CN104846215B - 熔炼炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔炼炉，包括：炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区上设有排料口；炉顶，所述炉顶设在所述炉体上且封盖所述空腔的上端，所述炉顶为穹形，所述炉顶的顶部设有加料口、喷枪口；排气烟道，所述排气烟道倾斜向上设在所述炉体的侧壁上，所述排气烟道与所述空腔连通；喷枪，所述喷枪设在所述喷枪口内且向下延伸至所述小径区内。根据本发明的熔炼炉可以节约能源，改善了可燃物的反应条件，提高了熔炼炉的工作效率，而且降低了有害气体的排放和避免了对环境的污染。

Description

熔炼炉

技术领域

本发明涉及有色金属冶炼技术领域，尤其是涉及一种熔炼炉。

背景技术

相关技术中，我国电子废料、含铜物料、工业废渣等等的资源循环技术分为两类：一是以物理方法为主的物理技术，二是以化学方法为主的化学技术。

随着国家对资源综合利用企业节能与减排的要求日趋严格，迫切需要兼具节能、环境友好和资源高效利用的强化冶金工艺技术。为配合大规模的电子废料、中低品位杂铜等资源综合利用工艺开发，需要一种实现以综合利用工艺短流程技术为特征的节能、高效装备，可提升我国废旧资源综合利用工业整体技术装备水平和竞争力。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明提出一种熔炼炉，该熔炼炉可以节约能源、改善可燃物的反应条件、提高工作效率，而且减少有害气体的排放。

根据本发明的熔炼炉，包括：炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区上设有排料口；炉顶，所述炉顶设在所述炉体上且封盖所述空腔的上端，所述炉顶为穹形，所述炉顶的顶部设有加料口、喷枪口；排气烟道，所述排气烟道倾斜向上设在所述炉体的侧壁上，所述排气烟道与所述空腔连通；喷枪，所述喷枪设在所述喷枪口内且向下延伸至所述小径区内。

根据本发明的熔炼炉，大径区的内径大于小径区的内径，提升了气体反应的反应条件，促使未完全燃烧的有机物进一步地充分燃烧，而且由于炉顶为穹形结构，穹形炉顶下方和空腔上方的空间也可以作为气体反应的场所，进一步加大了气体反应空间，进而可以改善可燃物的反应条件，节省了燃料消耗，提高反应速度，缩短了操作时间，进一步提高熔炼炉的工作效率。而且气体反应空间的增大使有害气体进一步进行更充分的反应，减少有害气体的排出。

而且，排气烟道倾斜设置在炉体的侧壁上，一方面有效降低了反应原料的流失，不仅节约了能源，而且还提高了熔炼炉的经济性和资源的高效性，另一方面还可以防止未充分燃烧而直接进入烟气的有机物直接从排气烟道排出，从而避免了环境污染。

另外，根据本发明的熔炼炉还可具有如下附加技术特征：

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述排气烟道设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁上。

可选地，所述排气烟道与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述大径区和所述小径区之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述炉体的侧壁上设有补风口。

进一步地，所述补风口设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁上。

可选地，所述加料口处设有密封装置以阻止烟气通过所述加料口逸散。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述炉顶的顶部还设有烧嘴口，所述熔炼炉还包括烧嘴，所述烧嘴设在所述烧嘴口处且向下延伸至所述大径区内。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述排料口包括：排铜口，所述排铜口设在所述炉体的底部；排渣口，所述排渣口位于所述排铜口的上方。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，还包括冷却水套，所述冷却水套设在所述炉体外部且对所述炉体和所述排气烟道形成包裹结构。

可选地，所述炉顶还设置有用于伸入测量尺的测量口。

在本发明的熔炼炉的一些示例中，所述炉体的侧壁上设有清洁口，所述清洁口在上下方向上邻近所述炉顶。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本发明实施例的熔炼炉的结构示意图。

附图标记：

熔炼炉100；

炉体1；空腔11；小径区111；大径区112；过渡区113；排料口12；排铜口121；排渣口122；补风口13；

炉顶2；加料口21；喷枪口22；烧嘴口23；测量口24；

排气烟道3；喷枪4；烧嘴5；冷却水套6；清洁口7；反应区8；气相区9。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面参考图1描述根据本发明实施例的熔炼炉100。根据本发明实施例的熔炼炉100包括：炉体1、炉顶2、排气烟道3和喷枪4。

炉体1内形成有空腔11，空腔11上端敞开。如图1所示，空腔11具有小径区111和大径区112，大径区112位于小径区111的上方，且大径区112的内径大于小径区111的内径。

