一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统及其方法
阅读说明：本技术 一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统及其方法 (High-grade matte converting rapid mass and heat transfer system and method thereof ) 是由 杨应宝 陈全坤 张体富 段亚明 罗京 余小吕 刘小飞 丁永华 郎学云 于 2020-06-24 设计创作，主要内容包括：一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统,包括底吹转炉,所述底吹转炉上设置有热态冰铜进口、烟气出口、底吹供气喷嘴；所述热态冰铜进口设置在底吹转炉的一端侧壁上；所述烟气出口设置在底吹转炉顶部；所述底吹供气喷嘴设置由若干个,分别设置在底吹转炉的底部；热态冰铜进口上活动设置有热态冰铜进料管；所述热态冰铜进料管倾斜设置,热态冰铜进口连接热态冰铜进料管较低的一端,热态冰铜由热态冰铜进料管进入底吹转炉；所述烟气出口上活动设置有烟道；烟道的侧壁上设置有冷料进料口；所述冷料进料口设置有若干个；冷料进料口上设置有冷料进料通道；所述冷料进料通道倾斜设置；冷料进料通道较低一端与冷料进料口连接。(A high-grade matte converting rapid mass and heat transfer system comprises a bottom blowing converter, wherein a thermal matte inlet, a flue gas outlet and a bottom blowing gas supply nozzle are arranged on the bottom blowing converter; the hot matte inlet is arranged on the side wall of one end of the bottom blowing converter; the flue gas outlet is arranged at the top of the bottom blowing converter; the bottom blowing gas supply nozzles are arranged at the bottom of the bottom blowing converter respectively; a thermal state matte feeding pipe is movably arranged on the thermal state matte inlet; the thermal state matte feeding pipe is obliquely arranged, a thermal state matte inlet is connected with the lower end of the thermal state matte feeding pipe, and the thermal state matte enters the bottom blowing converter from the thermal state matte feeding pipe; a flue is movably arranged on the flue gas outlet; a cold material feeding hole is formed in the side wall of the flue; a plurality of cold material feeding holes are formed; a cold material feeding passage is arranged on the cold material feeding hole; the cold material feeding channel is obliquely arranged; the lower end of the cold material feeding channel is connected with the cold material feeding hole.)
技术领域
本发明属于化工设备技术领域，具体涉及一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统及其方法。
背景技术
