第五次課 銅精礦電爐熔煉1

第六節(jié)

銅精礦的電爐熔煉一、概述

電爐是用電能作熱源以熔煉爐料的一種冶金設(shè)備，熔煉銅精礦或鎳精礦的電爐為礦熱電爐，這是一種復(fù)合電爐，這種電爐的電能一部分是在氣體介質(zhì)中通過電弧轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，一部分是在固體或液體爐料中通過電阻轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。電爐可視為用電加熱的反射爐，其功用與反射爐相同，但只能熔煉干燥過的生精礦或焙燒礦。1礦熱電爐概貌圖2與反射爐熔煉相比，電爐熔煉的優(yōu)點(diǎn)是：（1）容易形成高溫區(qū)，且溫度易控制，能處理各種爐料，特別適于處理含鈣、鎂高的難熔爐料；（2）不用燃料，煙氣量大為減少；（3）電能可以有效利用；（4）隨煙氣及爐渣帶走的有價(jià)金屬少，故回收率高。

3電爐熔煉的缺點(diǎn)：不能利用精礦反應(yīng)的熱能，電能消耗大，費(fèi)用高。對電力缺乏的地區(qū)，吸引力不大。4二、電爐熔煉的理論基礎(chǔ)1、電能的轉(zhuǎn)變在電爐熔煉時(shí)，熔煉過程需要的熱量是由電能轉(zhuǎn)變來的，電能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軙r(shí)，其熱量用焦?fàn)枴愦墓奖硎荆篞=I2Rt式中Q——熱量（J）；

I——通過電阻的電流（A）；

R——總電阻（Ω）；

t——通電時(shí)間（s）。5電爐熔煉銅鎳硫化礦時(shí)，電能是在電壓高達(dá)680V，電流高達(dá)30000A的情況下，通過三根或六根電極送入爐內(nèi)的。有40~80%的熱量產(chǎn)生于電極-熔渣的接觸面上，其余部分產(chǎn)生于渣層之中。6大部分熱量之所以產(chǎn)生于電極-熔渣的接觸面上，是由于在電極附近電流密度和電極與爐渣之間的氣膜電阻都很大，因此在電極附近產(chǎn)生很大的電壓降，放出相應(yīng)的熱量，使電極附近爐渣溫度很高；而距離電極遠(yuǎn)的區(qū)域，則由于電流密度小和爐渣電阻比氣膜小的緣故，熱量較少，溫度也低；至爐墻處溫度最低。7對于配有一臺額定容量為PkVA的三相變壓器的電爐，當(dāng)電爐負(fù)荷達(dá)到P時(shí)，熔池中產(chǎn)生的熱量按下式計(jì)算：對于配有三臺額定容量為PkVA的單相變壓器的電爐，當(dāng)電爐負(fù)荷達(dá)到P時(shí)，熔池中產(chǎn)生的熱量按下式計(jì)算：82、電爐的電制度和調(diào)節(jié)大型礦熱電爐有六根電極，一般采用單相變壓器供電，每對電極與一個單相變壓器相聯(lián)接。變壓器的電壓可以調(diào)節(jié)，不同的電壓供給爐內(nèi)的功率也不同，電壓愈高，功率愈大，因而熱量愈多。故當(dāng)開爐、停爐或者改變爐料、生產(chǎn)率時(shí)，就可以用改變電壓的方法來調(diào)節(jié)供入爐內(nèi)的電功率，亦即改變供入的熱量。9但是當(dāng)電爐在一定的電壓下工作時(shí)，由于熔池負(fù)荷的變動，會使電流的數(shù)值發(fā)生波動。當(dāng)電流已是變壓器的最大電流時(shí)，電流的波動會迫使變壓器保護(hù)裝置自動跳閘。如果不是在最大電流工作時(shí)，電流的波動又會使變壓器效率降低。為了改變這種情況，常用升降電極的辦法來調(diào)整熔池的負(fù)荷。10電爐單相變壓器的電負(fù)荷示意圖11從圖中可知，電流按兩個方向流通：（1）一個方向經(jīng)過爐渣（I1），即電極A→爐渣層→電極B。（2）另一個方向經(jīng)過爐渣和冰銅（I2），即電極A→爐渣→冰銅→爐渣→電極B。設(shè)其能過的電阻分別為R1和R2，則：R1=ρ/ad如果冰銅的電阻忽略不計(jì)，則：R2=2ρ(H-a)/F12因?yàn)閮刹⒙?lián)電路總電阻R為：R=R1R2/（R1+R2）將R1、R2值代入，可得：