电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后可以放置在空腔11内进行熔炼，具体地，空腔11内为熔炼炉100提供熔炼的反应区8，反应区8设置在小径区111底部，也就是说，上述的电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂会被放置在反应区8内进行熔炼反应，如图1所示的空腔11的底部区域。

进一步地，如图1所示，反应区8上方的小径区111和大径区112共同作为气相区9，反应产生的气体以及相关气体的反应过程则在炉体1内的气相区9内进行。由于大径区112的内径大于小径区111的内径，这样气相区9为反应后产生的气体和气体的反应过程提供更大的空间。

电子废料、含铜物料、工业废渣等与熔剂混合后，在反应区8内进行熔炼反应，反应过后所产生的粗铜排出，排出后剩余的熔炼渣层内再加入还原剂进行还原反应，以还原熔炼渣层中的金属氧化物，得到粗铜和还原渣，粗铜可以循环利用，还原渣可以排出炉体1。

具体地，小径区111上设有排料口12，排料口12可以用于排出熔炼反应后的粗铜和反应渣、还原渣。可以理解的是，排料口12设置在对应反应区8的小径区111。

炉顶2设在炉体1上，而且封盖在空腔11的上端。具体地的炉顶2为穹形结构，如图1所示，炉顶2为向上隆起的半球体形状，这样，在炉体1空腔11上方和炉顶2下方之间形成了空间，可以进一步加大气相区9的空间，提高熔炼反应和还原反应的效率。

炉顶2的顶部设有加料口21和喷枪口22，加料口21设置在炉顶2的顶部可以方便地对炉体1内进行加料。进一步地，考虑到电子废料以及含铜物料、工业废渣等中的有机废物，以及燃烧后的有毒或有害气体，会在加料口21逸散，为了尽量减少这种情况的发生，可选地，可以在加料口21的外周设有密封装置。密封装置能够提高加料口21的密封性，从而有效的防止了烟气的逸散。另外，为了保证还原的质量，还可以通过加料口21向炉体1内加入颗粒状固体还原剂，例如焦炭等，从而在熔炼后的熔炼渣层表面形成红热的焦滤层以强化还原效果。

喷枪口22设置在炉顶2的顶部，具体地，喷枪4通过喷枪口22伸入到炉体1的空腔11内，喷枪4向空腔11内通入富氧气体、压缩空气或燃料(若有需要)，可以为熔炼反应和还原反应提供热源，从而极大地促进了反应的进行。富氧或压缩空气通过喷枪4进入到炉体1内，对反应物料进行吹风熔炼作业，促进熔炼反应的进行，极大地改善了反应的热力学和动力学条件。

另外，还原过程中，喷枪4还可以同时作为还原剂喷入口。由此，可以通过喷枪4向炉体1内喷入还原剂以将物料中的金属氧化物还原，形成金属液滴沉于炉体1的底部。对于还原剂的选择没有特殊限制，其可以为气体、液体或者固体粉末还原剂。

排气烟道3与空腔11是连通的，排气烟道3倾斜向上地设置在炉体1的侧壁上。可选地，排气烟道3设在大径区112对应的炉体1的侧壁上。可以理解的是，排气烟道3与炉体1内的大径区112对应，可以理解的是，排气烟道3是向上倾斜设置的，这样排气烟道3与加料口21间隔开设置，可以降低从加料口21进入炉体1中未能完全燃烧的原料直接进入烟气通道而排出的可能，由此可以节约能源、减小污染。

根据本发明实施例的熔炼炉100，由于大径区112的内径大于小径区111的内径，从而可以增大用于气体反应的气相区9，而且由于炉顶2为穹形结构，穹形炉顶2下方的空间也组成了气相区9的一部分，进一步加大了气相区9，这样可以改善可燃物的反应条件，节省了燃料消耗，提高反应速度，缩短了操作时间，进一步提高熔炼炉100的工作效率。而且气体的反应过程会在气相区9进行，这样，较大的气相区9可以提升气体反应过程的反应条件，使有害气体在气相区9进一步进行更充分的反应，减少有害气体的排出。

而且，排气烟道3倾斜设置在炉体1的侧壁上，一方面有效降低了反应原料的流失，不仅节约了能源，而且还提高了熔炼炉100的经济性和资源的高效性，另一方面还可以防止未充分燃烧而直接进入烟气的有机物直接从排气烟道3排出，从而避免了环境污染。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，炉体1可以为单炉膛炉型，即炉体1内只形成有一个空腔11，冶炼过程的熔炼反应和还原反应都在炉体1内进行。另外，通过间断周期性作业，控制炉体1内不同的反应气氛，还可将熔炼反应和还原反应分开，在保证炉体1结构更紧凑的同时，还能保证熔炼过程和还原过程能够分别顺利进行，具有高效节能的特点。

