年产15万吨冰铜的转炉车间设计

昆明冶金高等专科学校 毕业设计说明书

学 号：0900000350 姓 名：钟兴云 班 级：冶金0924班 指导教师：刘自力

设计时间：2011年11月28日至2012年1月6日

昆明冶金高等专科学校 毕业设计任务书

冶金材料 学院 冶金技术 专业 冶金0924 班

学生姓名 钟兴云 学号 0900000350

毕业设计题目：年产15万吨冰铜的转炉车间设计

一、毕业设计内容

本设计是根据年产15万吨冰铜转炉吹炼车间设计要求出发，主要论述了铜冶金的基本情况，然后从厂址选择，转炉吹炼工艺，物料平衡计算，转炉设备操作与绘制，设备的连接与绘制的内容出发，进一步叙述了铜锍吹炼这个环节的整体过程。 二、毕业设计的进程安排 序号 设计各阶段名称 文献资料的查询，收集，整理 设计说明书编写 设计计算 设备结构图绘制 所需时间（周） 1 2 3 4 1周 1周 1周 1周 三、主要参考文献

《重有色金属冶炼设计手册》铜卷 冶金工业出版社 《现代铜冶金学》 冶金工业出版社 《铜铅锌冶炼设计参考资料》 冶金工业出版社 《有色冶金工厂设计基础》 中南大学出版社 《有点冶金炉设计手册》 冶金工业出版社 《有色冶金炉设计与计算》 冶金工业出版社 《重有色冶金炉设计参考资料》 冶金工业出版社

完成时间：2011年11月28日至2012年01月06日 指导教师：（签字）：

目 录

前言

1 绪论???????????????????????1 1.1 铜的性质、用途.???????????????1 1.2 铜资源的概况?????????????????2 1.3 铜冶金现状及发展???????????????3 1.4 铜在国民经济中的地位?????????????4 2 铜锍转炉吹原料及辅助原材料????????????5 2.1 冰铜?????????????????????5 2.2 冷料?????????????????????5 2.3 石英溶剂???????????????????6 3 铜锍转炉吹炼???????????????????7 3.1 概述?????????????????????7 3.2 吹炼的基本原理????????????????12 3.3 转炉吹炼产物?????????????????13 3.4 其他铜锍吹炼方法???????????????14 4 铜锍转炉吹炼厂址选择与车间设计论证????????15 4.1 铜锍转炉吹炼厂址选择?????????????15 4.2 吹炼车间设计?????????????????16 5 铜锍吹炼设备的选择与论证?????????????17 5.1 P-S转炉选择及介绍???????????????17 5.2 P-S转炉设备的操作???????????????19 5.3 其他吹炼炉???????????????????21 6 冰铜转炉吹炼主要技术条件??????????????24 6.1 温度???????????????????????24 6.2 风压???????????????????????27 6.3 冰铜转炉吹炼主要技术经济指标???????????28

7 铜锍转炉吹炼冶金计算?????????????????29 7.1 铜锍转炉吹炼物料平衡计算?????????????29 7.2 铜锍转炉吹炼热平衡计算??????????????31 7.3 铜锍转炉设备计算?????????????????36 8 铜锍转炉吹炼车间环境保护???????????????37 8.1 铜锍转炉吹炼炉渣及处理??????????????37 8.2 铜锍吹炼烟尘和烟气机处理?????????????37 结论 总结与体会 谢辞 参考文献

摘要

铜锍是铜冶金生产的中间产物，是生产粗铜的原料，又名冰铜。铜锍吹炼过程是火法冶炼生产粗铜的最后一道工序。除了脱铁脱硫外，还通过造渣和挥发，进一步降低铜锍中的其他有害杂质，以防止减少这些杂质进入粗铜。再就是使贵金属（金、银及铂族元素）和镍等有价金属尽量富集于粗铜之中，以便在后来的电解精炼中国以回收。现在吹炼铜锍的方法很多，有卧式转炉、虹吸式（霍博肯）转炉、连续吹炼炉。当今世界铜冶金是一个发展的趋势，随着国民经济的发展，対铜的需求量逐渐增加，本设计通过卧式转炉吹炼，从车间的布置、物料衡算、工艺选择与论证到转炉结构图的绘制的过程。

