火法冶金熔炼技术篇1
关键词:生命周期评价；铜；情景分析；能耗；碳排放
中图分类号X757：X820文献标识码a文章编号1002-2104(2012)04-0046-05doi:10.3969/j.issn.1002-2104.2012.04.009
火法炼铜是铜冶炼的主要工艺，目前我国铜产量的98%以上由火法冶炼获得［1］。2008年我国精铜产量为377.9万t，消费量达到480.6万t，已成为全球最大的精铜生产国和消费国［2］。火法炼铜过程以及由此带来的能源消耗及温室效应问题已不容忽视。
生命周期评价（LifeCycleassessment）作为一种重要的环境管理工具，可用于火法铜生产过程环境影响的评估，对于改善生产工艺，减少环境污染具有重要的意义。由于目前我国采选矿、吹炼和精炼工艺设备差别不大，火法铜生产的能耗及碳排放主要与在熔炼工艺的技术水平相关。因此，根据目前行业的工艺技术现状，重点关注鼓风炉熔炼、闪速炉熔炼和熔池熔炼3种主要工艺，运用生命周期评价方法对铜生产过程，即从采矿到电解精炼过程的能耗及碳排放强度进行评价。
情景分析法(Scenarioanalysis)是在对经济、产业或技术的重大演变提出各种关键假设的基础上，通过对未来详细、严密的推理和描述来构想未来各种可能的方案［3］。S.alvarado针对世界最大的铜生产国智利，对时间尺度为25年的能耗与温室气体排放量展开研究，并设定两种不同情景进行对比［4］；wilhelmKuckshinrichs等基于过程的局部均衡模型，对全球铜流动产生的Co2和So2进行分析［5］。国内已有姜金龙等运用生命周期评价方法，对火法、湿法生产金属铜过程及共生矿石生产电解镍/铜的环境协调性进行了研究［67］。韩明霞等运用情景分析对铜冶炼的污染物排放进行分析［1］。本文通过情景分析，对2020年我国火法铜冶炼的主要工艺技术结构进行模拟，对不同情景下的生命周期评价结果进行比较，筛选出能耗与碳排放最低的方案，为我国火法铜冶炼行业的环境管理提供决策支持。
1研究方法
1.1生命周期评价
生命周期评价方法针对从产品最初的原材料采掘到产品用后最终废弃物处理(产品系统)，进行全过程的跟踪、定量分析与评价［8］。本文基于德国pe公司开发的生命周期评价软件GaBi4，对不同熔炼工艺下的铜冶炼能耗及碳排放进行评价。
1.1.1系统边界
本研究以火法炼铜为对象，从我国铜生产的实际情况出发，以生产1000kg精铜为功能单位，定量计算其生产过程中的能耗及碳排放。研究范围包括矿石的采选、运输、干燥、熔炼、转炉吹炼、阳极炉精炼、电解精炼等工序。由于目前的采选矿、吹炼和精炼工艺设备差别不大，本研究将熔炼技术细化，分别对具有代表性的密闭鼓风熔炼、闪速熔炼和熔池熔炼工艺下的铜冶炼过程进行比较。系统边界如图1所示。
图1火法炼铜生产流程和系统评价边界
Fig.1processandsystemboundaryofpyrometallurgicalcopperproduction
注：图1中熔炼工序可分为密闭鼓风炉熔炼、闪速熔炼、熔池熔炼3种。其中密闭鼓风炉熔炼还包括燃料焦炭的生产；闪速熔炼前包括精矿干燥环节，以及辅料柴油和重油的生产；熔池熔炼过程还包括电耗、原煤、重油的生产。
研究系统内，品位约为1%的铜矿石在经过熔炼、转炉吹炼、阳极炉精炼等工序后，电解出精度约为99.9%的精铜。图1体现了铜生产的各个工序中其他辅助能源及原料的生产情况，标注出重要的中间产物，细化了该研究的具体边界。
1.1.2数据来源
本文评价中所使用的数据主要来源：①我国两家铜生产企业实际数据；②公开出版的文献资料数据；③peGaBi数据库。详见表1。
1.1.3基本假设
在开展火法铜生产的生命周期评价时，假设生产所需的铜矿石全部来自国内开采，铜矿石的平均运输距离为50km；采矿炸药、选矿药剂、电解添加剂等由于用量较小，在影响评价阶段忽略其所造成的环境影响；不考虑熔炼及吹炼阶段的烟气制酸过程、炉渣贫化及阳极泥回收工序；转炉烟尘、阳极炉烟尘和炉渣等固废通过内部再循环方式返回生产过程。
1.1.4量化方法
本研究选用的能耗和碳排放的量化方法如表2所示。
1.1.5能源清单
经整理得到我国火法铜生产的能源清单如表3所示。
表1生命周期清单数据来源
tab.1Lifecycleinventorydatasources
注：1.《选矿设计手册》，北京：冶金工业出版社，2007；2.《重有色金属冶炼设计手册・铜镍卷》，北京：冶金工业出版社，1996
表2能耗和碳排放量化方法
tab.2thequantifiedmethodforenergyconsumptionandcarbonemissions
表3火法炼铜生产的能源清单
tab.3theenergyinventoryofpyrometallurgicalcopperproduction
1.2情景设定
据行业有关资料，2007年我国铜冶炼的熔池熔炼工
艺约占42%，闪速熔炼工艺约占35%［9］。本研究以2007
年为情景基准年，根据近几年火法铜冶炼技术的发展趋势，将2020年定为情景年，逐渐增加先进工艺技术比重，淘汰落后技术，进行情景设定（见表4），分析不同情景下能耗及碳排放情况。
表42020年我国火法炼铜冶炼情景设定（%）
tab.4thescenarioofChina’spyrometallurgicalcopperin2020
冻结情景：为2007年的基准情景，符合我国火法铜冶炼的真实熔炼技术结构，作为对比情景。
情景一为低目标方案，即2020年在熔炼技术结构调整政策落实不到位，或者客观条件不利的情况下，没有彻底贯彻新政策，未完全淘汰落后工艺。此外，仍残留不少隐蔽的小型冶炼厂，其生产工艺落后、污染严重。导致以鼓风熔炼为主的传统熔炼方法仍占有5%的比例。
情景二与情景三均定义为在顺利实施相关政策后，即彻底淘汰如鼓风熔炼的传统熔炼技术，逐步提高闪速熔炼及熔池熔炼的比重后的目标方案。尽管这两种熔炼工艺的能耗及碳排放不尽相同，但考虑到其工艺特点和我国铜冶炼实际情况，为了追求较低的环境影响而全力或大规模发展某一种技术并不实际。就两者比较而言，闪速熔炼尤其是采用了富氧工艺后，精矿反应放出的热量可以占到总热量收入的60%以上，大大降低了燃料的消耗；另外闪速熔炼的精矿经过深度干燥处理，具有显著的节能效果［9］。发展闪速熔炼工艺对降低火法铜生产过程的能耗具有现实的意义，然而就我国不断下降的铜品位的和冶炼技术现状而言，熔池熔炼凭借其不高的炉料要求、较低的烟尘排放和可以接受的节能效果的特点［10］，具有重要的发展必要性，不能完全被闪速工艺取代。
因此根据我国铜冶炼业的实际发展情况设定了情景二和情景三，两个情景的主要差异在于2020年两种先进熔炼技术的结构比例：情景二体现的是熔池熔炼得到了大力发展，普及率明显高于闪速熔炼；情景三体现在鼓励闪速熔炼发展的形式下，闪速熔炼快速普及，应用比例超过了熔池熔炼。
2结果与讨论
2.1不同冶炼工艺生产铜的能耗及碳排放
本文主要从能源消耗和碳排放（全球变暖潜值，100年）对我国火法铜生产过程进行评价。基于3种不同熔炼工艺铜生产的能耗及碳排放强度结果分别如图2、图3所示。
图2不同熔炼工艺下的铜生产能源消耗
Fig.2energyconsumptionofcopperproductionunderdifferentsmeltingtechnology
图3不同熔炼工艺下铜生产的碳排放
Fig.3GHGemissionsunderdifferentsmeltingprocessofcopperproduction