全国铜精矿逐渐趋向于低粗杂化，具体表现为原料成分复杂，高熔点物质镁、铝含量高，原料中铜、铁、硫等有效成分含量低导致铜精矿难处理。底吹炉在处理复杂铜精矿过程需要消耗较高能耗，底吹炉脱硫率高，加之入炉含硫偏低，产出的冰铜品位逐渐升高。冰铜品位升高以后，底吹炉产出的冰铜量随之减少。转炉吹炼一次需要100-110吨热态冰铜，底吹炉产出100-110吨冰铜需要生产4-5个小时以上。由于底吹炉采用的是炉内分离技术，炉内无法存储转炉一次吹炼所需要的冰铜量，需要1.5-2个小时排放1包热态冰铜约25吨，间断排放出热态冰铜，每次排放出的热态冰铜通过包子转运倒入转炉内进行保温并等待底吹炉生产出更多的冰铜直至满足转炉吹炼条件。在等待的过程中，热态冰铜的热量会逐渐损失，等待较长的时间以后转炉开始吹炼，由冰铜吹炼原理可知，转炉吹炼反应所需热量主要来源于铁的氧化放热，冰铜品位在70％—80％时，铁含量在4.5-1.6％，对比低品位冰铜吹炼，铁含量的降低，使得反应热大大减少，热态冰铜热量损失加上吹炼放热较少导致吹炼过程熔体温度较低，影响吹炼过程杂质元素的脱出。在吹炼过程中需要转动转炉，往炉内加入冷料和石英砂，转动过程会有大量SO2烟气溢出；此外，排放的烟气温度很高，能达到1000℃，这部分烟气中带有很多能量，传统的方法是通过在烟气管道上加装水冷罩为烟气降温。
目前在冰铜吹炼过程中存在以下问题：
1)转炉在进料生产时，受熔炼底吹炉工序放料制约，等料时间长，前两包料进料时间过长，约为2.5h，明显出现温度低，热量不足。
2)随着冰铜品位升高，吨铜吹炼时间缩短，转炉脱杂杂能力降低，品位在60％—65％吨铜吹炼时间为4-5min，品位在70％—77％吨铜吹炼时间为1.8-2.6min，吹炼时间缩短意味着杂质元素氧化反应时间缩短，导致转炉脱杂能力低，粗铜中的杂质元素高，粗铜品位难以达到98.5％。
3)熔体温度低，转炉风眼风压上升较快，需要人工频繁捅风眼，增大人工劳动强度。
4)吹炼过程中熔体温度过低，容易出现转炉喷炉情况，严重的会导致设备停产。
5)往转炉内加入热态冰铜、冷料、石英砂过程中，需要把炉口转到事故位，转动过程中炉内烟气会向外逸散，导致低空污染。
6)热态冰铜需要包子吊运，存在热态冰铜烟气外溢的情况，造成低空污染。
7)水冷系统在交变热应力作用下容易发生热疲劳破坏，冷却水管局部破裂，进而引发大面积漏水问题，导致发生严重爆炸。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术的不足，提供一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统及其方法，做到快速传质传热以及能量的循环利用。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统，包括底吹转炉，所述底吹转炉上设置有热态冰铜进口、烟气出口、底吹供气喷嘴；
所述热态冰铜进口设置在底吹转炉的一端侧壁上；所述烟气出口设置在底吹转炉顶部；所述底吹供气喷嘴设置由若干个，分别设置在底吹转炉的底部；
热态冰铜进口上活动设置有热态冰铜进料管；所述热态冰铜进料管倾斜设置，热态冰铜进口连接热态冰铜进料管较低的一端，热态冰铜由热态冰铜进料管进入底吹转炉；
所述烟气出口上活动设置有烟道；烟道的侧壁上设置有冷料进料口；所述冷料进料口设置有若干个；冷料进料口上设置有冷料进料通道；所述冷料进料通道倾斜设置；冷料进料通道较低一端与冷料进料口连接，物料由冷料进料通道经烟道进入底吹转炉。
进一步的，所述底吹转炉上方设置有支撑台；支撑台上设置有隔间；所述烟道上方连通设置有散热烟道；所述散热烟道设置为曲线型结构；散热烟道设置在隔间内部，散热烟道的出口设置在隔间外部；隔间顶部设置有冷料下料口；冷料下料口底部设置有冷料下料通道；所述冷料下料通道底部与冷料进料通道连接。
进一步的，所述冷料下料通道包括第一下料螺旋、第二下料螺旋和缓存仓；所述第一下料螺旋顶部与冷料下料口连接，底部与缓存仓顶部连接；所述第二下料螺旋的顶部与缓存仓的底部连接，第二下料螺旋的底部与冷料进料通道连接。
进一步的，所述冷料进料通道设置为伸缩套筒结构。
进一步的，所述隔间外壁上设置有保温层；隔间内壁上设置有温度传感器和压力传感器。
进一步的，所述热态冰铜进料管包括第一套管和第二套管；所述第一套管套设在第二套管内部；第一套管和第二套管之间设置有缓冲隔层。
进一步的，所述第一套管设置为耐高温纳米陶瓷材料；所述第二套管设置为耐高温不锈钢材质。
进一步的，所述底吹供气喷嘴上设置有第一供气孔、第二供气孔和第三供气孔；所述第一供气孔设置在底吹供气喷嘴截面的中央；所述第二供气孔设置有若干个，均匀环绕设置在第一供气孔周围；所述第三供气孔设置有若干个，均匀环绕设置在第二供气孔周围。
进一步的，所述第一供气孔连通天然气或柴油或煤气；所述第二供气孔连通氧气或富氧空气或空气；所述第三供气孔连通空气或氮气或惰性气体。
