【word】 回转式阳极炉精炼渣物化性能分析

【word】 回转式阳极炉精炼渣物化性能分析 回转式阳极炉精炼渣物化性能分析 总第152期 2006年10月 南方金属 SOUTHERNMETALS Sum.152 Octobor20o6 文章编号:1009—97oo(2006)05—0016—03 回转式阳极炉精炼渣物化性能分析 王建锋,陈雯,沈强华 (昆明理工大学,云南昆明650093) 摘要:回转式阳极炉采用新型煤基炭制还原剂,对精炼渣物化性能的要求不同于固定式阳极炉.回转炉精炼渣 应具有低熔点,低粘度,合适的密度及表面张力度等物化特性以满足实际操作的需要.以云南铜业公司350t回转 式阳极炉为例设计并试验,提出了改进意见. 关键词:回转式阳极炉;精炼渣;物化性能 中图分类号:TF806.12;TF811文献标识码:A Physicochemicalpropertiesoftherefiningslagforrotatinganodefurnace WANGJianfeng,CHENWen,SHENQiang-hua (FacultyofMaterialsandMetallurgicalEngineering, KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming650093,Yunnan) Ab~raa:Therotaryanodefurnaceusinganovelcarbonaceousreductantisdifferentfromfilefixedanodeoneintheirre? quirementsforthephysicochemicalpropertiesoftherefiningslag.Therefiningslagfortherotaryanodefurnaceshouldpos? sesslowmehingpoint,lowviscosity,suitabledensityandappropriatesurfacetensioninordertomeettherequirementsof thepracticaloperations.Takingthe350?tonrotaryanodefurnaceofYunnanCopperCompanyasacflse,someimprove? mentstotherefiningslagwererecommendedafterthefurnacewasdesigned,builtandtested. Keywords:rotaryanodefurnace;refiningslag;physicochemicalproperties 目前,国内外铜火法精炼使用的还原剂主要有 重油,柴油,石油液化气,天然气,氨,丙烷,原木,木 炭粉等.使用重油,柴油,石油液化气这一类石油产 品为还原剂成本较高,且利用率低,还原过程中产生 大量的黑烟,造成环境污染.用天然气,氨,丙烷这 一 类还原剂,受资源条件限制,并且储存条件要求 高,设备投资大.用原木,木炭粉作还原剂,因砍伐 森林而造成土地荒漠化以及洪涝灾害等,对自然环 境造成较大的破坏.为此云南某公司开发出新型煤 基炭质还原剂,成功地应用于固定式铜阳极炉生产, 彻底解决了铜阳极炉黑烟污染,同时显着降低了铜 阳极板的成本.受原料成分限制,在回转炉应用新 型煤基炭质还原剂有时会出现干渣,由于回转炉出 渣依靠氧化空气的推涌作用,若炉渣的流动性差,则 无法出渣.当熔体温度不够高或渣成分不太好时, 炉渣较干,不可勉强出渣,否则不仅渣放不出,铜水 损失大,干渣还会堆积在炉口上.渣的冶金效果与 物化性能有着直接关系,因此有必要对铜精炼渣的 物化性能进行认真研究和分析. 