卡尔多炉处理废杂铜技术

□文/欧阳晖 汪荣彪

江西铜业集团公司贵溪冶炼厂

卡尔多炉处理废杂铜技术

□文/欧阳晖 汪荣彪

江西铜业集团公司贵溪冶炼厂

Trea Ting Copper Scrap with Kaldo Furnace

介绍江铜贵冶年产30万吨铜冶炼项目引进卡尔多炉处理废杂铜冶炼工艺的情况及相关设备的技术，并介绍了卡尔多炉处理废杂铜的优缺点。

我国是一个铜资源匮乏的国家，目前自有矿山开采提供的铜精矿远远不能满足阴极铜的需求，所以国家需要靠进口铜精矿和废杂铜来弥补不足。由于废杂铜不含硫及大量易造成环境污染的重金属，对环境污染少，而且精炼简单，所以国家出台了相关的政策，从废料进口、税收、融资、技术等方面给予政策扶植，并鼓励大中型企业拓展再生金属处理的领域。

江西铜业公司贵溪冶炼厂(简称江铜贵冶)年产30万吨铜冶炼工程中的废杂铜冶炼工艺流程采用卡尔多炉熔炼一回转式阳极炉精炼一永久不锈钢阴极精炼。其中废杂铜冶炼年产5万吨粗铜工艺是引进瑞典奥图泰公司(OUTOTEC)的卡尔多炉冶炼废杂铜工艺。

一、卡尔多炉处理废杂铜的工艺过程

以废杂铜为原料生产阳极铜依据品位的高低可采用一段法、二段法或三段法工艺流程。 卡尔多炉处理废杂铜工艺是国外二段法处理废杂铜的一种先进技术。

江铜贵冶卡尔多炉处理废杂铜的原料为含铜品位>70%的废杂铜，其主要工艺过程可分为6个步骤：原料预处理、加料、熔炼、出渣、吹炼、出铜。

1. 原料的预处理

卡尔多炉熔炼不需要大量的废料预处理工作。它可以容纳的单块最大废料尺寸为0.5 m，炉子里没有未熔化的原料时也可以使用潮湿的原料。

2. 加料

首先将杂铜混合料用加料翻斗车加入炉内，加料翻斗车配备有称重装置。加人的炉料必须经过计算，从而使得氧化铜与金属铁及其他还原剂平衡。不同的废料和石英依次加入并计量，以保证炉料在炉内的均匀分布。由于卡尔多炉是被环保烟罩全部密闭的，加料时，翻斗车的料斗首先通过一个打开的料斗门进人炉子密闭区域内，当料斗停留在等待位置时，料斗门处于关闭状态。当确认炉子处于加料位置时(竖直位置)，料斗可继续前进到倒空位置。一旦料斗倒空，炉子回到正常的操作位置后，料斗门又再次打开，以便料斗返回装料位置。由于料斗门在料斗向炉内加料时是关闭的，所以它避免了通常加料过程引起的浓烟和灰尘的大量逸出。这也是卡尔多炉之所以可满足最苛刻的环保要求的重要原因之一。

3. 熔炼

第一次加料后，燃烧器喷枪开始工作。喷枪以重油、天然气为燃料来熔化炉料。如果原料中含有大量有机物，则需调整燃料量，工艺操作上应使烟气进人收尘系统之前达到最高温度，以使得烟尘中有毒的化合物分解。熔化过程要一直持续到炉内料的比重增加。但在炉料完全熔化前停止加热，然后开始第二次加料。如此循环直到加料结束。当物料全部熔化后正式进入熔炼阶段。使用燃烧器喷枪进行熔炼，熔炼过程的长短取决于原料品位。在熔炼阶段，原料中的铅、锌等挥发性杂质进入烟尘中，而铁及其它杂质元素与石英反应形成熔炼渣，炉渣含铜一般小于0.5%。熔炼结束后倾转炉体，从炉口将渣倒入渣包。

4. 吹炼

熔炼结束后转入吹炼阶段。吹炼使用富氧空气，开始时加一些冷料，以保证合适的温度。在吹炼过程中不加熔剂，因此形成固态吹炼渣。这使得可以在固态吹炼渣的下面出粗铜，而吹炼渣继续保留在炉内，在下个炉期的熔炼阶段再处理。吹炼产生的物料铜熔体放入铜包，用吊车加入精炼炉。

二、卡尔多炉处理废杂铜的主要设备

江铜贵冶卡尔多炉处理废杂铜的主要设备有：卡尔多炉炉体、加料系统、水冷烟道、喷枪装置、抬包车、环保烟罩、喷雾冷却器及其他辅助设备。主要设备链接示意图如图1所示。

1. 卡尔多炉炉体

卡尔多炉炉体是本工艺的关键设备。炉体规格为3.7m×6.6m。当炉子的耐火材料处于全新的状态时，本文叙述的卡尔多炉可处理容积大约是13m3的熔融物料。设备本身主要由外层钢壳、内层砌体和驱动装置等组成。炉体具有旋转与倾转两大功能，在电机驱动下，炉体可以<28r／min的速度绕中心轴线转动，还可以进行360°的倾转。炉子的顶部只有一个开口，在正常生产情况下，炉口转到与水平位置夹角成28°，可伸缩的喷枪由此插入。炉子的加料和排料也都经过这个炉口，工艺烟气也从这个炉口排出。

