本实用新型涉及有色冶金火法炼铜领域，具体为一种一步炼铜装备。
背景技术：
目前，铜冶炼均是在二个独立的炉子中分别进行熔炼和吹炼过程。由于过程不连续，属间断作业，存在流程长、能耗高和so2烟气低空污染等重大共性问题。铜冶金科技工作者都在开展铜冶炼连续生产、短流程的炼铜技术的研究开发，力图改善铜锍倒运、低空污染、产能受限等问题。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于提供一种具有熔炼和吹炼功能，使炉料从铜精矿到粗铜在一座炉子中完成的装备，可改善铜锍倒运、低空污染、产能受限。
本实用新型提供的这种一步炼铜装备，包括由隔墙将反应气氛完全隔开的熔炼区和吹炼区；熔炼区包括带有中央喷嘴的反应塔、带有二次风口的熔炼上升烟道、带有熔炼喷枪的的熔炼熔池，熔炼喷枪水平插入熔体渣层中，熔池端墙有用于排放熔炼渣的熔炼渣口；吹炼区储存吹炼渣和粗铜，吹炼区顶部有吹炼烟道、侧墙有粗铜口、端墙有吹炼渣口，吹炼区顶部靠隔墙区域设置垂直插入熔体中有用于吹炼冰铜的吹炼氧枪。
上述技术方案的一种实施方式中，所述中央喷嘴设置于所述反应塔的顶部中心位置，可同时喷吹富氧空气、铜精矿和还原剂。
上述技术方案的一种实施方式中，所述反应塔为由埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖砌筑成的矩形塔，其长宽高规格为5mx5mx7m或
7mx7mx8m。
上述技术方案的一种实施方式中，所述熔炼熔池为矩形结构，其宽度规格为2～3m，炉墙的炉腹角为7-10°，为埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖加耐火材料砌筑炉墙，熔炼熔池双侧部开有若干风口。
上述技术方案的一种实施方式中，所述熔炼上升烟道为矩形结构，为钢水套内衬耐火砖或铜水套镶嵌耐火砖的形式，熔炼上升烟道出口设置氧气分析仪和温度计，用于检测氧利用率和温度。
上述技术方案的一种实施方式中，所述隔墙为立式平板铜水套，其厚度为150～300mm之间，两侧受热面开有燕尾槽，燕尾槽内镶嵌高强度镁铬砖或铝铬砖，隔墙通过上部的吊杆与钢结构相连，隔墙回水管路安装有热电偶，用于实时监测回水管路水温。
上述技术方案的一种实施方式中，所述吹炼区为矩形结构，其宽度为4m～5m，吹炼区顶部设置有多根耐热不锈钢管的所述吹炼氧枪，吹炼炉顶采用铜水套镶嵌耐火砖或钢水套受热侧浇筑捣打料构成，吹炼氧枪靠近隔墙位置为富氧燃气/富氧粉煤喷枪、靠近端墙粗铜口位置为富氧喷枪。
上述技术方案的一种实施方式中，其炉底为高低炉缸，炉底最底部为风冷炉底，风道内部设置测温热电偶，通过温度反馈调节风量，确保炉底砖温度保持在铜熔点以下，防止炉底漏铜；炉底砌体由下至上分别由高铝砖、捣打料、永久层、工作层组成，工作层耐火材料选用高强度镁砖或铝铬砖。
本实用新型将熔炼、吹炼合并在一座炉内进行，在生产、设计、能耗和环保等几个方面，都有明显优势。生产上，减少了冰铜倒运的工作，对于双闪技术，更是减少了冰铜水淬、冰铜储运、冰铜磨碎干燥等环节；设计上，针对“底吹熔炼-底吹吹炼-阳极炉精炼”或“侧吹熔炼—多枪顶吹吹炼—阳极炉精炼”的配置，一般熔炼-吹炼-精炼成阶梯设计，以实现热态连续进料，因此熔炼炉配置会很高，本实用新型降低了熔炼炉的配置高度，不但减少了厂房投资，而且降低了熔炼渣包的位置，同时减少了渣包吊装；在能耗上，本实用新型让热能更加集中的回收，减少了冰铜水淬或转运带来的热能损失，连续冶炼过程产生稳定的烟气量，让余热回收更高效，相关辅助设备运行更为高效，能耗水平将处于115kgce/t以下；在环保上，采用高氧势强化冶炼，更进一步提高了so2浓度，让烟气中硫的捕集率更高、so2的排放量进一步降低。
附图说明
图1为本实用新型一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，本实施例公开的这种一步炼铜装备，从功能上主要分为反应塔2、熔炼上升烟道4、吹炼区13、吹炼烟道14等功能区，具体结构包括中央喷嘴1、反应塔2、隔墙3、熔炼上升烟道4、熔炼熔池5、熔池渣口6、喷嘴8、吹炼渣口12、吹炼烟道14、吹炼氧枪15、二次风口、炉底17、氧化还原风口18和风冷炉底19、加料口20。