1精炼渣的作用及化学组成 精炼渣的主要作用是:除去铜中的杂质,提高纯 度,使铜含量在99.95%以上;从铜中分离回收有价 元素,提高资源综合利用率.渣的成分与冷料成分, 耐火 材料 关于××同志的政审材料调查表环保先进个人材料国家普通话测试材料农民专业合作社注销四查四问剖析材料 成分,粗铜带入的转炉渣数量等有关,一般 范围见表1. 表1铜火法精炼渣一般成分范围% (Cu)(SiO2)(CaO)(A1203)(Fe0)(MgO) 15,3215351.7,4.22,l2625211.5 2铜精炼渣的的性能要求 回转炉的氧化,还原,出渣方式与固定式阳极炉 完全不同,由于不受人工扒渣,人工插管的限制,氧 收稿日期:2005—11—22 作者简介:王建锋(1979一),男,昆明理工大学材料与冶金学院在读硕 士研究生. 总第152期王建锋等:回转式阳极炉精炼渣物化性能分析17 化过程不存在再造渣情形,炉渣是随铜水带入的,进 料完毕即可放渣.放渣时,把炉口转下,使炉口下沿 与熔体面相平,在鼓风作用下,浮在表面的炉渣被 推涌到炉口而自行流下来.为保证出好渣,首先要 保证炉渣的流动性,其次要保证炉口下沿的平整. 为此必须调节好渣成分,要具有良好的熔解,吸收夹 杂物能力,且吸收夹杂物后物理性能保持稳定. 2.1熔化温度 炉渣的熔化温度是指固态渣完全转变为均匀液 相或冷却时液态渣开始析出固相时的温度.炉渣的 熔化温度与炉渣的组成有关.离子结构理论认为炉 渣是离子晶体结构,其熔化性温度与晶体对温度作 用的抵抗力有关,因而炉渣的熔化性温度决定于晶 体中与离子间库仑引力有关的晶格能,其值大,熔化 性温度高.熔化温度是冶炼过程中的一个非常重要 的指标,熔化温度的高低直接影响着冶炼过程.对 于高熔点的炉渣,需要消耗较多燃料以满足渣与金 属的分离.因而选择合适熔化性温度的炉渣是相当 必要的.实验表明当一种物质溶解于另一种物质 中,两种或多种氧化物形成复合化合物或多元共晶 体时,均可使它们构成的渣系的熔点降低.加入后 能使炉渣熔点降低的物质称为助熔剂,因而可以通 过分析相图选择对冶炼工艺无害的助熔剂以确定合 理的渣系结构,获得熔点较低的熔渣.然而实际的 熔化性温度与由相图确定的温度有一定的偏差,因 而最好用实验的方法测定炉渣熔化温度. 2.2粘度 任何冶炼过程都要求炉渣有适宜的粘度,这不 仅关系到冶炼过程能否顺利进行,而且对过程中的 传热,传质,从而对反应的速率以及熔池中杂质的排 除,金属在熔渣中的损失,炉衬的寿命等都有影响. 另外,通过对熔渣粘度和组成关系的研究,有助于了 解熔渣的结构.熔渣的粘度一般为0.1,10Pa?s, 比液体金属的粘度高两个数量级.熔渣的粘度与其 组成及温度有关.当熔渣内加入了能使难熔组分的 溶解度增大的其他物质时,熔渣的粘度就会下降,温 度的提高也有这样的作用.温度对粘度也有较大的 影响,温度虽不能改变粘流活化能,但温度提高,使 具有粘流活化能的质点增多;同时,质点的热振动加 强或质点的键分裂,络合离子可能解体,成为尺寸较 小的流动单元,因而粘度下降.为了使冶炼顺利进 行,应使炉渣熔化后的温度能够保证炉渣达到自由 的流动,这个最低温度称为熔化性温度,与熔渣的粘 度有关.粘度较低,则熔化性温度较低.温度对粘 度的影响还与炉渣的化学性质有大的关系.铜火法 精炼炉渣一般分为4类:粘度,7<0.5Pa?s为很容 易流动的渣,’7=0.5—1.0Pa?s为易流动的渣, 田=12Pa?s为粘渣,’7>2Pa?s为很粘的渣. 2.3密度和熔渣的表面张力 熔渣的密度和熔渣的表面张力在冶炼过程中起 着相当重要的作用.在火法冶金中,液体金属或锍 与熔渣的分离,熔渣对耐火材料炉衬的腐蚀作用等 都密切相关.与气相接触的液体表面质点,因其配 位数未得到满足,质点问作用力不平衡,比液体内部 的质点具有较高的能量,其超出部分的能量就是表 面自由能,为单位面积上的能量.