铜精炼反射炉设计

铜精炼反射炉设计 课 程 设 计 说 明 书 题 目: 3万吨/年铜精炼天然气反射炉设计 学 院: 能源科学与工程学院 指导老师: 艾 元 方 专业班级: 热动0806 姓 名: 胡菁菁 学 号: 1003080606 2011年9月10日 课程设计任务书 /年铜精炼天然气反射炉设计 课程设计题目:3万吨 课程设计起止时间:2011.8.28-2011.9.10 指导教师:艾元方 副教授 学生姓名:胡菁菁 课程设计要求: 1. 设计参数 年处理粗铜:3万吨，粗铜品位99.2%，全部为冷料 燃料:天然气，成分为(%):CH96.35，CH0.41，CO 0.10，H0.47，4 24 2 CO0.21，N2.46，其中水分忽略不计。 2 2 2. 设计内容 装料量计算;燃料燃烧计算;炉子初步热平衡计算及燃料消耗量;炉子主要尺寸;炉子砌体和工作门孔;最终热平衡及燃料消耗量核算;主要结构参数及工作指标验算;炉子主要结构参数及技术性能表 设计说明书:25页(A4)左右 3. 图纸要求 铜精炼反射炉总图，1#，CAD 4. 课程设计进度安排 第一阶段 调研收集资料 第二阶段 设计计算 第三阶段 数据整理与结果分析，绘制工程图纸 第四阶段 设计说明书第一稿 第五阶段 设计说明书第二稿 第六阶段 答辩准备、答辩、答辩成绩评定 5. 参考文献 [1]《有色冶金炉设计手册》编委会. 有色冶金炉设计手册 [M]. 北京: 冶金工业 出版社, 2000 [2] 韩昭沧.燃料及燃烧(第二版)北京:冶金工业出版社,2007 ii 目 录 第1章 设计条件. .................................................................................................. 1 第2章 炉子结构 ................................................................................................... 2 2.1 反射炉的炉型 ........................................................................................... 2 2.2 炉膛基本尺寸的确定 ................................................................................ 2 2.2.1 炉床面积F ................................................................................... 2 床 2.2.2 炉膛长度L和宽度B ...................................................................... 3 2.2.3 炉膛高度H ...................................................................................... 4 2.3 反射炉炉体结构 ....................................................................................... 8 2.3.1 炉基 ................................................................................................. 8 2.3.2 炉底 ................................................................................................. 9 2.3.3 炉墙 ................................................................................................10 2.3.4 炉顶 ................................................................................................10 2.3.5 其他装置 ........................................................................................ 11 2.4 筑炉要求 ..................................................................................................12 2.4.1 砌砖方法 ........................................................................................12 2.4.2 砖缝 ................................................................................................12 2.4.3 膨胀缝 ............................................................................................12 2.4.4 砌筑尺寸允许误差 .........................................................................12 2.5 烘炉曲线 ..................................................................................................13 2.6 砌筑炉体耐火材料的估算 .......................................................................14 第3章 炉子供热 ..................................................................................................16 3.1 反射炉使用的燃料 ...................................................................................16 3.1.1 反射炉使用燃料的种类 .................................................................16 3.1.2 反射炉燃料消耗的确定 .................................................................16 3.1.3 反射炉对燃料的要求 .....................................................................16 3.1.4 助燃空气 ........................................................................................17 3.2 燃料燃烧计算 ..........................................................................................17 3.3.1 炉子装料量的计算 .........................................................................18 3.3.2 燃料燃烧计算 .................................................................................19 3.3.3 炉子初步热平衡计算及燃料消耗量 ........... 错误～未定义书签。21 第4章 炉子送风和排烟 ......................................................................................23 iii 4.1 送风系统 ..................................................................................................23 4.1.1 风管直径 ........................................................................................23 4.1.2 风管的布置.....................................................................................23 4.1.3 气流阻力 ........................................................................................23 4.1.4 风机的选择.....................................................................................23 4.2 排烟系统 ..................................................................................................24 3.2.1 排烟口的位置及断面尺寸 .............................................................24 3.2.2 烟道系统 ........................................................................................24 3.2.3 烟囱的设计计算 .............................................................................25 炉子性能核算 ..........................................................................................27 第5章 5.1 最终热平衡及燃料消耗量核算 ...............................................................27 5.2 主要结构参数及工作指标的验算............................................................29 5.3 炉子主要结构参数及技术性能表............................................................30 参考文献 .............................................................................. 错误～未定义书签。31 iv 第1章 设计条件 1、粗铜品位:99.2%，全部冷料。 2、燃料为天然气，其成分(%): CH96.35,CH0.41，CO 0.10，H0.47，CO0.21，N2.46,(水分忽略不计) 4 24 2 2 2 3、实回收率:98%。 4、炉龄和修炉时间，根据工厂生产实践，确定如下参数: (1) 中修炉龄为300炉; (2) 一次大修期间的中修次数为8次; (3) 一次中修时间(拆炉、修炉、烤炉合计时间)为20d; (4) 一次大修时间(拆炉、修炉、烤炉合计时间)为45d; (5) 每炉作业时间为14.5h，各期分配如下: 周期 加料 熔化 氧化 还原 浇铸 合计 时间/h 4.5 4.0 0.83 1.0 4.17 14.5 (6) 一年内临时停炉次数:10 1 第2章 炉子结构 反射炉在有色冶炼中应用十分广泛。铜、镍、锑精矿或焙烧矿的熔炼，铜、铅、锑等金属的精炼，以及金属的熔化铸锭等生产过程，一般都采用反射炉。 生产工艺不同，反射炉分为连续作业的和周期作业的两类。 2.1 反射炉的炉型 炉型即炉膛内部的形状。反射炉的炉型为卧式长方形空间。确定反射炉的炉型时必须根据生产工艺过程、炉温制度及炉气、溶体运动等情况进行综合考虑。 反射炉的纵断面形状及其特点和应用见表1。 表1 反射炉不同纵断面形状、特点和应用 纵断面形状 特点 应用 炉顶平直，炉气对炉顶冲多用于铜精矿或熔砂 刷作用小。 的冰铜熔炼。 炉尾炉顶倾斜下压，有利多用于炉气含尘量少 于传热及炉压的分布。 及要求炉温分布均匀 固体燃料供热，炉顶前端用于炼锑及处理铅浮 为驼峰。 