采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置，包括：天然氣供應(yīng)裝置(1)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接；氮?dú)夤?yīng)裝置(2)，其通過氮?dú)饬髁靠刂崎y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)，用于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?dú)饬髁靠刂崎y組(4)連接，另一端與置于熔煉爐(8)中的監(jiān)測儀器相連，用于控制所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤?br> 【專利說明】采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請屬于銅熔煉領(lǐng)域，具體而言，涉及一種采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置。

【背景技術(shù)】
[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(tǒng)再生銅熔煉還原過程中，人們常常采用插木還原。但由于木材資源寶貴，為保護(hù)環(huán)境，還原過程逐漸采用天然氣替代插木還原。
[0003]目前，使用天然氣進(jìn)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(yīng)不完全，產(chǎn)生大量黑煙造成環(huán)境污染；(3)天然氣在銅液中裂解產(chǎn)生的氫氣易被銅液吸收，使銅出現(xiàn)一些微孔，影響產(chǎn)品質(zhì)量；(4)由于在還原過程中天然氣流量沒有做出適量和及時調(diào)整，導(dǎo)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(biāo)，相應(yīng)的還原過程就會被拉長。
實用新型內(nèi)容
[0004]為解決上述銅熔煉工藝中的弊端，本實用新型采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w來還原含氧銅液，并根據(jù)監(jiān)測的參數(shù)調(diào)節(jié)天然氣和氮?dú)獾幕旌媳壤?br> [0005]具體地，首先，將天然氣和氮?dú)庠谝粋€混合器內(nèi)進(jìn)行預(yù)混。進(jìn)入混合器的天然氣流量和氮?dú)饬髁糠謩e由天然氣流量控制閥組和氮?dú)饬髁靠刂崎y組來進(jìn)行精確控制。
[0006]因此，本實用新型提供一種采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置，其特征在于，包括:
[0007]天然氣供應(yīng)裝置(I)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接，用于向混合器(5)提供天然氣；
[0008]氮?dú)夤?yīng)裝置(2)，其通過氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)與混合器(5)連接，用于向混合器(5)提供氮?dú)猓?br> [0009]混合器(5)，其與還原噴管(6)連接，用于向銅液(7)提供天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w；
[0010]熔煉爐(8)，用于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?dú)饬髁靠刂崎y組(4)連接，另一端與置于熔煉爐(8)中的監(jiān)測儀器相連，用于控制所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤?br> [0012]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述置于熔煉爐(8)中的監(jiān)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(jiān)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(jiān)測儀器(13)或所述熔煉爐(8)內(nèi)的銅液(7)的含氧量變化的監(jiān)測儀器(14)。
[0013]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，本實用新型采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w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(nèi)。
[0014]根據(jù)另一個優(yōu)選的實施方式，本實用新型采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w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(nèi)，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(jù)一個優(yōu)選的實施方式，所述熔煉爐(8)的一側(cè)安裝有燒槍(16),用于熔煉和氧化階段，以及銅液再次升溫。
[0016]本實用新型所提供的采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w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(zhì)量并縮短還原時間約20-40%。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0018]圖2是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0019]圖3是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0020]圖4是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0021]圖5是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的一種實施方式的示意圖。
[0022]圖6是采用本發(fā)明的裝置用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w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采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的方法包括以下步驟:將所述天然氣與氮?dú)忸A(yù)混合后再通入含氧銅液中進(jìn)行還原，其中所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤ㄟ^監(jiān)測的參數(shù)來調(diào)節(jié)。
[0024]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，上述方法中所述參數(shù)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]然后將天然氣和氮?dú)獾幕旌蠚怏w輸送到還原噴管。最后將還原噴管埋入銅液中進(jìn)行還原。還原噴管可通過加料口插入熔煉爐內(nèi)，亦可安裝在熔煉爐頂部，還原時將還原噴管插入銅液內(nèi)。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?dú)庠俨迦脬~液中。氮?dú)獾拇嬖冢鰪?qiáng)了對銅液的攪拌強(qiáng)度，增加了天然氣與銅液中氧化亞銅的接觸機(jī)會，改善了天然氣的動力學(xué)性能，從而提高天然氣的利用率，減輕了環(huán)境污染。氮?dú)獾拇嬖谝矞p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(xiàn)象發(fā)生。這樣不僅可以提高銅液質(zhì)量，也可縮短還原時間。
[0030]根據(jù)一個優(yōu)選的實施方式，其中所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤谶€原初期大于還原后期。在還原初期，由于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(jìn)行還原。隨著還原的進(jìn)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?dú)饬?。天然氣與氮?dú)獾谋壤谶€原初期時，可以全部是天然氣，然后逐步增加氮?dú)獾暮浚沟枚叩谋壤秊?0: 1,15: 1,10: 1,5: 1,3: 1,2: 1,1: 10然后隨著還原過程逐步降低，天然氣的含量逐漸減少，達(dá)到1: 2，1: 3，1: 5，1: 10，1: 15或1: 30直至可以全部是氮?dú)狻８鶕?jù)上述監(jiān)測到的參數(shù)，可以每1，2，3，4，5，10，15，20，或30分鐘調(diào)整天然氣和氮?dú)獾牧髁勘壤?。在還原過程中有效控制天然氣和氮?dú)獾幕旌媳壤?，可進(jìn)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?dú)獾幕旌媳壤?