具体地，对于炉体1的结构可不做特殊限制，只要满足使熔炼和还原反应能够正常进行的要求即可。可选地，炉体1为垂直的圆柱体空腔结构。该结构的炉体1具有简单紧凑，稳定性高和操作可靠的特点。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，在气相区9反应后的气体会通过排气烟道3排出。而且排气烟道3与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。可以理解的是，炉体1与排气烟道3的夹角也在0-90°，保证了排气烟道3倾斜设置在炉体1的侧壁上。具体地，倾斜烟道3可以为柱状结构，柱状结构的倾斜烟道3设计简单，而且有利于熔炼炉100的整体结构稳定性。需要说明的是，倾斜烟道3并不仅限于柱状结构，对于倾斜烟道3的结构和类型可不做特殊限制。可选地，倾斜烟道3为吊挂式烟道，具体地，倾斜烟道3可以通过支架结构、吊臂结构等进行固定，以提升倾斜烟道3的安装稳定性。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，大径区112和小径区111之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区113。可以理解的是，小径区111的内径小于大径区112的内径，如图1所示，过渡区113由下向上内径逐渐增大，直到与大径区112的内径等同。这样过渡区113的设置可以使大径区112和小径区111过渡平缓，而且熔炼炉100的结构更加合理，有利于熔炼炉100的整体结构稳定性。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，炉体1的侧壁上设有补风口13。如图1所示，补风口13设置在大径区112对应的炉体1的侧壁上，可以通过补风口13向气相区9供入适量的空气，能够将熔炼烟气中的残余有机物充分燃烧，还可以促使反应产生的一氧化碳进行氧化反应生成二氧化碳。补风口13的设置可以使燃烧更加彻底，而且节省了用于维持炉温的燃料消耗，也就是说有利于熔炼炉100的高效性，而且减少了有害气体等排出炉体1，从而避免了环境污染。可以理解的是，反应后的气体则可以通过排气烟道3排出炉体1。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，排料口12包括：排铜口121和排渣口122。排铜口121设在炉体1的底部，排渣口122位于排铜口121的上方。由于冶炼产物密度不同，反应后所产生的粗铜和反应渣会分层，粗铜层位于反应渣层的下方，因此通过将排渣口122设置在排铜口121的上方，可以更好地排出反应渣和粗铜，实现了冶炼后物料的有效分类，使冶炼效率得以提高。

而且，排铜口121和排渣口122上分别设有环保烟罩。由此，环保烟罩的存在进一步降低了炉体1中排出的物料对环境的污染，提升了熔炼炉100的环保性能。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，炉顶2的顶部还设有烧嘴口23，熔炼炉100还包括烧嘴5，烧嘴5设在烧嘴口23处且向下延伸至大径区112内。烧嘴5具有补充热量的作用，当将烧嘴5通过烧嘴口23伸入到炉体1内时能够促进炉体1内的物料的熔炼和还原反应的进行，提高熔炼和还原反应的效率，进而减少有害气体等排出炉体1。

另外，物料在炉体1内经过冶炼会形成高温的熔体，高温熔体长期对炉体1内壁冲刷、腐蚀，使熔炼炉100的安全性有所降低。因此，从熔炼炉100的使用安全性方面考虑，可选地，可以在炉体1的外部设置冷却水套6，冷却水套6对炉体1和排气烟道3形成包裹结构，提高炉体1内壁使用寿命，从而避免了高温高热的熔体对操作人员造成的危险，使用安全性有所提高。

此外，由于冷却水套6包裹在排气烟道3的外部，从而使已经随烟气进入烟道的固体颗粒团聚返回反应区8，降低烟尘率，从而节省了用于维持炉温的燃料消耗，并且避免了环境污染，使操作更稳定可靠。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，炉顶2还设置有用于伸入测量尺的测量口24。测量口24设置在炉顶2上，测量尺可以通过测量口24伸入到炉体1内，进而可以通过测量尺确定反应区8内的物料的层高，从而可以方便地使操作人员了解炉体1内的反应情况。