进一步的，所述第一供气孔连通天然气；所述第二供气孔连通氧气；所述第三供气孔连通空气。
所述高品位冰铜吹炼快速传质传热的方法，包括以下方法：
烟气热量回收利用：
在烟道上方设置曲线型的散热烟道，烟气经过散热烟道与外界空气进行热交换，一部分热量传递到隔间内部；隔间外部的保温层确保热量保留在隔间内部；冷料在进料之前，首先通过隔间预加热，吸收热量，升高一定温度后再进入底吹转炉，烟气经过热量散失传递，从散热烟道排除的烟气温度有一定程度降低；
物料进料：
热态冰铜在进料时为液态，在重力作用下由热态冰铜进料管中的第一套管进入底吹转炉；第二套管外部设置缓冲隔层和第一套管，起到一定保温作用的同时，对瓷质的第一套管起到保护作用；
冷料进料时，首先通过冷料下料口将常温的物料存储到缓存仓内暂放，通过隔间内的高温对缓存仓内的物料进行预加热，预加热到一定温度后，经由冷料进料通道在重力作用下进入到烟道，然后落入底吹转炉内，在此过程中，通过调节第一下料螺旋、第二下料螺旋的转速，控制进料的速度；
底吹供气：
所述第一供气孔连通天然气或柴油或煤气，通过第一供气孔向底吹转炉内喷射天然气或柴油或煤气；所述第二供气孔连通氧气或富氧空气或空气，通过第二供气孔向底吹转炉内喷射氧气或富氧空气或空气；所述第三供气孔连通空气或氮气或惰性气体，通过第三供气孔向底吹转炉内喷射空气或氮气或惰性气体。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
1)通过倾斜设置的热态冰铜进料管直接将热态冰铜排放至转炉内，减少包子的吊运过程，降低了环保风险和安全风险；
2)将冷料进料口与烟道合并，简化了炉体构造；设置冷料进料通道和冷料下料通道等结构，实现下料的精确调控，同时无需将炉体转至事故位，降低劳动强度，杜绝了炉体转动时的低空污染问题；
3)通过设置三层气孔的结构，通入不同类型的混合气体，可以实现65-80％冰铜品位的快速吹炼，脱杂效率较高，不会出现喷炉、粗铜质量不达标的情况；
4)通过设置散热烟道和隔间的结构，对冷料进行预加热，实现了能量循环利用，同时使冷料快速在底吹转炉内迅速反应，加快了吹炼速率。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明冷料进料通道结构示意图；
图3是本发明底吹供气喷嘴截面结构示意图；
图中：底吹转炉1；热态冰铜进口2；烟气出口3；底吹供气喷嘴4；热态冰铜进料管5；烟道6；冷料进料口7；冷料进料通道8；支撑台9；隔间10；冷料下料口11；冷料下料通道12；第一下料螺旋13；第二下料螺旋14；缓存仓15；保温层16；温度传感器17；压力传感器18；第一套管19；第二套管20；缓冲隔层21；第一供气孔22；第二供气孔23；第三供气孔24；散热烟道25。
具体实施方式
如图1-3所示：
实施例1：
一种高品位冰铜吹炼快速传质传热系统，包括底吹转炉1，所述底吹转炉1上设置有热态冰铜进口2、烟气出口3、底吹供气喷嘴4；
所述热态冰铜进口2设置在底吹转炉1的一端侧壁上；所述烟气出口3设置在底吹转炉1顶部；所述底吹供气喷嘴4设置由若干个，分别设置在底吹转炉1的底部；
热态冰铜进口2上活动设置有热态冰铜进料管5；所述热态冰铜进料管5倾斜设置，热态冰铜进口2连接热态冰铜进料管5较低的一端，热态冰铜由热态冰铜进料管5进入底吹转炉1；
所述烟气出口3上活动设置有烟道6；烟道6的侧壁上设置有冷料进料口7；所述冷料进料口7设置有若干个；冷料进料口7上设置有冷料进料通道8；所述冷料进料通道8倾斜设置；冷料进料通道8较低一端与冷料进料口7连接，物料由冷料进料通道8经烟道6进入底吹转炉1。
实施例2：
在实施例1的基础上，所述底吹转炉1上方设置有支撑台9；支撑台9上设置有隔间10；所述烟道6上方连通设置有散热烟道25；所述散热烟道25设置为曲线型结构；散热烟道25设置在隔间10内部，散热烟道25的出口设置在隔间10外部；隔间10顶部设置有冷料下料口11；冷料下料口11底部设置有冷料下料通道12；所述冷料下料通道12底部与冷料进料通道8连接。
实施例3：
在实施例1-2的基础上，所述冷料下料通道12包括第一下料螺旋13、第二下料螺旋14和缓存仓15；所述第一下料螺旋13顶部与冷料下料口11连接，底部与缓存仓15顶部连接；所述第二下料螺旋14的顶部与缓存仓15的底部连接，第二下料螺旋14的底部与冷料进料通道8连接。
实施例4：
在实施例1-3的基础上，所述冷料进料通道8设置为伸缩套筒结构；所述隔间10外壁上设置有保温层16；隔间10内壁上设置有温度传感器17和压力传感器18。
实施例5：
在实施例1-4的基础上，所述热态冰铜进料管5包括第一套管19和第二套管20；所述第一套管19套设在第二套管20内部；第一套管19和第二套管20之间设置有缓冲隔层21。