[0032](I)方式一:監(jiān)測熔煉爐的爐溫變化和爐氣中CO濃度的變化
[0033]通過監(jiān)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(nèi)。當(dāng)監(jiān)測的溫度變化值dT/dt和CO濃度變化值dCO/dt比預(yù)先給定的設(shè)定值高，這就表明天然氣的輸入量過多，天然氣與氮?dú)獾幕旌媳纫档?。爐溫和CO的變化信號會反饋到天然氣流量控制閥組和氮?dú)饬髁靠刂崎y組，通過流量控制閥組改變進(jìn)入到混合器的天然氣和氮?dú)饬髁?，從而達(dá)到所需要的天然氣和氮?dú)獾幕旌媳取?br> [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(jiān)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(jiān)測煙氣的溫度和CO濃度。當(dāng)監(jiān)測的溫度變化值dT/dt和CO濃度變化值dCO/dt比預(yù)先給定的設(shè)定值高，這就表明天然氣的輸入量過多，天然氣與氮?dú)獾幕旌媳纫档?。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?dú)饬髁靠刂崎y組，通過流量控制閥組改變進(jìn)入到混合器的天然氣和氮?dú)饬髁?，從而達(dá)到所需要的天然氣和氮?dú)獾幕旌媳取?br> [0036](3)方式三:銅液中氧量的變化
[0037]銅液的含氧量可通過質(zhì)譜儀或其它測氧含量儀器測量。當(dāng)監(jiān)測的銅液含氧量高過預(yù)先給定的最高設(shè)定值時，流量控制閥組控制天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)庖暂^高的混合比進(jìn)入還原噴管。當(dāng)監(jiān)測的銅液含氧量低于預(yù)先給定的最低設(shè)定值時，流量控制閥組調(diào)整天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)獾幕旌媳冉档椭敝零~液的氧含量降低到要求指標(biāo)。
[0038]根據(jù)本實用新型一個特別優(yōu)選的實施方式，所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤谶€原初期為10: 1，還原后期為1: 10。天然氣流量可由還原初期的300?500Nm3/hr減少到還原后期的30?50Nm3/hr，氮?dú)饬髁靠捎蛇€原初期的30?50Nm3/hr增加到還原后期的300 ?500Nm3/hr。
[0039]以下通過【具體實施方式】來進(jìn)一步說明本實用新型，但是所述【具體實施方式】不應(yīng)以任何方式視為對本實用新型范圍的限制。
[0040]如圖1所示，天然氣(I)、氮?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組⑷進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐⑶的煙道出口(9)放置溫度和CO監(jiān)測儀器(10)，監(jiān)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(dāng)計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預(yù)先給定的設(shè)定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)就開始調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器(5)的天然氣和氮?dú)饬髁浚固烊粴夂偷獨(dú)獾幕旌媳壤档??；旌虾蟮奶烊粴夂偷獨(dú)膺B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(jìn)行還原。
[0041]如圖2所示，天然氣(I)、氮?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐內(nèi)(8)放置溫度和CO監(jiān)測儀器(13)，監(jiān)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(dāng)計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預(yù)先給定的設(shè)定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)就開始調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器(5)的天然氣和氮?dú)饬髁?，使天然氣和氮?dú)獾幕旌媳壤档??；旌虾蟮奶烊粴夂偷獨(dú)膺B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(jìn)行還原。
[0042]如圖3所示，天然氣(I)、氮?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組⑷進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐⑶內(nèi)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(dāng)監(jiān)測的銅液含氧量高過在PLC控制模塊(11)中預(yù)先給定的最高設(shè)定值時，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)將控制天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)庖暂^高的混合比在混合器(5)混合后進(jìn)入還原噴管(6)。當(dāng)監(jiān)測的銅液(7)的含氧量低于預(yù)先給定的最低設(shè)定值時，流量控制閥組(3)和(4)將調(diào)整天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)獾幕旌媳冉档椭敝零~液的氧含量降低到要求指標(biāo)?；旌虾蟮奶烊粴夂偷?dú)膺B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(jìn)行還原。