由图2可知，鼓风熔炼、闪速炉熔炼、熔池熔炼的能源消耗分别是147803.93mJ、96675.47mJ和104203.30mJ。鼓风炉熔炼的能源消耗高出其他两种工艺近40%。这主要是由鼓风炉的技术特点决定的，其造锍熔炼极大程度上依靠外加热，即利用矿物燃料燃烧热或电热，因此消耗了较多能源。而通过对闪速熔炼及熔池熔炼比较可知，前者的能耗略低于后者。从清单上看，闪速炉熔炼过程消耗的能源较鼓风炉和熔池熔炼炉低很多。然而由于闪速熔炼对原料的要求比较严格，需要对原料进行预先干燥，使得闪速熔炼工艺下火法铜生产的总能耗增加，但所占比例不大。从总过程的评价结果可以看出，闪速工艺下的能耗仍然是3种工艺中最低的。
图3列出了3种不同熔炼工艺下的铜生产的碳排放情况，其趋势与能耗趋势相同，即鼓风熔炼对全球变暖的贡献最大。通过对3者生命周期评价结果的比较，传统熔炼技术鼓风炉熔炼下的铜生产过程在能耗和温室气体排放上要远远高出闪速熔炼和熔池熔炼；而在对闪速熔炼及熔池熔炼的比较可知，前者的能耗及碳排放值更低。
2.2不同情景下的能耗及碳排放
根据不同熔炼工艺的生命周期评价结果，对3种情景下能耗及碳排放进行分析，并与冻结情景对比，计算结果见图4、图5。
图4不同发展情景火法铜冶炼的能源消耗
Fig.4energyconsumptionofcopperproductionunderdifferentscenarios
图5不同发展情景火法铜冶炼情况下的碳排放
Fig.5GHGemissionsofcopperproductionunderdifferentscenarios
对3种不同工艺下的生命周期评价结果分析可知，降低鼓风熔炼等传统熔炼工艺能极大程度上的降低能源消耗和温室气体排放。从图4、图5中可以看出，情景一与冻结情景相比，鼓风炉的比例从23%降到了5%，体现在总的铜生产过程中，其能源消耗下降了8824.5mJ，碳排放值减少了1006.8kgCo2当量，差距尤其明显。从这点可以看出，鼓风熔炼下的火法铜生产过程对能耗和碳排放的影响较其他两种工艺更为显著。因此，淘汰鼓风熔炼等传统熔炼工艺，发展先进熔炼工艺是降低铜生产能耗及碳排放的重要手段。
此外，情景二和情景三以较低的能耗及温室气体排放量符合未来铜生产的发展趋势，均成为可行方案，两者评价结果差别不明显，但由于闪速熔炼下的环境影响更小，因此普及闪速熔炼更高的情景三是最优方案。然而鉴于闪速熔炼及熔池熔炼的各自技术特点和在我国发展的必要性，熔池熔炼并不能由闪速熔炼完全取代，应根据冶炼实际情况进行技术结构调整。
2.3结果讨论
国际铜组织(iCi)评估认为，欧洲生产吨铜的能耗约为6×107kJ，约是本研究核算的火法铜生产的60%。根据评价结果，分析与国外相比我国能耗相差较大的原因是：①评价边界及基本假设不同；②我国铜生产工艺的能效与国外先进水平相比仍存在一定差距；③铜矿石的品位的差异。
此外，本研究仅限于闪速熔炼及熔池熔炼，并不能完全代表我国火法铜冶炼熔炼工艺的真实情况。在关注和发展闪速熔炼及熔池熔炼的同时，还应大力开展其他先进环境友好的冶炼方法（如湿法炼铜）的开发研究，及对其他已有工艺的能耗及碳排放开展评价，以期找到最适合的产业技术结构，建立低能耗低污染的铜生产模式。
3结论及建议
本文核算了不同熔炼工艺下我国火法铜生产生命周期的能耗和碳排放，并利用情景分析法对2020年可能的熔炼工艺结构进行评价分析。结果表明，传统工艺鼓风炉熔炼较先进的闪速熔炼及熔池熔炼产生了更多的能耗和碳排放。此外，闪速熔炼工艺较熔池熔炼工艺会产生更小的环境影响，但基于两种工艺的不同特点和适用范围，闪速熔炼并不能完全取代熔池熔炼。因此，彻底淘汰传统熔炼工艺，推广先进熔炼技术是减少火法铜生产环境影响的迫切任务，也是我国火法铜生产技术发展的必然趋势。
基于研究结论，提出以下两点建议：①优化工艺结构。一方面严格执行清洁生产标准，要求铜生产企业具备烟气制酸、除尘、资源综合利用、节能等设施；另一方面，淘汰鼓风熔炼等落后生产工艺，采用闪速熔炼、熔池熔炼等生产效率高、工艺先进、能耗低、环保达标、资源综合利用效果好的新型强化熔炼工艺。此外，应综合考虑闪速熔炼与熔池熔炼的技术特点，合理选择，权衡发展。同时，鼓励有序推进湿法炼铜工艺，与世界先进炼铜技术接轨。②开展二次铜资源的利用。我国铜供需矛盾日益突出，铜已成为我国的急缺矿产，极度依赖国外进口。因此，应从综合利用低品位铜矿、含铜尾矿及铜冶炼渣等出发，有效节约资源，提高生产效率；另外废杂铜的回收和再生利用对降低我国铜冶炼业能耗及碳排放同样具有重要意义。
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energyConsumptionandCarbonemissionsScenarioanalysisof
pyrometallurgicalCopperBasedonLCa
ZenGGuangyuanYanGJianxinSonGXiaolongLVBin
（KeyLaboratoryofUrbanandRegionalecology,ResearchCenterfor
ecoenvironmentalSciences，ChineseacademyofSciences,Beijing100085，China）
abstract
火法冶金熔炼技术篇2
关键词：电渣冶金；工艺特点；应用；探讨
一、前言
电渣冶金是金属及其合金的一种特殊熔炼方法。它是一种利用强电流通过渣池区域所产生的焦耳热将固态渣熔化成液态熔渣,自耗电极(或液态金属)在高温液态渣池中逐渐熔化和精炼的方法。电渣冶金包括:电渣重熔、电渣熔铸、电渣转注、电渣浇注、电渣离心浇铸、电渣热封顶、电渣焊接、电渣复合、电渣直接还原及新近开发的可控气氛电渣冶金等。
电渣冶金诞生20世纪40年代末,在乌克兰巴顿电焊研究院工作人员发现,当电流通过熔渣(渣池)时产生的热量使焊丝(金属电极)熔化,可将零件的两边焊接起来,由此电渣法形成。标志着电渣法在冶金工业中进一步发展及电渣重熔工艺诞生的事件是1952年乌克兰巴顿电焊研究院在世界上第一次熔炼出具有优良特性的小型奥氏体电渣钢锭。1958年第一台工业电渣炉在扎布罗什扎的德聂波尔钢厂投入运行,标志着电渣重熔特种冶金诞生。
二、冶金工艺特点
电渣重熔冶金的特点是熔铸始终在液态渣层下进行,不与大气接触;液态金属在铜制水冷结晶器中凝固,不与耐火材料接触;冶金反应温度高;金属液与熔渣接触充分;渣池搅拌强烈;金属液与熔渣界面由于毛细效应而发生振荡及顺序结晶。
1渣池温度高
一般渣池表面层温度可达到1700℃,而电极下端至金属熔池中心区域温度最高,由此可知电渣渣池的温度要更高。电渣重熔常用渣系CaF2+al2o3的熔点为1300℃左右,一般钢的熔点在1400℃至1500℃之间。较高的渣过热度和钢液的过热度可以促进一系列物理化学反应的进行,有利于非金属夹杂的去除和脱硫。
2金属液与熔渣接触充分
电渣重熔过程液态金属和熔渣充分接触发生在三个阶段:
1)第一阶段自耗电极熔化端面上所形成的液体金属膜与熔渣接触过程
表1不同钢种熔点及重熔渣池温度
自耗电极端头,在熔渣内受熔渣的电阻热,沿表面逐层熔化,熔化金属沿锥头形成薄膜,金属细流沿锥面滑移,在端头汇聚成滴。金属流内可能产生湍流,不断更新表面。
2)第二阶段为熔滴中金属的精炼。
此段过程中电极端头金属液在重力和电磁引缩效应作用下,脱离电极滴落,穿过液态渣池,落入到金属熔池。滴内金属可能产生环流。
3)第三阶段为金属在金属熔池中的精炼。
金属熔池上表面始终在渣层下和熔渣长时间相接触。
表2电渣重熔各阶段钢液与熔渣接触条件比较
注:电极直径Ф100mm,结晶器直径Ф280mm,电流i=4500a,电压V=55V,渣系aHФ-6渣,钢种GCr15。
由表2可见,电渣重熔第一阶段电极端部熔化的液态金属与熔渣有效接触面积非常大,并且金属液膜很薄,传质路程很短,所以对钢渣的精炼反应非常有利,是电渣金属的重要精炼阶段。电渣重熔第二阶段虽然比面积也很显著,但由于熔滴与熔渣接触时间不长,该阶段对金属的精炼效果不显著。电渣重熔第三阶段尽管钢渣的比面积很小,而金属液与熔渣一直保持接触状态,精炼时间长,弥补了其比面积小的不足。
