【正文】 ............................................................................ 39 ......................................................................................... 39 .............................................................................................................. 39 ......................................................................................... 39 ..................................................................................... 39 .......................................................................................................... 40 ................................................................................................ 40 .......................................... 41 .......................................................................................................... 41 ................................................................................................... 41 ................................................................................................... 42 ................................................................................................... 43 ................................................. 45 .............................................................................................................. 45 ........................................... 46 .................................................................................. 46 ................................................... 52 參考文獻(xiàn) ..................................................... 53 1 銅是與人類關(guān)系非常密切的有色金屬。出銅人工燒眼、堵眼 ,勞動(dòng)強(qiáng)度大 , 也不安全。 1985 年前國(guó)內(nèi)粗銅火法精煉均采用固定式反射爐 , 不適合液態(tài)粗銅的精煉。我國(guó)長(zhǎng)期以來(lái)缺銅，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)滿足不了需求的快速增長(zhǎng)。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 課 題 400噸 /爐天然氣銅精煉回轉(zhuǎn)爐系統(tǒng)設(shè)計(jì) 前言 銅作為日常生活中重要的生產(chǎn)生活資料，與人類的生活息息相關(guān)。中國(guó)精銅需求維持著穩(wěn)定的增長(zhǎng)勢(shì)頭，2020 年中國(guó)全年銅消費(fèi)量近 896 萬(wàn)噸，同比上漲幅度超過(guò) %。為改變我國(guó)煉銅工業(yè)面貌 ,我國(guó)引進(jìn)了回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極精煉爐技術(shù)?；剞D(zhuǎn)式精煉爐可轉(zhuǎn)動(dòng) , 停在加料位置對(duì)熔融銅液可直接從爐口用包子加入 , 取消加料流槽 , 簡(jiǎn)化了進(jìn)料作業(yè)，采用噴咀氧化還原 ,取消了黑鐵管的彎管、包泥、干燥、堆存。它具有許多優(yōu)異的特性和奇妙的功能，不但為人類社會(huì)的進(jìn)步作出了不可磨滅的貢獻(xiàn)；而且隨著人類文明的發(fā)展不斷開(kāi)發(fā)出新的用途 ]1[ 。