[科普中国]-冶金炉

简介

冶金生产过程中对各种物料或工件进行热加工处理的工业炉。热工处理是以物料或工件的升温为重要特征的处理过程，例如焙烧、熔炼、加热、热处理、干燥等。钢铁冶金和有色冶金的大部分生产环节都离不开炉子。历史上，许多生产环节的革新，产品的产量和质量的提高，都同旧冶金炉的改革和新冶金炉的应用紧密相关。平炉的出现，曾有力地推进了炼钢生产的发展。冶金工业的能源消耗，在很大程度上取决于各种冶金炉的能耗。

种类现代冶金工业用炉，按热源不同，可分为燃料炉、电炉、自热炉三大类。此外，以新能源（如太阳能、原子能）为热源的冶金炉正处于研制阶段。

燃料炉以燃料的燃烧热为热源，冶金工业中使用最为广泛。由于炉内的热工特征不同，燃料炉又可分为火焰炉、竖炉、流态化炉和浴炉等四类：① 火焰炉 特征是火焰或燃烧产物占据炉膛的一部分空间，物料或工件占据另一部分空间。一般情况下，火焰与物料直接接触；但在有些情况下，例如为防止工件的氧化，将火焰与工件隔开，火焰的热量通过隔墙传给物料。② 竖炉 特征是炉身直立，大部分空间堆满块状物料，炉气通过料层的孔隙向上流动，与炉料间呈逆流换热。③ 流态化炉 特征是炉内为细颗粒物料的流态化床。气体由下部通入。使物料“沸腾”成流态化（见流态化焙烧）。④ 浴炉 特征是炉内盛液体介质（熔融盐类或熔融金属）。将工件浸入此介质中进行加热，主要用于热处理。浴炉热源可用燃料，也可用电。

电炉特征是以电为热源。由于电热转换方法不同，又分为电阻炉、感应炉、电弧炉三种。

自热炉特征是靠炉料自身产生的热量维持炉子的正常工作，除炉料的预热或预熔化外，炉内不需要或基本上不需要外加热量。例如：炼钢转炉，铜、镍吹炼转炉和铝热法冶炼炉。硫化矿的焙烧炉也往往是自热炉。

冶金炉还有间歇式炉和连续式炉的区别。间歇式炉的特征是分批装料、出料，炉子温度在生产过程中呈周期性变化。连续式炉特征是物料或工件连续穿炉运行，按工艺要求控制炉内各部分的温度，并保持稳定。连续式炉在产量、质量、燃料消耗、机械化、自动化等方面都比间歇式炉优越。此外还有安装料和出料方法、装料和出料机械、炉体形状、附属设备如空气预热器的名称、温度高低等称呼炉子的。

举例鼓风炉鼓风炉熔炼按熔炼过程的性质可分为还原熔炼法如(铅烧结块的熔炼、铅锌混合精矿的熔炼）。氧化熔炼（如铜烧结块和铜精矿、铜镍精矿和矿石的造锍熔炼）及还原造锍熔炼（如氧化镍矿熔炼成镍锍）。按结构特点分为敞开式炉和密闭式炉，全水套炉和半水套炉。

鼓风炉主体由炉身、炉顶、炉缸（有的炉子没有）、风口装置及烟喉口等组成。为了加强熔融产物的沉清分离，多数鼓风炉都附设保温前床或电热前床。

鼓风炉炉型根据冶炼过程特点和原料性质的不同可以有许多种。按风口区横截面形状分，有圆形、椭圆形、长方形三种。前两种炉内气流分布均匀，炉结生成较慢且易于清除；但圆形炉直径受到鼓风透能力的限制，只适用于小型炉。按纵断面形状分．有向十万张型、直简型、椅型（双排风口）和向下扩张的倒炉覆型。目前，我国多数工厂采用向上扩张型炉。它有利于气流沿横截面均匀分布，并可减少灰尘。直简型炉适用于粉料较多的场合，有利于减馒炉结的生长，倒炉覆型和椅型提高单位生产率，国外已分别用于镍氧化矿的造锍熔炼及铅还原熔炼。

国内在鼓风炉结构设计及操作技术等方面曾有不少革新，如铜密闭鼓风炉炉顶结构及排烟方式的改造，铅鼓风炉采用水套炉项及密闭加料，汽化冷却帽檐式风口及汽化冷却料斗的应用，炉身水套的汽化冷却以及加料系统的自动控制等。

反射炉反射炉是传统的火法冶炼设备之一，按作业性质分为周期性作业和连续性作业反射炉；按冶炼性质分为熔化、熔炼、精炼和培烧反射炉。

反射炉具有结构简单、操作方便、容易控制、对原料和燃科的适应性较强、生产中耗水少、作业率高、适合大规模生产等优点。因此，反射炉在熔炼钢、锡、泌精矿和处理铅浮渣以及金属的熔化及熔炼等方面得到广泛的应用。目前，世界铜冶炼生产中，反射妒熔炼占30%-40%，80%-90%的锡是反射炉熔炼生产的。