3渣池搅拌强烈
在电渣重熔过程中渣池被强烈搅拌,其原因是:
1)电动力的作用
电极端头呈锥状,由于导电截面的变化,产生轴向电动力。
2)电磁引缩效应力
电流通过渣池,产生自感磁场,电流通过磁场,产生向心方向的电磁力。
3)重力作用
金属熔滴受重力作用,在渣池中滴落,由于熔滴和熔渣之间存在附着力、摩擦力,必然带动渣池运动。
4)渣的对流
由于渣池的不同部位温度不同,造成不同的比重,熔渣温度越高则其比重越轻,因此比重较小的渣浮升,比重较大的渣就下沉,从而促使渣池产生对流。
5)气体逸出和膨胀的推力
在电渣重熔过程中,当钢中的气体由金属熔池进入渣池逸出时,通常认为有一沸腾过程。这一过程必然促使渣池膨胀而产生推力,加剧渣池的搅拌。
4电毛细振荡
当交流电通过液态金属与液态熔渣分界面时,金属-熔渣界面发生强烈振荡,称为电毛细效应。这是由于交流电通过液体界面,引起极变,随着两个相界面上电位差的变化,相界面张力发生剧烈变化。界面张力随时间成周期性变化,变化频率与交流电频率相关。用频率为50Hz交流电时,当熔渣作为阳极时相界张力增加,这时金属-熔渣界面呈凸起弯月形,经过0.01秒,当渣成为阴极时相界面变成下凹弯月形。因此相界张力不断交替增加或减少激起相界面剧烈振荡。
对于直流电电渣重熔,一定组份而成的熔渣、金属液界面张力保持一定值,不发生电毛细效应。由于交流电周期性变化,引起电极熔化末端液态金属层与熔渣之间、金属熔滴与熔渣之间以及金属熔池与渣池之间等渣金交界处的界面张力也周期性变化,促使界面周期性振荡,加强了传质过程、扩大了界面反应面积,强化了金-渣反应,促使熔渣吸收或溶解钢中夹杂物,促使气体向渣中转移。
表3不同电源电渣重熔的脱硫效果
注:电极为45#钢,渣系为CaF280%+Cao20%。
5液渣保护及在渣壳中成型
由于不存在耐火材料的侵蚀问题,杜绝了由此带入外来夹杂的可能性,同时金属熔池上方始终有热渣保护,能使钢液不与大气直接接触,减轻了二次氧化和避免了一般铸锭常见的缩孔、疏松、翻皮等缺陷。随着电渣锭生长,熔池和渣池不断上升,上升的渣池在水冷结晶器的内壁上形成一层均匀的光滑渣层,钢液在液态熔渣覆盖和渣壳包覆中凝固,渣皮对钢锭的表面性质和结晶器-钢锭间的性起着重要作用,因此钢锭表面非常光洁。
6金属液顺序凝固
由于金属熔池同时受到上部渣池和熔滴的加热和水冷结晶器的向下水平方向的散热的双重作用,结晶过程基本上是由下向上呈人字形或垂直生长,结晶方向由热源的移动速度即熔池的结晶速度和熔池的形状而定,因而又为电力制度所控制。由下向上的结晶有利于排出金属液中的气体和钢液中的夹杂物。
三、电渣冶金应用
1)电渣冶金具有以下优越性:
(1)性能优越性:电渣产品金属纯净,组织致密,成分均匀,表面光洁。产品使用性能优异。如GCr15电渣钢制成轴承寿命是电炉钢轴承的3.35倍。
(2)生产灵活性:电渣冶金不仅可生产圆锭、方锭、扁锭,而且能生产圆管、椭圆管、偏心管、方形管及异形铸件,实现毛坯精化。所熔铸的异形铸件从几克重的金属假牙到150t的水泥回转窑炉圈。
(3)工艺稳定性:质量与性能的再现性高。可将电炉母炉号为一批抽检。
(4)经济合理性:设备简单、操作方便、生产费用低于真空电弧重熔,金属成材率高,对超级合金、高合金及大钢锭而言,提高成材率,其效益足以抵消生产成本。
(5)过程可控性:过程控制参量较少,目标参量易达到,便于自动化。对产品微量化学成分、夹杂物的形态及性质、晶粒尺寸、结晶方向、显微偏析、碳化物颗粒度及结构等都能予以控制。
2)这些优点促使电渣冶金这一技术迅速推广应用。工具钢、结构钢、低合金钢和中合金钢、高强度钢、高合金不锈钢和耐热钢,铁、镍和镍钴基合金,铜及其合金,电工钢及合金,基于金属间化合物的高活性钢和合金都能进行电渣熔炼。电渣法在特种冶金领域的进一步发展产生了电渣熔铸。在许多情况下,电渣熔铸可取代金属的液态模锻,并可得到具有最佳形状和高质量的锻件。此外,要求电渣熔铸要达到金属质量,如无缺陷、高的物理和机械性能、高纯度(有害杂质和非金属夹杂物低)等都能在电渣熔铸中达到。电渣熔铸的特点是有价合金元素的收得率高和完全消除了试生产阶段的报废。
在重型机器制造业中,电渣熔铸用来生产冷压和热压模的钢坯、大型钢包的耳轴和耳轴承板、冷热轧辊、轧辊辊套、回转炉、曲轴、冶金工具,也用来生产铸焊高压气缸,尤其是用电渣熔炼法将支管直接熔接在容器铸件上。用电渣熔炼法技术可使熔焊的支管与容器表面之间达到光滑过渡,无须另外进行机械处理。
电渣重熔的产品涉及到原子能、宇航、船舶、电力、石油化工以及重型机械等行业。异型件有各种各样的形状和尺寸,其最大重量达几百吨,最小的只有几十克。如巨型发电机转子轴、船舶柴油机大型曲轴、各种高压容器、大型圆环件、各种类型的轧辊、动力管道的阀体、三通管、透平涡、厚壁中空管、核电站压水堆的主回路管道(直管、弯管)、石油裂化炉管(圆、椭圆及U型管)、齿轮毛坯、各种模具(包括冲压模具)和几十克的假牙。
电渣冶金也存在着局限性,如熔炼和凝固速度偏低、自耗电极氧化、熔渣吸气以及活泼金属的氧化等。如何发挥电渣冶金技术的优越性,改善和消除其局限性,一直是电渣冶金技术发展的主要课题。最近电渣冶金技术又有了新的突破,相继开发了导电结晶器、快速电渣重熔、洁净金属喷射成形及可控气氛电渣冶金等技术。这些技术的出现,使电渣冶金再一次显示出了强大的生命力以及宽广的应用前景。
四、结语
在炉外精炼技术飞速发展的今天,电渣冶金在许多方面仍具有较大的竞争力,如电渣重熔中型及大型锻件、电渣重熔空心锭和电渣熔铸异形铸件均占有重要地位。特别是在优质工模具钢、不锈钢及其它特殊钢生产领域,电渣冶金占有绝对优势。此外,电渣冶金在有色金属的
冶炼方面也将得到越来越多的应用。
现代工业生产需要的优质合金钢及特种合金数量日益增多,对金属材料质量和性能要求不断提高,毛坯的重量和体积不断增加,从而为电渣冶金提供了广阔的发展空间,新技术的不断出现也将推动电渣冶金的应用越来越广泛。
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火法冶金熔炼技术篇3
钨冶炼绿色分离面临的难题
实现钨与杂质的绿色分离和废水零排放必须废弃沿袭二百多年的黑、白钨矿碱（酸）浸出-铵盐转型冶炼工艺体系，开发新一代无酸碱钨冶炼工艺，实现钨冶炼无污染闭路循环。就可能实现废水零排放的钨冶炼工艺而言，国内外学者曾经开展过“钨精矿火法直接制取碳化钨”[6-9]和“熔盐电解直接制取碳化钨或金属钨”的工艺探讨，作者也进行了“黑、白钨矿铵盐不变体系闭路冶炼工艺”的深入研究。
1.钨精矿火法直接制取碳化钨
国内外学者曾经进行过铝热还原法制取碳化钨、熔盐萃取-碳化法制取碳化钨和钨精矿-碳还原法制取碳化钨的相关研究[6-9]。结果表明存在以下难以克服的问题：（1）制取的碳化钨杂质含量高，难以满足质量要求;（2）金属收率低于湿法冶炼，仅为90%左右；（3）获得的碳化钨必须用HCl酸洗除杂,才能在一定范围内提高纯度;（4）酸洗废液的排放造成环境污染。钨火法冶炼的相关研究结果证明：和其它金属冶炼一样，火法冶炼难以制取高纯金属，与湿法冶炼相比，在金属提纯和分离杂质方面存在难以克服的缺陷：（1）熔融状态的液相中，钨和杂质的浓度高，杂质熔入碳化钨固相的化学趋势更大。(2)熔盐液相的粘度大，固液相物理分离程度远比水溶液过程低。因此，受固有工艺特性的限制，钨精矿火法直接制取碳化钨的方法取代现行钨冶炼工艺、实现废水零排放的可能行较小。
2.熔盐电解直接制取碳化钨或金属钨
江西理工大学曾分别以钨酸钠和钨酸钙熔盐体系进行过电解直接制取碳化钨或金属钨的相关研究。结果表明，其与钨精矿火法冶炼相比具有相同的缺陷：即使经过HCl酸洗除杂，制取的碳化钨和金属钨纯度仅为95%左右。同样存在酸洗废液排放的问题。因此，熔盐电解直接制取碳化钨或金属钨方法难以取代现行钨冶炼工艺，也不能实现钨冶炼废水零排放。
