火法冶金设备论文

冶金设备论文

——熔池熔炼设备

冶金0803

毛露静

0503080312

广义的熔池熔炼是指化学反应主要发生在熔池内的熔炼过程。用于熔池熔炼的设备有白银法熔炼炉，诺兰达炉，瓦纽柯夫炉和三菱法熔炼炉等。

反射炉

一．概述

反射炉是传统的火法冶炼设备之一。按作业性质分为周期性作业和连续性作业反射炉；按冶炼性质分为熔炼、熔化、精练和焙烧反射炉。

反射炉具有结构简单、操作方便、容易控制、对原料及燃料的适应性较强、生产中耗水量较少等优点。因此，反射炉在熔炼铜、锡、铋精矿和处理铅浮渣以及金属的熔化和精炼等方面都得到广泛的应用。

反射炉生产的主要缺点是燃料消耗量较大、热效率较低（一般只有15~30%），造硫熔炼反射还存在脱硫率及烟气中二氧化硫浓度低、占地面积大、消耗大量耐火材料等缺点。

近年来，我国在改造旧式反射炉方面获得较好的成绩，如大型熔炼反射炉采用止推式吊挂炉顶、虹吸式放冰铜及镁铁整体烧结炉底；精炼反射炉采用打眼放铜；加料口及拱脚梁用水冷却、加料系统自动控制以及逐步推广余热锅炉等。

二．反射炉的结构

反射炉由炉基、炉底、炉墙、炉顶、加料口、产品放出口、烟道等部分构成。其附属设备有加料装置、鼓风装置、排烟装置和预热利用装置等。

1、炉基

炉基是整个炉子的基础，承受炉子的负荷。要求基础坚实。炉基可做成混泥土的、炉渣的或石块的，其外围为混泥土或钢筋混泥土侧墙。炉基的底层留有孔道，以便安放加固炉子的底部拉杆。

2、炉底

炉底长期处于高温作用下，承受熔体的巨大压力，不断受到熔体冲刷和化学侵蚀，必须选择适当的耐火材料砌筑或捣打烧结炉底以延长炉子寿命。要求坚实、耐腐蚀并在加热时能自由膨胀。

周期作业的精炼反射炉与熔炼反射炉多采用砖砌反拱炉底，一般厚为700~900毫米。由下而上依次为：炉底铸铁板或钢板、石棉板（10~20毫米）、粘土砖（230~345毫米）、捣打料层（50~100毫米）以及最上层砌的镁砖或镁铝砖反拱（230~380毫米）。炉底反拱中心角视熔体比重和深度而定。熔体比重和深度大时，反拱中心角宜较大，如对熔池深1.3~1.4米的粗铅连续精炼炉，一般采用180°的反拱中心角。其他情况下多用20°~45°。

3.炉墙

炉墙直接砌在炉基上。熔炼反射炉的内墙多采用镁砖、镁铝砖砌筑。有些重要部位如铜熔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。

铜熔炼反射炉熔池上部炉墙的厚度一般为460~690毫米。为延长炉墙寿命，熔池下部逐渐错台加厚（见图2-1之b），最厚处可达900~1290毫米，端墙下部厚达1000~1400毫米。熔池部分的炉墙外面一般设有炉墙护板。

对周期作业的炉子因炉温波动较大，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。

为延长炉墙的使用寿命，可在熔池渣线一带的炉墙外面设置水套。

4.炉顶

反射炉的炉顶从结构形式上分为砖砌拱顶和吊挂炉顶。周期作业的反射炉及炉子宽度较小的反射炉，通常采用砖砌拱顶。大型铜熔炼反射炉多采用吊挂炉顶。如图所示：

5、加料口及转炉渣注入口

炼锡、炼铋和处理铅浮渣等几种周期作业的熔炼反射炉，其加料口一般均设在炉顶。加料口的大小视炉料的条件而定。炉顶加料口一般是做成水套式的，如图是某厂铅浮渣反射炉

炉顶加料口水套。炼锡反射炉采用多点加料，炉顶加料口通常沿炉长分布，其间距为1~2米。

转炉渣注入口：需在铜熔炼反射炉中处理转炉渣时，其注入口宜设在前端使渣流方向尽量与侧墙平行，以避免冲击和破坏料坡。考虑到转炉渣对炉砌体的侵蚀和冲刷，注入口附近的砌砖一般应（大于700毫米），或设水冷装置。

