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铜火法热工设备耐火材料的选择

2017-09-26 14:43:09 点击:

铜精炼的必要性及工序转炉生产出的粗铜,其含铜量一般为98.5% ~99.5%,其余为杂质,如硫、 氧、铁、砷、铺、锌、锡、铅、铋、镍、钴、硒、碲、银和金等。这些杂质存在 于铜中,对铜的性质产生各种不同的影响,有的会降低铜的电导率,如砷、锑、 锡;有的会导致热加工时型材内部产生裂纹,如砷、铋、铅、硫;有的则使冷加 工性能变坏,如铅、锑、铋。总之,降低了铜的使用价值。有些杂质如金和银则 具有较高使用价值和经济效益,需要回收和利用。因此,为了满足铜的各种用途 要求,需要将粗铜提纯精炼。

热工设备耐火砖实图

精炼的目的有两个,一是除去铜中的杂质,提高纯度,使铜含量在99.5%以 上;二是从铜中分离回收有价元素,提高资源综合利用率。目前使用的精炼方法 有两类:

(1)粗铜火法精炼,直接生产含铜99. 5%以上的精铜。该法仅适用于金、银 和杂质含量较低的粗铜,所产精铜仅用于对纯度要求不高的场合。

(2)粗铜先经过火法精炼除去部分杂质,浇铸成阳极,再进行电解精炼,产出含铜99. 95%以上、杂质含量达到标准的精铜。这是铜生产的主要流程。

粗铜的火法精炼过程包括氧化、还原和浇铸三个工序。在1150 ~1200℃的温度下,先将空气压入熔融铜中,进行杂质的氧化脱出,而后再用碳氢物质除去铜 液中的氧,最后进行浇铸。

粗铜火法精炼用设备

目前,用于铜火法精炼的炉型有反射炉、回转式精炼炉、倾动式精炼炉三种。

1 反射炉

反射炉是传统的火法精炼设备,是一种表面加热的膛式炉,结构简单,操作 容易,既可处理冷料,又可处理热料。此外,因反射炉容积、炉体尺寸可大、可小,处理量可以从1t变化到400t,具有很强的适应性。处理冷料较多的工厂和规模较小的工厂,多采用反射炉生产阳极铜。其缺点是操作效率低,劳动强度 大,操作环境差。

国内大多采用固定式反射炉进行精炼,炉衬主要采用镁砖、镁铝砖或镁铬砖砌筑。国外精炼反射炉炉顶用不烧镁铬砖、铬镁砖或直接结合镁铬砖砌筑,炉墙 上部用镁铬砖,下部用直接结合镁铬砖和普通镁铬砖,炉底使用硅砖。

2 回转式精炼炉

回转式精炼炉是20世纪50年代后期开发的火法精炼设备。它是一个圆筒形 的炉体,在炉体上配置有2 ~4个风管、1个炉口和1个出铜口,可作360°回转。 转动炉体将口埋入液面下,进行氧化、还原作业,精炼完成后进行浇铸,产品 为阳极板,因此回转式精炼炉又称回转式阳极炉。与反射炉相比,回转式精炼炉具有机械化、自动化程度高,散热损失小,利于环保等 优点,但由于熔池深,受热面积小,化料慢,故不适宜处理冷料,主要适合于处理热料。

回转式精炼炉炉膛温度高于1350℃ (浇铸期),最高时可达1450℃(氧化期),由于炉体是转动的,炉内没有固定的渣线,炉渣的侵蚀和熔融金属的冲刷, 几乎占据了2/3以上的炉膛内表面。因此,一般要求内衬镁铬砖Cr2O3的含量较 高,在氧化还原口和出铜口处,要求更高,经常采用直接结合镁铬砖或电熔再结 合镁铬砖。

3  倾动式精炼炉

倾动式精炼炉是20世纪60年代中期,由瑞士Maerz研究发明的。它在反射炉和回转炉基础上,吸取了两种炉型的长处而设计的。炉膛形状像反射炉,保持 其较大的热交换面积,采取了回转炉可转动的方式,增设了固定风口,取消了插风管和扒渣作业,减轻了劳动强度,既能处理热料,又能处理冷料,是较理想的 炉型。但因炉体形状特殊,结构复杂,投资高等不足,目前的应用有限。