渣。 反射炉水平断面型式平面图如图1所示。 a b 图1 反射炉水平断面形状示意图 根据设计要求，这里我们选择第二种纵断面形状和b类水平断面形状。 2.2 炉膛基本尺寸的确定 反射炉炉膛基本尺寸包括炉床面积、炉膛的长度、宽度和高度。这些尺寸，有的是根据生产实践经验数据选用的，有的是通过理论计算的。 2.2.1 炉床面积F 床 22粗铜反射炉炉床面积一般为200~250m，最大350m。 反射炉炉床面积F按下式计算: 床 2 AF (1) ,床a 2;A—炉子日处理量，t/d;a—炉子单位生产率，即床能力，式中:F—炉床面积，m床 2t/(m?d)。 反射炉的床能力a与炉子结构、原料、燃料性质及操作技术水平有关。它可根据经验系数或工业实验结果而定。周期作业反射炉的单位生产率a见表2，铜熔炼反射炉的床能力见表3。 表2 周期作业反射炉单位生产率a 一般指标 先进指标 炉子用途 炉料种类 操作炉时 床能力/ 操作炉时 床能力/ -12 -1-12 -1/h?炉 t?( m?d) /h?炉 t?( m?d) 炼锡 锡精矿 8~10 0.8~1.2 8 1.4~1.8 炼铋 铋精矿 16~18 1.0~1.5 16 1.8 炼锑 粉状氧化锑 72~100 0.59~0.62 72 0.62 处理铅浮渣 块状铅浮渣 14~18 约4 12.7 5~6 粗铜火 冷铜锭 12~14 5~7 12 9 法精炼 液体粗铜 11~12 7~9 8~10 10~11 表3 铜炼反射炉床能力 2 -1炉料种类 床能力/ t?( m?d) 一般 最高* 熔炼铜精矿或铜镍精矿 2.6~4.5 5~6.7 熔炼铜及铜镍的焙烧矿 4.5~7 9 熔炼氧化铜离析矿(粗铜) 1.1~1.3 注:*—采用富氧鼓风，若炉顶安装燃烧器分散供热，床能力可进一步提高。 2根据已知条件，此次设计按公式并参照《有色冶金炉设计手册》，取a=6 t/(m?d): A129,,,21.5F? 床a6 2.2.2 炉膛长度L和宽度B 确定反射炉炉膛长度L应考虑炉子生产工艺特点、燃料的种类及其燃烧方法等因素，一般取经验数据。周期作业、固体燃料室供热的反射炉炉膛长度一般不超过8m，有料坡熔炼的反射炉炉长一般在28~35m。 反射炉炉膛宽度B可按下式计算: 3 FnL= (2) , 2式中:L—炉膛长度，m;F—炉床面积，m;n—炉膛长宽比，一般为1.7~3.5，根据床 采用的燃料和燃烧方式确定;Φ—形状系数，实际面积与矩形面积的比值，一般为0.8~0.9m。 目前，大型反射炉炉膛宽度趋向增大，使炉子热量集中，以提高炉子生产率，有料坡熔炼的反射炉炉膛宽度一般为7~11.5m。 反射炉炉膛长宽比L/B可大体反映炉温分布、操作条件及炉体辅助设备的配备条件等方面的特点。固体燃料供热的反射炉长宽比L/B约为2~2.5左右，火矩式燃烧供热的反射炉长宽比为2.5~3.7左右。 确定炉膛宽度还应满足安装燃烧器所需宽度，安装端烧咀需要的炉膛宽度可按下式计算。 F B= (3) ,L 2式中:B—要求的炉膛宽度，m;F—炉床面积，m;L—炉膛长度，m;Φ—形状系床 数，实际面积与矩形面积的比值，一般为0.8~0.9m 表4为燃烧粉煤的冰铜反射炉炉膛宽度(根据安装燃烧器的需要)。 表4 粉煤燃烧反射炉炉膛宽度 燃烧器燃烧器燃烧器侧燃烧咀中心线炉膛宽 厂外径 中心距S 个数n 离侧墙距离d 度B 别 /mm /mm /个 /mm /mm 1 620 870 6 1875 8100 2 720 902.5 5 2085 7800 按公式，考虑到本路用机械加料，允许宽度较大，本次设计选取n=2.5(一般为2.2~3.0)，并取错误～未找到引用源。=0.9: , F21.5，2.5n,,,7.73L ,0.9 取L=7.8m L7.8,,3.12则 B= n2.5 取B=3.2 m 2.2.3 炉膛高度H 4 冰铜反射炉炉膛高度(有料坡的)的组成如图2所示。 h1 h2 b α h3 h4 图2 冰铜反射炉高度组成 H=h+h+h+h m (4) 1234 式中 H——炉膛高，m，一般为3.5~4.5m h——炉顶拱顶高，m;炉顶中心角一般为50~60，其拱高: 1 11h,(~)B 1710 梯形吊挂炉顶h=0.1B; 1 h——料坡至拱脚高，m;熔炼精矿h为0.2,0.4m，熔炼焙烧h为0.3,0.5m; 222 h——料坡高，m，可按正式计算: 3 1,,,hBbtgm() (5) 32 其中:B——炉膛宽，m; b——熔化裸露表面的宽度，一般为B的40~50%;实际中b一般 为3~4.5m; α——料坡角，一般为炉料的自然堆角，生精矿为40~45?; h——熔池的深度，m。一般为0.8~1.2m，大型冰铜反射炉为1.2m，生产粗铜4 的反射炉为0.5~0.6m。 确定熔池深度时，应考虑以下问题:底层金属熔点高时，要求过热温度高，则熔池深度不能太厚，否则反之;对于精炼炉，若金属中含杂质较多时，则溶池 可浅些，以利氧化操作。一般铜阳极炉(粗铜火法精炼)的熔池深度，根据炉子容量的大小，一般为0.45~0.95m;锡、锑、铋反射炉熔池深度为0.3~0.5m。 周期作业的反射炉炉膛的高度包括熔池深度和炉气空间的高度，它们可进行理论或选择经验数据。 5 国内某些厂反射炉主要尺寸见表5、表6及表7。 表5 国内连续作业熔炼反射的主要尺寸 厂 名 白银 大冶 石录 炉子用途 造冰铜 造冰铜 炼粗铜 2炉床面积/m 210 217 53 长(L) 31315 31315 15400 外形尺寸 宽(B) 3950 9250 5160 /mm 高(H) 5850 6067 4317 长(L) 29590 29935 14020 宽(B) 7800 8100 4000 炉 高(H) 4270 4100 3354 净 高 3070 2900 2754 膛 炉项拱高h 850 1140 1 尺 斜坡至拱脚h 405 200~400 2 料坡高h 1300~1600 1300~1500 ,1000 寸3 /mm 最大熔池深h1200 1200 500~600 4 炉顶中心角 49?10′ 62?30′ 62? 排烟断面 4930×2500 4500×2910 1630×2134 表6 国内铜精矿反射炉的主要尺寸 厂 名 白银 上冶 株冶 武冶 广州扎延厂 炉膛面积20 19.4 13? 7.5 6 2 /m 装入量/t 135,140 90 55 30 20 外形/mm:10015×60609060×4000×7590×3590×5800×2480× 8000×3000 L×B×H ×3890 4800 3550 2800 炉膛/mm:7600×3070 7270×3000 5600×2500 4600×1900 4450×1500 L×B 净高/mm 1330 1140 1015 990 熔池深 950 680 600 500 640 /mm 炉顶中心45? 