【文章內(nèi)容簡介】 元系相圖所示情況一致（詳見 CuzSFeS相圖），當(dāng) 銅锍冷凝速度不同時 Cu。 FeS。還可以按下式發(fā)生離解： 4Cu4FeS3— 2(Cu2S)+4Cu 可見銅锍中的金屬銅是銅锍冷凝時由斑銅礦分解而產(chǎn)生的。 銅锍的物理化學(xué)性質(zhì) 銅锍的密度是銅锍最主要的物理化學(xué)性質(zhì)之一。在工業(yè)實踐中銅锍和熔渣的密度差 是兩者進(jìn)行良好分離的首要條件；同時銅锍的比容對于冶煉爐容積設(shè)計和液面操作也有 重要意義；銅锍密度對其結(jié)構(gòu)的探討也很有價值；導(dǎo)電性可直接反映銅锍的結(jié)構(gòu)，同時對熔煉電爐和貧化電爐的設(shè)計與操作至關(guān)重要。 G． M． Pound、 M． Bourgon、 Ling Yan 和不破章雄等人對銅锍有關(guān)的二元及三元系的電導(dǎo)做過詳細(xì)研究，采用的方法有回轉(zhuǎn)磁場法、電池誘導(dǎo)法、 Kohlraush 法等；采用 Kohlraush 法時，是測量兩電極間的熔體對交流電的電阻，電阻用電橋電路來測量。由于熔锍的電導(dǎo)率高（約 l02～ 103Sll． cml），現(xiàn)在已經(jīng)不用二電極電橋，而是用四電極電橋，以示波器指示測定標(biāo)準(zhǔn)電阻和熔锍的電阻。 銅锍吹煉工藝 由密閉鼓風(fēng)爐、反射爐、電爐或閃速爐熔煉產(chǎn)出的冰銅，以熔體狀態(tài)注入轉(zhuǎn)爐中，然后往冰銅熔體中鼓人大量空氣，在一定時間內(nèi)加 入適量石英熔劑，進(jìn)行吹煉，最后得出粗銅。 吹煉得到的粗銅送火法精煉，吹煉爐渣含銅較高，須進(jìn)一步處理。如反射爐、電爐熔煉冰銅，吹煉爐渣以熔融狀態(tài)返回反射爐、電爐；如密閉鼓風(fēng)爐熔煉冰銅，吹煉爐渣凝固破碎后返回鼓風(fēng)爐；閃速爐熔煉冰銅，吹煉爐渣與閃速爐渣合并處理。吹煉爐氣，可匯集到熔煉冰銅爐氣中處理。下面為冰銅吹煉的工藝流程 吹煉的基本原理 銅锍吹煉過程是周期進(jìn)行的，整個作業(yè)分為造渣期和造銅期兩個階段。在造渣期，從風(fēng)口向爐內(nèi)熔體中鼓入空氣或富氧空氣，在氣流的強烈攪拌下，銅锍中的硫 化亞鐵被氧化成氧化亞鐵和二氧化硫氣體；氧化亞鐵再與添加的溶劑中的二氧化硅進(jìn)行造渣反應(yīng)。由于銅锍和爐渣相互溶解度小，而且密度不同，停止送風(fēng)時熔體分成兩層，上層爐渣定期排出，下層的锍稱為白锍，繼續(xù)吹煉白锍進(jìn)入造銅期。 第一階段的任務(wù)是使鐵氧化造渣，故稱為造渣期。主要化學(xué)反應(yīng)為： 2FeS＋ 3O2＋ SiO2＝ 2FeO SiO2＋ 2SO2＋ （ kJ） 第二階段是使上一個階段獲得的 Cu2S（稱白銅锍）氧化成粗銅，故稱造銅期，主要化學(xué)反應(yīng)為： Cu2S＋ O2＝ 2Cu＋ SO2＋ （ kJ） 兩個反 應(yīng)都是放熱反應(yīng)。但造渣期放出的熱量更多，每千克氧在造渣期放出的熱量為，熱量除去爐氣帶走、爐體散熱外，每鼓風(fēng) 1min，熔體溫度上升 ～ 3℃。此期內(nèi)需加冷料來調(diào)節(jié)過高溫度。造銅期每千克氧放出熱僅為 ，熱量緊張，每鼓風(fēng) 1min 溫度只上升 ～ ℃，每停風(fēng) 1min 溫度卻下降 3～ 8℃。