一种铜冶金吹炼渣的短流程粒化装置及水平衡粒化方法

技术领域：

本发明涉及铜冶炼技术领域，特别涉及一种铜冶金吹炼渣的短流程粒化装置及水平衡粒化方法。

背景技术：

在火法铜冶金的生产过程中，吹炼炉产出的吹炼渣含铜量较高，需要返回炉内重炼，由于吹炼炉排出的吹炼渣为高温熔融态，温度达1200-1350℃，在其返回熔炼前需要经过冷却、破碎或粒化处理；目前冷却-破碎法通常采用铸渣机浇铸或渣包承接熔融态吹炼渣，再经缓冷后集中破碎的处理方法，这种方法具有设备占地面积大、处理流程长、处理时间长、成本高、污染环境缺点。

粒化处理包括水淬和风淬两种方式：(1)水淬，具体方式是通过高压水对高温熔体进行粒化和冷却，粒化后的渣颗粒沉降于水池底部，通过捞渣机捞出后脱水备用；(2)风淬，通过压缩风对高温熔体进行粒化，再喷入水雾冷却，而喷入的水量远大于冷却渣粒所需水量，粒化后的渣、水混合物沉降于料仓中，料仓由钢板制成，底部设有刮板机将含有大量水分的流态渣颗粒输出，输出后再经脱水后备用。

但目前的两种粒化处理方式存在以下问题：

(1)流程长，水淬需要经过捞渣、沉淀、压滤、渣输送、脱水过滤的流程，风淬需要经过刮板输送和脱水处理，效率低；

(2)所采用的设备多，水淬所使用的设备包括捞渣机、浓密机、渣浆泵、循环水池等设备，风淬所使用的设备包括出料仓、刮板机、压滤机、渣浆泵、循环水池；设备多，占地面积大，成本高；

(3)安全隐患大，熔融态吹炼渣直接淌出渣溜槽，或挂在渣溜槽末端的半熔态的粘结物掉落后，直接与大量的水接触，水分解成氢气和氧气，瞬时的体积暴增发生爆炸；

(4)耗水量大、能耗高、劳动定员多、折旧高，导致生产成本高；

(5)可靠性差，使用的喷淋水为循环水池的循环水，水质差，料仓和刮板机等设备易锈蚀损坏；循环水中的颗粒物多，渣粒和泥沙进入泵、管道和喷射头，容易出现泵故障、管道磨损、雾化喷头堵塞等问题，此外，渣溜槽末端的粘结物落下后，容易使刮板机故障。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种粒化流程短、安全性高，投入设备少、成本低、可靠性高的铜冶金吹炼渣的短流程粒化装置；

本发明的第二个目的在于提供一种能够使喷淋水量与蒸发水量达到平衡的铜冶金吹炼渣的水平衡粒化方法。

本发明的第一个目的由如下技术方案实施：一种铜冶金吹炼渣的短流程粒化装置，其包括渣溜槽、渣池、底面开口的渣箱、高压风喷射单元、喷淋水单元和测温单元；所述渣箱扣合在所述渣池的上方，所述渣箱和所述渣池的一端设有箱门，所述渣箱的另一端上部穿设有所述渣溜槽，所述渣箱的顶面连通有烟道；所述渣溜槽下方的所述渣箱上水平装设有所述高压风喷射单元的喷射头；所述喷淋水单元的雾化喷淋头装设于所述渣箱的顶面；所述测温单元的温度传感器安装在所述渣箱的两侧。

