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銅火法精煉主要熱工設備及所用耐火材料

時間:2017-12-04 15:12 來源:耐火磚廠家點擊:

銅精煉的必要性及工序

轉爐生產出的粗銅,其含銅量一般為98.5%~99.5%,其余為雜質,如硫、氧、鐵、砷、銻、鋅、錫、鉛、鉍、鎳、鈷、硒、碲、銀和金等。這些雜質存在于銅中,對銅的性質產生各種不同的影響,有的會降低銅的電導率,如砷、銻、錫;有的會導致熱加工時型材內部產生裂紋,如砷、鉍、鉛、硫;有的則使冷加工性能變壞,如鉛、銻、鉍??傊?,降低了銅的使用價值。有些雜質如金和銀則具有較高使用價值和經濟效益,需要回收和利用。因此,為了滿足銅的各種用途要求,需要將粗銅提純精煉。

銅火法精煉主要熱工設備及所用耐火材料

精煉的目的有兩個,一是除去銅中的雜質,提高純度,使銅含量在99.5%以上;二是從銅中分離回收有價元素,提高資源綜合利用率。目前使用的精煉方法有兩類:

(1)粗銅火法精煉,直接生產含銅99.5%以上的精銅。該法僅適用于金、銀和雜質含量較低的粗銅,所產精銅僅用于對純度要求不高的場合。

(2)粗銅先經過火法精煉除去部分雜質,澆鑄成陽極,再進行電解精煉,產出含銅99.95%以上、雜質含量達到標準的精銅。這是銅生產的主要流程。

粗銅的火法精煉過程包括氧化、還原和澆鑄三個工序。在1150~1200丈的溫度下,先將空氣壓入培融銅中,進行雜質的氧化脫出,而后再用碳氫物質除去銅液中的氧,后進行澆鑄。
粗銅火法精煉用設備

目前,用于銅火法精煉的爐型有反射爐、回轉式精煉爐、傾動式精煉爐三種。

反射爐

反射爐是傳統的火法精煉設備,是一種表面加熱的膛式爐,結構簡單,操作容易,既可處理冷料,又可處理熱料。此外,因反射爐容積、爐體尺寸可大、可小,處理量可以從2t變化到400t,具有很強的適應性。處理冷料較多的工廠和規模較小的工廠,多采用反射爐生產陽極銅。其缺點是操作效率低,勞動強度大,操作環境差。

國內大多采用固定式反射爐進行精煉,爐襯主要采用鎂磚、鎂鋁磚或鎂鉻磚砲筑。國外精煉反射爐爐頂用不燒鎂鉻磚、鉻鎂磚或直接結合鎂鉻磚砌筑,爐墻上部用鎂鉻磚,下部用直接結合鎂鉻磚和普通鎂鉻磚,爐底使用硅磚。

回轉式精煉爐

回轉式精煉爐是20世紀50年代后期開發的火法精煉設備。它是一個圓筒形的爐體,在爐體上配置有2~4個風管、1個爐口和1個出銅口,可作360°回轉。轉動爐體將風口埋入液面下,進行氧化、還原作業,精煉完成后進行澆鑄,產品為陽極板,因此回轉式精煉爐又稱回轉式陽極爐,其結構如圖1-11所示。與反射爐相比,回轉式精煉爐具有機械化、自動化程度高,散熱損失小,利于環保等優點,但由于熔池深,受熱面積小,化料慢,故不適宜處理冷料,主要適合于處理熱料。

回轉式精煉爐爐膛溫度高于1350℃(澆鑄期),時可達1450℃(氧化期),由于爐體是轉動的,爐內沒有固定的渣線,爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷,幾乎占據了2/3以上的爐膛內表面。因此,一般要求內襯鎂鉻磚Cr203的含量較高,在氧化還原口和出銅口處,要求更高,經常采用直接結合鎂鉻磚或電熔再結合鎂鉻磚。

傾動式精煉爐

傾動式精煉爐是20世紀60年代中期,由瑞士Maerz研究發明的。它在反射爐和回轉爐基礎上,吸取了兩種爐型的長處而設計的。爐膛形狀像反射爐,保持其較大的熱交換面積,采取了回轉爐可轉動的方式,增設了固定風口,取消了插風管和扒渣作業,減輕了勞動強度,既能處理熱料,又能處理冷料,是較理想的爐型。但因爐體形狀特殊,結構復雜,投資高等不足,目前的應用有限。