因此，在造銅期內(nèi)應(yīng)避免不必要的停風(fēng)。 轉(zhuǎn)爐吹煉產(chǎn)物 （一）粗銅 粗銅中一般含有硫、鐵、氧、砷。銻等雜質(zhì)，以及砷。金、銀等有價元素。雜質(zhì)含量為% ，故粗銅中的銅含量在 %%之間。如下表 粗銅成分 （二） 爐渣 轉(zhuǎn)爐吹煉的爐渣含銅達(dá) 2%左右，含鐵的氧化物也很高，通常返回熔煉爐或采用選礦方法處理。一般要求渣含 SiO2z 在 2426%之間。若轉(zhuǎn)爐渣采用浮選時， SiO2 含量以不大于 18%為宜。 爐渣成分 （三） 煙氣和煙塵 轉(zhuǎn)爐吹煉煙氣量有時候會中斷，應(yīng)使用兩臺轉(zhuǎn)爐交換使用。煙塵的產(chǎn)出率一般為冰銅量的 12%。煙塵和 煙氣成分如下： 煙氣成分 煙塵成分 其他銅锍吹煉方法 反射式連續(xù)吹煉爐吹煉 連續(xù)吹煉爐在正常作業(yè)時，銅锍由密閉鼓風(fēng)爐的前床虹吸鑄鐵 .溜槽間斷加入爐內(nèi)，石英由爐頂水套上的氣封加料口加入爐內(nèi)吹煉區(qū)，壓縮空氣通過安裝在爐墻側(cè)面的風(fēng)口直接鼓入熔體內(nèi)，熔體、壓縮空氣、石英三相在爐內(nèi)進(jìn)行良 好的接觸及攪動，使氧化、造渣反應(yīng)進(jìn)行得很快，直到爐內(nèi)熔體含銅量達(dá)到 77%接近白銅锍，時間只有 45H，這一過程被稱為造渣期。 造渣后，在不同加銅锍和溶劑的情況下，繼續(xù)大量吹風(fēng) 12h 不等白銅锍全部轉(zhuǎn)變?yōu)榇帚~，即粗銅層大約 150mm 左右，開始放粗銅鑄錠。 連吹爐每個吹煉周期包括造渣、造銅和出銅三個階段。操作周期為 78h。事實上這種吹煉爐仍保留著間斷作業(yè)的部分方式，只是在第一周期內(nèi)進(jìn)料放渣的多次作業(yè)改變?yōu)椴煌ｏL(fēng)作業(yè)，提高送風(fēng)率。煙氣量和煙氣中Ｓ O2 濃度相對穩(wěn)定，漏風(fēng)率小，Ｓ O2 濃度較高，在一定程度上為制酸創(chuàng)造 了較好的條件。 由于連續(xù)吹風(fēng)，避免了爐溫的頻繁急劇變化。又由于采用水套強制冷卻爐襯，在爐襯上生產(chǎn)一層覆蓋層，爐襯的侵蝕速度緩慢，爐壽命延長，以兩次大修間生產(chǎn)的粗銅計，一般為 7501500t/爐次。 反射爐式連續(xù)吹煉因其設(shè)備簡單、投資省、尤其是在Ｓ O2 制酸方面比較轉(zhuǎn)爐有優(yōu)點，因而適合于小型工廠采用。 閃速吹煉銅锍 閃速吹煉是從爐內(nèi)放出的熔锍含銅大約在 50%左右，首先進(jìn)行高壓水淬，然后經(jīng)干燥與細(xì)磨，經(jīng)風(fēng)力送到閃速吹煉爐倉，然后與需要加入的石英溶劑和返回的煙塵一道，用含氧75%85%的富氧將其噴入 反應(yīng)塔內(nèi)，經(jīng)反應(yīng)后從閃速吹煉爐的沉淀池放出含硫量僅為%%的粗銅；用石灰代替常規(guī)的 SiO2作溶劑，產(chǎn)出含銅約 16%、含 CaO 為 18%左右的吹煉渣，吹煉渣返回熔煉處理。產(chǎn)出的煙氣含 SO2 高達(dá) 35%45%，經(jīng)余熱鍋爐與電收塵冷卻凈化送去制酸，收下的煙塵課返回閃速吹煉爐或閃速熔煉爐處理。 進(jìn)入閃速吹煉爐中的銅锍，經(jīng)反應(yīng)后其中的硫幾乎全部被氧化，只有很少量的硫散在爐渣與粗銅中。