进一步地，所述渣池的池底朝所述箱门向下倾斜设置。

进一步地，在所述渣箱的顶面相对于所述渣溜槽对称装设有两排所述雾化喷淋头，两排所述雾化喷淋头朝所述渣溜槽方向呈“八”字形排布。

进一步地，在所述渣箱的两侧均装设有与各所述雾化喷淋头对应的所述温度传感器。

进一步地，所述渣箱内靠近所述箱门位置固定有挡渣板，所述喷射头下方的所述渣箱外壁固定有操作平台。

进一步地，所述高压风喷射单元包括通过风管依次连接的压缩机、旋转接头和所述喷射头，所述风管上装设有风压力计和风开关阀。

进一步地，所述测温单元包括红外测温仪和若干个所述温度传感器；所述红外测温仪装设在所述渣溜槽的出口正上方的所述渣箱顶面上。

进一步地，所述喷淋水单元包括水泵、水主管、若干根水支管及位于各所述水支管末端的所述雾化喷淋头；所述水泵的出口与所述水主管的进水口连通，各所述水支管的进水口与所述水主管连通，所述水支管的出水口与对应的所述雾化喷淋头连通；在所述水主管上装设有水主阀，在各所述水支管上装设有水调节阀和水流量计。

进一步地，所述风压力计、所述红外测温仪、所述温度传感器及所述水流量计分别与控制器的输入端电连接，所述控制器的输出端分别与所述风开关阀、所述水主阀、所述水调节阀和所述水泵电连接。

本发明的第二个目的由如下技术方案实施：一种铜冶金吹炼渣的水平衡粒化方法，其包括如下过程：

吹炼渣在所述渣溜槽流下时，被所述喷射头喷出的高速气流喷吹成粒状的渣粒，并以弥散状态进入渣箱，喷淋水经所述雾化喷淋头雾化后进入渣箱对弥散的渣粒进行喷淋冷却；

所述温度传感器实时检测每个所述雾化喷淋头对应的所述渣箱内不同区域的温度，并实时反馈到所述控制器，通过控制器控制每个所述雾化喷淋头的喷水量；

雾化水在冷却渣粒的同时，完成自身的蒸发，进而使喷淋水量与蒸发水量达到平衡，且渣粒冷却固化后不粘连板结。

本发明的优点：

(1)喷射头喷出高速气流将自渣溜槽流下的吹炼渣吹散冷却，再通过雾化喷淋头雾化后的喷淋水能够对半固态的渣粒进行有效冷却，避免渣粒粘连板结；

(2)渣粒扩散过程中与雾化喷淋头喷出的雾化水充分接触，渣粒降温的同时，雾化水蒸发，使喷淋水量与蒸发水量达到平衡，节省用水量；

(3)不需要进行粒化渣脱水处理及相应设备，不需要水循环设备，缩短了流程；

(4)粒化装置内无积水，即使熔融态吹炼渣自渣溜槽淌下，或半熔态的溜槽末端粘结物落下，也不会发生遇水爆炸的事故，安全性高；

(5)喷淋水不需循环使用，水质好，喷淋水单元的寿命和可靠性高。

附图说明：

图1为本发明的结构示意图。

图2为图1的俯视图。

图3为图1的A局部放大图。

图4为图2的B局部放大图。

图5为本发明的控制电路示意图。

附图中各部件的标记如下：渣溜槽1、渣池2、渣箱3、箱门3.1、高压风喷射单元4、喷射头4.1、风管4.2、压缩机4.3、旋转接头4.4、风压力计4.5、风开关阀4.6、喷淋水单元5、雾化喷淋头5.1、水泵5.2、水主管5.3、水支管5.4、水主阀5.5、水调节阀5.6、水流量计5.7、测温单元6、温度传感器6.1、红外测温仪6.2、烟道7、挡渣板8、操作平台9、控制器10。

具体实施方式：

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。

如图1至图5所示，本实施例提供一种铜冶金吹炼渣的短流程粒化装置，其包括渣溜槽1、渣池2、底面开口的渣箱3、高压风喷射单元4、喷淋水单元5和测温单元6；渣池2包括池底和围墙，渣池2为经过防水处理的钢筋混凝土结构，用于承接粒化后的吹炼渣，渣池2内部没有运转设备和钢结构，结构简单，安全可靠，且高温熔体可直接流入，因此，可作为紧急情况时的安全坑；围墙的高度大于一米，使渣池2具备存储粒化渣的能力，可在多次放渣粒化作业后再清理运输所存储的粒化渣，有利于减少清理频次，提高作业效率。