3.铵盐不变体系闭路湿法冶炼
钨的湿法冶炼是制取高纯钨的有效途径。由于难以找到na+和Cl-经济有效的沉淀分离方法，要实现钨的无废水排放和闭路冶炼，钨湿法冶炼过程必须做到不使用含有na和Cl的化合物，作者设想用铵盐浸出取代酸碱浸出，铵盐浸出白、黑钨矿直接得到钨酸铵溶液，并在同一体系进行净化除杂，进行铵盐不变体系闭路湿法冶炼的研究。用铵盐不变体系冶炼取代目前的碱（酸）浸出-铵盐转型冶炼工艺，实现无废水排放的闭路冶炼需解决如下关键技术：（1）pH值≤10的条件下，铵盐浸出黑、白钨矿的技术；（2）过剩铵盐浸出剂的高效回收和返回利用技术；（3）将钨酸铵溶液中的有害杂质以难溶化合物存留于固相渣中，实现绿色分离。1.铵盐浸出白钨矿的现状和难题:国内外曾经开展过铵盐浸出白钨矿的某些研究：（1）氟化铵浸出白钨矿国内学者曾提出过采用nH4F+nH4oH浸出白钨矿的设想[10]，对氟盐溶液浸出白钨矿的热力学进行了分析，其主要反应原理为：Cawo4(s)+2nH4F(aq)=(nH4)2wo4(aq)+CaF2(s)由于nH4F受热或遇热水即分解成氨和氟化氢气体，同时CaF2的溶度积虽小于Cawo4但较为接近，也难以彻底浸出白钨矿。申请者曾经在密闭高压釜中用理论量8倍的nH4F浸出白钨矿，在180℃温度下，浸出率仅为20%。由于nH4F受热分解成氨和氟化氢气体，过量氟化铵难以用蒸发-冷凝回收，且回收成本高。同时，浸出所得钨酸铵溶液在氟化铵回收过程会结晶析出apt，也存在较大的工艺缺陷。（2）磷酸铵浸出白钨矿国外学者和作者曾采用(nH4)3po4+nH4oH浸出白钨矿，其主要反应原理为：3Cawo4(s)+2(nH4)3po4(aq)=3(nH4)2wo4(aq)+Ca3(po4)2(s)高温下氨易挥发；由于nH4oH是弱碱，wo42-是弱酸，浸出条件下pH值≤10，(nH4)3po4在水溶液中主要Hpo42-存在，po43-浓度较低，CaHpo4溶度积大于Cawo4，磷酸铵难以彻底浸出白钨矿。日本学者1972年曾采用理论量8倍的磷铵和13.8mol/L的氨水，200℃温度和6.5mpa下浸出白钨矿；作者也曾经用理论量8倍的磷铵和2mol/L的氨水浸出白钨矿，在180℃温度和2mpa下，浸出率仅为80%左右。为增大反应的平衡常数，必需寻找新的浸出反应和更难溶的化合物渣型。2.铵盐浸出黑钨矿的现状和难题:目前难以找到黑钨矿的铵盐浸出剂。作者曾用nH4F和(nH4)3po4浸出黑钨矿，结果浸出率几乎为零。铵盐浸出黑钨和黑白钨混合矿是难以解决的科学难题，国内外尚未有相关的报道。3.铵盐浸出白、黑钨矿的突破方向:对于铵盐浸出白、黑钨矿应从以下方面寻找突破方向。1.铵盐浸出白钨：（1）在(nH4)3po4-nH4oH浸出体系中，找到减少氨的挥发、维持pH值大于10的技术方法;（2）探索新的铵盐体系浸出白钨矿的工艺技术，增大反应的平衡常数;（3）解决(nH4)3po4在水溶液中主要以Hpo42-存在，po43-浓度较低，难以彻底浸出白钨矿的关键问题。2.铵盐浸出黑钨：（1）找到黑钨转变为wo3的火法冶炼方法和熔剂，后用氨水浸出获得钨酸铵溶液；（2）探索能将黑钨低成本地转变为白钨的技术途经，再用铵盐浸出。
铵盐体系钨与杂质元素绿色分离的可能性
1.铵盐浸出白钨过程:铵盐浸出白钨过程同时是个净化除杂过程。Ca2+可与铵盐形成各种难溶的钙化物固相而分离。pH=10条件下，重金属元素大部分存留于渣中分离；部分Fe、ni、Co、Cr、Cu、pb、mn、Zn以nH3为配位体进入溶液，降低铵盐浸出液的温度和nH3的浓度，配合物发生离解，以氢氧化物、砷酸盐以及硅酸盐等难溶化合物沉淀分离；除微量na、K、p外，S、as、Si、al、mg、Cu、Fe、Co、ni、pb、Zn等21个杂质可以大部分除去。2.选择性除钼过程:现行除钼过程中[11-12]，硫化试剂可与mg、Fe、Co、ni等反应生成溶度积更小的硫化物固相沉淀，可更彻底地将金属杂质净化除去。传统的磷酸铵镁盐法可以彻底除去p。3.na、K的控制:由于难以找到na、K的固相沉淀物，可以通过控制原辅材料的na、K含量实现铵盐闭路冶炼过程na、K的平衡，并生产出符合GB/t101162007《仲钨酸铵》0级国标的apt产品。4.氨氮回收利用:铵盐不变体系白钨闭路冶炼使用含有氨氮的浸出剂，因此可实现apt结晶氨尾气和结晶母液氨氮的完全回收使用。结晶氨尾气和结晶母液氨氮回收技术已日趋成熟[13-16]，可组合应用于工艺体系。#p#分页标题#e#
铵盐不变体系黑白钨无酸碱闭路冶炼进展
火法冶金熔炼技术篇4
摘要：文章针对粉末冶金进行分析，并对难熔金属金属、钛基合金、氧化物弥散强化合金、超高温合金以及喷涂合金粉末等多种带有明显特征的航空发动机的粉末冶金技术。在这其中，对钛基合金粉末与高温合金粉末以及喷涂合金粉末的制造预备的关键进行重点的研究和探析。还对喷射成形和热等静压以及注射成形以及迅速成形的工艺特征与发展状态。最重要的是对粉末冶金技术在航空发动机的使用进行全方位多角度的研究与探析，并做以简单的论述，为相关人员提供参考意见。
关键词：粉末冶金技术航空发动机应用
中图分类号：V263文献标识码：a文章编号：1674-098X（2016）03（a）-0010-03
粉末冶金技术的特点是对性能高的材料进行制造的技术，并且对航空发动机有直接和紧密的联系。粉末冶金技术不但可以制作配备出没有宏观偏差、晶粒细微、组织非常均衡、各向同性、热加工性能过硬的复合材料与合金材料，大大提升了粉末冶金材料的疲劳能力与屈服能力，还可以实现零部件的最终成型。粉末冶金技术在航空的发动机的重要热端零件与别的航空发动机零件的全新材料的优质制造设备科学技术。航空飞机的心脏是航空发动机，而航空发动机性能的好坏会直接影响到飞机的众多指标和安全性质。伴随我国航空发动机转向多元化、多性能以及大型化的角度扩展以及在涡轮之前燃气的不断提升，零部件承受更大的负荷压力，工作的状况也越来越恶化，与此同时，对航空发动机的重要部件的功能的标准提出了更为严峻的要求。另外，涡与涡轮叶片的重要部件可以承担的压缩比与燃烧的温度更能够提升航空发动机的燃油的经济特征，降低排放与延长航空发电机的使用年限。根据以上的陈述，性能较强的航空发动机的发展壮大与粉末冶金技术的提升存在紧密的联系。文章主要是针对在航空发电机中应用众多形式不同的粉末冶金材料和粉末冶金设备、粉末成形以及粉末的增强重要技术进行的分析，使粉末冶金技术可以在航空的发动机中得到有效的应用。以下是具体的论述。
1在航空发动机中使用的粉末冶金材料具体种类
1.1p/m钛基合金
钛基合金的优势是耐腐蚀性强、强度较高以及热强的性能强。其最主要应用在对航空发动机的压气机的中压气机中的机盘、机叶、风扇以及连接环与导航仪。钛合金取代钢或者是高温合金能够显著降低发动机的所承受的重量，提升发动机的推重比重。以上零部件的标准是在高温的状况下呈现非常强的强度与高温的蠕变抵抗力，持久的强度与稳定组织性。p/m钛合金的伸拉所具备的性能可以大大超出熔断材的质量。但是在p/m钛合金中出现的杂质所含的数量以及钛合金的孔隙，这些都会使钛合金出现疲劳性的减少。在提升密集度与精华工艺程序是p/m钛合金当前最应该解决的状况。
钛合金金属间的化合物的复合材料主要是由氧化物、碳化物以及二硼化钛等颗粒当成提升相，其主要的特点是抗氧化的能力非常强、抗蠕变的特性也非常强、密度较低。温度可以到达816℃～982℃之间。促使钛合金能够在航空发动机应用的位置是从风扇与风压机变换到涡轮长中，并且合适于制造预备的高压压气的发电机的机片以及低压涡轮的发电机的也变。钛铝合金的基复合的材质是使用粉末冶金、高温组合、热压以及静压、放电等离子体的烧结和喷射堆积、冲击波的固组成法等方式的制作设备。但是钛铝合金的基复合的材质会增大热加工的难度性，整体的功能性也要大力提升，在当前的航空发电技术中还没有应用此项技术。