中央喷嘴1设置在反应塔2的顶部中心位置，可以同时喷吹富氧、铜精矿和还原剂，实现在反应塔强氧化、熔池表面弱还原的熔炼气氛，实现熔炼区产出高品位冰铜(70％)和熔炼渣。熔炼区的熔池侧墙上，还装有用于鼓入粉煤(天然气)+富氧或单纯富氧的喷枪，该喷枪实现熔炼过程调控渣型和抑制磁性铁的发生的目的。
反应塔2为矩形结构，其长宽高规格为5mx5mx7m或7mx7mx8m，分别对应10～20万吨/a铜冶炼和30～40万吨/a铜冶炼生产规模，其具体结构为埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖。
熔炼熔池池5为矩形结构，其宽度规格为2～3m，炉墙的炉腹角为7-10°，其具体结构为埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖+耐火材料砌筑炉墙，熔炼熔池5双侧部开有若干风口，风口中安装有喷嘴8，用于鼓入氧浓为50％-90％的富氧空气或用于鼓入氧浓为50％-90％的富氧空气+粉煤(或天然气)，熔炼熔池5端部开有用于放渣的熔池渣口6。
熔炼上升烟道4为矩形结构，其具体结构为钢水套内衬耐火砖或铜水套镶嵌耐火砖的形式，熔炼上升烟道4的两侧开有二次风口16，鼓入富氧(30％-70％)，用于燃烧单质硫等可燃组分，该区域组成熔炼复燃室，熔炼上升烟道出口开有测温孔及烟气取样口，通过温度计和氧气分析仪在线检测温度和氧气含量，精确控制温度和氧利用率，为后续锅炉运行和降低so3发生率创造有利条件。
隔墙3是熔炼区和还原区的分界线，为立式平板铜水套，其厚度为150～300mm之间，两侧受热面开有燕尾槽，燕尾槽内镶嵌高强度镁铬砖或铝铬砖，隔墙通过上部的吊杆与钢结构相连，隔墙回水管路安装有热电偶，用于实时监测回水管路水温，进水为高压软化水。
吹炼区13为矩形结构，其宽度为4m～5m，吹炼区顶部设置有6～9根φ76x10的耐热不锈钢管吹炼氧枪15，吹炼炉顶采用铜水套镶嵌耐火砖或钢水套受热侧浇筑捣打料构成。吹炼氧枪15靠近隔墙位置为富氧燃气或者富氧粉煤喷枪、靠近端墙粗铜口位置为富氧喷枪。
吹炼氧枪15垂直插入熔体中，可根据不同区域的需要分别插入不同的深度，富氧空气通过吹炼氧枪喷入熔池，冰铜和氧气在吹炼熔池内进行反应，形成粗铜和吹炼渣，吹炼渣通过吹炼渣口排出，经水淬后送熔炼配料，粗铜经过铜口排出，经阳极炉精炼。
高品位冰铜(70％)经过富氧，直接完成造铜反应。靠近隔墙的氧枪，能够喷吹富氧+粉煤，给熔体底部提供热量，提高底部熔体温度，能消除熔体金属相和渣相之间的隔膜层，从而避免复杂铜物料在冶炼过程中隔膜层堵塞隔墙，还能避免金属相的结死问题。为了降低粗铜有害杂质，在吹炼区靠近端墙处，设置氧化还原风口，用于除去粗铜杂质，为阳极炉精炼和电解提供有利条件。
吹炼炉顶设置有加料20，废杂铜可通过此加料口加入吹炼熔池，熔池热平衡及物质平衡通过吹炼氧枪调节。
炉底17为高低炉缸，能够提高渣锍分离效果、降低隔墙堵塞风险。炉底最底部为风冷炉底19，风道内部设置测温热电偶，铜过温度反馈调节风量，确保炉底砖温度保持在铜熔点以下，防止炉底漏铜。炉底砌体由下至上分别由高铝砖、捣打料、永久层、工作层组成。工作层耐火材料选用高强度镁砖或铝铬砖。
炉墙采用铜水套+耐火材料结构形式，铜水套采用埋t1/t2纯铜管浇筑水套，水套受热侧砌筑耐火材料。在侧墙设置富氧粉煤/天然气喷枪或单纯富氧喷枪，喷枪本体通过水冷保护，熔渣能够在喷头处形成渣帽，保护喷枪。炉墙耐火材料为高强度镁铬砖或铝铬砖。
铜精矿(含铜物料)、富氧、还原剂通过设置在反应塔2顶部的中央喷嘴1喷入，铜精矿在反应塔内的强氧化环境内完成氧化脱硫反应，还原剂散落在反应塔正下方的熔池表面上，反应塔内完成后的中间产物通过还原层进行还原，在熔炼熔池内形成冰铜和熔炼炉渣，炉渣通过位于端墙的熔池渣口6排出，经渣缓冷送渣选选矿，冰铜通过隔墙进入吹炼区。
总之，本实用新型一座炉子同时实现了熔炼和吹炼功能，不必单独配置吹炼炉，实现熔渣显热的最大化利用。熔炼过程是典型的闪速强氧化冶金过程，在侧部熔池形成富氧侧吹熔池熔炼过程，在吹炼区形成强氧化顶吹吹炼冶金过程。三种冶金过程相辅相成，过程可控，可实现10万吨/a-40万吨/a生产规模的铜冶炼。
