节能环保的废杂铜处理技术

    本文着重讲介绍一种即节能又环保的废杂铜处理技术－卡尔炉工艺。卡尔多炉适宜处理品位在20%～60%的各种废杂铜，如废电机、碎电线、废电子元件等；熔炼、吹炼过程可在同一个熔炉内完成，集鼓风炉、转炉功能于一体；产出粗铜品位可达到98%。

    卡尔多炉结构紧凑，设有完全密闭的环境集烟罩，操作环境良好，可满足国家规定的环保要求；由于使用富氧空气强化吹炼，因此炉期短，能耗低，经济效益好。卡尔多炉废杂铜处理工艺的推广必将提升我国再生铜生产的技术和装备水平。

    一、工艺过程

    （一）原料的预处理

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

    （二）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，加入的料必须经过计算，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入炉子密闭区域内，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。

    （三）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，则需调节燃料量，工艺操作上应使烟气进入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。

    当物料全部溶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。

    （四）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。吹炼产物粗铜熔体入入铜包，用吊车加入精炼炉。

    二、原料种类

    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：

    （一）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。

    （二）铜合金，比如黄铜或青铜。这种铜合金的铜金量一般为50%～95%。

    （三）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%。

    三、主要设备

    卡尔多炉工段的主要设备有：加料翻斗车、卡尔多炉、轨道车、卡尔多炉环保烟罩、喷枪装置、直升烟道等。主要设备连接示意图如图1所示。

 

图1  卡尔多炉工段主要设备

1－加料翻斗车；2－卡尔多炉；3－轨道车；

4－卡尔多炉环保烟罩；5－喷枪装置；6－直升烟道

    （一）加料翻斗车

    加料翻斗车结构示意见图2。

图2  加料翻斗车结构

1－上料装置；2－驱动卷扬；3－支架；4－进料装置

    （二）轨道车

    轨道车在炉子底部，铜水包和渣包放置在轨道车上。炉内渣直接放到渣包内，冷却后送去渣选。炉内粗铜则放到铜水包内送往精炼厂精炼。

    （三）卡尔多炉

    卡尔多炉是本工艺的关键设备，炉体规格为Φ3.7m×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，炉休弄虚作假有旋转与倾转二大功能。炉了顶部只有一个开口，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。

    1、旋转

    炉体绕炉口中心线的旋转是由4个带有电动机驱动的滚轮压在炉体环状支撑上靠磨擦力来实现的。当炉口中心线处于与水平线成28°的正常操作角度位置时（此时指标灯“喷枪位置”变亮），炉子在该正常操作位置的旋转速度为0～10r/min。除此之外，炉子只可以在低速旋转，速度为0.5r/min。

    2、倾转

    炉子装有两个倾转轮，使炉子可以在360°角度的范围内倾转，两对交叉的主梁装配成一个支架框。这使得操作工可以选择任何位置的角度进行加料、熔炼和放铜、放渣等作业。倾转设备由倾动电机、紧急事故倾动电机、减速机和一组连接在倾转轮上的外齿圈等组成。同时，炉子的紧急事故倾转是为了防止停电而设，电源从单独的电网上向电机供电。卡尔多炉内的喷枪与倾转具有电气联锁关系。在正常操作条件下，炉子被倾转相对于水平位置的28°，实践证明这个位置有利于使空气与熔体充分搅拌。卡尔多炉结构示意见图3。

 

 

图3  卡尔多炉结构

1－炉体；2－倾转支撑；3－支架框；

4－倾转驱动装置；5－旋转驱动装置；6－环状作支撑

    （四）卡尔多炉环保烟罩

    整个卡尔多炉都被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器中除尘净化，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。

    （五）喷枪装置

    卡尔多炉配备有两个喷枪，一个是使用氧气和燃油（或者天然气）的燃烧器喷枪，另一个是使用富氧吹炼的吹炼喷枪。

    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，枪本体通有冷却水进行冷却。为了防备万一喷枪的冷却水泄漏，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的进一步泄漏。喷枪装置结构示意见图4。

 

图4  喷枪装置结构

1－燃烧器喷枪；2－吹炼喷枪；3－支架；4－驱动装置；5－配管

    （六）直升烟道

    直升式水冷烟道主要用于排出炉内烟气。为了减少外部空气的漏入，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。

    烟道险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。

     四、结束语

    用卡尔多炉处理废杂铜有很多须优点：

    （一）熔炼、吹炼可在同一个炉内完成，无需外加溶炼炉；

    （二）既可处理高品位废杂铜，也可处理低品位废杂铜，并且经济效益和社会效益都好；

    （三）产出的炉渣一般含铜小于0.5%；

    （四）卡尔多炉结构紧凑，设备简单，能完全密闭，因而可防止排放物外溢，对外几乎没有污染，可满足国家的环保要求；

    （五）生产灵活，除废杂铜外还适于处理其它许多物料，并可在不同的金属间转换处理，当生产能力许可时，一般不必对设备作任何改造；

    （六）投资省，工厂规模可大可小。

    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。