36? 52? 50? 36? 角 6 炉顶拱高 320 250 315 210 120 /mm 反拱中心 29?30, 18?12, 45? 50? 49?32, 角 反拱拱高250 180 250 210 240 /mm 排烟口断1000×1350 550×1200 600×1000 800×1000 800×600 面/mm 表7 国内周期作业熔炼反射炉主要尺寸 厂 名 云锡 广冶 株冶 锡矿山 炉子用途 炼锡 炼锡 炼铋 处理铅浮渣 炼锑 2 炉床面积/m35 18 10 9.6 11 长(L) 15000 11220 8180 8548 8400 外形 尺寸 宽(B) 4700 3670 3300 2984 3210 /mm 高(H) 2700 2320 1360 2190 1695 长(L) 12720 8000 4890 4200 4540 炉 宽(B) 3470 2750 2840 2280 2400 高(H) 1490 1380 1137 1830 846 膛 净空高 800 548 346 炉项拱高 400 300 240 318 140 尺 拱顶中心角 48? 19?2′ 45? 52? 26? 反拱中心角 33? 38? 60? 47?6, 寸 熔池深300,400 400 410 600 500 120×140×3孔 /mm 排烟口断面 1000×1200 1205×2750 100×100 140×140×2孔 h,h，h还有一种算法，本设计采取此种方法，按公式得: 熔池空 h(1) 熔池深度() 熔池 ，h熔池平均深度()，按照公式并取产渣率为1.5%: 熔池 ,,80.31.51GG,,1，金渣,,，，,,h熔池===0.47错误～未找到引用源。 ,,,,F8.23.621.5,,金渣,, 7 取炉底反拱平均中心角错误～未找到引用源。=27.5，最大熔池深度为: , 2,,B,,,,,，,,1LB,,1,cos，h熔池,,h,,==0.5152 sin,—，，,,,熔池,2,,,2180F,,,,2sin2sin,,22,, h取=0.6 m 熔池 实际上，炉底各横截面积反拱中心角不同，深度不一，并考虑到全部加冷料及加 料机操作方便，宜将熔池适当加深。 h(2)炉膛净空高度() 空 ,,按公式计算如下: ,,2V，tB,,,,,,,,1,1,,，，,,sin,,,,,气B,,,,,,3600,21801-cos,,,,2sinh,，2 2B ,空2sinV,1130，13.19,14905其中 (m/h) 2 1381，1250t炉内气体平均温度: ==1316? 气2 取炉气平均流速错误～未找到引用源。=8m/s，炉拱顶中心角错误～未找到引, ,用源。=45错误～未找到引用源。，则: ,, ,,2V，tB,,,,,,,,1,1,,，，,,sin,,,,,气B,,,,,,3600,21801-cos,,,,2sinh,，2 2B ,空2sin =1.032 2 故h=0.6+1.032=1.632 m，取h=1.7 m 2.3 反射炉炉体结构 反射炉炉体包括炉基、炉底、炉墙、炉顶及附属设备等。 2.3.1 炉基 8 炉基承受炉体的重量1500~3000t，炉料的重量1000t左右，因此要求炉基能承受一定的压力，并防止受力不均产生裂纹。炉基的长和宽，应大于炉子外形的长和宽，并留有发展的余地。一般炉基的长和宽比炉子外形长和宽大1~1.5mm。炉基的厚度一般为2~3m。建筑炉基的材料，应根据炉子大小和炉子工作条件不同确定。常用的材料有混凝土的、钢筋耐热混凝土的、炉渣的和石块的等。炉基内留有孔道和装有下部拉杆及测温装置。 2.3.2 炉底 反射炉炉底有架空炉底和实炉底两种。架空炉底是在炉基上用钢结构将炉底架空，高度,0.35mm，常用于精炼炉等。实底炉是在炉基上直接砌筑炉底，常用于连续作业的炉子，例如粗铜反射炉。 炉底的厚度一般为0.6~1.2m。炉底结构有砖砌的和烧结的两种。砖砌炉底一般采用反拱砌筑，反拱角为20~45?，铅精炼炉为180?，以防止熔体渗透而使砖块上浮。砖砌炉底的材料，由下至上:铸铁板或钢板10~50mm(用于架空炉低)，石棉板10~20mm，粘土砖230或340mm，捣打层60~150mm，镁砖或镁铝砖380或460mm。 烧结炉底使炉底上部烧结成一个整体。它具有坚固性好、耐侵蚀、使用寿命长等优点。炉底烧结材料有石英的和镁铁的。石英烧结炉底是用石英砂烧结而成，使用时由于耐侵蚀性差，使用寿命短，现已不采用了。镁铁烧结炉底的结构由下至上一般为:铸铁板或钢板10~30mm(用于架空炉底)，石棉板10mm，石英砂40mm，轻质粘土砖115mm，粘土砖345mm或460mm，镁砖或镁铝砖380mm，镁铁烧结200~350mm(大型冰铜反射炉可达500mm)。 镁铁烧结层各种材料的配比及要求分别见表8和表9。烧结温度为1500~1600?，烧结时间36~48小时。 表8 镁铁烧结炉底所用材料的配比 配 比(%) 材 料 上层 中层 下层 料坡 镁 砂 54 54 68 52 氧化铁粉 40 40 28 42 卤 水 6 6 7 6 表9 对镁铁烧结材料的要求 原料 成 份/% 粒 度/mm 备 注 MgO,78，CaO,3.5， 粗砂3~6，中砂1~3， 冶金镁砂 使用前烘干120~150? HO,0.5 细砂0~1 2 9 O,95， FeO+Fe23氧化铁粉 100~150网目 烘干，熔点,1400? FeO少，SiO,4 242 卤水 密度:1300~14000kg/L MgCl,55% 本次设计采用砖墩架空式炉底，架空高度为300mm，炉底各层厚度自上而下如下: 镁铝砖反拱层 380mm 镁砂捣固层 60mm 粘土砖层 465mm 15mm 钢板 2.3.3 炉墙 炉墙直接砌在炉基上砌筑炉墙的材料，内衬用镁砖或镁铝(铬)砖，外部用粘土砖。对于本次设计的粗铜反射炉，炉墙内壁采用镁砖，其厚度为350mm;外壁采用粘土砖，厚230mm。炉墙外侧设40mm厚的铸铁护板。 2.3.4 炉顶 炉顶的形式有拱形炉顶和吊挂炉顶两种。拱形炉顶用于炉膛宽度小于6~8m的炉子。拱形炉顶使用的耐火材料有硅砖、高铝砖或镁铝砖，其厚度，高温区为480或510mm，低温区为380mm(厚度为一块砖长)。拱顶的曲率半径为炉膛宽度的1.2~1.3倍。拱形炉顶的结构如图3所示。拱脚梁3焊接在立柱上，炉顶的重力及热应力通过拱脚砖和顶脚梁作用于立柱上。 B—炉膛宽度;B′—炉顶跨度;α—拱顶角;h—拱 高;1—拱顶;2—拱脚砖; 3—拱脚梁;4—炉子侧墙内衬;5—绝热层;6—绝热散料;7—立柱;8—上部拉杆 图3 拱形炉顶的结构 为了提高炉子炉顶的寿命，本设计采用拱形炉底，选用厚300mm的镁铝砖。 