关键词

铜锍 转炉 吹炼 冶金

飞机、导弹、火箭、卫星、核潜艇等尖端武器以及原子能、电视、通讯、雷达、电子计算机等尖端技术所需的构件或部件大都是由有色金属中的轻金属和烯有金属制成的；此外，没有镍、钴、钨、钼、钒、铌等有色金属也就没有合金钢的生产。有色金属在某些用途（如电力工业等）上，使用量也是相当可观的。现在世界上许多国家，尤其是工业发达国家，竞相发展有色金属工业，增加有色金属的战略储备。铜工业的发展给国家的进步带入了一个时代。铜工业是属于大型工业中的重点工业，把这个行业做大做强属于国家的重点项目，对国家的GDP会带来一定的涨幅，给国家创造一定的价值。

2 铜锍转炉吹原料及辅助原材料

转炉吹炼的原料主要有熔融的冰铜，固体冷料及石英溶剂。

2.1 冰铜

多数冶炼厂生产的冰铜，品味在20-50%内，只有少数工厂低于20%或高于60%。但是，国内外转炉生产实践表明，冰铜品味一般以30-50%为好。下表为冰铜成分实例

实际生产的冰铜成分与理论计算的冰铜成分有一些偏差。当冰铜品味相同时，实际冰铜含硫偏低，含铁接近或略高。上表也表明了这一点。

2.2 冷料

冰铜转炉吹炼过程往往容易过热，须加入冷料降低炉温。

第一周期处理的冷料有：包子和溜槽的冰铜壳，冰铜块、转炉喷溅物、精炼炉炉渣及富铜块矿等。

第二周期温度若超过1200摄氏度，对于炉衬寿命影响很大，也应添加冷料。有的工厂将一部分粗铜浇铸成块作冷料回炉；有的工厂将电解残极当作冷料。

冷料应保持干燥，块度一般不宜大于400-500毫米。

在第一周期冰铜品味与冷料率的关系见图

目前国内转炉的冷料率较低，特别是第二周期加冷料很少。如下

2.3 石英溶剂

吹炼过程中为了使Feo造渣，应加入石英溶剂。目前过呢工厂采用的石英溶剂SiO2 含量为90-95%，国外工厂多采用SiO2 为65-80% 的溶剂。下表为国外转炉溶剂成分实例

由于转炉炉衬均为碱性耐火砖，溶剂含SiO2 较高时，队炉衬寿命有影响，故转炉溶剂的SiO2含量宜控制在75%以下。

当溶剂含SiO2较高时，有的工厂将溶剂和矿石混合在一起入炉，从而降低其SiO2

含量。也有的工厂采用含金、银的石英石或含SiO2较高的氧化铜矿作为转炉溶剂。 溶剂中含有10%左右的Al2O3 时，对保护炉衬有一定好处。

转炉溶剂的块度一般为5-35毫米；当溶剂的热裂性很好时，最大块度可达200-300毫米。块度太大熔化渣速度慢，对转炉的操作和耐火砖的磨损有影响；块度太小。容易被烟气带走，因此宜将细粉筛去。

溶剂应保持干燥，水分应低于5%。 下表为不同冰铜品味溶剂消耗量

3 铜锍转炉吹炼

3.1 概述

用火法处理硫化铜矿或精矿可用两种工艺。其一，硫化铜精矿先经过死焙烧再还原熔 炼得到粗铜。其二，硫化铜精矿经过造锍熔炼得到铜锍，将铜锍送入吹炼炉吹炼成粗铜。第 一种流程虽然简单，但产出的粗铜杂质含量高，且随炉渣损失的铜量大，显然不经济。第二