衡量一個(gè)國(guó)家的 經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值 GDP 是一個(gè)重要指標(biāo)。廢紫雜銅精煉爐如圖 11所示。放銅時(shí) , 爐體 圖 11 廢紫雜銅精煉爐 2 隨著銅水液面的改變而不斷改變爐體的傾轉(zhuǎn)角度 , 產(chǎn)出的陽(yáng)極銅銅水經(jīng)爐體上設(shè)置的出銅口流出。雜質(zhì)除去的程度主要取決于氧化過(guò)程，而銅中氧的排除程度則決定于還原過(guò)程。根掘質(zhì)量作用定理，銅將被優(yōu)先氧化： 4 [Cu ]+ 2O =2[ OCu2 ] 生成的 OCu2 立即溶于銅液中，在與雜質(zhì)接觸的情況下又將雜質(zhì)氧化： [ OCu2 ]+[ 39。由于銅液中銅的濃度很大，可以認(rèn)為 [Cu]a =1，則上式平衡常數(shù)為： )M()OCu()OM( 39。39。 agK/aN ?= 由此可見(jiàn)，銅中殘留雜質(zhì)的濃度與銅液中 OCu2 的活度、該雜質(zhì)的活度系數(shù)以及平衡常數(shù)成反比，這就要求 OCu2 在銅中始終保持飽和狀態(tài)和大的 K 值。 3 另外， OCu2 氧化過(guò)程還與爐氣分壓、雜質(zhì)及其氧化物的揮發(fā)性、比重、造渣性能及熔池?cái)噭?dòng)情況等因素有關(guān)。 重油的主要成分是各種碳?xì)浠衔?，高溫下分解為氫和碳，而碳燃燒后成為CO，所以重油還原實(shí)際上是 2H 和 CO 對(duì) OCu2 的還原： OCu2 + 2H =2Cu + OH2 OCu2 +CO =2Cu + 2CO 氫還原溫度始于 248℃，在精煉溫度下進(jìn)行得非常激烈。精煉后的火精銅一般含銅 ％以上可鑄成電解精煉所用的銅陽(yáng)極或銅錠，精煉爐渣含銅較高，可返回轉(zhuǎn)爐處理?；剞D(zhuǎn)式精煉爐主要用于液態(tài)粗銅的精煉。 煙氣余熱發(fā)電技術(shù) 煙氣余熱發(fā)電技術(shù)就是 利用生產(chǎn)過(guò)程中 煙氣中 的熱能轉(zhuǎn)換為 電能 的技術(shù)。 煙氣余熱發(fā)電的一般流程如圖： 高溫?zé)煔鈴睦鋮s槽上層分離出來(lái) 首先進(jìn)入集塵器除塵，除塵后導(dǎo)入過(guò)熱器。 陽(yáng)極爐稀氧燃燒技術(shù) 氧氣取代助燃風(fēng)燃燒，其主要目的是減少大量含氮煙氣排放，從而減少大量熱損失。氧 氣的高速射流，卷吸帶動(dòng)爐氣以實(shí)現(xiàn)爐氣在爐子內(nèi)部循環(huán)，氧氣和燃料由不同噴嘴射入爐內(nèi)，高速氧氣燃料射流使氧氣和燃料在反應(yīng)前和爐內(nèi)氣體發(fā)生卷吸作用而被稀釋，形成漫射的、火焰溫度一致的一種非常均勻的加熱體系，然后再彼此混合燃燒。充分運(yùn)用高溫熔體多相反應(yīng)熱力學(xué)動(dòng)力學(xué)原理和氣泡形成長(zhǎng)大析出技術(shù)，直接通入混合氣（ N2+LPG）使熔體形成沸騰狀態(tài)，促進(jìn) [S]、 [O]以及 LPG 之間更有效反應(yīng)，同時(shí)達(dá)到脫硫除氧雙重目的。按透氣磚氣體通道形式主要有三種類型，即彌散型、直通定向型、狹縫定向型。 ⒈ 板 式 換 熱 器 板 片 和板式換熱器密封墊片 ⒉ 固定壓緊板 ⒊ 活動(dòng)壓緊板 ⒋ 夾緊螺栓 ⒌ 上導(dǎo)桿 ⒍ 下導(dǎo)桿 ⒎ 后立柱 蓄熱式加熱爐實(shí)質(zhì)上是高效蓄熱式換熱器與常規(guī)加熱爐的結(jié)合體，主要由加 熱爐爐體、 蓄熱室、換向系統(tǒng)以及燃料、供風(fēng)和排煙系統(tǒng)構(gòu)成。在蓄熱式加熱爐中，換向閥起到了至關(guān)重要的作用。同時(shí)，在高溫區(qū)內(nèi)，氮?dú)鈪⑴c燃燒反應(yīng)，導(dǎo)致煙氣中 xNO 含量高，造成大氣污染。HTAC 技術(shù)針對(duì)燃料種類或熱 值的不同，有單蓄熱與雙蓄熱之分。其核心設(shè)備為可拆卸熱管式換熱器。 圖 17 銅精煉回轉(zhuǎn)爐設(shè)計(jì)方案圖 9 400 噸粗銅 /爐，粗銅品位 90％ 表 21 天然氣成分分析 組分 i 4CH 42HC CO 2H 2CO 2N 2O iφ 其中環(huán)境溫度 45℃，水分忽略不計(jì)。在爐渣中發(fā)生金屬液滴或鎦液滴的沉降分離，沉降分離的完全程度對(duì)金屬在爐渣中的機(jī)械夾雜損失起著決定性的作用。用礦熱式電爐冶煉時(shí)，爐渣是電阻發(fā)熱體，可用調(diào)節(jié)電極插入爐渣中深度的方法來(lái)調(diào)節(jié)電爐的功率。 鈣硅酸鹽在熔化溫度上不適于作有色冶煉渣。就熔點(diǎn)而言，用接近 2FeO 178。 不單獨(dú)用鐵硅酸鹽作爐渣，須加 CaO 以改善爐渣性能。 因爐渣成分系CaOFeO 2SiO 三元系，在熔融體中加入少量 CaO 可造出熔點(diǎn)1100℃的適合工藝要求的爐渣。 相圖曲線是等熔點(diǎn)曲線，就是將熔點(diǎn)相同的各三元成分的點(diǎn)連接起來(lái)的曲線。例如由 D 點(diǎn)分別增加三種組分的含量時(shí)，以 2SiO 對(duì)熔點(diǎn)升高的影響最大， CaO 次之， FeO 最小。 