6、产品放出口

产品放出口有洞眼式、扒口式和虹吸式等三种形式。

铜精炼反射炉，采用普通洞眼式放铜口。洞眼位置可设在后端墙、侧墙中部或尾部炉底的低处。

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，如图：

虹吸式产品放出口具有操作方便、安全，可改善劳动条件、减轻劳动强度、提高产品质量等优点。

7、放渣口

精炼炉的扒渣门

精炼反射炉扒渣门的大小，根据渣量多少及操作情况而定，一般为0.3×0.5~0.5×0.8米。其位置多设在炉子的后端墙上，也有少数设在炉子侧墙上的。渣口下沿应低于最大液面100~200毫米。

熔炼反射炉的放渣口

熔炼反射炉的放渣，通常采用自流方式。现在大型铜熔炼反射炉放渣口多设在炉子后部侧墙，其中心线距后端墙约3米左右。渣口为0.4×（0.7~0.9）米，渣口下沿低于液面0.3~0.5米。

8、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，工作门的数量及位置视炉子大小而定。小炉子（30吨以下）炉门上设有窥视孔，大炉子炉门上设有风管油管插入孔（φ250~350）。炉门的开启与关闭，有平衡锤人工控制、手动葫芦卷扬和电动卷扬等，也可采用气动装置。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。

诺兰达炉

诺兰达熔池熔炼是向炉内熔体吹入富氧空气冶炼过程。炉内流体的流动特性是由通过喷嘴喷射的气流来控制的。当气流喷入熔体时，立即在熔体内形成一个穹面流股，由于被熔体击散而分成若干小流股和气泡，并夹带周围的熔体上浮，发生动量交换；同时在流股四周形成压力差，喷口区形成负压，熔池中其余部分的流体为正压，造成流体向喷口区与流股界面成垂直的方向流动。当气－液两相混合流体冲击熔体表面时，使熔体翻滚搅动以及造成喷溅。气泡从相流中离出来，熔体向四周循环运动，喷溅物大多落入熔池。在连续鼓入气体时，熔体的翻腾搅动反复进行。若熔池表面加有炉料，将被翻动的熔体迅速熔化，熔体在与气流或气泡的接触中进行氧化和造渣过程，伴随着放出大量的热，维持过程的进行。形成的铜锍和炉渣在沿炉子长度的无风眼区进行澄清分离。

瓦纽柯夫炉

瓦纽柯夫炉与烟化炉相似，炉体是长方形竖炉。瓦纽柯夫炉的炉料可包括粉状硫化铜精矿或矿块、固体或液态返料、溶剂和块煤。炉料从炉顶加料口落入强烈搅拌的熔体中，在低于静止熔池表面0.5m处通过侧面的风口想炉渣鼓入工业氧或者富氧空气。在鼓风保证了熔体的强烈搅拌、硫化矿的氧气、硫化熔体中逸出进入气相、以及必要时燃料的燃烧。熔体的强烈搅拌使炉料颗粒在熔体中迅速分解和均匀分布，使化学反应高速进行。由于炉料中存在着大量铁的硫化物，故可防止铁的氧化，有利于提高富氧浓度，强化熔炼过程。

瓦纽柯夫法具有以下一些特点：

（１）备料简单，对炉料适应性强，可以同时处理任意比例的块料与粉料，如150mm的大块和含水分达6％～8％的湿料、转炉渣以及Cu－Ni，Cu－Zn精矿，含铜的黄铁矿等各种含铜物料均可入炉处理。

（２）由于能处理湿料与块料，故烟尘率低，仅为0.8％。

（３）鼓泡乳化强化了熔炼过程，炉子的处理能力很大，床能力达到60～80t/(m2·d)；硫化物在渣层氧化，放出的热能得到了充分利用。

（４）大型瓦纽柯夫炉的炉膛中有隔墙，将炉膛空间分隔为熔炼区与渣贫化区，熔炼产物铜