採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置製造方法
2023-05-28 19:10:26
採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置製造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置，包括：天然氣供應裝置(1)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接；氮氣供應裝置(2)，其通過氮氣流量控制閥組(4)與混合器(5)連接；混合器(5)，其與還原噴管(6)連接；熔煉爐(8)，用於盛裝待還原含氧銅液；PLC控制模塊(11)，其一端與天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)連接，另一端與置於熔煉爐(8)中的監測儀器相連，用於控制所述天然氣與氮氣的混合比例。
【專利說明】採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置
【技術領域】
[0001]本申請屬於銅熔煉領域，具體而言，涉及一種採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置。
【背景技術】
[0002]再生銅熔煉過程包括熔化、氧化、扒渣和還原階段。為提高銅的純度，用吹入壓縮空氣來氧化除雜，再用還原劑還原脫氧。傳統再生銅熔煉還原過程中，人們常常採用插木還原。但由於木材資源寶貴，為保護環境，還原過程逐漸採用天然氣替代插木還原。
[0003]目前，使用天然氣進行還原存在如下弊端:(I)天然氣的利用率低，還原時間長；
(2)天然氣與銅液反應不完全，產生大量黑煙造成環境汙染；(3)天然氣在銅液中裂解產生的氫氣易被銅液吸收，使銅出現一些微孔，影響產品質量；(4)由於在還原過程中天然氣流量沒有做出適量和及時調整，導致還原過程某些時間段天然氣過量，使銅液溫度過高。銅液溫度越高越易吸入氧氣再次氧化。為使銅液的氧含量降低到要求指標，相應的還原過程就會被拉長。
實用新型內容
[0004]為解決上述銅熔煉工藝中的弊端，本實用新型採用天然氣與氮氣的混合氣體來還原含氧銅液，並根據監測的參數調節天然氣和氮氣的混合比例。
[0005]具體地，首先，將天然氣和氮氣在一個混合器內進行預混。進入混合器的天然氣流量和氮氣流量分別由天然氣流量控制閥組和氮氣流量控制閥組來進行精確控制。
[0006]因此，本實用新型提供一種採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置，其特徵在於，包括:
[0007]天然氣供應裝置(I)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接，用於向混合器(5)提供天然氣；
[0008]氮氣供應裝置(2)，其通過氮氣流量控制閥組(4)與混合器(5)連接，用於向混合器(5)提供氮氣；
[0009]混合器(5)，其與還原噴管(6)連接，用於向銅液(7)提供天然氣與氮氣的混合氣體；
[0010]熔煉爐(8)，用於盛裝待還原含氧銅液；
[0011]PLC控制模塊(11)，其一端與天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)連接，另一端與置於熔煉爐(8)中的監測儀器相連，用於控制所述天然氣與氮氣的混合比例。
[0012]根據一個優選的實施方式，所述置於熔煉爐(8)中的監測儀器選自所述熔煉爐
(8)的煙道出口(9)處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度的變化的監測儀器(10)、或所述熔煉爐(8)的爐溫變化和爐氣中CO濃度變化的監測儀器(13)或所述熔煉爐(8)內的銅液(7)的含氧量變化的監測儀器(14)。
[0013]根據一個優選的實施方式，本實用新型採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置包括一或多根還原噴管，所述還原噴管通過加料口(12)插入熔煉爐(8)內。
[0014]根據另一個優選的實施方式，本實用新型採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置包括還原噴管，所述還原噴管(6)通過熔煉爐爐頂(15)插入熔煉爐(8)內，SP沿著熔煉爐(8)的長度方向尤其是均勻分布在爐頂(15)。
[0015]根據一個優選的實施方式，所述熔煉爐(8)的一側安裝有燒槍(16),用於熔煉和氧化階段，以及銅液再次升溫。