反射炉生产的主要缺点是燃料消耗较大、热效率较低（一般只有15%-30%），造锍熔炼反射护还存在脱硫率及烟气中二氧化硫浓度低、占地面积大、消耗大量耐火材料等缺点。 多年来，我国对旧式反射炉进行许多改进，加大型反射炉采用止推式吊挂炉顶、虹吸式放铜锍及镁铁式整体烧结炉底；精炼反射炉采用打眼放铜；加料口及拱脚梁用水冷却、加料系统自动控制以及逐步推广余热锅炉等。 为进一步强化铜熔炼反射炉熔炼过程，并提高原科中化学热及硫的利用率，减少对环境的污染，现在许多国外工 厂对现存的反射炉进行技术改造，其主要的改造途径是采用富氧空气熔炼和使用热风。

由于现今对环境保护提出越来越严格的要求，重视节约能源，预料今后新建和改建的反射炉熔炼工艺将向环保和节能型发展。

诺兰达诺兰达炼铜法最初是以生产粗铜为目的，但因粗铜含杂质高，于1975年改为生产高品位铜锍。

诺兰达炉是一台水平圆柱形反应炉。用高速抛料机将含铜物料和熔剂加入炉内，通过侧边风口喷入富氧空气以保持熔池内铜锍和熔渣处于搅动状态，精矿中的铁和硫与氧发生氧化放热反应，提供熔炼所需的主要热量，不足的热量由配入炉料中的煤或碎焦补充，或者用燃烧装置烧煤或烧油补充。熔炼产生的铜锍Cc55%-75%，由铜锍口间断地放入铜锍包中送转炉吹炼。炉渣从端墙渣口放出。直接流到渣贫化电炉进行炉渣贫化处理，贫化炉铜锍也送转炉吹炼回收铜。或者炉渣放入渣包中，经缓冷，然后送选矿厂．选出渣精矿，渣精矿返回诺兰达炉回收渣中的铜。反应炉烟气经水冷密封烟罩到余热热锅炉将烟气降温并回收余热，或者用其它冷却方式将烟气降温，然后经电除尘器净化后送硫酸厂制酸1。

闪速炉闪速炉是处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备，一般由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池及上升烟道等四个主要部分组成。干燥后含水小于0.3%的炉料和富氧空气或预热空气通过精矿喷嘴进行混合并高速喷入反应塔内，在高温作用下，迅速进行氧化脱硫、熔化、造渣等反应，形成的熔体进入沉淀池后进—步完成造渣过程，并分离成富集金属产品和炉渣。为维持—定的温度，在反应塔和沉淀池内可适当补充一些燃料。熔炼气体产物由上升烟道排出。

闪速炉的主要优点是：烟气量相对小，二氧化硫浓度高、利于制酸，可减少环境污染，是一种较清洁的金属提取工艺，单台生产能力大，综合能耗低；过程空气富氧浓度可在23%-95%范围内选择，有利于设备选择和控制烟气总量，过程控制简单，容易实现自动化；投产、挖潜容易实现。但闪速炉熔炼存在着渣含有用金属高，烟尘率较大，物料准备要求高等缺点。因此，炉渣必须进一步处理。

转炉转炉是有色冶金生产中用于处理铜和镍的硫化物的主要冶金设备。它的特点是不需要燃料，仅依靠铜锍中的铁和硫与鼓入熔体中的空气进行氧化反应放出的热量来提供全部的热支出。炉子为周期性作业，炉内加入液态铜硫，鼓入空气进行吹炼，第一期为造渣期，生成白铜硫，第二期为造锍期，生成粗铜，粗铜再送入熔炼炉内精炼成阳极铜。吹炼中产生的烟气送硫酸厂制酸。

目前转炉主要用来处理铜锍(金属硫化物)、旧式转炉劳动条件差，环境污染严重。随着技术的发展采用了捅风眼机，减轻了工人的劳动强度；普通烟罩发展成为密闭烟罩使转炉操作全封闭，还有虹吸转炉，霍勃肯转炉的出现，使烟气中SO2浓度达到8%-9%，甚至高达15%，这就使得环境大大改善。近几年来还在转炉中使用了富氧吹炼，大大提高了转炉的生产能力。

大型转炉具有热容量大，作业周期内温度变化小，炉衬寿命长，牛产率高等优点。因此目前世界上卧式转炉都向大型化发展，外形尺寸达到∮4.2m x10m，容量180th，国内的转炉也普遍加长，提高了装入量。烟化炉是适应从有色冶金炉渣中回收铅、锌而产生的。随着现代冶金技术的发展和综合回收的需要，有色冶金企业中各种炉渣（如铜渣、铅锌渣、锡等）的处理均广泛采用姻化炉。同时，烟化炉还可以用来富集回收其他易挥发的金屑。烟化过程的实质是以空气和粉煤（或其他还原刑）的混合物通入熔触的炉渣中进行还原吹炼。在高温下，炉渣中的铅、锌、锡等金属呈各种形式挥发，并富集于烟尘中而加以收集。

烟化炉烟化炉具有的优点是：可以直接处理熔渣，燃料消耗较少，金属回收率高，操作简单，机械化程度较高等。通常．烟化炉是采用粉煤作还原剂和燃料，其缺点是粉煤制备和输送过程比较复杂，风口、管道磨损严重。如果用重油作还原剂和燃科则无上述缺点，但需备有一套供油设施。姻化炉是一种类似鼓风炉的立式设备。姻化炉的两侧、两端和炉底、炉顶均由水套拼装而成。主要部件有风口装置、熔渣注入装置、冷料加入装置、故渣口、排烟口、水套烟道和支撑框架等。目前在烟化炉炉型结构上进行了重大改进，设计出的姻化炉与余热锅炉一体化的新型结构取得了良好效果。