渣箱3扣合固定在渣池2的顶面上，渣箱3和渣池2的一端设有箱门3.1，便于装载机或工人进入清理粒化渣；渣池2的池底朝箱门3.1向下倾斜设置，倾斜的斜度为3：100，使初始放渣粒化时地面积水向箱门3.1方向流动。

渣箱3的另一端上部穿设有渣溜槽1，吹炼炉放出的或渣包倒出的高温熔融态吹炼渣通过渣溜槽1进入渣箱3内。

渣溜槽1下方的渣箱3上水平装设有高压风喷射单元4的喷射头4.1；高压风喷射单元4包括通过风管4.2依次连接的压缩机4.3、旋转接头4.4和喷射头4.1，通过压缩机4.3提供高速气流，通过风管4.2将高速气流引入到喷射头4.1处，喷射头4.1的作用是喷出高速气流将自渣溜槽1流下的吹炼渣吹散冷却，旋转头的作用是能够在该系统不工作时将喷射头4.1转出渣箱3，便于清理喷射头4.1；风管4.2上装设有风压力计4.5和风开关阀4.6。

喷淋水单元5的雾化喷淋头5.1装设于渣箱3的顶面；喷淋水单元5包括水泵5.2、水主管5.3、10根水支管5.4及与位于各水支管5.4末端的雾化喷淋头5.1；水泵5.2的出口与水主管5.3的进水口连通，各水支管5.4的进水口与水主管5.3连通，水支管5.4的出水口与对应的雾化喷淋头5.1连通，喷淋水由水泵5.2引入，并依次通过水主管5.3和各水支管5.4输送到各雾化喷淋头5.1，雾化喷淋头5.1使水流以雾状形态喷入渣箱3内；在水主管5.3上装设有水主阀5.5，在各水支管5.4上装设有水调节阀5.6和水流量计5.7。

如图2所示，在渣箱3的顶面相对于渣溜槽1对称装设有两排雾化喷淋头5.1，两排雾化喷淋头5.1朝渣溜槽1方向呈“八”字形排布；雾化喷淋头5.1的这种排布方式，与渣粒扩散方向相反，有利于增大扩散过程中的渣粒与雾化水的接触面积，提高冷却效果。

如图2所示，本实施例中，按包裹扩散渣粒的方式，设有10个呈5列布置排布的雾化喷淋头5.1，每列两个雾化喷淋头5.1，相邻两列的间距为2-3m，保证雾化喷淋头5.1的喷射范围覆盖了吹炼渣的喷射区域的前15-17m；由于在高压风作用下渣粒喷出后，距离渣溜槽1出口10m以内的渣粒呈半固态，易粘连，所以，通过雾化喷淋头5.1雾化后的喷淋水能够对半固态的渣粒进行有效冷却，避免渣粒粘连板结。

如图1所示，测温单元6包括1个红外测温仪6.2和20个温度传感器6.1；红外测温仪6.2装设在渣溜槽1的出口正上方的渣箱3顶面上，用于测量溜槽上表面的温度。

在渣箱3的两侧均装设有与各雾化喷淋头5.1对应的温度传感器6.1，渣箱3每侧安装有上下两排共10个温度传感器6.1，上下两排温度传感器6.1形成5列，每列两个温度传感器6.1与每列雾化喷淋头5.1相对应，即每个雾化喷淋头5.1对应渣箱3一侧的上下两个温度传感器6.1。

上排的温度传感器6.1与喷射头4.1等高，下排的温度传感器6.1与上排的温度传感器6.1之间的距离为2-4米。

温度传感器6.1的安装排布范围覆盖了渣粒化后主要弥散分布的区域，便于测量。

风压力计4.5、红外测温仪6.2、温度传感器6.1及水流量计5.7分别与控制器10的输入端电连接；控制器10的输出端分别与风开关阀4.6、水主阀5.5、水调节阀5.6和水泵5.2电连接。