10 2.3.5 其他装置 (1)加料口 粗铜精炼反射炉一般从操作门加料，也有少数在炉顶加料的。加料口的尺寸按加入铜块的外形大小及加料方式来确定。采用机械加料时，加料口一般1500mm×900mm，人工加料口一般为1200mm×600mm。 反射炉炉顶加料口示意 图 1—加料装置;2—炉顶;3—拱脚梁;4—炉墙;5—窥视孔 图4 冰铜反射炉加料装置 (2)出料口 出料口的形式有虹吸式和洞眼式的;正常生产出料口多采用虹吸式，其结构如图6所示。出料口一般设在炉尾的侧墙。生产实践表明，虹吸式出料口易于操作，劳动强度小。洞眼式的出料口如图7所示，洞口尺寸为55×65mm)，用于停炉时排放炉底的残留物。 1—炉墙;2—铁护板;3—独立砖组;4—活动铸铁压板;5—出铜口;6—压板;7—楔子;8—立柱 图5 护板洞眼放侧口结构示意图 (3)渣口 渣口一般设在跨炉尾端墙3m左右的侧墙处，距炉底0.6~1.2m，其断面尺寸为0.4×0.7~0.9m。为了抵抗炉渣的侵蚀，渣口周围用镁铬砖砌筑。 (4)加固支架 反射炉的加固支架由立柱和上、下拉杆组成，拱形炉顶还有拱脚梁。炉子的加固支架可通过炉体受力计算确定。 #大型反射炉立柱用45工字钢，拉杆用Φ30mm园钢，拱脚梁可用大型槽钢，立柱 11 间的中心距为1.2~1.8m。 总结 初级经济法重点总结下载党员个人总结TXt高中句型全总结.doc高中句型全总结.doc理论力学知识点总结pdf 以上，本次设计: 1. 炉门:设两个炉门，考虑采用机械从炉门加料，取炉门宽1400mm，高800mm。 2. 扒渣口:设两个扒渣口，均位于与炉门相对的侧墙上，其尺寸为400mmx400mm，为便于扒渣，取扒渣口下沿低于加料口下沿132mm，周围均砌镁砖。 3. 采用普通铜眼式放铜，其位置设在炉尾端墙中部，洞眼尺寸为30mm。放铜口砖组材质为镁铝砖。 2.4 筑炉要求 对砌筑炉子的基本要求包括砌砖方法、砖缝、膨胀缝和尺寸允许的误差等。 2.4.1 砌砖方法 按耐火砖在砌体中的位置不同，砌砖方法分为平砌、侧砌和立砌。炉墙和炉底下部一般采用平砌，炉底上部和跨度较小的炉顶可采用侧砌;熔炼炉炉底上部和跨度较大的炉顶采用立砌。立砌时，同一层砖之间接面积最大，炉体较坚固。 根据耐火泥的调制不同，砌砖方法分为干砌和湿砌。镁质耐火砖应采用干砌，其他耐火砖采用湿砌。镁砖干砌时用镁质耐火粉或铁片填充砖缝，或用卤水与镁质耐火粉调制砌筑。 2.4.2 砖缝 对砖缝大小的要求主要取决于砌体工作条件，在有液态炉渣和金属的地方，砖缝应小，一般要求在1~2mm以下，炉墙、炉顶要求不超过2mm。 2.4.3 膨胀缝 为了防止炉体受热膨胀的破坏作用，砌砖时应留有一定的膨胀缝。膨胀缝的大小取决于耐火砖的种类和炉膛的温度。高温炉每米长砌体应留的膨胀缝为:粘土砖的5~6mm，硅砖的为12mm，镁砖的12~14mm。膨胀缝的位置在有炉渣和金属的地方，膨胀缝应均匀分散，即每隔2~3块砖夹易燃物纸片或木片;炉顶每隔2~3m集中设置，并用石棉绳填充。 2.4.4 砌筑尺寸允许误差 砌筑炉体时，其尺寸误差不应超过以下规定值: (1)垂直误差 墙每米高 3mm 墙全高 15mm 基础砖墩每米高 3mm 12 基础砖墩全高 10mm (2)表面平整误差(用2米长的水平靠尺检查) 墙面 5mm 挂砖墙面 7mm 拱脚砖下炉墙上表面 5mm 底部 5mm (3)线性尺寸误差 矩形或方形炉膛长度、宽度 ?10mm 矩形或方形炉膛对角线长度 15mm 圆形炉膛内半径误差:内半径?2m ?15mm 内半径,2m ?10mm 拱和拱跨顶跨度 ?10mm 烟道的高度和宽度 ?14mm 2.5 烘炉曲线 冶金炉砌筑好后，在投入生产前，应进行烘烤和加热，使砌体中的水分蒸发，并达到一定的温度后才能正式投入生产。炉子在烘烤和加热前，应制订烘炉和加热曲线，它包括烘炉时间、加热最高温度、升温速度和保温时间等。若烘烤后需要降温的炉子，还要注明降温度的速度和时间。 制订烘炉曲线时，应根据炉子的大小和用途、耐火材料的种类和性能、炉子砌筑的质量和砌砖方法、以及筑炉的季节等因素综合考虑。烘烤加热的最高温度为炉子正常工作时的温度。 烘炉开始时，在150?以下，由于炉体含有大量的水分，故升温速度应慢，应小于10~15?/h。炉体较厚时，还应进行保温。超过150?以后，应根据砌体耐火砖热膨胀性的大小确定升温速度，在150~600?范围内的升温速度，粘土砖砌体为25~100?/h，硅砖砌体为20~40?/h，镁砖砌体为15~20?/h。超过600?以后的升温速度，粘土砖砌体为100~250?/h，硅砖砌体为50~100?/h，镁砖砌体为15~25?/h。 13 图6 精炼反射炉(硅砖炉顶)升温曲线 烘炉注意事项:?.烘炉以前，对炉子设备进行全面检查，试车合格后方可烘炉。?.绘制实际烘炉曲线，对出现的总是应做记录。?.根据拉杆受力情况，随时调整漯母。 2.6 砌筑炉体耐火材料的估算 砌筑炉体火材料的数量，可根据炉子设计所确定砌体的尺寸计算其体积，然后换 3算为重量。表10为1m砌体耐火材料的消耗量。 3表10 每1m砌体耐火材料的消耗量(包括损耗) 轻质粘土砖砌体 粘土砖砌体 高铝砖砌体 硅砖砌体 镁砖砌体 砌体部位 砖量/t 火泥/kg 砖量/t 火泥/kg 砖量/t 火泥/kg 砖量/t 火泥/kg 砖量/t 火泥/kg 直墙及炉底 0.951 190 2.06 150 2.304 180 1.864 150 2.711 140 圆弧状砌体 0.955 190 2.06 150 2.34 170 1.851 150 2.711 140 砌筑各种耐火砖使用泥耐泥浆的配制见表11。 表11 砌筑耐火砖使用的泥浆 耐火砖名称 泥浆名称 泥浆浆成分 备 注 粘土砖、轻3粘土质泥浆 粘土质火泥:100%，水400~600L/m 干料质粘土砖 14 3硅砖 硅质泥浆 硅质火泥:100%，水:400~600L/m 干料 3高铝砖 高铝质泥浆 高铝质火泥:100%，水400~600L/m 干料 卤水比重1.25 湿砌;镁质泥浆 镁质火泥:100%，卤水适量 或 镁砖 干砌:镁质火泥 干镁质火泥:100% 加适量氧化铁 粉 炭砖 炭缝糊 冶金焦粉:49~51%，沥青油:51~49% 重量比 15 第3章 炉子供热 3.1 反射炉使用的燃料 3.1.1 反射炉使用燃料的种类 反射炉使用的燃料有粉煤、重油和煤气，有的小型反射炉还用块煤。制造粉煤是用烟煤或烟煤与无烟煤按一定比例配合。我国目前提出以煤代油，即用粉煤代替重油作为冶金燃料。重油发热量高，便于燃烧，是理想的冶金燃料，但重油用作冶金燃料，综合效益低，冶金生产成本高，应尽量少用或不用。煤气使用方便，燃烧过程便于控制，亦是理想的冶金燃料。但在有色冶金厂缺少高炉煤气和焦炉煤气，天然气亦受地区的限制，所以在必要时才采用发生炉煤气。