[0016]本實用新型所提供的採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的方法和裝置能夠有效地提高天然氣的利用率約30%、提高銅液質量並縮短還原時間約20-40%。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0017]圖1是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0018]圖2是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0019]圖3是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0020]圖4是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0021]圖5是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0022]圖6是採用本發明的裝置用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
【具體實施方式】
[0023]用本實用新型的裝置採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的方法包括以下步驟:將所述天然氣與氮氣預混合後再通入含氧銅液中進行還原，其中所述天然氣與氮氣的混合比例通過監測的參數來調節。
[0024]根據一個優選的實施方式，上述方法中所述參數選自:
[0025](I)盛裝所述含氧銅液的熔煉爐的爐溫變化和爐氣中CO濃度的變化；或
[0026](2)盛裝所述含氧銅液的熔煉爐的煙道出口處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度的變化；或
[0027](3)所述含氧銅液中含氧量的變化。
[0028]然後將天然氣和氮氣的混合氣體輸送到還原噴管。最後將還原噴管埋入銅液中進行還原。還原噴管可通過加料口插入熔煉爐內，亦可安裝在熔煉爐頂部，還原時將還原噴管插入銅液內。不需要時，還原噴管移出熔煉爐。
[0029]本實用新型在天然氣中混入氮氣再插入銅液中。氮氣的存在，增強了對銅液的攪拌強度，增加了天然氣與銅液中氧化亞銅的接觸機會，改善了天然氣的動力學性能，從而提高天然氣的利用率，減輕了環境汙染。氮氣的存在也減少了氫氣在銅液的溶解度，而且還可阻止銅液表面與空氣接觸，防止重新溶解氧的現象發生。這樣不僅可以提高銅液質量，也可縮短還原時間。
[0030]根據一個優選的實施方式，其中所述天然氣與氮氣的混合比例在還原初期大於還原後期。在還原初期，由於銅液中氧化亞銅的含量相對較高，這時需要送入較多的天然氣進行還原。隨著還原的進行，銅液中氧化亞銅的含量逐漸降低，這時需要減少天然氣量，而增加氮氣量。天然氣與氮氣的比例在還原初期時，可以全部是天然氣，然後逐步增加氮氣的含量，使得二者的比例為30: 1,15: 1,10: 1,5: 1,3: 1,2: 1,1: 10然後隨著還原過程逐步降低，天然氣的含量逐漸減少，達到1: 2，1: 3，1: 5，1: 10，1: 15或1: 30直至可以全部是氮氣。根據上述監測到的參數，可以每1，2，3，4，5，10，15，20，或30分鐘調整天然氣和氮氣的流量比例。在還原過程中有效控制天然氣和氮氣的混合比例，可進一步提高天然氣的利用率、減少黑煙生成、減少氫氣在銅液中的溶解和避免銅液溫度過高。
[0031]本實用新型通過如下方式控制還原過程中天然氣和氮氣的混合比例:
[0032](I)方式一:監測熔煉爐的爐溫變化和爐氣中CO濃度的變化
[0033]通過監測到爐膛溫度變化(dT/dt)和爐氣中CO濃度的變化(dCO/dt)判定天然氣的輸入量是否過多。溫度變化是通過熱電偶或紅外測溫等溫度測量傳感器測量的溫度值計算出溫度變化值dT/dt。CO的變化值dCO/dt是通過CO測量傳感器測量的CO濃度計算出來的。溫度和CO測量傳感器放置在爐膛內。當監測的溫度變化值dT/dt和CO濃度變化值dCO/dt比預先給定的設定值高，這就表明天然氣的輸入量過多，天然氣與氮氣的混合比要降低。爐溫和CO的變化信號會反饋到天然氣流量控制閥組和氮氣流量控制閥組，通過流量控制閥組改變進入到混合器的天然氣和氮氣流量，從而達到所需要的天然氣和氮氣的混合比。
[0034](2)方式二:熔煉爐排煙口處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度的變化
[0035]與方式一相同，通過監測到的煙氣溫度變化(dT/dt)和煙氣中CO濃度的變化(dCO/dt)判定天然氣的輸入量是否過多。與方式一的不同之處是溫度和CO測量傳感器放置在熔煉爐排煙口處監測煙氣的溫度和CO濃度。當監測的溫度變化值dT/dt和CO濃度變化值dCO/dt比預先給定的設定值高，這就表明天然氣的輸入量過多，天然氣與氮氣的混合比要降低。煙氣溫度和CO的變化信號會反饋到天然氣流量控制閥組和氮氣流量控制閥組，通過流量控制閥組改變進入到混合器的天然氣和氮氣流量，從而達到所需要的天然氣和氮氣的混合比。
[0036](3)方式三:銅液中氧量的變化