实施例6：
在实施例1-5的基础上，所述第一套管19设置为耐高温纳米陶瓷材料；所述第二套管20设置为耐高温不锈钢材质。
实施例7：
在实施例1-6的基础上，所述底吹供气喷嘴4上设置有第一供气孔22、第二供气孔23和第三供气孔24；所述第一供气孔22设置在底吹供气喷嘴4截面的中央；所述第二供气孔23设置有若干个，均匀环绕设置在第一供气孔22周围；所述第三供气孔24设置有若干个，均匀环绕设置在第二供气孔23周围。
实施例8：
在实施例1-7的基础上，所述第一供气孔(22)连通天然气或柴油或煤气；所述第二供气孔(23)连通氧气或富氧空气或空气；所述第三供气孔(24)连通空气或氮气或惰性气体。
实施例9：
在实施例1-8的基础上，所述第一供气孔(22)连通天然气；所述第二供气孔(23)连通氧气；所述第三供气孔(24)连通空气。
实施例10：
在实施例1-9的基础上，所述高品位冰铜吹炼快速传质传热的方法，包括以下方法：
烟气热量回收利用：
在烟道6上方设置曲线型的散热烟道25，烟气经过散热烟道25与外界空气进行热交换，一部分热量传递到隔间10内部；隔间10外部的保温层16确保热量保留在隔间10内部；冷料在进料之前，首先通过隔间预加热，吸收热量，升高一定温度后再进入底吹转炉1，烟气经过热量散失传递，从散热烟道25排除的烟气温度有一定程度降低；
物料进料：
热态冰铜在进料时为液态，在重力作用下由热态冰铜进料管5中的第一套管19进入底吹转炉1；第二套管20外部设置缓冲隔层21和第一套管19，起到一定保温作用的同时，对瓷质的第一套管19起到保护作用；
冷料进料时，首先通过冷料下料口11将常温的物料存储到缓存仓15内暂放，通过隔间10内的高温对缓存仓15内的物料进行预加热，预加热到一定温度后，经由冷料进料通道8在重力作用下进入到烟道6，然后落入底吹转炉1内，在此过程中，通过调节第一下料螺旋13、第二下料螺旋14的转速，控制进料的速度；
底吹供气：
所述第一供气孔22连通天然气或空气或惰性气体，通过第一供气孔22向底吹转炉1内喷射天然气或空气或惰性气体；所述第二供气孔23连通天然气或空气或惰性气体，通过第二供气孔23向底吹转炉1内喷射天然气或空气或惰性气体；所述第三供气孔24连通天然气或空气或惰性气体，通过第三供气孔24向底吹转炉1内喷射天然气或空气或惰性气体。
在上述几个过程中，底吹供气促使底吹转炉1的吹炼速度加快，吹炼排出的烟气为冷料预热提供能量；冷料经过预热获得能量，反过来促进吹炼效率，从而形成一个热量循环，减少了热量损失。
实施例11：
高品位冰铜吹炼快速传质传热的方法，包括以下方法：
烟气热量回收利用：
在烟道6上方设置曲线型的散热烟道25，烟气经过散热烟道25与外界空气进行热交换，一部分热量传递到隔间10内部；隔间10外部的保温层16确保热量保留在隔间10内部；冷料在进料之前，首先通过隔间预加热，吸收热量，升高一定温度后再进入底吹转炉1，烟气经过热量散失传递，从散热烟道25排除的烟气温度有一定程度降低；
物料进料：
热态冰铜在进料时为液态，在重力作用下由热态冰铜进料管5中的第一套管19进入底吹转炉1；第二套管20外部设置缓冲隔层21和第一套管19，起到一定保温作用的同时，对瓷质的第一套管19起到保护作用；
冷料进料时，首先通过冷料下料口11将常温的物料存储到缓存仓15内暂放，通过隔间10内的高温对缓存仓15内的物料进行预加热，预加热到一定温度后，经由冷料进料通道8在重力作用下进入到烟道6，然后落入底吹转炉1内，在此过程中，通过调节第一下料螺旋13、第二下料螺旋14的转速，控制进料的速度；
底吹供气：
所述第一供气孔22连通天然气，通过第一供气孔22向底吹转炉1内喷射天然气；所述第二供气孔23连通氧气，通过第二供气孔23向底吹转炉1内喷射氧气；所述第三供气孔24连通空气，通过第三供气孔24向底吹转炉1内喷射空气。
通过此方式，冰铜吹炼效率和品质得到极大提升，下表为新旧设备在生产时的对比数据：
由以上数据明显证明：
1)通过倾斜设置的热态冰铜进料管直接将热态冰铜排放至转炉内，减少包子的吊运过程，降低了环保风险和安全风险；
2)将冷料进料口与烟道合并，简化了炉体构造；设置冷料进料通道和冷料下料通道等结构，实现下料的精确调控，同时无需将炉体转至事故位，降低劳动强度，杜绝了炉体转动时的低空污染问题；
3)通过设置三层气孔的结构，通入不同类型的混合气体，可以实现65-80％冰铜品位的快速吹炼，脱杂效率较高，不会出现喷炉、粗铜质量不达标的情况；
4)通过设置散热烟道和隔间的结构，对冷料进行预加热，实现了能量循环利用，同时使冷料快速在底吹转炉内迅速反应，加快了吹炼速率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。