在閃速反應(yīng)塔中反應(yīng)產(chǎn)生的金屬銅是不多的，約占所產(chǎn)金屬銅的 10%，大部分的銅锍粉在反應(yīng)塔中有的被氧化為 Cu2O,有的欠氧仍為Ｃ ｕ ２ Ｓ。當(dāng)它們落于沉淀池的熔體后，繼續(xù)發(fā)生造銅反應(yīng)： Ｃｕ ２ Ｓ＋２（ Cu2O）＝６Ｃｕ＋ SiO2 Ｃｕ ２ Ｓ＋２（Ｆｅ ３ Ｏ ４ ）＝２Ｃｕ＋６（ＦｅＯ）＋ SiO2 根據(jù)造锍熔煉過程的熱力學(xué)分析，要在吹煉過程得到金屬銅，一定要維持在較高的氧勢下進(jìn)行，這樣便會發(fā)生氧化反應(yīng)，閃速吹煉過程亦然，也會產(chǎn)生許多 Cu2O和Ｆｅ ３ Ｏ ４ 。給吹煉過程是順利進(jìn)行帶來許多麻煩，所以在閃速吹煉過程中選用了三菱法連續(xù)吹煉的鐵酸鈣造渣，以石灰石代石英作溶劑，使產(chǎn)出的含Ｆｅ ３ Ｏ ４ 高的吹煉渣不會析出固相Ｆｅ ３ Ｏ ４ 。而保持均勻的液相。 4 銅锍 轉(zhuǎn)爐吹煉廠址選擇與論證 銅锍轉(zhuǎn)爐吹煉廠址選擇 本廠址選擇在 A地工業(yè)園區(qū)。首先， A地是著名的銅都，擁有豐富的銅資源礦。據(jù)目前有關(guān)探測，這里的銅礦的儲量是現(xiàn)目前我國領(lǐng)先的。按照現(xiàn)在同行業(yè)較大者生產(chǎn)效率和規(guī)模，足夠使用 50 年，而且在這個低碳的環(huán)境影響下，進(jìn)一步采取節(jié)能降耗策略，那么對于這樣的生產(chǎn)肯定是足夠的。在進(jìn)一步從其他地方購一些進(jìn)來和這里的配合使用，這樣更能進(jìn)一步節(jié)約了資源，達(dá)到資源的有利化?，F(xiàn)在 A地正在大力開發(fā)褐煤，褐煤的開發(fā)將給這個工廠的燃料上解決了問題，另外， A地地處長江上游，水源豐富，在工業(yè) 園區(qū)的 500米處便是流經(jīng)這里的長江源頭之一，而且在當(dāng)?shù)卣挠媱澫?，已?jīng)建好了一座發(fā)電站，這樣便解決了電力問題；其次， A的是現(xiàn)目前我省重點支持的工業(yè)城市，在省政府的規(guī)劃下，進(jìn)一步擴大工業(yè)園區(qū)面積，規(guī)劃園區(qū)發(fā)展。經(jīng)過多次的選擇，終于選擇了這個城市；結(jié)下來， A地的交通便利。 A地地處 231國道，是屬于國家交通計劃的地方，而且在今后的發(fā)展中，這條國道將輻射四周的各大城市，可以在各大城市建立銷售基地，交易方便。在十二五區(qū)間，將建立橋頭堡事業(yè)，和橋頭堡連續(xù)起來，建立輻射向東南亞國家的紐帶，這樣的發(fā)展將會給工廠的發(fā)展帶來 一定的效率。更重要的是 A地工業(yè)園區(qū)旁邊便是是成昆鐵路，待工廠建好后，將把鐵路連接過來，這樣便節(jié)省了很多的運輸成本。降低資源在運輸上的利潤。另外據(jù)地質(zhì)學(xué)家探測，地理條件好，無任何地震，海嘯發(fā)生，也不會發(fā)生。四周處于一個平原的曠地，視野開闊，寬平。最重要的是在這個城市大力發(fā)展工業(yè)的條件下，已經(jīng)針對環(huán)境問題研究了很多的實施方案，將建立低碳的環(huán)境，降低工業(yè)帶來的問題。