种工艺虽然流程复杂，但优点甚多。因此，世界上广泛采用造锍熔炼一铜锍吹炼的工艺来处 理硫化铜精矿。

现代造锍熔炼是在1150～1250℃的高温下，使硫化铜精矿和熔剂在熔炼炉内进行熔 炼。炉料中的铜、硫与未氧化的铁形成液态铜锍。这种铜锍是以FeS-Cu2S为主，并溶有 Au、Ag等贵金属及少量其他金属硫化物的共熔体。炉料中的Si02、Al203、Ca0等成分与 Fe0一起形成液态炉渣。炉渣是以2Fe0．Si02（铁橄榄石）为主的氧化物熔体。铜锍与炉 渣互不相溶，且密度各异（铜锍的密度大于炉渣的密度），从而分离。

用火法处理硫化铜精矿的优点是能耗低，单位设备生产速度高，贵金属回收率高且简 捷。主要缺点是要产生大量含S02的气体，对环境造成危害。随着科学技术的进步，现在 已使含S02的烟气得到有效控制。图2.1表示出了用火法处理硫化铜精矿和S02利月率 的发展简况。

冰铜吹炼的目的是除去其中的铁和硫及部分其他有害杂质，以便获得粗铜。吹炼过程中金和银富集于粗铜中。

吹炼作业是将压缩空气在有石英熔剂存在的情况下，吹过炉内熔融的冰铜，过程所需的热主要由吹炼过程中发生的放热反应供给。

吹炼过程由两个阶段组成。第一阶段中，FeS强烈氧化，生成Fe0并放出S02气体。Fe0与加入炉内的石英熔剂造渣，冰铜逐渐被铜富集。冰铜和炉渣由于密度不同及相互溶解度有限，在转炉停风时分层，炉渣定期倒出。第一阶段进行到得到含铜75%以上和含铁千分之几的富冰铜为止。其产物是白冰铜、炉渣、炉气和烟尘。这一阶段以生成大量炉渣为特征，故又叫造渣期。

第二阶段中，白冰铜继续吹炼至获得粗铜，不需加入熔剂。这一阶段中，Cu2S氧化成Cu0，并与未氧化的Cu2 S相互反应生成金属铜和S02，直至与铜结合的硫全部除去为止。这一阶段以不生成或生成极少量炉渣为特征，故又叫造粗铜期。

转炉的吹炼过程是一系列复杂的化学和物理过程的综合，这些过程是将气体吹入熔池内进行的。在转炉内进行的许多过程中，主要过程如下。 ①原料的物理化学变化。 ②气体、炉料和产物的运动。

③热交换。

转炉在正常操作时，风口浸入熔体的深度即风口深度一般为200～700mm，正常风压为80～125kPa，大大超过风口深度的熔体层静压力，鼓入的空气从风口流出的速度为100～

160m／s。因此，空气流可穿入离开风口壁某一距离的冰铜层，由于熔融冰铜密度大，对气流有大的穿击阻力。当气流离开风口后，迫使它立即向上转弯，分散成小股流束，上升到熔池表面。故吹炼仅发生在风口附近的熔池有限区域内，即转炉熔池宽度的1／3内有空气激烈的搅拌，其余213内没有受到空气的直接吹炼。

由于熔池的温度较高，为1473～1573K，炉料呈熔融状态，大量上升的小气泡和熔体之间的接触表面很大，加速了硫化物的氧化过程。尽管空气在熔池内停留时间极短，只有’0.1～0. 13s，但氧的利用率很高，为9026～95%以上。转炉吹炼主要反应是铁、硫及某些杂质的氧化，所有这些氧化反应均伴随有大量热放出，使吹炼过程不需消耗额外的燃料或电能。