1.2喷涂合金粉末
热喷涂粉末会应用在航空发电机的抗高温烧浊涂层、封闭涂层、热障涂层抗磨抗损中，涂层技术对于航空发电机的重要部位进行高温的防护，以及封严耐磨、高温零件的阻燃和防止磨损的状况中，存在非常重要的价值。涂层不仅可以提升发动机重点零件在高温的影响下抵抗侵蚀的重要性，以及在炎热的状况下出现抵抗零件疲劳的能力，以此增加航空发电机的使用年限。热喷粉末的成分具体是指：氧化物陶瓷粉末、合金粉末、金属陶瓷粉末以及纯金属粉末。在美国的飞机的发电机中使用的热喷技术所需的零件数目大概是7000件除外。热喷涂粉末和别的冶金所需要的粉末有很多不一样的地方，它对粉末的要求非常高，具体体现在粉末的颗粒形状要小而精、要具备高度的球形、良好的流动、颗粒的分布范围要小、所含的气体和杂质量一定要低、松装的密集程度要符合规定的标准。
1.3氧化物弥漫强化合金
镍基氧化物弥散强化合金可以当成涡轮喷气发动机器中的涡轮叶片和导向叶片，这种粉末不仅可以在高温的状况下得到有效的使用，还可以忍受带来的负重疲劳、气体的蠕变以及气体受到的气势。镍基oDS合金能够抵挡强度较大的蠕变性质，其最重要的原因是氧化物存在的弥漫强化的作用和增强晶状物的移动与滑动。具有代表性的镍基oDS合金主要有3种，分别是ma754、ma600以及ma760。镍基oDS合金主要是运用热挤压制作方式以及机械合金的制作方式，主要有3个关键的步骤，分别是热挤压和热轧制、机械合金化以及进行热处理。只有提升氧化物弥散强化合金的氧化颗粒形状才能更好地提升科学技术水平，增添Hf匀速可以促使氧化物的颗粒的尺寸由原来的30nm减少到5～10nm（见图1），与此同时，也为氧化物的根本体积面的掌控创造了全新的方式，在强化晶界降低晶界逃离规定范围的方向开展工作，并且对柱状的晶粒所具有的力学性质存在的各异性提供解决方案，尤其是占据横向方位的晶界的蠕变的村若星的状况是增大镍基oDS合金使用的重点。
1.4难熔金属
铌合金、钨合金、钼合金以及钽合金都是难熔的金属。钼铜合金可以当成固体火箭发动机的帮衬材料，ta-10w-2.5H合金主要应用于液体火箭喷管中的喷嘴，ta-10w合金在火箭发动机中的喷管的阿波罗以及燃气的扰流片的实验燃烧的实验室中。在这些难熔的金属中，密度系数最小的是铌合金，并且强度呈现1100℃～1650℃中，仍然具有较强的焊接能力和对室内温度有效控制的能力，还能在薄板的制作以及制成外形非常繁琐的发动机的零件。钨合金可以打造成不需要进行冷却工作的火箭喷管、喷气叶片、热然器的反射器、用于离子火箭发射需要的离子环以及燃气舵。钨取代钼当成固体火箭发动机的喉管和喉衬，进口套管，可以把材料的运用所需的温度在1760℃的基础上提升到3320℃之上。如，美国的联合飞机企业就把钨铜两种材料进行融合，以此当成火箭发动机中的喷管隔板，钨铜融合的材质完全可以承受超出钨的熔点值3400℃。在当前的粉末冶金技术的发展中，难熔金属的高温氧化与高温形成的强度，以及高温材料的重量化是面临的最根本的挑战。
2粉末冶金的工艺
2.1镍基高温合金粉末
进行镍基合金粉末要具备含氧量低、制作预备的颗粒的形状要小还要具备较强的纯度的特点，是依据制作预备较强性质功能的粉末的涡的主要技术。当今存在两种方式都是十分重要的，一种是氨气雾化法制成aa粉；另一种是等离子旋转电极法的制粉。如，俄罗斯主要选用是等离子旋转电极法制粉，而等离子旋转电极法制粉的主要特点是夹杂物的尺寸过大、而等离子旋转电极法制粉的颗粒的形状又非常的大。在进行高温后的合金粉末正迈进无污染、没有陶瓷的状况下迈进。粉末的颗粒的径长的分类会阻碍粉末中不是金属融合的尺寸，还会合理科学提升声涡的使用年限和可靠性质，降低出现疲劳寿命的机率。另外，在针对粉末开展颗粒界面韧化与热处理强韧化的处理工作以及进行真空脱皮工作，可以提升材料的塑性与强度。
为解决Vim惰性气雾化德体系中存在的熔化金属和陶瓷资料从而出现的“陶瓷状况”。在最近几年中，我国已经研发了众多的制粉措施和纯净熔炼技术（见图2）。在eLGa的工艺施工中，预合金棒是电极，在电极逐渐旋转到达环形感应线圈的中间位置时，电极会发生熔化的变化，熔滴在准确进入惰性的气体中开展雾化工作。piGa法主要是根据等离子弧在水冷的铜坩埚中开展熔炼工作，水冷铜坩埚的最底层要和感应器的加热漏嘴相互连接，没有陶瓷漏嘴系统要把熔化掉的金属溶液倒入气体的雾化喷嘴中开展雾化工作。在进行冷壁坩埚熔炼的气体雾化体系中，坩埚要具备一个最底端的浇筑体系，并且冷坩埚的底端浇注的方位和冷壁感应领导体系的相互连接，这个体系也可以使用在活性的金属中。如，在进行碳合金或者是tiaL的金属上的化合物熔炼工作中，在电渣进行重新的熔炉冷璧感应的导向工作中，要对电极的格式以及雾化的材料进行整体的创新，在电源头和熔渣的接触面积的开展熔化工作时，要把熔炼的金属溶液贯穿于具有活性性质的熔渣层，然后在融入到铜金属制成的水冷坩埚中。
2.2喷涂粉末
不一样的制作设备的工艺会促使粉末的颗粒形状、颗粒分布、颗粒状态以及颗粒的化学成分都会发生非常大地改变，这也会对涂层的能力产生一定的影响。制作设备使用道德喷涂粉末常用的方式主要有机械研磨、气体雾化、制造喷雾干燥颗粒以及水雾化。伴随科学技术的不断发展，喷涂的合金粉也研究出了全新的技术。
首先是等离子体球化的问题上，等离子体球化指的是运用等离子弧促使形态不一的原始粉末进行快速地加工并且使之熔化，使熔化的颗粒在基础的作用下产生非常高的球状度的液体，在非常高的温度中使滴液得到快速地凝固，以此使球状粉末得到有效保存。这也是一项制备非常的密实、解决纯度较高的热喷涂抹粉末的方式，图3是运用气流磨分级和分散以及与等离子球化星湖融合的工艺，制成的球状的钨粉。
2.3纳米粉体进行再次的造粒
纳米粉体是热障涂层的主要原材料。主要优势是有较强的抗热震能力和较强的隔热性能。可是纳米粉末不可以进行直接喷涂工作，必须借助喷雾干燥剂和之后的处理制作而成微米级别的团聚体的粉末。纳米粉体二次造粒的主要步骤是：第一，运用球磨混合一级超声把纳米结构所具有的信息，合理有序地分布在液体的介质中，并且要添加有机的粘合剂；第二，要把所得到的溶液使用喷雾干燥剂制成纳米结构的聚集体；第三，要把纳米结构团聚集在一起，使之能够快速去除水分，还要去除吸附在化学附氧，为更好地推进一些烧结或者是加热内部整合的温度，以此获得纳米结构的喷涂的粉末数据，使之可以在以往的热喷涂喷枪上得到有效的应用。
2.4喷射成形
喷射成形的技术主要是把液态金属的快速凝固与熔滴动态致密固化相互融合，并且这也是流程在快完成阶段而飞速凝固的固体材料的全新技术。喷射成形的优势是较高的整体致密度、较低的氧含量以及组织细小匀称。可以提升完善高温合金中的热加工的塑性，提升材料的整体力学的功能和能力，合理改善合金的加工，使之更加与预制设备的高温合金性融合，还能够节省众多和压制相关联的工艺环节。
3结语
总而言之，要把粉末冶金技术科学、合理、有效地应用在我国的发动机中，并且使其发挥最大限度的价值和重要意义。促进我国航天发动机得到更好地发展，为我国的航天事业奉献更多的力量。
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火法冶金熔炼技术篇5
关键词：铝合金；熔炼；熔渣；熔损
前言：
在金属熔炼的过程当中，熔损是不可避免的。特别是在铝合金的熔炼过程当中，由于铝氧化铝、炉壁以及精炼剂在化学作用下会造成不可避免的损失。金属熔炼时，渣中所含有的金属都是熔损掉的，这会都不能直接利用。由于炉料的不同，炉渣为炉料总量的3%～5%左右，而渣中的含铝量为渣量的5%到10%左右。所以，要正确的处理好铝渣，提高金属的利用率，对铝的生产制造具有重要的意义。