阳极浇铸

目前,阳极板的生产有两种工艺:铸模浇铸和连铸。铸模浇铸又分为圆盘型 和直线型两种。其中圆盘型浇铸机是铜阳极生产的主要生产设备。直线型浇铸机 结构简单、紧凑,占地面积小,投资低,但阳极质量差,仅被小型工厂采用。连 铸是连续作业,连续浇铸并轧成板带,经剪切或切割成单块阳极。

1 铸模浇铸

目前的阳极板多采用自动浇铸工艺生产。主要设备为圆盘浇铸机,主要由中 间包、浇铸包、铸轮(本体)、冷却系统、废板取出装置、顶起装置、阳极取出 系统及冷却水槽、涂模系统、液压系统构成。浇铸过程的各个阶段均由PLC进行 自动控制。主要流程为:铜水由精炼炉流出,经流槽进人中间包,接收浇铸包指 令后由尾部提升,将铜水注入浇铸包。当电子秤自动称量至给定值时,发出信 号,中间包收包,回到原位。圆盘模子转到浇铸工位后,发出信号,浇铸包启动,按预定程序向铜模注入铜水。至给定值后,电子秤发出信号,浇铸包回到原 位,同时将信号发给中间包,再次注入铜水。信号同时发给圆盘,转动一个工 位,空模再次进入浇铸位置。铸好阳极的铜模,进入冷却室冷却后转出冷却室, 停止运动,顶杆先以较小的力量对阳极进行松动预顶,而后再以大的力量作最终 顶起使模与阳极板分离。装在冷却室后面的摄像机,摄制耳部图像,输人电脑进 行不合格判断,结果输入分拣计算机。圆盘转至取板工位,取板机自动提取阳极板,并送到接收机上。接收机是一个滚筒输送机,阳极放在滚筒上后,自动将阳极送到电子秤上。电子秤将阳极称出质量,并把称重信号送到计算机处理。根据质量差异,分出合格、异形、不合格三种类型。分类信号输入分拣计算机。分拣计算机 根据耳部摄像监测的信息和电子秤输入的信息指令分拣机,拣出异形阳极及不合格 阳极。合格阳极经冷却后,堆码、吊出、抬车送电解整形生产线,修整外形。阳极 取走后,圆盘转至下一工位,经摄像机摄取顶针复位图像,并送计算机处理,对未复位的顶针进行锤击复位。顶针复位后,下一工位自动喷涂脱模剂。至此,一块阳极浇铸的作业程序全部完成。

2 连铸

为解决阳极浇铸出现的问题,20世纪70年代开发了Hazelett连铸机,亦称 双带连铸机。连铸机由上、下两组环形钢 带组成。每一组环形钢带,由两个辊筒绷直,辊筒由驱动装置带动,钢带可随辊 筒转动。上、下两组环形钢带完全平行,组成铸模的顶和底。为保持两钢带的距 离一致,上、下两钢带都有鳍状辊支承和固定位置。两带之间的侧面由两串边部 挡板链将两侧封严,形成模框。板坯为铸模的末端,前端为铜液注人口。两条钢 带,前高后低,有9°倾角。

由精炼炉中流出的铜水经流槽注入用重油或天然气加热的保温炉。保温炉起 缓冲作用,均衡铜水温度,自动控制浇铸机的金属供应量。铜水从保温炉流出后,经流槽流入固定式浇铸包,按给定速度注入浇铸机,铜水进人铸机后,铸模 的上、下钢带和边部挡流块连续运动,形成连续铸坯,同时喷淋大量的水,冷却上部和下部钢带,间接冷却铸坯。铸坯出铸机后由牵引辊碾压送至切割机或冲压 机,切割成单块阳极。浇铸速度由牵引辊控制。单块阳极板经冷却室冷却后,进 人堆码机,按给定数量堆码,再由叉车运送至库房或电解车间。

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