而且，離主城區(qū)相對較遠(yuǎn)，工廠的生產(chǎn)不會給周圍的居民生活造成影響，在現(xiàn)在低碳的發(fā)展下，工廠進(jìn)一步加強環(huán)境保護(hù)，將進(jìn)一步降低環(huán)境問題。 綜上所述， A地存在 以下幾點優(yōu)勢建工廠 : 1. A地地勢平闊，交通便利，便于運輸。 2. A地電力、銅礦資源、水資源豐富。 3. A地地處其城市的工業(yè)園區(qū)，四周圍繞有各種大型工廠，發(fā)展相對較大。 4. A地將會是面向東南亞國家的樞紐，便于資源和成品的運輸與交易。 5. A地四周坐落各大城市，主體發(fā)展工業(yè)為主，有政府的各種支持。 吹煉車間設(shè)計 在廠址選擇后，接下來就是轉(zhuǎn)爐的車間設(shè)計了。本設(shè)計的轉(zhuǎn)爐車間設(shè)計依照下面的計劃和數(shù)據(jù)。 從車間設(shè)計要求出發(fā)，本車間設(shè)計的是兩臺年產(chǎn) 15噸冰銅轉(zhuǎn)爐，設(shè)計一個轉(zhuǎn)爐煙罩，兩臺橋式起重 機， 800給料機一臺，還附屬皮帶運輸機，爐渣溜槽等。具體設(shè)計如下： 本車間選擇寬為 20米，長為 48米。包括 3臺轉(zhuǎn)爐，轉(zhuǎn)爐的直徑為 米。 各轉(zhuǎn)爐間分別長 12米，各轉(zhuǎn)爐旁配置了其熔劑倉，保證物料的添加和溶劑的添加；在轉(zhuǎn)爐中間設(shè)置中控室，可以對轉(zhuǎn)爐進(jìn)行機械化層次的操作與控制；在車間的角落設(shè)置了轉(zhuǎn)爐渣溜槽，對轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)后的渣進(jìn)行處理；在車間的上空安裝了 2臺天車，高度為 米，這樣的設(shè)置可以輕松的吊運重物和吹煉后的產(chǎn)物；在車間又上角設(shè)置配電室，控制整個車間生產(chǎn)的電力設(shè)備，保證車間供電；在車間的左下角落設(shè)置了轉(zhuǎn) 爐煙罩，控制轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)過程產(chǎn)生的煙氣和煙塵，保證煙氣和煙塵的泄露。 5 銅锍吹煉設(shè)備的選擇與論證 銅锍的吹煉可選用的吹煉設(shè)備有臥式轉(zhuǎn)爐（Ｐ－Ｓ轉(zhuǎn)爐）、閃速爐，艾薩爐等。本設(shè)計選用 P—— S轉(zhuǎn)爐。 PS 轉(zhuǎn)爐選擇及介紹 本設(shè)計選 PS 轉(zhuǎn)爐的原因是轉(zhuǎn)爐鐵和硫的單位氧化能力高，易于操作、生產(chǎn)能力大。在轉(zhuǎn)爐吹煉實際操作中，大部分爐前操作都還依賴人工觀察、判斷，豐富的現(xiàn)場經(jīng)驗及良好的操作方法可使吹煉作業(yè)得到控制，易于達(dá)到各項工藝經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)要求。 盡管現(xiàn)在有很多的吹煉爐的效率比 P— S 轉(zhuǎn)爐好， 但是 P— S 轉(zhuǎn)爐具有設(shè)備造價低廉，占地面積小，設(shè)備易于操作，綜合各項指標(biāo)，選擇 PS 轉(zhuǎn)爐是最佳的。 