一、熔炼设备的选择
它从两方面影响着铝的烧损：热源形式和熔池的高径比。铝合金熔炼炉根据供能的方式可以分为两大类：电炉和燃料炉。电炉以电为能源，反应速度很快，金属烧损率低，对环境污染小，因为有这些优点，所以它可以在工厂当中得到广泛的应用。电阻炉靠辐射传热、坩埚钳是传热以及导热性的，所以烧炉率并不是很高。
燃料炉是用燃料作为熔炼的能源，燃料炉的热效率很高，熔化的速度很快，因此适合大批量的生产，但是使用燃料炉对燃料的消耗量很大。近几年来，人们对于天然气的广泛应用，使得燃料炉的应用性增大，特别是近些年，用电量的大幅度增加，使得燃料炉得到了广泛的应用。燃料炉由于高温火焰直接喷向铝熔体和炉料，会对熔体或炉料的局部位置造成氧化，使得烧损率增高，但是烧损率不高。
二、熔化工艺的运用
由于熔炼的有关特点，铝合金熔炼过程中会有一定量的金属损耗。所以在熔炼的过程当中一定要使用合理的固体料尺寸以及加料顺序，并严格控制熔炼的温度，以此来防止炉内温度过高。火焰喷射应该有一定的角度和技巧，使其快速熔化，以此来缩短熔炼时间，提高质量。准确计算熔剂量以及精炼的时间。搅拌要均匀平稳，不能破坏熔体表面的氧化膜，在适当的时候要对铝熔体进行覆盖，以免氧化，对铝渣要进行清洗、对比，然后有效处理甚至是压碎。
扒渣、精炼后浮到液面的渣浸润性很好，两者相互融合然后组成一定量的混合物。要是直接进行处理，就会产生超过百分之九至十的铝液被带出，铝夜消耗率很大。但是不处理熔渣层会影响保温隔热效果，影响到熔炼的效率。所以，扒渣时，要将其扒入带有眼的箱子当中，让粘附在渣上的铝熔体能够漏出。扒完渣后，再将渣倒入准备好的容器之内，向渣中撒一些造渣剂，同时加强搅拌的速率，使渣与造渣剂均匀混合，达到一定时间之后从容器当中铲出。利用造渣剂的升温作用，使得渣的温度达到950摄氏度左右，渣中铝周围的氧化膜破裂，铝借助自身的重力逐渐下落到容器的下端。经过再处理，渣中就只含有较少量的铝颗粒了。采用上述处理铝炉渣来进行回收，简单易行。这样，在铝合金熔炼过程当中，熔损降至百分之一点五，最低可达到百分之一点四。经过这种方法处理，回收铝颗粒的经济效益是非常可观的。
三、降低熔炼中熔损的方法
如何降低熔炼中的烧损？提高铝合金产量提高利用率，减少浪费，是我们所存在的一大难题。
（一）减少炉料的表面积
尽量减少炉料的表面积，对表面积大的细碎铝熔渣最好进行压块处理，把较小的熔渣进行再处理。加强对铝熔渣的预处理，尽可能除去炉料的表面油污等不干净的东西，但不能进行化学方法处理，应当在500℃下进行烧除油污、油漆。
（二）准确把握装炉的顺序和方式
装炉的顺序与方式应准确，先装碎料再装大块料。当炉料长时间暴露在高温炉气中，避免火焰直接接触炉料的表面，并且还要提高装炉的效率，减少炉门的开启频率以及开启的时间，尽量缩短熔炼的时间，以此来提高熔炼的效率。利用一定的加热技术，使加热的速度加快，就可以减少熔炼时间，减少合金氧化的作用时间，从而有利于减少氧化的熔损。
（三）选择适当的熔炼方法
熔炼不同的铝合金，应该选择适当的熔炼方法，在铝合金冶炼的过程当中，根据熔渣的剩余情况，通过搅拌来加快炉料的熔化；在炉料熔化时将其及时按压至液面以下，并使用恰当的覆盖剂来进行保护，防止炉料直接接触火焰，。及时查看渣层的厚度，并扒干净，来减少熔炼的时间。在良好的燃烧状态下，在恒定的燃料条件下，通过调整火焰的状态来保证燃烧的状态，形成良好的气氛，才能提高热效率及熔炼效率。保证火焰能够按照一定的角度喷射向炉子，避免炉料的液面太热，充分实现热效率。
（四）控制好精炼的温度
精炼的温度要控制好，精炼过程中添加剂的种类以及加入的量要进行保证。精炼的时间也要控制得当。精炼的辅助材料如精炼剂、氮气等也应该得到控制。精炼的温度，最好控制住七百四十摄氏度，最低不得低于七百二十摄氏度，最高不得超过七百六十摄氏度。精炼时间不得少于15分钟。
（五）及时处理熔渣及使用工具
对熔渣进行处理。用良好的溶剂来促进渣液的分离，过程中应严格控制带走铝液。操作时可先将炉渣扒到炉门口处，待部分铝液沉淀流出后，在将炉渣扒出；对扒出的渣进行初步的回收，或通过快速降温来终止渣铝反应进行，对大块渣或发亮的渣，也应及时处理，以减少渣铝反应而损耗金属。此外，精炼结束，在进行适当的放置处理后，使合金液尽快出炉，以减少熔体的停留时间，最大限度防止铝液被氧化。对使用工具、炉料及辅助材料都应充分加热，并且除潮以减少铝液被氧化的几率。
四、结束语
铝合金冶炼工艺需要有技术性，虽然我国目前铝合金产业的数量庞大，但许多企业的冶炼工艺还有待于进一步的提高。
火法冶金熔炼技术篇6
【关键词】转炉工艺；冶炼原理；操作要求
1转炉冶炼目的
转炉冶炼主要是将生铁里的碳及其它杂质（如：硅、锰）等氧化，产出比铁的物理、化学性能与力学性能更好的钢。钢与生铁的区别：首先是碳的含量，理论上一般把碳含量小于2.11%称之钢，它的熔点在1450-1500℃，而生铁的熔点在1100-1200℃。在钢中碳元素和铁元素形成Fe3C固熔体，随着碳含量的增加，其强度、硬度增加，而塑性和冲击韧性降低。钢具有很好的物理、化学性能与力学性能，可进行拉、压、轧、冲、拔等深加工，其用途十分广泛。
氧气顶吹转炉炼钢设备工艺：如图1所示。按照配料要求，先把废钢等装入炉内，然后倒入铁水，并加入适量的造渣材料（如生石灰等）。加料后，把氧气喷枪从炉顶插入炉内，吹入氧气（纯度大于99%的高压氧气流），使它直接跟高温的铁水发生氧化反应，除去杂质。用纯氧代替空气可以克服由于空气里的氮气的影响而使钢质变脆，以及氮气排出时带走热量的缺点。在除去大部分硫、磷后，当钢水的成分和温度都达到要求时，即停止吹炼，提升喷枪，准备出钢。出钢时使炉体倾斜，钢水从出钢口注入钢水包里，同时加入脱氧剂进行脱氧和调节成分。钢水合格后，可以浇成钢的铸件或钢锭，钢锭可以再轧制成各种钢材。氧气顶吹转炉在炼钢过程中会产生大量棕色烟气，它的主要成分是氧化铁尘粒和高浓度的一氧化碳气体等。因此，必须加以净化回收，综合利用，以防止污染环境。从回收设备得到的氧化铁尘粒可以用来炼钢；一氧化碳可以作化工原料或燃料；烟气带出的热量可以副产水蒸气。此外，炼钢时，生成的炉渣也可以用来做钢渣水泥，含磷量较高的炉渣，可加工成磷肥，等等。氧气顶吹转炉炼钢法具有冶炼速度快、炼出的钢种较多、质量较好，以及建厂速度快、投资少等许多优点。但在冶炼过程中都是氧化性气氛，去硫效率差，昂贵的合金元素也易被氧化而损耗，因而所炼钢种和质量就受到一定的限制。
2转炉冶炼原理简介：
转炉炼钢是在转炉里进行。转炉的外形就像个梨，内壁有耐火砖，炉侧有许多小孔（风口），压缩空气从这些小孔里吹炉内，又叫做侧吹转炉。开始时，转炉处于水平，向内注入1300摄氏度的液态生铁，并加入一定量的生石灰，然后鼓入空气并转动转炉使它直立起来。这时液态生铁表面剧烈的反应，使铁、硅、锰氧化（Feo，Sio2，mno，）生成炉渣，利用熔化的钢铁和炉渣的对流作用，使反应遍及整个炉内。几分钟后，当钢液中只剩下少量的硅与锰时，碳开始氧化，生成一氧化碳（放热）使钢液剧烈沸腾。炉口由于溢出的一氧化炭的燃烧而出现巨大的火焰。最后，磷也发生氧化并进一步生成磷酸亚铁。磷酸亚铁再跟生石灰反应生成稳定的磷酸钙和硫化钙，一起成为炉渣。当磷与硫逐渐减少，火焰退落，炉口出现四氧化三铁的褐色蒸汽时，表明钢已炼成。这时应立即停止鼓风，并把转炉转到水平位置，把钢水倾至钢水包里，再加脱氧剂进行脱氧。整个过程只需15分钟左右。如果氧气是从炉底吹入，那就是底吹转炉；氧气从顶部吹入，就是顶吹转炉。
转炉一炉钢的基本冶炼过程。顶吹转炉冶炼一炉钢的操作过程主要由以下六步组成：
（1）上炉出钢、倒渣，检查炉衬和倾动设备等并进行必要的修补和修理；
（2）倾炉，加废钢、兑铁水，摇正炉体（至垂直位置）；
