Mathematical model of pyritic smelting process for copper-nickel mineral in oxygen top-blown furnace

Mathematical model for mass transfer of chemical reactions on the surface of the smelting bath pit in oxygen top blown smelting furnace was put forward. Additionally, one of two mathematical models for mass transfer of chemical reactions forming copper matte in smelting bath and the other for parameters of smelting process were developed. The verification tests were simultaneously carried out in a pilot scale furnace and the experimental results show that these mathematical models are convincing. Thus, these numerical models are reliable to simulate pyritic smelting process for copper nickel mineral in oxygen top blown furnace.

超大型侧吹熔池熔炼余热锅炉烟气流动及烟尘黏附研究

富氧侧吹熔池熔炼广泛应用于铜、铅、锌等有色金属的提取,其后端的余热锅炉承载着余热回收利用、沉降烟尘的重要作用。但在实际生产过程中,炉内烟气流场混乱,烟尘易黏附积灰,炉壁与部件磨损严重等,导致了余热回收效率降低,低负荷运行甚至被迫停机。针对上述问题,采用多相网格质点方法,对年处理150万t精矿超大型富氧侧吹熔池熔炼余热锅炉内烟气流动特性、烟尘沉降与黏附开展数值模拟研究。结果表明:炉内的烟气涡旋会导致烟尘回流至入口烟道;挡板前移会导致挡板受击与堵塞情况加剧;增大挡板间距能有效减小挡板的堵塞;增大辐射室空间能大幅度减小挡板受到的冲击。

顶侧复合连续炼铜系统开发之工艺流程再造

富氧顶吹浸没熔炼工艺是在特定时期引进并在国内实现消化创新和广泛应用的铜冶炼技术,为我国铜冶炼行业从传统熔炼工艺向现代强化熔炼工艺的跨越作出重要贡献。近年来,连续炼铜技术和短流程技术快速发展,造锍熔炼在高富氧浓度、高铜锍品位、高温和高处理能力方向上不断突破。在高质量发展要求和技术快速进步的背景下,国内各生产企业结合自身实际围绕铜冶炼系统的绿色节能降耗开展了系列探索和研究,取得了一系列成果。本文围绕新时期铜精矿富氧顶吹浸没熔炼工厂技术升级改造的工艺创新与流程再造进行探索,提出总体思路和开发方向,包括主体设备供风装置增加侧吹喷枪,并对冶金炉炉体结构及其他配套设施进行相应的改造,取消原料制粒系统和沉降电炉,实现高品位铜锍冶炼和连续炼铜,以期为顶吹熔池熔炼工厂技术和装置的升级改造提供技术储备、指导及参考,推动行业向低碳、绿色、环保方向迈进。

含铜污泥搭配发热危废协同处理及综合利用技术

本文介绍了富氧侧吹熔池熔炼炉协同处理含铜污泥和发热危废的技术,该工艺具有金属回收率高、熔炼强度大、一次能源消耗低,实现了含铜污泥的有价金属的综合回收和发热危废的无害化处理。生产实践表明:处理量10万吨/a含铜污泥和发热危废,可降低煤率约10%,节约成本770万/a,产出约4000t/a的多金属合金(其中含铜55%、含镍11.9%),为企业提质增效打开了的突破口。

多枪顶吹连续吹炼炉氧枪参数优化数值模拟研究

随着铜冶炼技术的快速发展,多枪顶吹连续吹炼技术被应用和逐渐推广。采用计算流体学方法对吹炼炉内气-渣-粗铜三相混合特性进行了数值模拟,研究了炉型、喷枪数量、枪位、氧枪直径和喷枪间距对炉内搅拌强度和搅拌死区的影响。研究表明,椭圆形炉体熔池流动死区和相对静态区域相较于圆形炉体分别缩小了17.1%和27.8%;喷枪数量由6支增加至8支时,炉内搅拌死区由90.6%降低至63.7%;枪位由0.3 m降低至0.2 m时,搅拌死区占比由63.7%降低至34.7%;氧枪直径76 mm/氧枪间距600 mm工况条件下,顶吹炉具有较好的搅动能力和较低的喷溅强度,过大的氧枪直径和氧枪间距会提升熔渣的喷溅强度,不利于工业实际生产。