吹炼第一阶段，铁氧化形成的氧化物立即溶解于熔体内，并随着熔体的沸腾与浮在熔池表面的固体或溶解的石英熔剂接触造渣。

第二阶段，发生铜的氧化物与硫化物之间的激烈相互反应，最终获得粗铜。 吹炼过程中，由于从风口沆出的空气对熔体的作用，及许多气泡的迅速上浮，使液体和固体炉料及熔炼产物不停地运动，特别在风口附近的熔池内，运动最为强烈，犹如喷泉。转炉正常操作时，大部分喷溅物不能到达炉口而返回落人熔池中，只有极细的喷溅物由于惯性或气流的携带被吹出炉外。

转炉的热制度与其他有色冶金炉不同。首先，不需要外加热源，仅靠吹炼本身的化学反应热就足以抵偿全部热消耗，且在吹炼第一阶段还有多余热量。为防止转炉砖衬里过度受热而损坏，通常冷料以调节炉温。

转炉是个发热器，其次，转炉的热交换直接发生在熔池内部。由于熔池内部的熔体处于强烈沸腾状态，熔池内部热交换是用熔体强制对流的方式来传热的，故热交换过程进行得非常迅速，使整个熔池内各处熔体的温度均匀一致。

综上所述可看出，转炉中气体的流动发生在风口附近，炉内一切过程都是由于空气通过风口进入熔融冰铜中而引起的，故鼓入空气是转炉最重要的特征，它直接决定着转炉吹炼的各项技术经济指标。

冰铜吹炼的实质，是熔融冰铜在鼓风和石英熔剂作用下，FeS氧化与Si02造渣，部分Cuz S氧化形成Cuz0，Cuz 0与未氧化的C\\12 S起交互反应得到金属铜。

3.1.1铜锍的化学组成

铜锍是重金属硫化物的共熔体。从工业生产产出的铜锍看，其中除主要成分Cu、Fe

和S外，还含有少量Ni、Co、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Ag、Au、Se和微量脉石成分，此外还含有2%～4%的氧。一般认为熔融铜锍中的Cu、Pb、Zn、Ni等重金属是以硫化物形态存在(Cu2S，PbS，ZnS，Ni3S2)。而Fe除以FeS形态存在外，还以氧化物(Fe0或Fea04)形态存在。表2.3列出了国内外某些工厂所产铜锍的化学组成。统计表明，铜锍中Cu+Fe+S+Pb+Zn+Ni的总量一般达95%～98．%。铜锍中的氧含量与熔炼炉的氧势或铜锍品位有关。

3.1.2 铜锍的物相组成

熔融铜锍在冷却过程中将发生一系列复杂的相变过程。今井秀喜等曾对合成铜锍中 的固态物相作过研究，如下表：

铜锍物相组成

从表2.4可知，固相铜锍中主要物相有斑铜矿、斑铜矿固溶体、磁硫铁矿固溶体及少量游离态的羽毛铜，在含Cu30Y6～60%的铜锍中往往可以看到这种微细的金属铜。下图示出了上述矿物相在Cu-Fe-S系中所处的位置。

对各种不同品位的熔锍凝固后的矿相组成变化进行过研究，结果表明：在工厂铜锍的固体中含有由CuzS和FeS结合成的斑铜矿(Cu4FeS3)，而且当铜锍中的铜含量低于此复硫化物化学计量(Cu62, 7~6)时，除斑铜矿外还存在着过剩的FeS固溶体；相反，当铜锍中的铜量超过62. 7%时，则过剩的CuzS将单独分离出来。这种情况与CLI2S-FeS二元系相图所示情况一致（详见CuzS-FeS相图），当铜锍冷凝速度不同时Cu。FeS。还可以按下式发生离解： 4Cu4FeS3—2(Cu2S)3.Fe203+4Cu