（3）降枪开吹，同时加入第一批渣料（起初炉内噪声较大，从炉口冒出赤色烟雾，随后喷出暗红的火焰；3～5min后硅锰氧接近结束，碳氧反应逐渐激烈，炉口的火焰变大，亮度随之提高；同时渣料熔化，噪声减弱）；
（4）3～5min后加入第二批渣料继续吹炼（随吹炼进行钢中碳逐渐降低，约12min后火焰微弱，停吹）；
（5）倒炉，测温、取样，并确定补吹时间或出钢；
（6）出钢，同时（将计算好的合金加入钢包中）进行脱氧合金化。
3转炉炼钢主要工艺设备简介：
3.1转炉（converter）
炉体可转动，用于吹炼钢或吹炼锍的冶金炉。转炉炉体用钢板制成，呈圆筒形，内衬耐火材料，吹炼时靠化学反应热加热，不需外加热源，是最重要的炼钢设备，也可用于铜、镍冶炼。
3.2aoD精炼炉
aoD即氩氧脱碳精炼炉，是一项用于不锈钢冶炼的专有工艺。aoD炉型根据容量有3t、6t、8t、10t、18t、25t、30t等。装备水平也由半自动控制发展到智能计算机控制来冶炼不锈钢。
VoD精炼炉
VoD精炼炉（vacuumoxygendecarburization），是在真空状下进行吹氧脱碳的炉外精炼炉，它以精炼铬镍不锈钢、超低碳钢、超纯铁素体不锈钢及纯铁为主。将初炼钢液装入精炼包中放入密封的真空罐中进行吹氧脱碳、脱硫、脱气、温度调整、化学元素调整。
3.3LF精炼炉
LF（ladlefurnace）炉是具有加热和搅拌功能的钢包精炼炉。加热一般通过电极加热，搅拌是通过底部透气砖进行的。
转炉倾炉系统
倾炉系统：变频调速（变频器+电机+减速机+大齿轮）
倾炉机构：倾炉机构由轨道、倾炉油缸、摇架平台、水平支撑机构和支座等组成。
4转炉炼钢要求
低碳钢是转炉炼钢的主要产品。由于转炉脱碳快，钢中气体含量低，所以钢的塑性和低温塑性好，有良好的深冲性和焊接性能。用转炉钢制造热轧薄板、冷轧薄板、镀锌板、汽车板、冷弯型钢、低碳软钢丝等，都具有良好的性能。
转炉冶炼中、高碳钢虽然有一些困难，但也能保证钢的质量。转炉钢制造的各种结构钢、轴承钢、硬钢丝等都已广泛使用。冶炼高碳钢的困难是拉碳和脱磷。在C>o.2%时靠经验拉碳很难控制准确，如果有副枪可借副枪控制，没有副枪时需要炉前快速分析，这就耽误了时间。高碳钢终点（Feo）低，脱磷时间短，因此需要采用双渣操作，即在脱碳期开始时放掉初期渣，把前期进入渣中的磷放走，然而双渣操作损失大量热量和渣中的铁，没有特殊必要不宜采用。增碳法是冶炼中、高碳钢的另一种操作法，这时吹炼操作和低碳钢一样，只是在钢包内用增碳剂增碳，使含碳量达到丘冈绅的要求。增碳剂为焦炭，石油焦等。中碳钢的增碳量小，容易完成。高碳钢增碳要很好控制，但轨钢、硬线等用增碳法冶炼可以保证质量合乎要求。
转炉冶炼低合金钢没有特殊困难。冶炼合金钢时，因为合金化需要加入钢包的铁合金数量大。会降低钢水温度，而过分提高出钢温度又使脱磷不利。所以冶炼合金钢应与炉外精炼相结合.用钢包炉完成合金化。另外，随着对钢的成分的控制要求不断严格，为减少钢性能的波动，要求成分范围越窄越好。这也需要在钢包精炼时进行合金成分微调的操作。
参考文献：
火法冶金熔炼技术篇7
关键词：钛合金产业市场分析发展趋势
0引言
在1791年，钛由科学家格雷戈尔发现，随后德国化学家克拉普罗特用希腊神话的泰坦为该元素命名。钛在自然界中虽然广泛存在，但因为其存在分散并且提取难度大，所以从发现钛元素到制得纯品，经历了百年以上。目前，钛合金具有耐蚀性好、强度大、耐热性强等等优势而被广泛用于各个领域。到20世纪50年代，钛元素得到重大发展。20世纪50～60年代，发展出航空发动机用的高温钛合金和机体用的结构钛合金，70年展出耐蚀钛合金。80年代，耐蚀钛合金和高强钛合金极大发展。随着钛合金的逐步发展，其应用面逐步扩展，从航空逐步扩展到汽车，医用，体育等行业。钛是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”，21世纪将是“钛的世纪”。
钛作为稀有金属，是重要的替代金属。我国钛资源储量丰富，在储量上拥有极大的优势，这也为我国钛产业能够发展壮大提供坚实的物质保障。目前我国海绵钛产能和产量占到了全球的1/3以上[1]。随着消费和产业升级，稀有金属产业得到不断重视。尤其是在政策变动之后（比如我国稀土出口政策调整）。从中长期来看，稀有战略金属是非常有远大的未来。钛合金产业科技含量高，用途广，值得我们研究。本文将分析钛合金产业目前的市场状况和未来的发展趋势。
1钛合金市场分析
1.1钛合金运用面扩展
钛合金市场总量总体是不断提高的。伴随着我国经济的平稳快速发展，百姓的生活水平得到不断提高，以及钛合金的工艺技术水平不断发展，民用领域中对钛合金的需求量日益增多。钛合金和钛合金材料会制作成环、带、丝、板等制品。钛合金产品在市场受到广泛青睐，其在建筑、医用、体育及电子产品、包装、手表等日用消费品和耐耗品领域得到开创应用，未来的市场十分巨大。市场统计，制作高尔夫球头及球杆所消耗的钛已超过1000吨。
比如在建筑业上钛合金也有不俗的表现。西班牙毕尔巴鄂古根海姆博物馆的用材很多都用了钛合金。今年来建筑业上用的钛合金总量不断增加。钛合金的用途的扩展对钛合金开拓新的市场有重大意义。
1.2民用钛合金需求旺盛
根据目前最新统计，我国的钛合金和钛材料制品与民用市场需求量有较大的差距。按照国外通行的钛产量为钢产量的万分之一的比例来计算，我国钛和钛合金产品的年产量应达到2-3万吨，而目前生产仅不足1万吨。钛合金的民用市场需求日益增长，这促进钛合金市场的扩大，也表明了钛合金市场拥有很大潜力。
以海绵钛为例，由以下图标看出我国对海绵钛的消费量逐渐升高，其消费量逐渐超过产量。（图一）
1.3航空业发展促进钛合金需求增加
钛合金除了民用以外还主要用于航空航天，如下图表明了钛合金制品的运用分布。
从图中得知航空用钛合金占了半壁江山。从全球范围来看，钛合金和钛制品的消费主要集中在航空业以及工业领域，全球商业航空的消费比例达到42%左右，军用钛材比例约为7%，整个航空领域消耗钛合金材料接近一半，另外，工业消耗钛合金比例约为47%。根据相关研究机构预测，在未来20年世界的航空公司将需要100个座位以上的新客机23385架，其中，需单通道飞机（如a320）16620架，占总需求的71%；需双通道飞机5482架，占总需求的24%；需VLa（如a380）1283架，占总需求的5%。这些飞机将价值2.6万亿美元。民用飞机的数量增加以及航空业的逐步发展，钛合金的市场前景良好。
民用飞机和大飞机的需求量大。并且在亚太地区，比如中国，航空产业不断发展并有广阔的发展空间，这对钛合金的长远发展是有利的支持。
1.4亚太地区等新兴经济体促进钛合金市场增加
2008年，全球经济由于受到美国次债危机等情况影响，全球经济的增长短期内趋缓，这对钛合金的需求量有一定的影响。但从中长期来看，亚太地区等国家的经济依然有较强的增长动力，这使钛合金市场的重心逐步偏移到亚太地区。
长期来看，世界经济逐步复苏。世界各地的经济体联系日益紧密，经济结构升级调整，对新型材料的需求日益旺盛，这对钛合金的发展是良好的契机。
由于世界各个经济体联系日益紧密，促进航空的发展。从统计数据来看，空中客运量每15年会增加一倍，那么未来的15-20年，随着全球经济贸易联系的不断加强，空中客运量也将按照这样的速度增加。
2钛合金产业的发展趋势
2.1目前我国钛合金产业发展状况
我国的钛合金产业发展快速。目前我国已经成为钛生产大国。据前瞻产业研究院不完全统计，我国有钛合金生产企业300余家，我国钛合金产品的产量整体呈现逐年增长趋势，2012年我国海绵钛产量约为7.1万吨，钛锭产量约为7.4万吨，钛粉产量约为0.1万吨，钛加工材产量约为6.1万吨。
