[其他]在熔化物质中的浸入燃烧

说明书

本发明是关于一种加热和精炼熔融物质的方法，特别是涉及在熔融物质表面下喷入氧气和流体燃料对其加热和精炼的方法。

已有技术是利用在熔化的金属表面下喷入纯氧和流体的碳氢化合物燃料来精炼金属熔融液。在一些金属精炼过程中。通过一种“管套”式的风嘴喷入氧气和碳氢化合物。在此情况下，通过一个中心管喷入氧气，同时通过围绕中心管的环状管子喷入碳氢化合物，从而就形成了环绕氧气的环幕。这种环幕具有一种防止风嘴及其周围的耐火材料被氧气过度浸蚀的保护作用，美国专利US3930843描述的这种原理，已被广泛地使用在Q-BOP炼钢工业生产中。这种原理在炼铜方面的申请已经公开，例如，在美国专利US3990889和3990890中。

而在上述方法中，碳氢化合物起了作用，这些方法实质上是一些氧化精炼操作。喷入的碳氢化合物的数量相对于喷入氧气的数量是小的（在Q-BOP炼钢中仅仅在8%以内），以致不妨碍对熔融金属的杂质的氧化。用少量的碳氢化合物来保护风嘴和耐火材料则势必会生成凝固的结瘤。在此应用的“凝固的结瘤”一词是指由于喷入流体的冷却效应，引起在金属熔池内的吹风管嘴近旁形成的固态的金属和/或炉渣。

在工艺中已知有许多种类的凝固炉结，如瘤状、小柱状、蘑菇帽状的。随着流体燃料喷入的进行，结瘤的尺寸不断增大，直到达到热平衡为止。结瘤尺寸的不断增大可以堵塞了风嘴出口。由于这个原因，人们一直认为以环绕在氧气外围的方式喷入数量相当高的碳氢化合物而不能不遇到结瘤问题。

精炼铜也已经应用了氧气和碳氢化合物。特别是阳极铜的精炼。阳极铜在其准备被铸成阳极或其它产品之前是按自矿石起的一系列工艺步骤被精炼的。起初的步骤是选矿、熔化和吹炼，以富集和提纯铜矿而生产粗铜或“泡铜”。最后的精炼步骤（如在“火法精炼”工艺中已知的）是达到降低泡铜中氧和硫的杂质的目的，典型地是分别从0.70%和0.05%降低到0.20%和0.005%以下。从废铜中重熔的铜也可用火法精炼，也可以和原始材料一起精炼或用其本身精炼。

火法精炼通常在大约从2000°F（1090℃）到2200°F（1200℃）的温度范围内按照两个步骤进行。第一步，在熔融泡铜的熔池内的液面下喷入含氧气体，致使硫被氧化成二氧化硫並向上漂浮逸出熔池外。第二步，在已有工艺上称为“插树”（还原），通过碳氢化合物在熔融的铜中还原被溶解的氧，並从中排出。术语“插树”来自传流做法即在熔池中浸入新鲜的木杆提供燃料。对火法精炼的最近的改进包括直接向熔池内喷入含氧气体和碳氢化合物燃料的混合物。上述混合物的直接喷入通常是借助于放置在熔融铜的液面下的风咀进行的，此方法有可能将火法精炼控制在一个较高的程度进行。但这附加的控制也存在某种程度的危险性，因为在喷入混合物的管系中存在着易爆的流体混合物。

喷入熔融的铜中的碳氢化合物燃料经裂化而产生碳和氢，然后它们与氧进行反应，则产生一氧化碳，二氧化碳和水。它们作为废气从铜熔池中逸出。在进行插树步骤期间，未反应的碳氢化合物可以从熔池内逸出，以及还排出由于碳氢化合物的不完全燃烧而形成的碳黑。

降低排出物的不透明度已成为工业铜的冶炼者的一个重要的目标。在这里“不透明度”是指废气阻碍透光的能力，並用百分比表示，如不阻碍则用0%表示，全部阻碍用100%表示。引起精炼铜装置中的排出物不透明度较高的重要原因是由于在火法精炼时从熔融铜池内排出挥发性碳氢化合物，碳黑及其它颗粒。已有的火法精炼铜的方法是依靠对来自熔融铜的废气进行后处理，以达到不透明度的限制，在一些情况下现在限制在20%或更低一些，在有固体颗粒成分的情况下常规是用布袋除尘室捕集逸出颗粒。另一方面还利用复杂的和昂贵的后燃烧器，冷却搭及其它系统将挥发物质从废气中除去。

提高脱氧效率也成工业铜的冶炼者的一个重要目标。在这里“脱氧效率”是指一个用百分比表示的比例，即喷入每单位燃料从熔融金属池中排除的氧的实际数量（杂质加上喷入的氧）比上使每单位燃料进行完全反应的理论上所需氧的数量。在相应的小型试验中，获得了高的脱氧效率，而工业规模的反应器（1～150吨或更高）的脱氧效率，仍然是低的效率，对该领域的改进会带来明显的益处，即在精炼每单位铜时消耗较少的燃料。

常规的加热和精炼过程的低效率是因为热利用率很低，在这里“热利用率”是指一个用百分比表示的比率，即熔炉向它的外围所散发的热量加上提高熔池温度过程所吸收的热量之和与理论上从喷入的燃料燃烧中所获得的热量之比。这个方程式如下：

%热回收＝ (（A+B）+C)/(D×E) ×100

其中：A＝熔池的温度增长比率（°F/分）（℃/分）