可见铜锍中的金属铜是铜锍冷凝时由斑铜矿分解而产生的。

3.1.3 铜锍的物理化学性质

铜锍的密度是铜锍最主要的物理化学性质之一。在工业实践中铜锍和熔渣的密度差 是两者进行良好分离的首要条件；同时铜锍的比容对于冶炼炉容积设计和液面操作也有 重要意义；铜锍密度对其结构的探讨也很有价值；导电性可直接反映铜锍的结构，同时对熔炼电炉和贫化电炉的设计与操作至关重要。G．M．Pound、M．Bourgon、Ling Yan和不破章雄等人对铜锍有关的二元及三元系的电导做过详细研究，采用的方法有回转磁场法、电池诱导法、Kohlraush法等；采用Kohlraush法时，是测量两电极间的熔体对交流电的电阻，电阻用电桥电路来测量。由于熔锍的电导率高（约l02～103Sl-l．cm-l），现在已经不用二电极电桥，而是用四电极电桥，以示波器指示测定标准电阻和熔锍的电阻。

3.1.4 铜锍吹炼工艺

由密闭鼓风炉、反射炉、电炉或闪速炉熔炼产出的冰铜，以熔体状态注入转炉中，然

后往冰铜熔体中鼓人大量空气，在一定时间内加入适量石英熔剂，进行吹炼，最后得出粗铜。 吹炼得到的粗铜送火法精炼，吹炼炉渣含铜较高，须进一步处理。如反射炉、电炉熔炼冰铜，吹炼炉渣以熔融状态返回反射炉、电炉；如密闭鼓风炉熔炼冰铜，吹炼炉渣凝固破碎后返回鼓风炉；闪速炉熔炼冰铜，吹炼炉渣与闪速炉渣合并处理。吹炼炉气，可汇集到熔炼冰铜炉气中处理。下面为冰铜吹炼的工艺流程

3.2 吹炼的基本原理

铜锍吹炼过程是周期进行的，整个作业分为造渣期和造铜期两个阶段。在造渣期，从风口向炉内熔体中鼓入空气或富氧空气，在气流的强烈搅拌下，铜锍中的硫化亚铁被氧化成氧化亚铁和二氧化硫气体；氧化亚铁再与添加的溶剂中的二氧化硅进行造渣反应。由于铜锍和炉渣相互溶解度小，而且密度不同，停止送风时熔体分成两层，上层炉渣定期排出，下层的锍称为白锍，继续吹炼白锍进入造铜期。

第一阶段的任务是使铁氧化造渣，故称为造渣期。主要化学反应为：

2FeS＋3O2＋SiO2＝2FeO·SiO2＋2SO2＋1030.09（kJ）

第二阶段是使上一个阶段获得的Cu2S（称白铜锍）氧化成粗铜，故称造铜期，主要化学反应为：

Cu2S＋O2＝2Cu＋SO2＋217.4（kJ）

两个反应都是放热反应。但造渣期放出的热量更多，每千克氧在造渣期放出的热量为10.73kJ，热量除去炉气带走、炉体散热外，每鼓风1min，熔体温度上升0.9～3℃。此期内需加冷料来调节过高温度。造铜期每千克氧放出热仅为6.79kJ，热量紧张，每鼓风1min温度只上升0.15～1.2℃，每停风1min温度却下降3～8℃。因此，在造铜期内应避免不必要的停风。

3.3 转炉吹炼产物

（一）粗铜

粗铜中一般含有硫、铁、氧、砷。锑等杂质，以及砷。金、银等有价元素。杂质含量为0.5-1.5% ，故粗铜中的铜含量在98.5%-99.5%之间。如下表

粗铜成分

（二） 炉渣

转炉吹炼的炉渣含铜达2%左右，含铁的氧化物也很高，通常返回熔炼炉或采用选矿方法处理。一般要求渣含SiO2z在24-26%之间。若转炉渣采用浮选时，SiO2含量以不大于18%为宜。

炉渣成分

（三） 烟气和烟尘

转炉吹炼烟气量有时候会中断，应使用两台转炉交换使用。烟尘的产出率一般为冰铜量的1-2%。烟尘和烟气成分如下：

烟气成分

烟尘成分

3.4 其他铜锍吹炼方法

3.4.1 反射式连续吹炼炉吹炼

连续吹炼炉在正常作业时，铜锍由密闭鼓风炉的前床虹吸铸铁.溜槽间断加入炉内，石英由炉顶水套上的气封加料口加入炉内吹炼区，压缩空气通过安装在炉墙侧面的风口直接鼓入熔体内，熔体、压缩空气、石英三相在炉内进行良好的接触及搅动，使氧化、造渣反应进行得很快，直到炉内熔体含铜量达到77%接近白铜锍，时间只有4-5H，这一过程被称为造渣期。