铅精矿侧吹熔炼气-液多相流动过程数值模拟

铅精矿富氧侧吹熔池熔炼技术具备原料适用范围广、炉体使用寿命长、废热废料利用率高、热量有效利用率高等诸多特点,在炼铅工艺中占有重要地位。基于VOF多相流模型与Realizable k-ε湍流模型建立了侧吹炉内的多相湍流流动过程数值仿真模型,并利用物理模型对仿真可靠性进行了验证。模拟研究了喷枪喷气速度、喷嘴排布方式以及渣液位高度对熔池搅拌效果的影响,确定了喷枪结构不变的情况下,最佳的工艺条件为喷枪喷气速度100~150 m/s、渣液位高度1.6~1.7 m。

铅冰铜富氧侧顶吹熔炼中试研究

针对铅冰铜复杂物料熔炼效率低、Cu与Pb分离不彻底、粗铜品位不高等技术难题,采用自主开发的富氧侧顶吹熔炼试验装备开展了中试试验。试验结果表明,在温度1250℃、氧气浓度60%的条件下,铅冰铜侧顶吹熔炼可一步产出粗铜,粗铜含Cu量达到94.03%,含Pb量为0.11%,主要杂质Pb、As和Sb的脱除率分别约为99%、90%和85%。采用该工艺,熔炼造渣+吹炼造铜可在同一反应器内完成,冶炼周期缩短至24 h,煤率9.6%,相较于传统工艺,冶炼效率大幅提升、操作环境好、能耗低,该工艺具有较好的应用前景。

富氧侧吹工艺处理危废的过程分析

富氧侧吹工艺技术在危废资源化利用方面得到了广泛应用,尤其在有色金属危废资源化方面。本文介绍了富氧侧吹工艺的流程、设备,并分析富氧侧吹工艺处理危险废物过程的机理,包括燃烧过程、金属氧化物的还原过程、造渣过程,介绍危废主要组分如水分、有机物、硫、氟、氯、重金属元素的走向,以期更清楚地掌握该工艺优化的核心以及明确后续提高工艺水平的方向,为后续资源化利用工艺的提升提供技术支撑。

铜精矿富氧底吹熔池熔炼炉炉寿控制与生产实践

铜精矿在富氧底吹熔池熔炼炉中的炉寿控制工作,对铜冶炼生产企业经济发展至关重要。通过控制熔炼炉寿命,可以降低铜冶炼的生产成本,为生产系统的组织与计划优化创造先决条件,满足高效率生产要求。本文深入讨论目前影响熔炼炉设备寿命的主要因素,并对熔炼炉设备的内部内衬结构进行了详细分析。最后,提出了主要的生产实践方法,旨在帮助铜冶炼生产企业降低生产成本、延长设备寿命,希望获得更可观的生产经济收益。

富氧侧吹熔池熔炼生产金属化镍阳极工艺研究

反射炉熔炼二次镍精矿生产镍阳极板工艺,存在燃料的热利用率低、燃料消耗量大,炉体耐火材料使用寿命短、阳极板脆弱易碎、残极率高,熔炼运行成本高、现场操作环境恶劣等问题。本文通过对富氧侧吹熔池熔炼二次镍精矿生产金属化镍阳极板的工艺研究,得到金属化镍锍产品(Ni+Cu≥76%,Fe<3%,S 16%~20%),最佳工艺参数为:在反应温度为1450~1600℃,富氧浓度65%~75%,连续进料速率为100 kg/h条件下,氧料比10~45 Nm^(3)/t,还原剂率为0.5%~1%。随着氧料比增加,镍锍的品位逐渐增加,且铁、硫含量逐渐降低,相应的熔渣含镍逐渐升高。富氧侧吹熔池熔炼生产金属化镍阳极板具备工艺可行性,实现二次镍精矿短流程的“熔化、除铁、降硫”的目的,可产出合格的金属化镍阳极板,明显提高镍阳极板成材率,大幅提高热利用率、提高生产效率和产能,并降低了生产成本。

红土镍矿侧吹还原造锍熔炼试验研究

基于新能源汽车的快速发展以及三元动力电池的高镍化发展对镍原料需求旺盛的大背景,提出红土镍矿侧吹造锍熔炼生产低镍锍工艺的研究。本文对石膏的热分解行为进行了系统的热力学研究,分析碳硫比、反应温度对CaS转化率的影响,进行石膏选择性还原硫化红土镍矿基础试验,并在此基础上进行富氧侧吹硫化红土镍矿扩大试验,总结石膏选择性还原硫化红土镍矿和富氧侧吹硫化红土镍矿的反应机制。结果表明,脱硫石膏短流程直接还原硫化红土镍矿生产低镍锍工艺可行,该工艺采用工业固废脱硫石膏作为硫化剂,可全组分利用石膏渣中的Ca、S元素,达到“固废绿色循环、资源化利用”的目的,且镍回收率大于90%,钴回收率在87%以上,硫利用率大于75%,铁回收率低于60%,可满足红土镍矿镍、钴、铁的选择性还原硫化富集回收目的。

