工藝，是世界上唯一的大型連續(xù)煉銅法；連續(xù)煉銅由三座爐子組成，每個工序一座爐子，即熔煉爐、貧化電爐和吹煉爐。這三個爐子之間用流槽連接，熔體通過流槽從一個爐子流到下一個爐子，不像其他煉銅法那樣，銅和粗銅需要用吊車和包子間斷輸送。吹煉爐產(chǎn)出的粗銅也可用流槽連續(xù)流到陽極爐去。

經(jīng)過配料后的精礦用皮帶運(yùn)輸機(jī)運(yùn)到濕精礦倉，加到載流干燥系統(tǒng)進(jìn)行深度干燥至精礦含H₂O 0.5%，干燥的熱源一部分利用陽極爐的廢氣，一部分利用天然氣燃燒的煙氣。干燥煙氣用漩渦收塵器和布袋收塵器收下干精礦，再用空氣輸送到熔煉爐的干精礦倉配料。

熔煉爐補(bǔ)熱用的煤破碎成小粒狀，石英和石灰石熔劑也都是破碎成小粒狀，精礦、熔劑、煤和返料，經(jīng)配料倉按比例配料，配料后用埋刮板運(yùn)輸機(jī)送到5個壓力加料漏斗，再從壓力加料漏斗用空氣輸送到噴槍，噴槍將料噴射到熔煉爐的熔池表面，連同一起噴出的還有富氧空氣。

由于富氧空氣和爐料噴到熔池表面，在熔池表面形成漩流，在固體、熔體和氣體之間進(jìn)行快速的熱交換和快速反應(yīng)，生成冰銅和爐渣分離形成一個薄層混合體溢流而出，經(jīng)流槽連續(xù)流到貧化電爐分離。

熔煉爐的煙氣在1250℃-1300℃之間，通過上升煙道排出。用余熱鍋爐回收余熱、冷卻煙氣并部分收塵。鍋爐的細(xì)粒煙塵連續(xù)返回熔煉爐的加料系統(tǒng)。大塊煙塵排入料罐送到返料破碎系統(tǒng)后再返回熔煉爐的加料系統(tǒng)。出鍋爐后的熔煉爐煙氣和吹煉爐的煙氣混合一同進(jìn)電收塵器收塵，再一起送硫酸車間制酸。

冰銅和爐渣混合熔體流入貧化電爐進(jìn)行分離。電爐為6根石墨電極，電爐煙氣送往通風(fēng)環(huán)保煙氣系統(tǒng)，和精礦干燥的煙氣一起通往高煙囪排放。貧化電爐的爐渣連續(xù)溢流而出進(jìn)行水淬。

含銅68%的冰銅從貧化電爐的虹吸口連續(xù)流出，通過流描流入吹煉爐吹煉。冰銅成分為Cu 68%，F(xiàn)e 7.9%，S 21.3%，渣的成分為Cu 0.7%， Fe 43.4%, SiO₂34%，CaO 3%。在吹煉爐內(nèi)，冰銅連續(xù)奴化吹煉成粗銅，從爐頂通過噴槍吹入富氧空氣和石灰熔劑。熔劑的加入也和熔煉爐一樣，通過噴槍用氣體輸送。富氧空氣和熔劑噴到熔池表面，形成漩流造成高速反應(yīng)生成粗銅和吹煉渣分成二層。吹煉渣為鐵酸鈣渣，連續(xù)溢流而出進(jìn)行水淬。

吹煉渣水淬后通過干燥窯干燥，返回熔煉爐回收銅，部分吹煉渣返回吹煉爐作為冷卻劑以控制溫度。粗銅從吹煉爐的虹吸口連續(xù)流出，用流槽流到陽極爐進(jìn)行精煉，設(shè)兩臺精煉爐輪流操作，每爐24小時操作，其中12小時為加料、2.4小時氧化、2小時還原，4小時澆鑄，當(dāng)一臺爐子加料時，另一臺爐子在進(jìn)行氧化、還原和澆鑄操作。氧化用空氣或富氧空氣，還原用柴油。氧化期煙氣送去制酸，其余煙氣送去作為精礦干燥的熱源。吹煉爐還加入殘極 。

多相高溫熔體選擇性阻隔技術(shù)、“非穩(wěn)態(tài)”懸浮熔煉技術(shù)、生產(chǎn)高品質(zhì)金屬關(guān)鍵技術(shù)、氣、液、固多相動態(tài)質(zhì)平衡和熱平衡控制技術(shù)、連續(xù)煉銅的造渣技術(shù)等。