造渣后，在不同加铜锍和溶剂的情况下，继续大量吹风1-2h不等白铜锍全部转变为粗铜，即粗铜层大约150mm左右，开始放粗铜铸锭。

连吹炉每个吹炼周期包括造渣、造铜和出铜三个阶段。操作周期为7-8h。事实上这种吹炼炉仍保留着间断作业的部分方式，只是在第一周期内进料放渣的多次作业改变为不停风作业，提高送风率。烟气量和烟气中ＳO2浓度相对稳定，漏风率小，ＳO2浓度较高，在一定程度上为制酸创造了较好的条件。

由于连续吹风，避免了炉温的频繁急剧变化。又由于采用水套强制冷却炉衬，在炉衬上生产一层覆盖层，炉衬的侵蚀速度缓慢，炉寿命延长，以两次大修间生产的粗铜计，一般为750-1500t/炉次。

反射炉式连续吹炼因其设备简单、投资省、尤其是在ＳO2制酸方面比较转炉有优点，因而适合于小型工厂采用。

3.4.2 闪速吹炼铜锍

闪速吹炼是从炉内放出的熔锍含铜大约在50%左右，首先进行高压水淬，然后经干燥与细磨，经风力送到闪速吹炼炉仓，然后与需要加入的石英溶剂和返回的烟尘一道，用含氧75%-85%的富氧将其喷入反应塔内，经反应后从闪速吹炼炉的沉淀池放出含硫量仅为0.2%-0.4%的粗铜；用石灰代替常规的SiO2作溶剂，产出含铜约16%、含CaO为18%左右的吹炼渣，吹炼渣返回熔炼处理。产出的烟气含SO2高达35%--45%，经余热锅炉与电收尘冷却净化送去制酸，收下的烟尘课返回闪速吹炼炉或闪速熔炼炉处理。

进入闪速吹炼炉中的铜锍，经反应后其中的硫几乎全部被氧化，只有很少量的硫散在炉渣与粗铜中。在闪速反应塔中反应产生的金属铜是不多的，约占所产金属铜的10%，大部分的铜锍粉在反应塔中有的被氧化为Cu2O,有的欠氧仍为Ｃｕ２Ｓ。当它们落于沉淀池的熔体后，继续发生造铜反应：

Ｃｕ２Ｓ＋２（Cu2O）＝６Ｃｕ＋SiO2

Ｃｕ２Ｓ＋２（Ｆｅ３Ｏ４）＝２Ｃｕ＋６（ＦｅＯ）＋SiO2

根据造锍熔炼过程的热力学分析，要在吹炼过程得到金属铜，一定要维持在较高的氧势下进行，这样便会发生氧化反应，闪速吹炼过程亦然，也会产生许多Cu2O和Ｆｅ３Ｏ４。给吹炼过程是顺利进行带来许多麻烦，所以在闪速吹炼过程中选用了三菱法连续吹炼的铁酸钙造渣，以石灰石代石英作溶剂，使产出的含Ｆｅ３Ｏ４高的吹炼渣不会析出固相Ｆｅ３Ｏ４。而保持均匀的液相。