富氧侧吹熔池熔炼工艺处理固体废物的研究进展

富氧侧吹熔池熔炼法发展至今已相当成熟,广泛应用于各种危险固体废物的处理。本文详细介绍了富氧侧吹熔池熔炼法的工艺流程以及核心设备富氧侧吹熔池熔炼炉,综述了国内外关于富氧侧吹熔池熔炼法处理各种固体废物的现状,总结了该工艺的技术特点和存在的不足,并对其未来的发展方向进行了展望。指出:随着技术的发展和研究的深入,富氧侧吹熔池熔炼法在固体废物处理领域有着巨大的潜力和光明的前景。

基于IPSO-BP神经网络的富氧底吹铜熔炼炉喷枪寿命预测模型

富氧底吹铜熔炼炉喷枪是整个熔炼炉中最重要的部件,并且造价高,易损坏,工作环境恶劣复杂,对其进行准确的寿命预测比较困难。提出了一种基于IPSO-BP神经网络的寿命预测模型,粒子群优化算法解决了BP神经网络容易陷入局部极小值和训练速度慢的问题,优化的粒子群算法优化了惯性权重和学习因子,进一步加快了训练速度和搜索速度,提高了BP神经网络跳出局部极小值的能力。以工作环境中容易对喷枪寿命造成影响的因素作为输入,喷枪寿命作为输出,通过实际生产采集的数据做验证,并与BP神经网络和PSO-BP神经网络预测模型作对比。结果表明,本文构建的寿命预测模型预测效果比BP神经网络和PSO-BP神经网络的预测更加准确,精度更高,该预测模型为富氧底吹铜熔炼的喷枪寿命预测提供了一种方法借鉴。

湿法炼锌协同处置富氧顶吹炼铅烟尘分离回收镉的生产实践

针对富氧顶吹炼铅工艺铅烟尘中镉不断富集的难题,为充分发挥铅锌冶炼联合工艺流程的优势,利用湿法炼锌中的浸出工序实现烟尘中镉与铅的分离,再采用锌粉置换、净化,实现镉的分离和回收。结果表明:在初始硫酸浓度为20 g/L、液固比4∶1、浸出温度70℃、浸出时间3 h的优化条件下,铅烟尘硫酸浸出段镉浸出率为85.7%;烟尘中铅、银进入浸出渣,可返回铅系统实现铅的回收,浸出液可采用铜渣除,氯控制氯离子浓度小于200 mg/L;除氯后液并入锌冶炼湿法浸出、净化流程回收镉,实现镉的资源化利用,使铅烟尘中镉形成有效开路,整个工艺经济环保、可操作性强。

两排氧枪角度设置对大型底吹炉流动特性的影响

在不同氧枪倾角和角度间距下,建立氧气底吹炉仿真模型,分析不同工况对熔体流动特性的影响。研究结果表明:两排氧枪角度设置对底吹炉内流动特性的影响主要体现在炉径方向。氧枪倾角会对核心搅拌区的空间位置产生“偏移”作用,控制核心反应区向氧枪所在一侧炉壁偏移程度;角度间距会对核心搅拌区的扰动状态产生“分散”作用,控制搅拌源形成的核心搅拌区聚散程度。为了更好地调控大型底吹炉熔池气动搅拌特性,将两排氧枪角度设置为0°&15°组合较为合理,熔池内有较好的气动搅拌强度和气体分散效果,进而提高熔炼效率,且未产生熔体恶性喷溅。

富氧侧吹炉废铅蓄电池综合回收工艺设计

废铅蓄电池中含有铅、废硫酸等有害物质,属于危险废物,如果处置不当会对环境造成污染,因此需要进行无害化处置及综合回收。本文介绍了铅蓄电池回收流程,在对比各种铅膏回收工艺的基础上,总结了富氧侧吹熔池熔炼处理废铅蓄电池工艺的优点,并以某再生精铅回收实践为例对富氧侧吹熔池熔炼处理废铅蓄电池的工艺设计、要点和参数进行回顾和总结,为国内再生铅行业工厂设计和技术升级改造提供参考。