PS 轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu) 上圖是臥式側(cè)吹 PS 轉(zhuǎn)爐結(jié)構(gòu)圖 PS 轉(zhuǎn)爐介紹 （ 1） 爐殼及內(nèi)襯材料 轉(zhuǎn)爐爐殼為臥式圓筒，用 4050mm的鋼板卷制焊接而成，上不中間有路口，兩側(cè)焊接弧形端蓋，靠兩端附近安裝有支撐爐體的大拖輪，驅(qū)動側(cè)和自由側(cè)個各一個。大托輪既能支撐爐體，又能加固爐體結(jié)構(gòu)。 在爐殼內(nèi)部多用鎂質(zhì)和鎂鉻磚砌成爐襯。爐襯受熱情況、熔體和氣體沖刷的不同，各部位砌筑的材質(zhì)有所差別。爐襯砌體 留有膨脹砌縫宜嚴(yán)實。對于一個外徑 4m 的轉(zhuǎn)爐，它的爐襯厚度分別為：上、下爐口部位 230mm、爐口兩側(cè) 200mm，圓筒體 400mm +50mm 填料，兩端墻 350mm+50mm。 （ 2） 爐口 爐口設(shè)于爐筒體中央，中心向后傾斜，供裝料、放渣、放銅、排煙之用。爐口一般為整體鑄鋼件，采用鑲嵌式與爐殼相連接用螺栓固定在爐口支座上。爐口里面焊有加強筋板。爐口支座為鋼板焊接結(jié)構(gòu)用螺栓安裝在爐殼上。爐口張裝有鋼質(zhì)護(hù)板，使熔體不能接觸到安裝爐口的螺栓。 在爐口四周安有鋼板制的裙板，其作用是保護(hù)爐體及送風(fēng)管路，防止?fàn)t內(nèi)的噴濺物、排渣排銅 時的熔體和進(jìn)料時的銅锍燒壞爐殼。 （ 3） 風(fēng)口 在轉(zhuǎn)爐的后側(cè)同一水平線上有一排緊密排列的風(fēng)口，壓縮空氣由此送入爐內(nèi)熔體中，參與氧化反應(yīng)。 風(fēng)口是轉(zhuǎn)爐的關(guān)鍵部位，其直徑一般為 3850mm。風(fēng)口直徑大，其截面積就大，在同樣鼓風(fēng)壓力下鼓入的風(fēng)量就多，所以采用直徑大的風(fēng)口能提高轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)率。但是當(dāng)風(fēng)口的直徑過大時，容易使?fàn)t內(nèi)熔體噴濺。所以轉(zhuǎn)爐風(fēng)口直徑的大小應(yīng)根據(jù)轉(zhuǎn)爐的規(guī)格來確定。 風(fēng)口的位置一般與水平面成 3070，風(fēng)口管過于傾斜或風(fēng)口位置過低，鼓風(fēng)所受的阻力會增大，將使風(fēng)壓增加，并給清理風(fēng)口帶來不便。同時，熔體對 爐壁的沖刷作用加劇，影響爐子的壽命。實踐證明，在一定風(fēng)壓下，適當(dāng)增加傾角，有利于延長空氣在熔體內(nèi)的停留時間，從而提高氧的利用率。在一般情況下，風(fēng)口浸入熔體的深度為 200500mm時，可以獲得良好的吹煉效果。 PS 轉(zhuǎn)爐的附屬設(shè)備 轉(zhuǎn)爐的附屬設(shè)備有送風(fēng)、傾轉(zhuǎn)、排煙、溶劑、環(huán)集、殘極加入、鑄渣機、烘烤系統(tǒng)等組成。 送風(fēng)系統(tǒng)一般由送風(fēng)機，防封閘，總風(fēng)閘、萬向接頭、三角風(fēng)箱等組成；傾轉(zhuǎn)系統(tǒng)的過程是：轉(zhuǎn)爐傾轉(zhuǎn)裝置通過電動機 —— 制動輪和聯(lián)軸節(jié) —— 減速機 —— 齒輪聯(lián)軸節(jié) —— 小齒輪 —— 大齒輪而使?fàn)t體傾轉(zhuǎn)；排煙系統(tǒng)