4 铜锍转炉吹炼厂址选择与论证

4.1 铜锍转炉吹炼厂址选择

本厂址选择在A地工业园区。首先，A地是著名的铜都，拥有丰富的铜资源矿。据目前有关探测，这里的铜矿的储量是现目前我国领先的。按照现在同行业较大者生产效率和规模，足够使用50年，而且在这个低碳的环境影响下，进一步采取节能降耗策略，那么对于这样的生产肯定是足够的。在进一步从其他地方购一些进来和这里的配合使用，这样更能进一步节约了资源，达到资源的有利化。现在A地正在大力开发褐煤，褐煤的开发将给这个工厂的燃料上解决了问题，另外，A地地处长江上游，水源丰富，在工业园区的500米处便是流经这里的长江源头之一，而且在当地政府的计划下，已经建好了一座发电站，这样便解决了电力问题；其次，A的是现目前我省重点支持的工业城市，在省政府的规划下，进一步扩大工业园区面积，规划园区发展。经过多次的选择，终于选择了这个城市；结下来，A地的交通便利。A地地处231国道，是属于国家交通计划的地方，而且在今后的发展中，这条国道将辐射四周的各大城市，可以在各大城市建立销售基地，交易方便。在十二五区间，将建立桥头堡事业，和桥头堡连续起来，建立辐射向东南亚国家的纽带，这样的发展将会给工厂的发展带来一定的效率。更重要的是A地工业园区旁边便是是成昆铁路，待工厂建好后，将把铁路连接过来，这样便节省了很多的运输成本。降低资源在运输上的利润。另外据地质学家探测，地理条件好，无任何地震，海啸发生，也不会发生。四周处于一个平原的旷地，视野开阔，宽平。最重要的是在这个城市大力发展工业的条件下，已经针对环境问题研究了很多的实施方案，将建立低碳的环境，降低工业带来的问题。而且，离主城区相对较远，工厂的生产不会给周围的居民生活造成影响，在现在低碳的发展下，工厂进一步加强环境保护，将进一步降低环境问题。

综上所述，A地存在以下几点优势建工厂: 1. A地地势平阔，交通便利，便于运输。 2. A地电力、铜矿资源、水资源丰富。

3. A地地处其城市的工业园区，四周围绕有各种大型工厂，发展相对较大。 4. A地将会是面向东南亚国家的枢纽，便于资源和成品的运输与交易。 5. A地四周坐落各大城市，主体发展工业为主，有政府的各种支持。

4.2 吹炼车间设计

在厂址选择后，接下来就是转炉的车间设计了。本设计的转炉车间设计依照下面的计划和数据。

从车间设计要求出发，本车间设计的是两台年产15吨冰铜转炉，设计一个转炉烟罩，两台桥式起重机，800给料机一台，还附属皮带运输机，炉渣溜槽等。具体设计如下：

本车间选择宽为20米，长为48米。包括3台转炉，转炉的直径为3.6 米。 各转炉间分别长12米，各转炉旁配置了其熔剂仓，保证物料的添加和溶剂的添加；在转炉中间设置中控室，可以对转炉进行机械化层次的操作与控制；在车间的角落设置了转炉渣溜槽，对转炉生产后的渣进行处理；在车间的上空安装了2台天车，高度为13.5米，这样的设置可以轻松的吊运重物和吹炼后的产物；在车间又上角设置配电室，控制整个车间生产的电力设备，保证车间供电；在车间的左下角落设置了转炉烟罩，控制转炉生产过程产生的烟气和烟尘，保证烟气和烟尘的泄露。

5 铜锍吹炼设备的选择与论证

铜锍的吹炼可选用的吹炼设备有卧式转炉（Ｐ－Ｓ转炉）、闪速炉，艾萨炉等。本设计选用P——S转炉。

5.1 P-S转炉选择及介绍

本设计选

P-S 转炉的原因是转炉铁和硫的单位氧化能力高，易于操作、生产能力大。

在转炉吹炼实际操作中，大部分炉前操作都还依赖人工观察、判断，丰富的现场经验及良好的操作方法可使吹炼作业得到控制，易于达到各项工艺经济技术指标要求。

尽管现在有很多的吹炼炉的效率比P—S转炉好，但是P—S转炉具有设备造价低廉，占地面积小，设备易于操作，综合各项指标，选择P-S转炉是最佳的。

5.1.1 P-S转炉结构

上图是卧式侧吹P-S转炉结构图

5.1.2 P-S转炉介绍

（1） 炉壳及内衬材料

转炉炉壳为卧式圆筒，用40-50mm的钢板卷制焊接而成，上不中间有路口，两侧焊接弧形端盖，靠两端附近安装有支撑炉体的大拖轮，驱动侧和自由侧个各一个。大托轮既能支撑炉体，又能加固炉体结构。