渣箱3的顶面连通有烟道7，烟道7连接排风机和除尘净化系统，在排风机的作用下，渣箱3内的粉尘、烟气和水蒸气被抽入烟道7，通过除尘净化系统进行处理。

渣箱3内靠近箱门3.1位置固定有挡渣板8，用于阻挡渣粒，避免对箱门3.1造成冲击，保证箱门3.1的使用寿命。

喷射头4.1下方的渣箱3外壁固定有操作平台9，便于工作人员清理喷射头4.1。

一种铜冶金吹炼渣的水平衡粒化方法，其包括如下步骤：

(1)启动高压风喷射单元4：

首先人工检查喷射头4.1有无堵塞，确认没有堵塞后，通过控制器10控制风开关阀4.6打开，开启压缩机4.3，高压风通过风管4.2由喷射头4.1喷出，此时由风压力计4.5实时测量管内的风压。

(2)烧开吹炼炉放渣口或渣包倒渣，高温熔融态吹炼渣流入渣溜槽1。

(3)当红外测温仪6.2检测温度达到800℃以上时，控制器10控制水主阀5.5打开，并开启水泵5.2，喷淋水经雾化喷淋头5.1雾化后进入渣箱3，吹炼渣在渣溜槽1出口处流下时，被喷射头4.1喷出的高速气流喷吹成粒状的渣粒，以弥散状态进入渣箱3，以高速进入渣箱3的渣粒打在挡渣板8上，反弹后落入渣池2；同时，雾化喷淋水对弥散的渣粒进行喷淋冷却，渣粒扩散过程中与雾化喷淋头5.1喷出的雾化水充分接触，渣粒降温，雾化水蒸发；

风压力计4.5实时检测高压风压力，并反馈到控制器10，当风压达不到要求时，通过控制器10控制水泵5.2关闭，避免无法吹散吹炼渣而使渣流体流入渣池2遇水爆炸；

每个温度传感器6.1在控制器10上设置有温度区间，当实测温度超过温度区间的上限值时，通过控制器10控制对应的水调节阀5.6以增大对应雾化喷淋头5.1的喷水量，当实测温度低于温度区间的下限值时，控制水调节阀5.6减少对应雾化喷淋头5.1的喷水量，直至实测温度控制在温度区间内；

驱动水泵5.2动作的电机为变频电机，当控制水调节阀5.6无法使实测温度达到温度区间时，控制器10调节水泵5.2的电机频率，以使雾化喷淋头5.1的雾化水满足温度控制要求；

每个雾化喷淋头5.1对应的温度传感器6.1的温度设定区间，按照“渣池2内部无积水、渣粒不粘连板结”的要求，通过试验方法确定；具体的，在保证风压一定的条件下，通过调整雾化喷淋头的喷水量，来观察渣池内每次渣粒的粘连状态和渣池内的积水情况，并记录对应传感器的温度，以此确定温度传感器的温度设定范围值，一般通过3-7次试验即可确定。

(4)当红外测温仪6.2检测的温度低于800℃时，红外测温仪6.2将信号反馈到控制器10，通过控制器10控制关闭水泵5.2、水主阀5.5、压缩机4.3和风开关阀4.6。

(5)按上述过程放渣粒化作业2-3次后，打开箱门3.1，装载机进入渣池2清理存渣，清理后关闭箱门3.1。

本发明的优点：

(1)喷射头4.1喷出高速气流将自渣溜槽1流下的吹炼渣吹散冷却，再通过雾化喷淋头5.1雾化后的喷淋水能够对半固态的渣粒进行有效冷却，避免渣粒粘连板结。

(2)渣粒扩散过程中与雾化喷淋头5.1喷出的雾化水充分接触，渣粒降温的同时，雾化水蒸发，使喷淋水量与蒸发水量达到平衡，节省用水量。

(3)不需要进行粒化渣脱水处理及相应设备，不需水循环设备，缩短了流程。

(4)粒化装置内无积水，即使熔融态吹炼渣自渣溜槽1淌下，或半熔态的渣溜槽1末端粘结物落下，也不会发生遇水爆炸的事故，安全性高。

(5)喷淋水不需循环使用，水质好，喷淋水单元5的寿命和可靠性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。