一種氧氣吹轉爐和一種冶煉方法與流程
2023-06-28 00:57:56 2
本發明涉及金屬冶煉技術領域，特別涉及一種氧氣吹轉爐和採用該氧氣吹轉爐實現的一種冶煉方法。
背景技術：
卡爾多爐，又稱氧氣斜吹轉爐，1956年由瑞典卡林(B.Kalling)試驗成功，並在多姆納維特廠(Domnavet)投產，取兩者的第一個音節kal和do命名。轉爐爐體呈傾斜狀，置於託圈內圓滾上；爐體可繞縱軸線迴轉，最大轉速為每分鐘30轉；氧槍經爐口斜插爐內，並能擺動(請參見圖1)；曾在瑞典、英國、法國和美國應用，但不久即在煉鋼中停止使用。經過改進後的卡爾多轉爐，增添了可向熔池吹氧、氧-燃料或其他氣體的設施，從而可以控制爐內溫度和氣氛，使之既可用於放熱反應的吹煉，也可用於吸熱反應的熔煉和精煉。此種轉爐在有色金屬冶煉中稱作氧氣頂吹旋轉轉爐(top-blownrotary converter，縮寫為TBRC)。1959年，加拿大國際鎳公司用此爐首次吹煉高冰鎳直接獲得金屬鎳。該公司於1973年在銅崖(Cop-per Cliff)鎳精煉廠建成了容量為50噸的頂吹旋轉轉爐兩座，用以處理硫化鎳精礦、高冰鎳浮選所得的銅鎳合金、硫化鎳殘陽極、煙塵和鎳陽極泥等的混合料，為羰基法生產純鎳製備原料(粗金屬鎳)。頂吹旋轉轉爐還應用於高品位或成分複雜的銅精礦的熔煉和吹煉，鉛精礦、錫精礦的熔煉，銅轉爐渣的貧化，含鉛、鋅高的銅煙塵的處理以及再生銅的冶煉等。
中國用斜(頂)吹旋轉爐熔煉高品位銅精礦，產出粗銅，熔煉銅陽極泥生產金銀合金，生產金銀合金的渣再熔煉生產鉛鉍合金等。
現有技術中，氧氣斜吹轉爐和氧氣頂吹轉爐(統稱為氧氣吹轉爐)是間斷作業，加料、熔煉、吹煉、排渣、排金屬(此處「金屬」一般為合金，本文中「金屬」均是金屬單質和金屬合金的統稱)，加料。生產時爐體沿爐體縱軸線線360°旋轉，根據作業階段可以選擇轉速，另外爐體可以180°傾轉，進行加料、熔煉、排放。受氧氣斜吹爐結構(請參見圖1)所限，目前現行的氧氣斜吹爐加料口、排渣口、排金屬口為同一口(統稱為爐口)，通過爐體傾轉到不同位置進行加料和排放，其中排渣和排金屬時，通過爐體傾轉先將上層的渣層排出，待渣完全排淨，更換下面的受料包再進行排金屬作業。
氧氣吹轉爐內的熔體在高溫下依靠重力分層，但在排放時為了保證金屬的純度要儘可能排渣，最初是直接傾倒，到後期由於渣層變薄，為了減少金屬被倒出往往採用人工扒渣，不僅費時費力，而且現場勞動環境差。
重要的是在熔煉某些高雜物料時，由於渣的黏性大，爐內熔體呈現3層分布，最上面是渣層，中間為黏渣(含金屬合金較高)，金屬(合金層)，黏渣層往往比較厚，為了得到較純的合金，渣層和黏渣層都要排出後才能排金屬，這樣渣中金屬的損失就加大，為了減少這些損失，一般情況下將這些黏渣再回爐配入新料回爐重新熔煉，進一步增加了渣的黏性。由於氧氣吹轉爐的作業特點，每爐都會產生這樣的黏渣，隨著生產的進行黏渣量會越來越大，造成後續生產壓力大，金屬積壓，給經營帶來壓力。
因此，如何減小現有技術中氧氣吹轉爐的作業勞動強度，減小生產壓力，是目前本領域技術人員亟待解決的技術問題。
技術實現要素：
有鑑於此，本發明提供了一種氧氣吹轉爐和採用該氧氣吹轉爐實現的一種冶煉方法。本發明不需要每爐必須倒出黏渣，可以大大減少黏渣的總體排放量和排放次數，從而減小作業勞動強度，減小生產壓力。
為實現上述目的，本發明提供如下技術方案：