制造发生炉煤气需要增加设备和投资。 本次设计已规定使用天然气。 3.1.2 反射炉燃料消耗的确定 冶金炉燃料的消耗，可通过炉子热平衡进行计算，但在炉子设计中，在往往采用经验数据。 炉子燃料的消耗量与燃料的性质和燃烧过程的组织、冶金工艺过程的特点、炉子结构、炉子生产操作技术水平等因素有关。在炉子设计时，应采取有效措施，提高炉内热能的利用，降低燃料的消耗。 5生产实践总结，冰铜反射炉燃料的消耗量;熔炼铜精矿为46~59×10kJ/t料，即粉 5煤消耗率为14~22%，或重油消耗率10~15%;熔炼铜焙烧砂为46、33~38×10kJ/t料，即粉煤消耗率为12~14%，或重油消耗率为7~12%。 3.1.3 反射炉对燃料的要求 反射炉对燃料的基本要求是满足炉内冶金工艺所需的热量、温度及火焰长度等。使用重油时，重油需加热、过滤和加压。重油达到烧嘴前要求的粘度见表12。 表12 重油达到喷咀前的粘度要求 0喷咀前重油达到的粘度(E) 烧咀类型 常用值 最大允许值 机械喷咀 2.5~3.5 7 高压喷咀 4.5~5.3 15 低压喷咀 3.0~4.0 8 反射炉对使用粉煤的要求包括:制造粉煤的煤种(烟煤)，粉煤的粒度(0.05~0.1mm以下，通过200网目的为80~95%)，粉煤的成分(挥发物25~28%以上，灰分应小于 38~12%，且熔点高，水分小于1.5%等)，发热量高(Q,25×10kJ/kg)。 低 16 3.1.4 助燃空气 助燃空气的确定包括空气消耗系数n，一次空气和二次空气的比例，空气预热的温度，以及富氧燃烧等。 燃料燃烧空气消耗系数的大小与燃料和种类、燃烧方法和燃烧设备有关，其大小可以参考表13确定。 表13 燃料燃烧合理的空气消耗系数 合理的空气消耗系数 燃料种类 人工操作 自动控制 烟 煤 1.50~1.70 1.20~1.40 无烟煤、焦炭 1.40~1.45 褐 煤 1.50~1.70 1.20~1.40 粉 煤 1.20~1.25 1.15 重 油 1.20~1.25 1.15 有焰燃烧 1.10~1.20 1.05~1.10 煤气 无焰燃烧 1.05~1.15 1.03~1.05 粉煤燃烧一次空气和二次空气的比例与煤的种类、粉煤的粒度及要求的火焰长度等因素有关。一次空气的比例，可根据煤的种类确定，贫烟、无烟煤为10~15%，烟煤为20~30%，褐煤为30~35%。 助燃空气预热可提高燃烧温度，降低炉子燃料的消耗量，回收烟气中的热量，应积极采用。 粉煤燃烧时，一次空气因喷吹粉煤，一般不进行预热。二次空气可进行预热，其预热温度一般不超过400~500?。 富氧燃烧，不仅减少燃烧产物的生成量，提高燃烧温度，强化冶金生产过程，提高炉子生产率，而且对冰铜反射炉还可提高烟气中的SO的含量，有利制酸、空气燃2 料燃烧富氧可在30%以上。 3.2 燃料燃烧计算 燃料的燃烧的计算，包括: (1)燃料的发热量和炉子容积热强度; (2)燃料燃烧实际空气需要量和炉子小时空气需要量; (3)燃料燃烧实际产物生成量和小时产物生成总量; (4)燃烧产物的成分和密度; (5)燃料实际燃烧温度。 燃料燃烧计算的方法，参考教材的有关内容。但是，在计算炉子小时需要的空气 17 量时，应考虑炉料反应需要的空气;炉子小时产生的烟气总量，应包括炉料反应生成的气体。 3.2.1 炉子装料量的计算 1. 炉子平均年工作日数 1平均年工作日数=，中修炉龄，每炉作用时间，一年中修平均次数 24 365,一年内临时停炉日数，，一年中修平均次数= 中修护龄，每炉作用时间一次大修时间，一次中修时间，24大修周期 365,10==1.72(次) 300，14.545，20，248 1，300，14.5，1.72,312d/a平均年工作日数=，取310d 24 2. 炉子实际年处理量 火法精炼返回品(炉前废品、炉底铜、碎铜)率 0.35% 点解精炼残极率 20% 则返回品: 30000，0.35,105t 残极: 30000，20%,6000t 实际年处理量为: 30000，105，6000,36105t 取为40000t。 3(日处理量 炉子实际年处理量 A= 炉子平均年工作日数 40000t129== d310 4.根据生产实践取日作业率 5.装料量 A，每炉作用时间 G= 24, 18 129，14.5t80.3== 炉24，0.976.全年生产总炉数 炉子实际年处理量全年生产总炉数= 炉子装料量 40000炉== 498.1a80.3 3.2.2 燃料燃烧计算 1. 天然气燃烧计算: (1)天然气低发热量 Q=4.187(3046×CO%+2580×H%+8550CH%+……+5520 HS%) 低242 =126.4×0.10+108×0.47+358×96.35+591×0.41 3 =34799kJ/m (2)理论干空气量 1 L=(0.5×0.10+0.5×0.47+2×96.35+3×0.41)× ，0O210033 =1.94 m/m 干 L=4.76×1.94 033 =9.23m/m (3)理论湿空气量 湿33 L=10.28m/m(按供风温度50错误～未找到引用源。、相对湿度0 70%计算) (4)实际湿空气量 取空气系数n=1.1，即: 湿湿33 L=nL=1.1错误～未找到引用源。m/m n0 (5)实际炉气量 m,,V [CO+ H++2HS+ CO+ N+ HO ] n=2 22 2 2,n，CH,,nm2,, 121×+(n-) L+0.00124gL 0 n10010033V=13.19 m/mn (6)实际炉气成分(%): 1 V=(CO++ CO) ,nCHCO2 2nm100 1=(0.10+96.35+2×0.41+0.21) 10033=0.98 m/m 1mV=( H++HS+ HO) +0.00124gL ,CHH2O2 22nnm1002 19 1=(0.47+2×93.95+2×0.41) +0.00124×78×11.31 10033=3.03 m/m 179 V=N×+LN22n 100100 179 =2.46×+×11.31 10010033 =8.96 m/m 21V=(L L) O2n-0100 21 =×(11.31-10.28) 10033=0.22 m/m 所以 CO′=7.43，HO′=22.97，O′=1.67，N′=67.93。 2 22 2 (7) 实际炉气密度 ,,,,,44CO，64SO，18HO，28N，32O22222,= 0100，22.4 3=1.204kg/m 2. 燃烧温度计算 (1)燃烧产物理论含热量I: 0 QQ，低空3 I=(kJ/m) 0Vn 湿Q,LCt 式中 n空空空 =11.31错误～未找到引用源。