100t转炉四孔聚合射流氧枪三相流数值模拟

文章采用数值模拟软件Fluent,建立了一个四孔聚合射流氧枪顶吹转炉的三维模型,通过改变氧枪枪位和氧枪喷孔夹角,对转炉炼钢条件下的聚合射流与熔池的相互作用进行了模拟与分析。结果表明:在相同操作条件下,随着氧枪枪位的提高,射流对熔池的冲击直径由1.93 m增大到2.30 m、冲击深度由0.48 m降低到0.32 m,同时低枪位时射流对熔池的冲击动能大;在同一喷吹枪位下,随着氧枪喷孔夹角的增大,射流对转炉熔池的冲击直径由1.41 m增加到2.14 m、冲击深度由0.60 m降低到0.48 m。

锑精矿富氧侧吹挥发熔池熔炼研究

针对目前我国锑冶炼生产技术水平低,装备落后,环境污染严重,资源消耗高,锑回收率低(70%~90%),冶炼烟气SO_(2)浓度低(SO_(2)<1%),难以回收利用,造成周边生态环境污染严重的现状。本文提出了锑精矿侧吹挥发熔池熔炼新工艺,新工艺以锑精矿为原料,采用富氧侧吹熔池熔炼的方法实现清洁冶炼。在最佳工艺参数条件下,产出的炉渣平均含锑0.75%,锑金属回收率达97.49%以上,实现了渣锑较好的分离;产出的烟气SO_(2)浓度达7%~15%,易实现制酸,消除了低浓度SO_(2)对环境的污染。新工艺处理能力大,生产效率高,能源消耗低,资源回收率高。

氧枪座布置对大型铜熔炼底吹炉流动特性的影响

大型铜熔炼底吹炉在现代铜冶炼工业中发挥重要作用,相较中小型底吹炉其氧枪特征发生较大改变。以氧枪座为喷吹单元的气动搅拌已成为炉内扰动源,氧枪座布置情况直接影响大型底吹炉的熔炼效果。本文以某冶炼厂的大型底吹炉为研究对象,建立以枪座为基础的局部模型,通过CFD数值模拟分析了两个氧枪座参数,即枪座角度和两枪间距,对熔池流动特性的影响。结果表明:枪座角度和两枪间距分别对气泡上浮路径和有效搅拌区范围有显著影响,适当减小枪座角度将延长气泡上浮的运动空间,适当增大两枪间距将弱化有效搅拌区重叠。旋转炉体或重新设置氧枪是值得推荐的,有利于强化大型底吹炉熔炼过程。

高磷鲕状赤铁矿侧吹熔炼试验研究

针对高磷鲕状赤铁矿现有冶炼工艺难以生产低磷铁水的问题,本文提出采用富氧侧吹还原熔炼技术处理高磷鲕状赤铁矿冶炼低磷铁水,在原料分析、热力学计算的基础上,进行了还原熔炼试验,并对还原体系进行了平衡计算,得到以下结论。矿物分析表明,该矿石具有典型的鲕状结构,鲕粒中赤铁矿主要分布在与脉石矿物形成的同心环状包裹构造的壳层中,铁、磷难以进行物理分离。热力学计算表明,高磷鲕状赤铁矿在1450~1600℃温度范围内进行还原时,磷以单质磷形式还原进入金属铁相,不能以磷氧化物形式挥发;仅在CaO存在的条件下,H_(2)O及CO_(2)才与Fe_(3)P反应,使磷以Ca_(3)(PO_(4))_(2)形式进入渣中。还原熔炼试验表明,矿热炉工艺中铁水中的磷含量大于1.0%,而侧吹炉还原工艺中铁水中磷含量可降低到0.45%。平衡计算表明,随着O_(2)/CH_(4)的增加和配炭比的降低,Fe的回收率减少;生铁中w[C]随着生铁中w[P]降低而降低。该研究表明,富氧侧吹还原技术具有熔池搅拌能力强、氧势及温度可灵活控制的优势,可强化铁中除磷、渣中留磷的冶炼条件,实现含磷铁基矿物的高效、短流程冶炼。本文研究结果为富氧侧吹工艺处理高磷鲕状赤铁矿的工业应用及推广提供理论基础和工艺参数指导。