[0037]銅液的含氧量可通過質譜儀或其它測氧含量儀器測量。當監測的銅液含氧量高過預先給定的最高設定值時，流量控制閥組控制天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣以較高的混合比進入還原噴管。當監測的銅液含氧量低於預先給定的最低設定值時，流量控制閥組調整天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣的混合比降低直至銅液的氧含量降低到要求指標。
[0038]根據本實用新型一個特別優選的實施方式，所述天然氣與氮氣的混合比例在還原初期為10: 1，還原後期為1: 10。天然氣流量可由還原初期的300?500Nm3/hr減少到還原後期的30?50Nm3/hr，氮氣流量可由還原初期的30?50Nm3/hr增加到還原後期的300 ?500Nm3/hr。
[0039]以下通過【具體實施方式】來進一步說明本實用新型，但是所述【具體實施方式】不應以任何方式視為對本實用新型範圍的限制。
[0040]如圖1所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組⑷進入混合器(5)。在熔煉爐⑶的煙道出口(9)放置溫度和CO監測儀器(10)，監測煙氣溫度和煙氣CO的變化。煙氣溫度和煙氣CO的信號反饋到PLC控制模塊(11)計算出溫度變化值和CO濃度變化值。當計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預先給定的設定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)就開始調節進入混合器(5)的天然氣和氮氣流量，使天然氣和氮氣的混合比例降低。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管(6)，通過熔煉爐⑶上的加料口(12)插入到銅液(7)中進行還原。
[0041]如圖2所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)進入混合器(5)。在熔煉爐內(8)放置溫度和CO監測儀器(13)，監測爐膛溫度和爐氣中CO的變化。爐膛溫度和爐氣CO的信號反饋到PLC控制模塊(11)計算出溫度變化值和CO濃度變化值。當計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預先給定的設定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)就開始調節進入混合器(5)的天然氣和氮氣流量，使天然氣和氮氣的混合比例降低。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管(6)，通過熔煉爐(8)上的加料口(12)插入到銅液(7)中進行還原。
[0042]如圖3所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組⑷進入混合器(5)。在熔煉爐⑶內的銅液(7)的含氧量用儀器(14)測量，測量出的含氧量信號反饋到PLC控制模塊(11)。當監測的銅液含氧量高過在PLC控制模塊(11)中預先給定的最高設定值時，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)將控制天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣以較高的混合比在混合器(5)混合後進入還原噴管(6)。當監測的銅液(7)的含氧量低於預先給定的最低設定值時，流量控制閥組(3)和(4)將調整天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣的混合比降低直至銅液的氧含量降低到要求指標。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管￠)，通過熔煉爐(8)上的加料口(12)插入到銅液(7)中進行還原。
[0043]如圖4所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組⑷進入混合器(5)。在熔煉爐⑶的煙道出口(9)放置溫度和CO監測儀器(10)，監測煙氣溫度和煙氣CO的變化。煙氣溫度和煙氣CO的信號反饋到PLC控制模塊(11)計算出溫度變化值和CO濃度變化值。當計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預先給定的設定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)就開始調節進入混合器(5)的天然氣和氮氣流量，使天然氣和氮氣的混合比例降低。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管(6)。還原噴管(6)沿著熔煉爐(8)的長度方向均勻分布在爐頂(15)。還原階段，還原噴管(6)插入到銅液(7)中進行還原。這種爐頂插入方式可使加料口在還原過程完全關閉，這樣不僅可以減少熱損，而且可減少空氣進入爐膛對銅液進行再次氧化。還原結束後，還原噴管(6)可抽出熔煉爐⑶。熔煉爐⑶的一側安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化，以及銅液再次升溫階段使用。