40= 由此可知，每爐造渣需加入 以及 。 H2%+8550CH4%+14100179。 +179。 +3179。 = 3m / 3m （ 3）實(shí)際空氣需要量 取空氣系數(shù) n=，實(shí)際空氣消耗量 nL =n oL =179。 84)179。 100=179。 100=179。 = OH2i =179。 = OH2i =179。 4）造渣反應(yīng)熱 查工業(yè)爐窯熱平衡表得： 渣反Q =23880/= kJ/h 總的熱收入： ?收入Q =35310x++1465976+=+ kJ/h （ 2）熱支出 1）爐料吸收熱（查 [19]） ( ) ( )[ ] 熔最高液熔冷熔固料 ++= =[179。 310 / =179。 179。 最終熱平衡及燃料消耗量核算 按加料 及熔化階段計(jì)算。 5268179。 5268179。 ()=1298 h/m3 爐氣Q =179。 35702x= kJ/h 20 （ 7）爐渣帶走熱 走Q =8008 kJ/h ?支出Q =179。 加料熔化階段爐膛燃燒空間釋熱率的波動(dòng)范圍： ( ) ~ 104 0 4 2 9q 3v = =（ 2280~2529）179。 310 W/ 3m 因爐膛燃燒空間釋熱率很大，除要求選用優(yōu)質(zhì)耐火材料以外，還應(yīng)強(qiáng)化燃燒過(guò)程。按設(shè)計(jì)中爐膛各處橫截面積及流速如表 35 所示。 300/（ 179。 1055=6330 每爐總耗天然氣： V=17217 （ 3）每噸爐料耗天然氣： 13067/300= 3m /t GB 21248—— 2020 表 36 銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額準(zhǔn)入值 銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額準(zhǔn)入值如表 36 所示，與表 36 中單耗限額300kgce/t 時(shí)的數(shù)據(jù)相比較，本設(shè)計(jì)天然氣單耗遠(yuǎn)小于 銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額準(zhǔn)入值，設(shè)計(jì)合理?；剞D(zhuǎn)式精煉爐的規(guī)格及容量目前還沒(méi)有具體規(guī)范，一般是以爐體圓筒殼體的內(nèi)徑和長(zhǎng)度表示其規(guī)格，而名義容量是以爐膛容積的一半 (即回轉(zhuǎn)中心 )所容液態(tài)粗銅的質(zhì)量 (t)來(lái)定義。根據(jù)筒體受力情況我們可以通過(guò)強(qiáng)度計(jì)算來(lái)來(lái)間接反映變形情況，并用較低的許用應(yīng)力來(lái)限制變形條件。 爐膛長(zhǎng)度 0L 與直徑 0D 的關(guān)系為： 00 ~ ）（= 300 噸回轉(zhuǎn)式銅精煉爐的爐膛設(shè)計(jì)計(jì)算： 設(shè)計(jì)參數(shù)如下： 335Q? t，并取 00 ? 帶入上述公式，可得： 由于其中含 2SiO 47％， FeO 30％， CaO 23％的爐渣，其比重為： 179。 耐火保溫層 ]9[ （ 1）材料選擇 回轉(zhuǎn)式精煉護(hù)的爐膛溫度高于 1350℃，與固定式爐不同的是沒(méi)有固定的熔池線，爐渣的侵蝕和熔融金屬的沖刷幾乎涉及 2/3 以上的爐膛內(nèi)表面；其次，由于爐子需要經(jīng)常轉(zhuǎn)動(dòng)。 回轉(zhuǎn)式精煉爐對(duì)耐火材料的品質(zhì)要求比較嚴(yán)格，內(nèi)襯鎂鉻磚的 32OCr 含量應(yīng)大于 22％，風(fēng)口區(qū)（氧化還原口）、出銅口部位大于 30％，氣孔率小于 16％，一般為直接結(jié)合或電熔再結(jié)合磚。 114mm179。 100mm(或類似規(guī)格 )的直形磚平砌，外層 64mm厚砌層用 230mm179。燃燒口一般采用鎂鉻質(zhì)搗打料打結(jié)。 75mm(或類似規(guī)格 )的直形磚平砌 大于 380mm 取 2mm，小于 380mm 取 1mm 使用 1層鎂鉻磚 0d = m 1d =+（ +）179。 179。 114mm179。 179。 （ +） =7678 塊 買(mǎi) 7700 塊 2M =7678179。 = t 爐體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)之一是筒體鋼板。 計(jì)算前進(jìn)行幾項(xiàng)基本的假設(shè)： 不計(jì)筒體所受扭矩； 按靜載荷計(jì)算； 將筒體視作圓環(huán)截面水平連續(xù)梁，不計(jì)截面變形后對(duì)截面模數(shù)的影響。 計(jì)算得出的結(jié)果為殼體允許的最小厚度尺寸，應(yīng)在此基礎(chǔ)上考慮殼體在使用年限內(nèi)的腐蝕減薄。 因計(jì)算厚度都非常小 ，再按 δ = 進(jìn)行計(jì)算： ???? mm 圓整后，取： 50?? mm 滾筒下鋼板應(yīng)該加厚，則?。? 55?? mm 3d =+(+)179。 29 滾圈也稱輪帶，是回轉(zhuǎn)式精