2. 加料系统

加料提升斗内备有加料混合器，它具有称重元件。

不同的废料层叠混装在一起，需记录好每一种物料的重量。每一批物料是否充分混合不是很重要，重要的是物料在炉内的均匀分布及层与层的均匀分布，并且含有机物的量均匀。

3. 水冷烟道

水冷烟道主要用于排出炉内烟气。为了减少外部空气的吸入，烟道安装在尽可能接近炉口的位置上，仅留有小小的一个间隙。在烟道的顶部，装有一个带盖子的事故紧急烟气出口。当发生停电或风机故障时，这个盖子打开，烟气从这个事故排烟口排出。当烟气压力超过极限值时，这个盖子也会被打开，以使烟气排出，使设备不致于被损坏。烟道除配有冷却水系统以外，烟道内还浇铸有耐火材料保护层。以保证烟道的冷却水系统不会受到损坏。

4. 喷枪装置

卡尔多炉配备有两个喷枪，一个是熔炼期使用的烧嘴枪。另一个是吹炼期使用的吹炼枪。通过一个液压装置，喷枪本体可以移出和移入。为了防止事故停电，液压装置中安装了蓄能器，一旦发生停电等事故时，蓄能器的动力可以使枪体撤出炉腔。由于喷枪是在高温环境中工作，因此，枪本体通常有冷却水进行冷却。为了防备万一喷枪内的冷却水泄漏，配备的安全系统上考虑了应对措施：一旦发生这种情况可以使水泵立即停止运转，以防止冷却水的进一步泄漏。

5. 抬包车

抬包车负责托运渣包和铜包，它是由一台卷扬机带动钢丝绳所拉动的。当熔炼结束和吹炼结束时，熔炼所得的铜渣和吹炼所得的物料放人抬包车所托运的渣包和铜包内。

6. 环保烟罩

整个卡尔多炉都被不锈钢板焊制的环保烟罩罩住。在冶炼时，加料过程中产生的粉尘都通过此环保烟罩被风机抽出送到布袋收尘嚣中除尘净化，然后才排出。因此，卡尔多炉冶炼时的工作环境(如烟气、烟尘等)均能满足国家环保标准。

7. 喷雾冷却器

从水冷烟道出来的烟气进入喷雾冷却器后，其温度降低至150°然后进入除尘系统。

三、卡尔多炉处理废杂铜的主要原料

卡尔多炉理论上可以处理任意品位的杂铜。为使生产均衡而且易操作，各种物料需均匀搭配，同时加入一些废电机等含铁高的原料用于造渣。以下是卡尔多炉常见的原料：

1. 高品位的铜物料，这种铜的来源主要为铜线和铜管，主要杂质是绝缘材料燃烧后的残渣，或是一些机械夹杂。

2. 铜合金。比如黄铜或青铜。这种铜合金的铜含量一般为50% ～95% 。

3. 其它废杂铜。这类铜来自废旧电机、汽车的散热器等。这种废杂铜是铜、铜合金和一些其他金属的混合物，这种铜合金的铜含量一般为15% ～80%。

四、卡尔多炉处理废杂铜的优缺点

卡尔多炉冶炼作为一种强化熔炼方法有其独到之处：（1）由于使用工业纯氧以及运用氧油枪，因而炉内的温度容易调节，而且范围大；（2）具有良好的传热和传质动力学，有利于加快物料的熔化和气一固一液各相间反应速率；（3）借助油枪氧枪容易控制熔炼过程中炉气的氧势。根据不同熔炼阶段的需要，可以有不同的氧势或还原势；（4）由于炉子的烟气量少、炉体容积紧凑，因而散热量少，热效率高。在使用纯氧吹炼的条件下，热效率可达60%或更高。

卡尔多炉炉型适宜处理含杂质高的复杂原料，过程简单。对用于处理废杂铜更是有很多优点：（1）熔炼、还原和吹炼可在同一个熔炼炉内完成，无需外加熔炼炉；（2）既可处理高品位废杂铜，又可处理低品位废杂铜。而处理低品位废杂铜经济效益更好；（3）可以一次产出可弃渣，一般渣含铜<0．5% ；（4）炉子结构紧凑，设备简单，能完全密闭，因而可防止排放物溢散。操作环境良好，对外无污染，可满足比较严格的环境要求；（5）生产灵活，适于处理各种物料，并可在不同金属间转换，不必对设备作任何改造。其缺点是间歇作业，操作频繁。烟气量和烟气成分呈周期性交化，炉子寿命较短，造价较高。

表1 江铜贵冶卡尔多炉原料

五、结束语

卡尔多炉熔炼过程是间断操作的，具有对原料变化适应快的特点，特别是能处理复杂铜精矿、氧化矿、各种品位的二次原料、烟灰、废旧金属等各种原料。低品位废杂铜来源广泛，价格低廉。实践也证明，冶炼各种低品位废杂铜的利润确实比处理铜精矿和高品位废杂铜都高。同时，在处理废杂铜过程中，还能得到很多贵金属，使利润进一步提高。

综上所述，随着我国经济的不断发展，对废杂铜的处理将越来越显得重要和迫切，由于卡尔多炉的诸多优点，今后将势必得到越来越多的应用。

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