由于表面质点能 量过剩,因而液体表面将自动收缩以降低过剩的能 量.液体表面的这种自动收缩的趋势,相当于液体 表面水平方向上存在着使液体表面收缩的力,这一 作用力是作用于单位长度上的,单位为N?m,,称 为表面张力.因而研究渣的密度很有必要.固体渣 的密度可近似地由组成炉渣的氧化物的密度用加和 法计算: P渣=?(pMeO?%质量MeO) 式中:pMeO一渣中MeO的密度(见表2表3); %质量MeO一渣中MeO的质量百分比. 表2氧化物的密度×10Kg?m 熔渣的密度测定数据不多.熔化后的液态炉渣 其密度变化不大,可近似地采用固态炉渣的密度值. 当熔渣的温度升高后,由于渣中质点的热运动加强, 质点间距离加大,从而使密度降低.熔渣中存在气 泡时,其密度也会降低熔渣的密度一般在2.8× l0.,3. 5×10.Kg?m波动.FeO,MnO等能增大 熔渣的密度,而SiO:,CaO则使密度降低. 熔渣的表面张力与组成炉渣的离子相互间的作 用能有关,可以用离子的静电位来描述.离子的静 电位可用下式计算: : r 式中:一离子的静电位; 卜离子的电荷数; r一-一离子半径. 18 南方金属 SOUTHERNMETALS2006年第5期 3回转式阳极炉精炼渣的设计应用 3.1回转式阳极炉精炼渣的设计思路 为了充分体现回转式阳极炉自动排渣的特点, 必须保证精炼渣具有较好的流动性.如果所用渣系 的组成不在低共熔点,凝固成的渣皮成份与熔渣成 份不同,这样,随着冶炼的进行,渣皮不断形成,熔渣 成份将不断变化,使工艺参数难以稳定.但实际生 产中所使用的渣系,并不完全遵循上述选择渣系的 原则,其原因主要是:1)从冶炼效果考虑,组份含量 的选择还应顾及渣系的碱度和化学稳定性等要求; 2)生产过程中,由于冶炼时间而引起组份之间的化 学反应,亦会使熔渣组成在一定范围内发生变化; 3)即使处在共晶成份的熔渣,由于渣皮形成属于非 平衡凝固过程,亦可能发生组元偏析,使凝固出的渣 皮成份与熔渣成份不同.为了照顾其它性能,熔渣成 份只能选择靠近低共熔点组成的某一范围之内.依 据冶金热力学和相图理论,以A10一CaO—FeO—SiO 四元系相图(A10折算除去)为基础找出低熔点 的共晶点的合理渣型成分为:CaO:6.60%一 8.27%,SiO2:26.60%一26.98%,A1203:6.31%一 6.40%,FeO:30.32%一30.76%,熔点为1110— 1140cI:.见图1. 图1FeO—Si02一CaO渣系相 3.2试验情况 实验是在云南铜业公司精炼车间新建的两台 350t回转式阳极炉中的一台上进行的.产品阳极 铜流动性好,质量达标,出渣过程顺利无干渣出现, 见表3. 表3精炼渣的物化指标 ?fCu) /% 15, 18 ?(CaO)w(SiO2)?(AI203)?(FeO) ,%%呵o 6.60—25.42—6.72—26.74 8.2729.129.0735.72 半球温粘度15一 度/?28/Pa.8 1108, 0.184 1143 3.3炉渣粘度分析 实际冶炼温度1240—1280oC,从图2可以看 出,炉渣的粘度处于低粘度区,符合生产要求. 耋 吾 ‘? 善 ll4Oll60ll8Ol200l220l240l260l280l30ol320 temperature/~C 图2粘度曲线 4结论 1)回转炉精炼渣应具有低熔点,低粘度,合适 的密度及表面张力度等物理化学性质. 2)回转炉精炼渣渣型设计应与所用还原剂性 质相适应,以满足实际操作的需要. 3)根据上述原则为回转炉设计的精炼渣基本 满足了生产的需要,但仍有改进空间. 参考文献 [1]朱祖泽,贺家齐.现代铜冶金学[M].北京:科学出版 社,2003. 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