[0044]如圖5所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)進入混合器(5)。在熔煉爐內(8)放置溫度和CO監測儀器(13)，監測爐膛溫度和爐氣中CO的變化。爐膛溫度和爐氣CO的信號反饋到PLC控制模塊(11)計算出溫度變化值和CO濃度變化值。當計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預先給定的設定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)就開始調節進入混合器(5)的天然氣和氮氣流量，使天然氣和氮氣的混合比例降低。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管(6)。還原噴管(6)沿著熔煉爐(8)的長度方向均勻分布在爐頂(15)。還原階段，還原噴管(6)插入到銅液(7)中進行還原。還原結束後，還原噴管(6)可抽出熔煉爐(8)。熔煉爐(8)的一側安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化階段使用。熔煉爐(8)的一側安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化，以及銅液再次升溫階段使用。
[0045]如圖6所示，天然氣(I)、氮氣(2)分別經過天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組⑷進入混合器(5)。在熔煉爐⑶內的銅液(7)的含氧量用儀器(14)測量，測量出的氧含量信號反饋到PLC控制模塊(11)。當監測的銅液含氧量高過在PLC控制模塊
(11)中預先給定的最高設定值時，天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組(4)將控制天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣以較高的混合比在混合器(5)混合後進入還原噴管
(6)。當監測的銅液(7)的含氧量低於預先給定的最低設定值時，流量控制閥組(3)和(4)將調整天然氣和氮氣流量使天然氣和氮氣的混合比降低直至銅液的氧含量降低到要求指標。混合後的天然氣和氮氣連接到還原噴管出)。還原噴管(6)沿著熔煉爐(8)的長度方向均勻分布在爐頂(15)。還原階段，還原噴管(6)插入到銅液(7)中進行還原。還原結束後，還原噴管(6)可抽出熔煉爐(8)。熔煉爐(8)的一側安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化，以及銅液再次升溫階段使用。
【權利要求】
1.採用天然氣與氮氣的混合氣體還原含氧銅液的裝置，其特徵在於，包括: 天然氣供應裝置(I)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接，用於向混合器(5)提供天然氣； 氮氣供應裝置(2)，其通過氮氣流量控制閥組(4)與混合器(5)連接，用於向混合器(5)提供氮氣； 混合器(5)，其與還原噴管(6)連接，用於向銅液(7)提供天然氣與氮氣的混合氣體； 熔煉爐(8)，用於盛裝待還原含氧銅液； PLC控制模塊(11)，其一端與天然氣流量控制閥組(3)和氮氣流量控制閥組⑷連接，另一端與置於熔煉爐(8)中的監測儀器相連，用於控制所述天然氣與氮氣的混合比例。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述置於熔煉爐(8)中的監測儀器選自所述熔煉爐(8)的煙道出口(9)處煙氣溫度變化和煙氣中CO濃度變化的監測儀器(10)、所述熔煉爐(8)的爐溫變化和爐氣中CO濃度變化的監測儀器(13)或所述熔煉爐(8)內的銅液(7)的含氧量變化的監測儀器(14)。
3.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述還原噴管(6)通過加料口(12)插入熔煉爐⑶內。
4.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述還原噴管(6)通過熔煉爐爐頂(15)插入熔煉爐(8)內。
5.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於所述熔煉爐(8)的一側安裝有燒槍(16)，用於熔煉和氧化階段，以及銅液再次升溫。
【文檔編號】C22B15/00GK204080058SQ201420472531
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年8月20日 優先權日:2014年8月20日
【發明者】王晶紅, 林慶坤, 劉劍玉, 劉天成 申請人:空氣化工產品有限公司