13因?yàn)殡姌O斷面積F和爐渣深度H皆可視為常數(shù)，故：為了保持一定的電流值，熔池的負(fù)荷R必須保持不變，當(dāng)熔池的電阻率ρ因氣膜狀態(tài)，料堆大小及位置、爐渣成分和深度變化而發(fā)生改變時(shí)，就可以相應(yīng)地用增大和減小電極埋入深度a的辦法來維持平衡。14對于I1和I2的大小，當(dāng)其它條件不變時(shí)，I1和I2的比例，完全取決于電極插入熔池的深度。電極插入深度增大時(shí)，I2顯著增大，而I1減小，從而使熔池的高溫區(qū)下移，這樣有利于冰銅的過熱；反之若減小電極插入深度，則I1增大，I2減小，爐渣層溫度升高。153、爐渣的對流和熱交換由于電極周圍熔體溫度高，遠(yuǎn)離電極的熔體的溫度較低，熔池溫度分布不均勻，從而使接近電極表面的熔渣強(qiáng)烈過熱，密度降低，不斷上浮到熔池表面，并沿此表面向四方流動，在流動的過程中，與漂浮在渣層中的爐料相遇，將熱量對流傳給爐料，同時(shí)高溫爐渣也通過輻射將熱量傳給爐料，使?fàn)t料熔化，并發(fā)生各種物理化學(xué)變化，完成造冰銅和造渣過程。16新形成的爐渣溫度較低，密度較大而下沉，至電極末端的渣層上，再沿電極向上移動，于是形成了循環(huán)。4、電爐中進(jìn)行的主要化學(xué)反應(yīng)與其它熔煉方法相似。17三、礦熱電爐礦熱電爐結(jié)構(gòu)反射爐相似。但由于供熱方式不同，礦熱電爐在結(jié)構(gòu)上也有其特點(diǎn)。礦熱電爐可以采用石墨電極、炭素電極或自焙電極。前兩種電極用于5000kVA以下的小型電爐，大型電爐均采用自焙電極。電極就具有導(dǎo)電性好、高溫下機(jī)械強(qiáng)度高、在空氣中開始氧化的溫度高、化學(xué)穩(wěn)定性好等性能。18四、電爐熔煉的實(shí)踐1、電爐熔煉的爐料準(zhǔn)備電爐熔煉對入爐物料有一定要求，水份應(yīng)低于1~3%；爐料的透氣性好，爐料中碳酸鹽在入爐前盡量分解；具有一定的溫度；爐料的硫銅比不宜太高等。一般工廠爐料需進(jìn)行制粒、干燥等煉前準(zhǔn)備。19配料主要是配備適于電爐熔煉的渣型，以利于降低電耗和渣含銅。制粒是關(guān)鍵作業(yè)，目的在于產(chǎn)出粒度適當(dāng)，強(qiáng)度高的粒料。粒料干燥在于提高強(qiáng)度，并脫去部分硫。202、電爐熔煉的操作要點(diǎn)電爐熔煉的操作包括開爐、裝料、電氣控制、冰銅與爐渣層厚度的控制、電極操作、返轉(zhuǎn)爐渣、熔體排放，停爐及作業(yè)故障處理等工序。（1）開爐。新電爐開爐較復(fù)雜。（2）加料。電爐加料應(yīng)保證獲得最大的熔化量，金屬在廢渣中的損失小，操作安全，保護(hù)爐墻不受爐渣侵蝕，盡可能實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化加料。21加料要以電極中心加料為主，側(cè)墻加料為輔。電極中心加料量占總加料量的百分之七十左右。要嚴(yán)格控制料坡高度，防止料坡翻倒。電氣控制主要是控制電極-爐渣接觸所放出的功率與渣層中放出的功率兩者的比例。改變兩者的比例，必須改變電極插入渣層的深度。22熔池液面高度對電爐熔煉制度影響很大?？偟囊笫且好娓叨纫€(wěn)定，而且高度要適應(yīng)，渣層和冰銅厚度均要適當(dāng)，否則對熔煉過程不利。233、電爐熔煉技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)