年产15万吨冰铜的转炉车间设计

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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

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。

冶金计算进行简单汇算(包括热量平衡和物料平衡);接下来并对铜锍的冶炼过程的环境保护作简单的分析与处理。设计过程按照要求有序完成,符合我们冶金技术要求,更好的把专业运用到了点上。但是这仅仅是专业的一部分,还有很多的专业没用到,但是经过这么一个铜锍环节,其他的各种环节都应该大同小异,所以对我们走上岗位是很有用的。

总结与体会

经过四周的时间,大学毕业设计终于完成了。然而,总的感觉含是差了点,没有达到预期的目的,但是,还是对自己感到满意,毕竟我经历了这么一次设计,这个过程还是给了我一定的锻炼,让我明白一定设计的基本要求。

总的来说,我终于完成了。细一点,设计的内容和要求有一定的差别,存在许多的不

足。在面临毕业时,我们心中不时也感到无助,怪自己没有从一开始就好好的学习和努力,学到的知识实在很少,而且很大的知识学的也不牢固,没有一定的积累,在我们做毕业设计时才感到很大的压力;在找工作的同时,一边做设计一边找工作,有时候觉得静不下心来学习,所以很多的资料也是在忙乱中查阅的。

反正经过这么一次设计的锻炼,我相信我自己,如果当我走上岗位的时候,我一定能按要求完成任务,而且很多要求必须严格遵守,要把我们在学校里所学的设计知识用到生产实际中去,在实践中总结经验,和现在是设计比较,得出更好的效果。

毕业设计的书写过程给了我很多的知识,也系统的又一遍学习了专业知识,是一生受益匪浅的,在以后的学习和生活中一定会按照要求去走,并走好人生。

2011年12月25日 总结人:钟兴云

谢辞

首先我要感谢的是刘自力老师,是她一直带着我们完成了毕业设计。也正是在她的带领下,我们从资料的查阅、收集、整理,以及在资料整理给我们的各种提示和要求到设计说明书的撰写,每星期她都给我们做一次检查,保证设计的完整和达到要求。她每次检查都给我们指出许多不足的地方,并指明我们在下一步要做到的内容,而且要按照严格的要求把设计

的内容做到很好,更是在进行计算的同时,帮我们指出了很多的不足和缺点,要求我们把计算的每一条都要说明,这才达到设计要求的目的;在设备结构图的绘制中,她给我们提出了设备要求的,而且要严格按照工程作图的要求去完成图纸,图纸的各种规格必须符合国家标准,而且很重要的是,我们必须把这个设备的制作看作是工厂设备的要求,和工厂设备没有什么差别。整个设计的过程,都是在她的带领下,我们一步步遵照要求完成了。

其次,我要感谢的是和我们一组做设计的同学,在收集资料的时候,大家互相帮组,更是分享了各自的好的资料,介绍好的网站下载资料,还有就是把自己下好的传给大家,让大家复印。在设计书写过程中,大家在一起互相参考,并指出不合理的地方,达到了一定的要求。

在此,我要郑重的感谢刘老师和同学们,和你们一起做设计给了我很多的感悟,我相信在以后的生活中我们会走的更好。同时祝老师和同学们在今后的生活中身体健康,万事如意!

参考文献

朱祖泽, 贺家齐 主编 《现代铜冶金学》 科学出版社 2002年12月 蔡祺凤主编 《有色冶金工厂设计基础》 冶金工业出版社 2008年1月 唐谟堂主编 《火法冶金设备》 中南大学出版社 2002年12月

彭容秋主编 《重金属冶金工厂环境保护》 冶金工业出版社 2006年7月

陈国发主编 《 重金属冶金学》 冶金工业出版社 1992年5月 许并社, 李明照主编 《铜冶炼工艺》 化学工业出版社 2007 赵天从主编 《重金属冶金学》 冶金工业出版社 1981 《火法冶金-熔炼技术》 昆明冶金高等专科学校 冶金材料学院

《有色冶金炉设计手册》编委会 《有色冶金炉设计手册》 冶金工业出版社 2000 《铜铅锌冶炼设计参考资料》编写组编 《铜铅锌冶炼设计参考资料》 1978年

冶金技术专业毕业设计成绩评定

设计说明书 评价内容 收集资料 厂址(车间)选择 具体要求 能独立查阅文献资料、有收集加工各种信息及获取新知识的能力 厂址(车间)选择地点合理、综合比较论证充分 分值 5分 5分 得分 工艺流程选择 冶金计算 设备的选择与计算 厂区(车间)环保 专题论述 书写要求 小计 设计方案合理技术路线合理、综合比较论证充分 主要包括物料平衡计算。热平衡计算,指标选取合理、计算正确 包括主体设备和辅助设备,计算正确、合理,选择的设备合理适用 “三废”治理措施完备、合理、综合回收效果好 论述清晰、能提出解决问题的方案,并且有创新性 条理清楚、文字通顺、书写T整规范、技术用语准确、符号统一、图表完备 设计图纸 6分 7分 6分 4分 4分 3分 40分 评价内容 数量 绘制要求 布局 小计 具体要求 图纸完备、包括主体设备三视图及车间平面布置图 绘制规范、符合标准 车间甲面布置图布局合理、规范 答辩 分值 7分 13分 10分 30分 得分 评价内容 自述内容 答辩 报告时间 创新 小计 具体要求 思路清晰、概念清楚、表达准确 回答问题有理论根据、条理清楚、网答准确、深入 符合规定要求 对前人工作有改进或突破,或有独特见解 其它 分值 8分 6分 3分 3分 20分 得分 评价内容 工作态度 出勤 能力 小计 总分:

遵守纪律 具体要求 态度端正、工作认真勤奋,按时完成设计任务 能应用所学知识去发现和解决问题,独力工作能力强 分值 3分 3分 4分 10分 得分

本文来源:https://www.bwwdw.com/article/vlgv.html

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