在炉壳内部多用镁质和镁铬砖砌成炉衬。炉衬受热情况、熔体和气体冲刷的不同，各部位砌筑的材质有所差别。炉衬砌体留有膨胀砌缝宜严实。对于一个外径4m的转炉，它的炉衬厚度分别为：上、下炉口部位230mm、炉口两侧200mm，圆筒体400mm +50mm填料，两端墙350mm+50mm。 （2） 炉口

炉口设于炉筒体中央，中心向后倾斜，供装料、放渣、放铜、排烟之用。炉口一般为整体铸钢件，采用镶嵌式与炉壳相连接用螺栓固定在炉口支座上。炉口里面焊有加强筋板。炉口支座为钢板焊接结构用螺栓安装在炉壳上。炉口张装有钢质护板，使熔体不能接触到安装炉口的螺栓。

在炉口四周安有钢板制的裙板，其作用是保护炉体及送风管路，防止炉内的喷溅物、排渣排铜时的熔体和进料时的铜锍烧坏炉壳。 （3） 风口

在转炉的后侧同一水平线上有一排紧密排列的风口，压缩空气由此送入炉内熔体中，参与氧化反应。

风口是转炉的关键部位，其直径一般为38-50mm。风口直径大，其截面积就大，在同样鼓风压力下鼓入的风量就多，所以采用直径大的风口能提高转炉的生产率。但是当风口的直径过大时，容易使炉内熔体喷溅。所以转炉风口直径的大小应根据转炉的规格来确定。

风口的位置一般与水平面成30-70，风口管过于倾斜或风口位置过低，鼓风所受的阻力会增大，将使风压增加，并给清理风口带来不便。同时，熔体对炉壁的冲刷作用加剧，影响炉子的寿命。实践证明，在一定风压下，适当增加倾角，有利于延长空气在熔体内的停留时间，从而提高氧的利用率。在一般情况下，风口浸入熔体的深度为200-500mm时，可以获得良好的吹炼效果。

5.1.2 P-S转炉的附属设备

转炉的附属设备有送风、倾转、排烟、溶剂、环集、残极加入、铸渣机、烘烤系统等组成。

送风系统一般由送风机，防封闸，总风闸、万向接头、三角风箱等组成；倾转系统的过程是：转炉倾转装置通过电动机——制动轮和联轴节——减速机——齿轮联轴节——小齿轮——大齿轮而使炉体倾转；排烟系统由烟罩、余热锅炉、球形烟道、鹅颈烟道、沉尘室、电收尘、水平烟道、排风烟道组成；加溶剂系统包括：中继料仓、板式给料机、皮带运输机、装入皮带、活动溜槽和加料挡板等组成；加残极系统主要由油压装置、整列机、装料运输机、投入设备和检测器组成；铸渣机系统有多种处理方式，可以返回熔炼系统、进行缓冷处理、或者进行铸渣；烘烤装置有多种烘烤方式，可以用木材、液化气和其他燃料进行烘烤，但目前普遍使用的是石油液化气。这种烘烤方式有一些突出的优点：液化气的发热值高、清洁、设备简单、操作简单，最高可将烘烤温度提高到800摄氏度，但液化去的费用较高。

5.2 P-S转炉设备的操作

转炉的操作是整个转炉生产的关键环节，这个环节的操作影响到整个生产的效率及

车间的效率。

5.2.1 开炉

开炉作业首先是烘炉，其目的是除去炉体内衬及其灰浆的水分。适应耐火材料的热膨胀规律，要求以适当的升温速度，时内衬的温度升至操作温度。一般来讲，全新的内

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