在本发明熔炼炉100的一些示例中，炉体1的侧壁上设有清洁口7，清洁口7在上下方向上邻近炉顶2。如图1所示，清洁口7设置在临近炉顶2的炉体1侧壁上，考虑到大径区112上方和穹形炉顶2下方的空间在反应时的温度较下方的温度低，这样气体内的烟尘可能遇冷形成固体颗粒粘贴在炉体1内空腔11侧壁上，清洁口7的设置可以使工作人员定期清理形成在空腔11侧壁上的固体颗粒，进而有利于熔炼炉100的清洁和工作的高效性，而且对于在气相区9的气体反应提高良好的反应条件。

根据本发明实施例的熔炼炉100的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。

进一步地，为了使本发明实施例的熔炼炉100更为详细具体，下面对利用本发明实施例的熔炼炉100进行侧吹冶炼的方法进行描述。

熔炼冶炼方法包括以下步骤：

a)将破碎的电子废料、含铜物料、工业废渣等以及熔剂混合后进行熔炼，形成熔炼渣层和粗铜层；

b)将粗铜层分离出来，并在熔炼渣层内加入还原剂进行还原反应，以还原熔炼渣层中的金属氧化物，得到粗铜和还原渣。

具体而言，在步骤a)中，将经过一定程度破碎的电子废料、富含铜物料、工业废渣等与熔剂一起通过炉体1顶部的加料口21加入炉内，掉落在炉体1沉淀池表面的渣层上。富氧气体通过喷枪4进入沉淀池渣层中，搅动渣层熔体并与电子废料以及熔剂发生冶金反应。冶炼产物由于密度不同，在沉淀池形成熔炼渣层和粗铜层。粗铜通过排铜口121排出炉体1，熔炼渣留则在炉体1中，炉体1上部气相区9设置补风口13，使原料中没有经过充分燃烧而直接进入烟气的有机物被燃烧掉，从而避免了环境污染。

在步骤b)中，通过喷枪4向炉内通入还原剂以将熔炼渣层中金属氧化物还原，形成金属液滴沉于炉体1的底部。为了保证还原的质量，还可以通过加料口21向炉内加入颗粒状固体还原剂，例如焦炭等，从而在渣层表面形成红热的焦滤层以强化还原效果。为了补充还原反应需要的热，还可以通过烧嘴5向炉体1气相区9补充燃料或空气。粗铜通过排铜口121排出，贫化的还原渣通过设在沉淀池端墙上的排渣口122排放到炉体1外，反应产生的烟气则通过排气烟道3排出炉外。

其中，关于含铜物料、工业废渣等的选择没有特殊限制，可选地，含铜物料、工业废渣等可以为选自中低品位杂铜、工业废渣和电镀污泥中的至少一种。

使用本发明实施例的熔炼炉100的冶炼方法，将熔炼和还原反应分开进行，可以高效利用熔体的潜热，具有高效节能的特点，并且该方法操作时间短，热量外泄少，节省了燃料消耗，并且操作安全。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已径示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种熔炼炉，其特征在于，包括：

炉体，所述炉体内限定有上端敞开的空腔，所述空腔具有小径区和位于所述小径区上方的大径区，所述大径区的内径大于所述小径区的内径，所述小径区上设有排料口；

炉顶，所述炉顶设在所述炉体上且封盖所述空腔的上端，所述炉顶为穹形，所述炉顶的顶部设有加料口、喷枪口；

排气烟道，所述排气烟道倾斜向上设在所述炉体的侧壁上，所述排气烟道与所述空腔连通；

喷枪，所述喷枪设在所述喷枪口内且向下延伸至所述小径区内，

所述炉体的侧壁上设有补风口，所述补风口设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁上。

2.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述排气烟道设在所述大径区对应的所述炉体的侧壁上。

3.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述排气烟道与水平面的夹角范围θ满足：0＜θ＜90°。

4.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述大径区和所述小径区之间具有内径从下向上逐渐增大的过渡区。

5.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述加料口处设有密封装置以阻止烟气通过所述加料口逸散。

6.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述炉顶的顶部还设有烧嘴口，所述熔炼炉还包括烧嘴，所述烧嘴设在所述烧嘴口处且向下延伸至所述大径区内。

7.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述排料口包括：

排铜口，所述排铜口设在所述炉体的底部；

排渣口，所述排渣口位于所述排铜口的上方。

8.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，还包括冷却水套，所述冷却水套设在所述炉体外部且对所述炉体和所述排气烟道形成包裹结构。

9.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述炉顶还设置有用于伸入测量尺的测量口。

10.根据权利要求1所述的熔炼炉，其特征在于，所述炉体的侧壁上设有清洁口，所述清洁口在上下方向上邻近所述炉顶。