上述装备一步炼铜的具体步骤如下：
(1)铜精矿、熔剂和还原剂混合配料后，干燥至含水1％以下，混合炉料和氧浓75％-90％的富氧空气由中央喷嘴喷入反应塔内，反应塔内发生强氧势脱硫反应，熔炼温度控制在1200℃～1300℃，在反应塔内形成含铜70％以上的铜锍和熔炼炉渣，还原剂散落在熔池表面形成还原层，厚度为150mm～200mm，熔渣和铜锍经过还原层后，发生熔炼渣中铁的还原反应；
(2)为进一步控制炉温和调节热平衡和渣型，以及降低磁性氧化铁产生和降低渣含铜，将位于熔炼熔池侧部的风口开启，提供富氧空气和还原剂，熔炼烟气通过上升烟道排出，烟气中的可燃组分通过二次风口燃烧，之后通过余热锅炉送制酸；上升烟道下部熔池侧墙两侧的熔炼喷嘴喷吹氧气或氧气+粉煤/天然气，熔炼渣经过上升烟道下部的熔池区进一步调控渣型，渣含铜进一步降低，熔炼渣通过熔炼渣口排出送渣缓冷后，渣选回收渣中的铜，尾渣送水泥厂外售；
(3)熔炼区的高品位冰铜通过隔墙进入吹炼区，由吹炼区炉顶插入熔体中的吹炼氧枪提供富氧后，冰铜中的硫进一步脱除，粗铜开始产生，吹炼渣进入吹炼熔池，经过设置在侧部的氧化还原风口，实现粗铜提纯，粗铜经过位于侧部的粗铜口进入阳极炉，吹炼渣经吹炼渣口，经风淬/水淬后，送熔炼配料，吹炼烟气经余热回收后送制酸；
(4)废杂铜可通过位于吹炼区炉顶的加料口加入吹炼区；熔炼烟尘和吹炼烟尘汇集后，送熔炼配料。
1.一种一步炼铜装备，其特征在于：它包括由隔墙将反应气氛完全隔开的熔炼区和吹炼区；熔炼区包括带有中央喷嘴的反应塔、带有二次风口的熔炼上升烟道、带有熔炼喷枪的熔炼熔池，熔炼喷枪水平插入熔体渣层中，熔池端墙有用于排放熔炼渣的熔炼渣口；吹炼区储存吹炼渣和粗铜，吹炼区顶部有吹炼烟道、侧墙有粗铜口、端墙有吹炼渣口，吹炼区顶部靠隔墙区域设置垂直插入熔体中有用于吹炼冰铜的吹炼氧枪。
2.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述中央喷嘴设置于所述反应塔的顶部中心位置，可同时喷吹富氧空气、铜精矿和还原剂。
3.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述反应塔为由埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖砌筑成的矩形塔，其长宽高规格为5mx5mx7m或7mx7mx8m。
4.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述熔炼熔池为矩形结构，其宽度规格为2～3m，炉墙的炉腹角为7-10°，为埋纯铜管铜水套内嵌高强度镁铬/铝铬耐火砖加耐火材料砌筑炉墙，熔炼熔池双侧部开有若干风口。
5.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述熔炼上升烟道为矩形结构，为钢水套内衬耐火砖或铜水套镶嵌耐火砖的形式，熔炼上升烟道出口设置氧气分析仪和温度计，用于检测氧利用率和温度。
6.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述隔墙为立式平板铜水套，其厚度为150～300mm之间，两侧受热面开有燕尾槽，燕尾槽内镶嵌高强度镁铬砖或铝铬砖，隔墙通过上部的吊杆与钢结构相连，隔墙回水管路安装有热电偶，用于实时监测回水管路水温。
7.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：所述吹炼区为矩形结构，其宽度为4m～5m，吹炼区顶部设置有多根耐热不锈钢管的所述吹炼氧枪，吹炼炉顶采用铜水套镶嵌耐火砖或钢水套受热侧浇筑捣打料构成，吹炼氧枪靠近隔墙位置为富氧燃气/富氧粉煤喷枪、靠近端墙粗铜口位置为富氧喷枪。
8.如权利要求1所述的一步炼铜装备，其特征在于：其炉底为高低炉缸，炉底最底部为风冷炉底，风道内部设置测温热电偶，通过温度反馈调节风量，确保炉底砖温度保持在铜熔点以下，防止炉底漏铜；炉底砌体由下至上分别由高铝砖、捣打料、永久层、工作层组成，工作层耐火材料选用高强度镁砖或铝铬砖。
技术总结