×1.372×50 3=750.42kJ/ m QQ，低空I 则 = 0Vn 34799，750.42= 13.193=2695.18 kJ/ m (2)燃烧产物中过剩空气含量(V) L 11.31,10.28 V=错误～未找到引用源。 L13.19 =7.8% t (3)理论燃烧温度 理 查得: t=1625错误～未找到引用源。 理 20 (4)实际燃烧温度t 取=0.85 高温 则 t=0.851625 =1381 3.2.3 炉子初步热平衡计算及燃料消耗量 按热负荷最大的加料熔化阶段考虑，设此阶段内平均小时燃料消耗量为x kg/h。 1. 热收入 (1) 天然气燃烧热 Q=34799x kJ/h 燃 (2) 空气物理热 湿Q,LCtx=750x kJ/h n空空空 (3) 铜料氧化热 13Q=1298100100.024=366494 kJ/h 氧化8.5 (假定加料熔化阶段有2.4%的铜被氧化成CO，其生成热为u 31298kJ/m，8.5为加料/熔化周期) 总的热收入: ?Q=34779x+750x+366494x=35549x+366494 kJ/h 收入 2. 热支出 (1) 炉料吸收热 G3 QCttqCtt，，,,，，,，，,==852710kJ/h 固熔熔液熔料冷最高8.5 (2)不完全燃烧热损失(Q) 不完 机械性不完全燃烧热损失为1%。 Q=KxQ=348x kJ/h 机低 化学性不完全燃烧，设炉气中CO+H的含量为0.5%: 2 VQn产，100% Q=; 化Q低 Q=126CO′+108H′=57.6 产2 Q==2.2x 化 Q(3) 炉气带走热损失() 炉气 CtVxQ==1.59 kJ/h n炉气炉气炉气 (4) 通过砖砌体及炉门的各项散热损失，根据经验先假定为总消耗量的5%，则 21 总热支出为: 33?Q=(8527+350x+26215x)/0.95=8976+27693x 支出 由?Q= ?Q，得: 收入支出 3x=1130 m 3最大天然气消耗量按1130 m/h考虑。 22 第4章 炉子送风和排烟 4.1 送风系统 4.1.1 风管直径 风管直径按正式计算: 4VV,,,Dm1.13 ,ww 4.1.2 风管的布置 4.1.2.1 在设计风管时应遵循以下原则: (1)确定合理的气体流速。由阻力计算式可知，气体流动所受阻力与气体流动速度的平方成正比，这表明气流所受阻力随速度的增加而显著增加。 (2)尽可能缩短管道的长度，减少管道拐弯及管道直径的变化等。 (3)当有支管时，支管应对称布置，以保证各分支管道内的气体流量均匀分配。 4.1.2.2 布置管路注意问题: (1)管道架空时，应不妨碍交通运输为原则。管道横过铁路应高出轨面6~6.65米，横过公路应高出路面4.5~5.5米。根据管道大小，确定支架间的距离。管道布置在地下时，应设地沟。烟道一般设在地下，若在地下水道以下，应采取防水措施。 (2)煤气、蒸汽管道内应有0.002~0.0055的排水坡度，顺向应小些，逆向可大些，并设排水阀。 (3)根据不同输气管路的要求，在管道上应设清灰孔、人孔、排气阀、胀缩补偿器、安全设备及旁通副道等。 (4)输气管道一般采用焊接钢管或无缝钢管，壁厚为4~7mm。当输送气体预热温度高于400?，管道必须采用内衬绝热;管内介质温度低于350?时，可采用管外绝热。4.1.3 气流阻力 气体流动所受阻力有摩擦阻力、局布阻力和特殊阻力。根据所设计的管路系统，分析气流所受阻力的形式，然后分别进行计算。摩擦阻力系数λ可根据不同的管道确定，光滑的金属管道λ=0.025，粗糙的金属管道λ=0.045，砖砌管道λ=0.05。不同情况的局布阻力系数可查文献[1]。 4.1.4 风机的选择 选择风机即确定风机的型号及性能参数。反射炉通常使用离心机鼓风机。 23 选择风机应注意:风机铭牌所标注的全压风量及功率是指风机在最高效率时的性能，而且是指风机在设计规定工作参数，温度为20?，压力为101325Pa，相对湿度50%， 3空气密度ρ为1.2kg/m。因此，如果风机实际工作参数与风机设计规定工作参数不同，则要对风压、风量和功率进行换算。冶金炉使用的离心式风机的牌号及性能可查风机产品目录。 4.2 排烟系统 4.2.1 排烟口的位置及断面尺寸 粗铜反射炉的排烟口一般设在炉尾端墙，上升烟道口向上倾斜20?左右。按下式计算烟气出口的断面积: 烟气排出量2F,m 烟气流速 烟气流量为燃料燃烧生成的气体和炉料在熔炼过程中产生的气体的总和。烟气流速可查表15。根据烟气排出口面积的大小，合理确定排出口在炉尾端墙上的高度和宽度，并使烟气排出口的底边离渣线有一定距离。 4.2.2 烟道系统 为了利用烟气含有的热量，冰铜反射炉的排烟系统装有余热炉并有除尘系统(如重力除尘器、电收尘器等装置)。由于抽烟机的作用，出炉高温烟气经余热锅和收尘器后，温度降低，然后由烟囱排入高空。 图11是某厂冰铜反射炉排烟系统的示意图。烟道在地面以上架空。 烟囱 抽烟机 反 电收尘 余热锅炉 射 炉 图7 某厂反射炉排烟系统示意图 (×——表示烟道冷阀) 24 烟道一般采用180?拱顶，其断面积可根据烟气量和选定的流速用连续方程式计算。 烟气在烟道中流动所受阻力可用阻力公式计算。 4.2.3 烟囱的设计计算 炉子热工烟囱的设计计算包括烟囱的内径和高度，其设计计算方法，可参照教材 的有关部分。 表15 常用流体输送的合理流速 合理流速? 流体种类 特 点 -1/m?s 压力,500mm水柱 6,8 1 冷空气 压力,500mm水柱 9,12 压力,150mm水柱 1,3 2 热空气 压力,500mm水柱 3,5 压力,500mm水柱 5,7 3 压缩空气 8,15 不预热 8,12 4 高压净煤气 预热 6,8 不预热 5,8 5 低压净煤气 预热 3,5 未清洗的发 6 1,3 生炉煤气 水平管 20,30 粉煤与空气7 循环管 35,45 混合 直吹管 ,18 600~800?烟囱排烟 1.5,2.0 8 烟 气 300~400?烟囱排烟 2.0,3.0 排烟机排烟 8,12 高压 5,7 低压及时过热水 2,4 9 水 压力回水，一般冷却水 1.5,2.5 自流回水 0.5,1.5 生产、生活、消防管道 0.7,2.5 10 过热蒸汽 主管 40,50 25 支管 35,40 主管 30,40 11 饱和蒸汽 支管 20,30 12 放散蒸汽 80,100 13 天然煤气 20,25 压力?10大气压 8 14 氧 气 压力10~30大气压 5,4 压力30~35大气压 3 输出 0.8,2.5 15 油 回收 0.2,0.3 26 第5章 炉子性能核算 5.1 最终热平衡及燃料消耗量核算 按加料及熔化阶段计算。 1. 热收入 (1)天然气燃烧热 Q=34799x kJ/h 燃 (2)空气物理热 Q=750x kJ/h 空 (3)金属氧化反应热 Q=366494 kJ/h 氧化 ?Q=35548x+366494 kJ/h 收入 2. 