[0043]如圖4所示，天然氣(I)、氮?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組⑷進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐⑶的煙道出口(9)放置溫度和CO監(jiān)測儀器(10)，監(jiān)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(dāng)計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預(yù)先給定的設(shè)定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)就開始調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器(5)的天然氣和氮?dú)饬髁?，使天然氣和氮?dú)獾幕旌媳壤档??；旌虾蟮奶烊粴夂偷獨(dú)膺B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(jìn)行還原。這種爐頂插入方式可使加料口在還原過程完全關(guān)閉，這樣不僅可以減少熱損，而且可減少空氣進(jìn)入爐膛對銅液進(jìn)行再次氧化。還原結(jié)束后，還原噴管(6)可抽出熔煉爐⑶。熔煉爐⑶的一側(cè)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?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐內(nèi)(8)放置溫度和CO監(jiān)測儀器(13)，監(jiān)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(dāng)計算出的溫度變化值和CO濃度變化值比預(yù)先給定的設(shè)定值高，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)就開始調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器(5)的天然氣和氮?dú)饬髁?，使天然氣和氮?dú)獾幕旌媳壤档汀；旌虾蟮奶烊粴夂偷獨(dú)膺B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(jìn)行還原。還原結(jié)束后，還原噴管(6)可抽出熔煉爐(8)。熔煉爐(8)的一側(cè)安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化階段使用。熔煉爐(8)的一側(cè)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?dú)?2)分別經(jīng)過天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組⑷進(jìn)入混合器(5)。在熔煉爐⑶內(nèi)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(dāng)監(jiān)測的銅液含氧量高過在PLC控制模塊
(11)中預(yù)先給定的最高設(shè)定值時，天然氣流量控制閥組(3)和氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)將控制天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)庖暂^高的混合比在混合器(5)混合后進(jìn)入還原噴管
(6)。當(dāng)監(jiān)測的銅液(7)的含氧量低于預(yù)先給定的最低設(shè)定值時，流量控制閥組(3)和(4)將調(diào)整天然氣和氮?dú)饬髁渴固烊粴夂偷獨(dú)獾幕旌媳冉档椭敝零~液的氧含量降低到要求指標(biāo)?；旌虾蟮奶烊粴夂偷?dú)膺B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(jìn)行還原。還原結(jié)束后，還原噴管(6)可抽出熔煉爐(8)。熔煉爐(8)的一側(cè)安裝有燒槍(16)供熔煉、氧化，以及銅液再次升溫階段使用。
【權(quán)利要求】
1.采用天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w還原含氧銅液的裝置，其特征在于，包括: 天然氣供應(yīng)裝置(I)，其通過天然氣流量控制閥組(3)與混合器(5)連接，用于向混合器(5)提供天然氣； 氮?dú)夤?yīng)裝置(2)，其通過氮?dú)饬髁靠刂崎y組(4)與混合器(5)連接，用于向混合器(5)提供氮?dú)猓? 混合器(5)，其與還原噴管(6)連接，用于向銅液(7)提供天然氣與氮?dú)獾幕旌蠚怏w； 熔煉爐(8)，用于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?dú)饬髁靠刂崎y組⑷連接，另一端與置于熔煉爐(8)中的監(jiān)測儀器相連，用于控制所述天然氣與氮?dú)獾幕旌媳壤?br> 2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述置于熔煉爐(8)中的監(jiān)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(jiān)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(jiān)測儀器(13)或所述熔煉爐(8)內(nèi)的銅液(7)的含氧量變化的監(jiān)測儀器(14)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述還原噴管(6)通過加料口(12)插入熔煉爐⑶內(nèi)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述還原噴管(6)通過熔煉爐爐頂(15)插入熔煉爐(8)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述熔煉爐(8)的一側(cè)安裝有燒槍(16)，用于熔煉和氧化階段，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(yōu)先權(quán)日:2014年8月20日
【發(fā)明者】王晶紅, 林慶坤, 劉劍玉, 劉天成 申請人:空氣化工產(chǎn)品有限公司