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精铜精炼所用到的热工设备及所用耐火材料

时间:2018-04-09 17:33 作者:艾米点击:

  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。

  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。

  (圆形反射炉)

  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,其结构如图1-11所示。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,经流槽进入中间包,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,输入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。圆盘浇铸示意图与现场照片如图1-12所示。

  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。Hazelett连铸机的构造如图1-13所示。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?。板坯为铸模的末端,前端为铜液注入口。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,铜水进入铸机后,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,进入堆码机,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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