一種氧氣吹轉爐，所述氧氣吹轉爐的爐體上設置有爐口和用於排金屬的側排放口，所述爐口位於所述爐體的縱軸線上，所述側排放口開設於所述爐體的側壁上。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，所述爐體包括圓柱形爐身和錐形爐帽，所述錐形爐帽位於所述圓柱形爐身的頂端且與其同軸連通，所述爐口位於所述錐形爐帽的頂端，所述側排放口開設於所述錐形爐帽的側壁上。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，與所述側排放口連通的排放通道的中心軸線與所述爐體的縱軸線夾角為0～20度。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，所述側排放口伸出所述爐體外側的長度為10mm至20mm。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，所述側排放口以及與所述側排放口連通的排放通道由耐火磚環繞所述排放通道的中心軸線砌築而成，或者所述側排放口由砌築到所述爐體外側的帶孔異型磚構成。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，所述氧氣吹轉爐為氧氣頂吹轉爐或氧氣斜吹轉爐。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，還包括檢尺杆，所述檢尺杆包括深入杆和手持杆，所述深入杆為耐熱不鏽鋼材質。
優選地，在上述氧氣吹轉爐中，所述深入杆的一端和所述手持杆的一端固連，並且深入杆和所述手持杆之間夾角為90度。
一種冶煉方法，所述冶煉方法採用上文中所述的氧氣吹轉爐，並且，所述冶煉方法包括：
步驟一：封堵爐體上的側排放口；
步驟二：通過所述爐體上的爐口進行加料作業；
步驟三：冶煉析出金屬；
步驟四：通過所述爐口進行排渣作業，黏渣保留在爐內；
步驟五：疏通所述側排放口，通過所述側排放口進行排金屬作業，黏渣保留在爐內。
優選地，在上述冶煉方法中，在所述步驟四和所述步驟五之間還包括：步驟四a：在需要排黏渣時，執行驟四b，否則，執行步驟五；
步驟四b：通過所述爐口排出所述黏渣，然後執行步驟五和/或步驟四c；
步驟四c：通過所述爐口進行排金屬作業。
從上述技術方案可以看出，採用本發明提供的氧氣吹轉爐以及冶煉方法冶鍊金屬時，由於爐口和側排放口分別獨立設置、單獨作業，從而可以通過爐口和側排放口分別進行排渣作業和排金屬作業，無需像現有技術中一樣每一爐作業必須完成排渣作業和排黏渣作業後才能進行排金屬作業。從而可見，採用本發明提供的氧氣吹轉爐以及冶煉方法冶鍊金屬時，不需要每爐必須倒出黏渣，從而減小作業勞動強度，減小生產壓力。
附圖說明
為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。
圖1為現有技術中氧氣吹轉爐的結構示意圖；
圖2為本發明第一具體實施例提供的氧氣吹轉爐的爐體的剖視圖；
圖3為本發明第一具體實施例提供的檢尺杆的結構示意圖；
圖4是本發明第一具體實施例提供的冶煉方法；
圖5是本發明第二具體實施例提供的冶煉方法。
圖中，01-石灰/礦石，02-裝料位置，03-可轉動煙罩，04-廢氣，05-添加劑管，06-氧氣，07-冷卻水，08-出鋼位置，09-盛鋼桶；
1-爐口，2-側排放口，3-圓柱形爐身，4-錐形爐帽，5-深入杆，6-手持杆。
具體實施方式
本發明具體實施例公開了一種氧氣吹轉爐和採用該氧氣吹轉爐實現的一種冶煉方法。本發明不需要每爐必須倒出黏渣，可以大大減少黏渣的總體排放量和排放次數，減小作業勞動強度，減小生產壓力。
下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
請參閱圖2至圖5，圖2為本發明第一具體實施例提供的氧氣吹轉爐的爐體的剖視圖，圖3為本發明第一具體實施例提供的檢尺杆的結構示意圖；圖4是本發明第一具體實施例提供的冶煉方法，圖5是本發明第二具體實施例提供的冶煉方法。
本發明第一具體實施例提供的氧氣吹轉爐，在爐體上設置有爐口1和用於排金屬的側排放口2，該爐口1位於爐體的縱軸線M上(「縱軸線M」是指進行冶煉作業時爐體的360°旋轉軸線)，側排放口2開設於爐體的側壁上。