陽極澆鑄

目前,陽極板的生產有兩種工藝:鑄模澆鑄和連鑄。鑄模澆鑄又分為圓盤型和直線型兩種。其中圓盤型澆鑄機是銅陽極生產的主要生產設備。直線型澆鑄機結構簡單、緊湊,占地面積小,投資低,但陽極質量差,僅被小型工廠采用。連鑄是連續作業,連續澆鑄并軋成板帶,經剪切或切割成單塊陽極。

鑄模澆鑄

目前的陽極板多采用自動澆鑄工藝生產。主要設備為圓盤澆鑄機,主要由中間包、澆鑄包、鑄輪(本體)、冷卻系統、廢板取出裝置、頂起裝置、陽極取出系統及冷卻水槽、涂模系統、液壓系統構成。澆鑄過程的各個階段均由PLC進行自動控制。主要流程為:銅水由精煉爐流出,經流槽進入中間包,接收澆鑄包指令后由尾部提升,將銅水注如澆鑄包。當電子秤自動稱量至給定值時,發出信號,中間包收包,回到原位。圓盤模子轉到澆鑄工位后,發出信號,澆鑄包啟動,按預定程序向銅模注入銅水。至給定值后,電子秤發出信號,澆鑄包回到原位,同時將信號發給中間包,再次注入銅水。信號同時發給圓盤,轉動一個工位,空模再次進入澆鑄位置。鑄好陽極的銅模,進人冷卻室冷卻后轉出冷卻室,停止運動,頂桿先以較小的力量對陽極進行松動預頂,而后再以大的力量作終頂起使模與陽極板分離。裝在冷卻室后面的攝像機,攝制耳部圖像,輸入電腦進行不合格判斷,結果輸如分揀計算機。圓盤轉至取板工位,取板機自動提取陽極板,并送到接收機上。接收機是一個滾筒輸送機,陽極放在滾筒上后,自動將陽極送到電子秤上。電子秤將陽極稱出質量,并把稱重信號送到計算機處理。根據質量羞異,分出合格、異形、不合格三種類型。分類信號輸如分揀計算機。分揀計算機根據耳部攝像監測的信息和電子秤輸入的信息指令分揀機,揀出異形陽極及不合格陽極。合格陽極經冷卻后,堆碼、吊出、抬車送電解整形生產線,修整外形。陽極取走后,圓盤轉至下一工位,經攝像機攝取頂針復位圖像,并送計算機處理,對未復位的頂針進行錘擊復位。頂針復位后,下一工位自動噴涂脫模劑。至此,一塊陽極澆鑄的作業程序全部完成。圓盤澆鑄示意圖與現場照片如圖1-12所示。

為解決陽極澆鑄出現的問題,20世紀70年代開發了Hazelett連鑄機,亦稱雙帶連鑄機Hazelett連鑄機的構造如圖1-13所示。連鑄機由上、下兩組環形鋼帶組成。每一組環形鋼帶,由兩個輥筒繃直,輥筒由驅動裝置帶動,鋼帶可隨輥筒轉動。上、下兩組環形鋼帶完全平行,組成鑄模的頂和底q為保持兩鋼帶的距離一致,上、下兩鋼帶都有鰭狀輥支承和固定位置。兩帶之間的側面由兩串邊部擋板鏈將兩側封嚴,形成???。板坯為鑄模的末端,前端為銅液注入口。兩條鋼帶,前高后低,有9°傾角。

由精煉爐中流出的銅水經流槽注入用重油或天然氣加熱的保溫爐。保溫爐起緩沖作用,均衡銅水溫度,自動控制澆鑄機的金屬供應量。銅水從保溫爐流出后,經流槽流如固定式澆鑄包,按給定速度注入澆鑄機,銅水進如鑄機后,鑄模的上、下鋼帶和邊部擋流塊連續運動,形成連續鑄坯,同時噴淋大量的水,冷卻上部和下部鋼帶,間接冷卻鑄坯。鑄坯出鑄機后由牽引輥碾壓送至切割機或沖壓機,切割成單塊陽極。澆鑄速度由牽引輥控制。單塊陽極板經冷卻室冷卻后,進入堆碼機,按給定數量堆碼,再由叉車運送至庫房或電解車間。



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