热支出 (1)炉料吸收热 Q=8527000 kJ/h 料 (2)不完全燃烧 Q=350x kJ/h 不完 (3)炉门逸气带走热 炉门开启时逸气量: ,,，，2gH,2400空气,V,F ， 逸，，,,1，t气气门 2F,1.3，0.8，2,2.08m 其中 ， 门 ,,，，2gH,2400空气,V,F 逸，，,,1，t气气门 24002，9.8，0.8，，，1.2,0.203,，0.7，2.08， 13160.2031，273 3 =5268 m/h 炉门开启时间率为0.177; 则逸气带走热: Q’=1.59×1316×5268×0.177 逸气 =1951066 (kJ/h) 炉门关闭时的漏气量约为开启时的10%，即: Q’’=1.59×1316×0.1×5268×(1-0.177) 逸气 = 907190 (kJ/h) 总的逸气带走热=198178+907190+2858256 (kJ/h) 3. 炉气带走热 炉门逸出炉气量: 27 V=5000×0.177+0.1×5000×(1-0.177) 逸气 3 =1298 (m/h) Q=1.59×1250×(13.19x-1298) 炉气 =26215x-2579775 (kJ/h) 4. 通过砖体及炉门散热见表16。 表16 通过砖体及炉门散热损失 部位 材质 厚度内表面积计算面积内表面温度散热量备注 22-1/m /m /m /? /MJ?h 炉顶 镁铝砖 0.3 20.97 20.97 1374 988 渣线以上 镁 砖 0.35 16.25 17.88 1374 235 炉 墙 粘土砖 0.23 渣以下炉墙 同上 同上 7.45 8.2 1170 88 镁 砖 0.38 q=9293 -2-1炉底 毛炉底 0.06 22.5 36.5 外表温度180 339 KJ?m?h 粘土砖 0.465 钢 板 0.015 工作门 0.6 1.04×2 开启系数 1374 322 遮蔽系数 0.177 错误～未找到 引用源。 =0.6 ,总散热量 1972 5. 其他热损失(包括水冷拱脚梁、水冷炉门及不可预计的项目) 设为燃料燃烧热的2%，即 其他Q=0.02×34799x=696x (kJ/h) ?Q=8805418+28059 x (kJ/h) 支出 由热平衡方程?Q=?Q，得: 收入支出 35548x+366494=8805418+28059 x 加料与熔化阶段的平均小时耗燃料量: 3 x=1126.7m/h。 燃料消耗量与最初热平衡计算基本相符。最终热平衡列于下表: 表17 加料与熔化阶段热平衡表 -1-1项目 MJ?h % 项目 MJ?h % 燃料燃烧热 39218 97 炉料吸收热 8257 21.09 28 空气物理热 845 2.09 不完全燃烧热 394 0.97 炉门逸气带走热 2858 7.07 铜氧化反应热 366 0.9 炉气带走热 26678 65.99 通过砖体及炉门散热 1972 4.88 合计 40429 100.00 合计 40429 100.00 5.2 主要结构参数及工作指标的验算 1. 燃烧空间释热率(q) v 用，，q,xQ，Q，Q/V vi低空粉膛 式中 x——各工艺阶段的石油焦粉消耗量，kg/h，根据工厂经验，各阶段燃 料消耗量与加料熔化期的平均消耗量(x)有如下关系: 加料期: x=(0.7~0.85)x=768.51~873.42(kg/h) 加料 焖烧期: x=(0.9~1.05)x=886.74~1034.53(kg/h) 焖烧 熔化前期: x=(1~1.15)x=985.26~1133.05(kg/h) 熔前 熔化后期: x=(1.1~1.25)x=1083.79~1108.42(kg/h) 熔后 33 V——炉膛燃烧空间容积，m,当熔池深度为650mm时，V=20.62m,当熔膛膛 3体面达750mm时，V=18.59m。 膛 加料熔化阶段炉膛燃烧空间释热率的波动范围: 340429，10q,，1.163 v，，18.59~20.62 33 =(2280~2529)×10(W/m) 最大炉膛燃烧空间释热率(熔化后期): 362518，10 q,，1.163v18.59 3 =3363×10×1.163 33 =3911×10(W/m) 因炉膛燃烧空间释热率很大，除要求选用优质耐火材料以外，还应强化燃烧过程。2. 炉气流速验算 按最大炉气量: V=1412.5×13.19×(1+1316/273)/3600 炉气 3 =30.1(m/s) 按设计确定炉膛各处横截面积及流速如下: 2-1部位 横截面积/m 流速/m?s 炉头 2.18 13.81 29 炉中 3.21 9.38 炉尾 1.50 20.07 出口流速较大，要求排烟系统抽力作相应考虑。 3. 床能率 按装料量与每炉冶炼周期验算: 2F=7.8×0.9×3.2=22.46(m) 床 a=24G/ F错误～未找到引用源。 床 =24×80.3/(22.46×14.5) 2 =5.9 [t/(m?d)] 验算表明，按经验确定的炉子主要尺寸是适宜的。 4. 燃料单耗 (1)按氧化、还原、浇铸阶段热平衡得该期内的平均燃料消耗 3 x=440m/h (2)每炉总的燃料消耗量 加料熔化期消耗天然气: 3 8.5×985.26=8374.75(m) 氧化、还原、浇铸期消耗天然气: 3 6.0×440=2640(m) 每炉总耗天然气: 3 V=11014 m (3)每吨炉料耗天然气: 3 11014/80.3=137.2(m/t) 5.3 炉子主要结构参数及技术性能表 表18 炉子主要结构参数及技术性能表 序号 项目 数量 序号 项目 数量 -11 装料量/t?炉 80.3 9 离炉炉气温度/? 1250 2-332 熔池面积/m 20.25 10 炉膛最大释热率/ W?m 3911×10 -2-13 炉膛尺寸(长×宽×高)7800×320011 床能率/ t?m?d 5.9 /mm ×1700 -14 熔池深度(最大)/mm 600 12 炉子日处理量/ t?d 129 5 天然气每小时最大消耗1412.5 13 每炉作业时间表/h 14.5 3-1量/ m?h 3-136 最大空气需要量/m?h 14570 14 炉料的天然气单耗/ m?t 137.2 30 7 空气压力/kpa 65~70 15 炉膛最高温度/? 1381 3-18 最大炉气量变/ m?h 16000 参考文献 [1] 《有色冶金炉设计手册》编委会. 有色冶金炉设计手册 [M]. 北京: 冶金工业 出版社,.2000. [2] 韩昭沧. 燃料及燃烧(第二版)北京:冶金工业出版社,2007. [3] 范砧. 燃料气比热容的计算方法. 工业炉.2006. [4] 汤敬乐. 城市煤气在铜精炼反射炉的应用实践. 中国有色冶金.2007. 31