對比，本發明第一具體實施例還提供了一種採用上述氧氣吹轉爐實現的冶煉方法，該冶煉方法主要包括以下步驟：
步驟一：封堵爐體上的側排放口2；
步驟二：通過爐體上的爐口1進行加料作業；
步驟三：冶煉析出金屬(具體指熔煉、吹煉等加溫析出金屬時的冶煉過程)；
步驟四：通過爐口1進行排渣作業，黏渣保留在爐內；
步驟五：疏通側排放口2，通過側排放口2進行排金屬作業，黏渣保留在爐內。
採用本發明第一具體實施例提供的氧氣吹轉爐以及冶煉方法冶鍊金屬時，由於爐口1和側排放口2分別獨立設置、單獨作業，從而可以通過爐口1和側排放口2分別進行排渣作業和排金屬作業，無需像現有技術中一樣每一爐作業必須完成排渣作業和排黏渣作業後才能進行排金屬作業。從而可見，採用本發明第一具體實施例提供的氧氣吹轉爐以及冶煉方法冶鍊金屬時，不需要每爐必須倒出黏渣，從而減小作業勞動強度，減小生產壓力。
由於黏渣中的金屬含量高，熔煉過程中還可以產生大量金屬，因此在實際生產過程中，一般情況下，完成一次上述冶煉方法後，黏渣是保留在爐內的，並隨下一爐作業繼續冶煉。即執行完上述冶煉方法中的步驟六後返回步驟一，循環進行下一爐作業，依次反覆循環進行。參見圖4。
在循環作業過程中，上一爐留下的黏渣在接下來的冶煉作業中會繼續澄清分離，產生新的爐渣、黏渣、金屬，達到平衡狀態。這種操作不僅不需要每爐必須倒出黏渣，減小作業勞動強度，減小生產壓力，而且大大減少了黏渣排放量。此外，經過上面操作，還可以增加合金排放次數，使得冶煉效率大大提高。
在實際生產過程中，上述冶煉方法的具體操作流程可參考如下：
步驟一中：用黏泥封堵爐體上的側排放口2，以防止煙氣外逸；
步驟二中：傾轉爐體至加料位置，通過爐體上的爐口1進行加料作業；
步驟三中：傾轉爐體至冶煉位置，爐體沿縱軸線360°旋轉，冶煉析出金屬；
步驟四中：傾轉爐體至排渣位置，通過爐口1進行排渣作業，黏渣保留在爐內，此時，為了避免側排放口2堵塞，避免側排放口2承受壓力，排渣時將側排放口2旋轉至爐體的上側；
步驟五中：爐內正常渣排完後，傾轉爐體到第一預設位置，以便清理側排放口2的黏泥，並疏通側排放口2，然後繼續傾轉爐體到第二預設位置，以便通過側排放口2進行排金屬作業，在爐體內的金屬即將排放完成時停止排放操作，黏渣保留在爐內，然後返回步驟一，循環進行下一爐作業。
在此需要說明的是，上述便於清理側排放口2黏泥的「第一預設位置」，以及上述便於通過側排放口2進行排金屬作業的「第二預設位置」是由技術人員根據實際情況和經驗把握。本發明對於爐體的具體傾轉角度和位置不做具體限定。
在實際生產過程中，上述冶煉方法循環進行N(N≥1)次後，有可能需要排出爐內黏渣，此時可能是執行最後一次冶煉作業，也可能是臨時決定的某次冶煉作業。對比，本發明提供了第二具體實施例。
本發明第二具體實施例公開了一種冶煉方法，該冶煉方法包括本發明第一具體實施例公開的冶煉方法，並且在最後一次執行冶煉作業時進行排黏渣作業。具體為：循環到第N+1次冶煉方法時，在執行完步驟一至步驟四後(即通過爐口1完成排渣作業後)，繼續通過爐口1進行排黏渣作業，最後疏通側排放口2並通過側排放口2進行排金屬作業；或者，在執行完步驟一至步驟四後(即通過爐口1完成排渣作業後)，繼續通過爐口1進行排黏渣作業，並且像現有技術一樣再更換下面的受料包，通過爐口1進行排金屬作業，這樣可以避免側排放口2的疏通和重新封堵操作。
可見，本發明第二具體實施例公開的冶煉方法，是在第一具體實施例的基礎上，在步驟四和步驟五之間還包括：步驟四a：在需要排黏渣時，執行驟四b，否則，執行步驟五；
步驟四b：通過爐口1排出黏渣，然後執行步驟五和/或步驟四c；
步驟四c：通過爐口1進行排金屬作業。
本發明第二具體實施例公開的冶煉方法，具體方法流程請參見圖5。
在此需要說明的是，圖5中的「是否需要排黏渣」，可以是技術人員根據經驗或臨時情況判斷，例如根據加料總量、加料次數、金屬質量、黏渣積累量、循環次數或意外狀況等判斷是否需要排黏渣。
在具體實施例中，上述氧氣吹轉爐為氧氣頂吹轉爐或氧氣斜吹轉爐。具體地，如圖2所示，上述氧氣吹轉爐的爐體包括圓柱形爐身3和錐形爐帽4，錐形爐帽4位於圓柱形爐身3的頂端且與其同軸連通，爐口1位於錐形爐帽4的頂端，側排放口2開設於錐形爐帽4的側壁上，並且，側排放口2靠近圓柱形爐身3和錐形爐帽4的相接處設置，側排放口2的邊沿與爐口1的邊沿之間保持大於零的預設距離。
在具體實施例中，為了保護爐體鋼殼不受熔體衝刷，令側排放口2凸出爐體外側設置，具體為側排放口2伸出爐體外側的長度為10mm至20mm。為了進一步優化上述技術方案，本發明中，與側排放口2連通的排放通道的中心軸線L與爐體的縱軸線M之間的夾角a為0～20度(如圖2中所示)，以避免通過側排放口2排金屬時在爐內形成渦流，造成排放帶渣；而且，側排放口2以及與其連通的排放通道最好設置成圓形通道，以方便堵口。具體地，側排放口2以及與側排放口2連通的排放通道，由耐火磚環繞該排放通道的中心軸線L砌築而成，或者，側排放口2由帶孔異型磚直接砌築到爐體外側構成。但是並不局限於此，對於氧氣吹轉爐中，側排放口2伸出爐體外側的長度、排放通道的中心軸線L與爐體的縱軸線M之間的夾角a、側排放口2和排放通道的截面形狀，本領域技術人員均可以根據實際生產情況進行其它設置，本發明對此不作具體限定。
此外，由於爐型的結構所限，排渣時的渣排放終點往往依靠人工取樣憑經驗判斷，不容易把握。對此，本發明具體實施例還提供了一種專門的檢尺杆，用來在排渣過程中測量渣層厚度，以減少人工取樣頻次。正常情況下通過檢尺杆可以看到渣與金屬層分層明顯。
具體地，如圖3所示，該檢尺杆包括深入杆5和手持杆6，深入杆5的一端和手持杆6的一端固連，呈「7」型。在優選的具體實施例中，手持杆6的長度大於深入杆5的長度，深入杆5的長度要小於爐口1的直徑，深入杆5和手持杆6之間夾角為90度。其中，深入杆5為耐熱不鏽鋼材質，手持杆6為鋼管。
具體地，在冶煉過程中，渣與金屬合金由於密度不同自然沉降分離，金屬密度大，沉在下方，渣密度小浮在上方。在冶煉過程中，通過爐口1伸入檢尺杆，令檢尺杆的深入杆5在液面上方插入，並靜置一分鐘左右後取出。插入過程中，相應深度的渣和金屬附在深入杆5上，由於渣與金屬的密度、導熱等性質不同，可以在深入杆5上看出渣與金屬的分界線，通過測量可以得出渣層的厚度、液面的高度。從而達到以減少人工取樣頻次的目的。
最後，還需要說明的是，在本文中，諸如第一和第二等之類的關係術語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關係或者順序。而且，術語「包括」、「包含」或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者設備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者設備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句「包括一個……」限定的要素，並不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者設備中還存在另外的相同要素。
本說明書中各個實施例採用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。
對所公開的實施例的上述說明，使本領域專業技術人員能夠實現或使用本發明。對這些實施例的多種修改對本領域的專業技術人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發明的精神或範圍的情況下，在其它實施例中實現。因此，本發明將不會被限制於本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的範圍。