我国凭借着占据将近全球30%的钛资源储量，发展钛工业的矿石资源优势显著。目前我国家海绵钛产能和产量占到了全球的1/3强，但在高附加值深加工领域仍然落后国外先进水平。我国钛合金产业面临大而不强的尴尬境地。[3]面对这样的现状，我国的钛合金产业该如何科学发展成为了重要的课题。我国的钛合金产业发展趋势必然应是朝着集约化，科学化，高附加值发展。钛合金产业面临产业调整和升级。
2.2国家重视钛合金产业的发展
2013年7月5日，《新材料产业标准化工作三年行动计划》由国家工信部，该文件提出要加大重点新材料领域标准制修订力度。新材料领域包括了特种金属功能材料、高端金属结构材料、先进高分子材料、新型无机非金属材料、高性能复合材料、前沿新材料。有10种钛合金产品划分在新型轻合金材料里。这10种钛合金产品分别是优质宽幅冷轧纯钛板材、钛合金型材、大规格宽厚钛合金板材、钛及钛合金带材、高精度及宽幅钛合金薄板材、大规格钛合金棒材及特种锻件、大型钛铸锭及锻坯、大盘重钛带卷、专用钛合金材料、钛及钛合金模锻件等。该文件表现了对钛合金材料的极大重视，并给予相关发展帮助。
政策支持钛合金产业的发展对该产业是有利的支持。未来钛合金产业的发展拥有良好的政治环境。这对产业的发展拥有巨大推动作用。
2.3我国广阔的需求促进发展
2013年，我国国民经济仍然保持平稳增长。我国的化工、航空航天、电力（包括核电）、冶金、真空制盐和体育等六大领域，以及医疗、海洋工程和船舶业的钛合金需求依然向好。在国家的“十二五”规划中，钛金属冶炼的节能减排，产品质量的提高和高附加值产品的开发仍然是我国钛合金的重点发展方向，结合西部地区全流程高技术水平的海绵钛项目、新型钛加工材开发项目等也属于国家鼓励类项目中，以及国家对钛加工材料的出口退税政策等都利于我国钛合金的发展。[4]由此可见，我国钛合金具有良好的发展前景。
2.4钛合金产业技术的升级调整
当前世界上几乎所有的熔炼方法都采用了真空及冷坩埚技术，这是因为钛及钛合金的熔炼由于钛的活性高。熔炼方式可以按照熔化金属时热量来源方式分为外热式熔炼方法和内热式熔炼方法。其中外热式熔炼方法有自耗电极电弧炉、非自耗电极电弧炉、电子束炉、等离子弧炉，而内热式熔炼方法有感应熔炼。
钛合金材料的熔炼技术的当前发展表现在以下几点：①20世纪80年代末，国际上开始采用冷床熔炼技术去解决钛合金铸锭中常出现的高密度夹杂和低密度夹杂等冶金劣势。和真空自耗电弧炉相比，冷床炉熔炼技术拥有诸多的优势，比如它可以更好地去除钛合金中的夹杂，并且因为其熔炼温度较高，可消除成分偏析，从而得到成分均匀的铸锭。尽管这项技术拥有诸多优势，但该技术的设备投入大，成本高，维护难，所以这项技术很难大规模推广。②发展内热式的真空感应熔炼，开拓新型熔钛坩埚材料及其制备技术。国内外研究者在这方面开展了大量的研究，并取得了相当的进展，但这些耐火材料都或多或少与钛发生反应，钛熔体中氧的含量也会增加，因此大多只能用作钛的熔模精铸的模壳材料，而不能用作钛及钛合金内热式的真空感应熔炼的耐火材料。坩埚式真空感应熔炼方法可能是解决目前常规钛合金熔炼技术能耗极高而材料收得率极低的一条有效途径。
由上可知，促进钛合金低成本优质高效熔炼的核心是寻找新型的熔钛坩埚材料及其制备技术，完成内热式的真空感应熔炼。尽管国内外研究者已经进行了大量这方面的研究，但直到目前还未见到能用于钛合金真空感应熔炼用耐火材料成功的报道，制造钛及钛合金真空感应炉坩埚尚未有实质性的突破，因此综合利用CaLpHaD、量化计算和人工智能等材料设计方法，设计与钛熔液相容的新型耐火材料，研究新型耐火材料的制备技术，开发与钛熔液相容的新型耐火材料的坩埚制备工艺，将是攻克低能耗节约型钛及钛合金的熔炼技术的突破口[5]。这项技术让钛熔炼更加高效节能，从而大大的降低钛合金的生产成本，并且提高钛合金材料的质量，这对推广钛合金应用有着重要意义。
目前制约钛合金发展的重要原因就是其成本高，随着技术的进步逐步较低成本，成为发展钛合金产业的重要课题。
3结语
钛合金是继钢铁、铝之后崛起的“第三金属”，21世纪将是“钛的世纪”。钛合金因为其优越的属性，成为更多制造产业的选择。未来钛合金的市场仍然不断扩大，钛合金产业是处于不断成长的产业。钛合金作为新生金属，其未来发展态势良好，现在主要受到技术的问题，钛合金生产成本高，难以大规模应用，应不断产业升级，技术革新，促进钛合金产业更好地发展。
参考文献：
[1]莫尼塔（上海）投资发展有限公司.稀有金属行业研究报告[oL].http：//.cn/cn/.
[2]陈国琳，吴鹏炜，冷文军，等.钛合金的发展现状及应用前景[J].舰船科学技术，2009，31（12）：110.
[3]张喜燕，赵永庆，白晨光.钛合金及应用[m].北京：化学工业出版社，2005.
火法冶金熔炼技术篇8
【关键词】铜水套；冶金炉；寿命；措施
一、前言
铜水套由于其导热性能好、冷却能力强，有利于保护炉体和延长冶金炉使用寿命，促进冶炼效率的提高，而成为冶金炉上广泛使用的一种冷却设备。冷却设备的主要作用是利用冷却水传热，降低冶金炉温度，保证炉壳钢板在热应力的温度范围内不变形、不开裂，同时在炉腔内形成一层渣皮，避免煤气、炉料、铁水与炉壳直接接触，从而有效地保护冶金炉，维持其正常生产运转。在冶金炉生产运转中后期，其高热负荷区域耐火材料大量破损，甚至不存在，只能依靠冷却设备来维护正常工作，所以铜水套寿命的长短决定了冶金炉的寿命。
二、影响铜水套使用寿命的因素
铜水套按成型方式分为两种轧制铜板钻孔水套和预埋铸管铜水套。轧制铜板钻孔水套由轧制紫铜锭经钻孔等机加工制得。由于轧制使得紫铜锭强度更高、更致密、导热性更好，但受机加工限制，一般只能做成简单的平板形，且外型尺寸不能太大，使得轧制铜板钻孔水套的应用范围被大大限制。预埋铸管铜水套是用紫铜管或铜合金管做预埋芯管，用紫铜浇铸而成，可以制成各种复杂的形状和较大的外型尺寸。但铸铜可能存在气孔、疏松等缺陷，且有时铸铜与预埋铜管结合不好存在缝隙，影响冷却效果。另外铜水的温度控制不好时，可能造成预埋铜管过热甚至熔穿而损坏。这些缺陷的在后期的使用过程会进一步扩展，导致铜水套损坏，影响冶金炉使用寿命[1-2]。
铜水套的工作环境极为恶劣，尤其在冶金炉生产运转中后期耐火材料大量破损后，铜水套直接出来，它不仅要承受高热负荷、耐热震，还要抵御固体颗粒及熔体的高速冲刷、二氧化硫等气体的腐蚀、强酸性或强碱性炉渣的化学侵蚀等，从而造成铜水套过早发生损坏[3-4]。另外，冷却水也有可能造成铜管结垢堵塞或腐蚀破损，影响热传递效果，甚至直接导致铜水套报废不能用。铜水套损坏可能导致漏水，使得高温熔体遇水爆炸，严重威胁操作人员的生命和破坏周边设备。铜水套损坏必须停炉维修或更换，不仅影响生产，而且由于铜水套价格昂贵，还会增加生产成本[5]。
三、延长铜水套使用寿命的措施
为了延长铜水套的使用寿命，首先必须控制基体材质和改进生产工艺，提升其本体质量。
（1）把严原材料采购的关和使用专用的冶炼工具，控制钛、磷、铁、硅等元素的含量，提高材质的纯度，保证铸铜的高传导性能。
（2）采取压铸、真空熔炼、通气净化（吹氩、吹氮）等办法提高铸铜件的密度，避免气孔、氢脆等一系列缺陷。
（3）采用通冷却水、通高压蒸气、灌砂保护等方法，并将浇注温度严格控制在1150-1180℃，防止铜管熔穿。
（4）选用横截面为椭圆形的铜管，与圆形截面铜管相比，同样的通水量，椭圆形铜管的表面积大很多，热传导效果更好、冷却强度更高[6-7]。
（5）对铜管采取必要的除油、除锈等清洁措施，并在配箱前采用砂布将铜管外壁打毛，提高铸铜与预埋铜管之间的结合率。
（6）铜水套使用前进行化学成分、力学性能、γ射线拍片探伤、水压试验、钢球试验、流量试验等一系列检测，保证其纯度、致密度、结合率等性能，使得铜水套在使用过程中能迅速带走多余的热量，起到良好的冷却效果，从而提高冶金炉寿命[8-9]。
其次在使用过程应该正确操作和维护，防止使用不当造成铜水套损坏。
（1）尽量采用经净化和调整pH值后的弱酸性水做为铜水套的冷却水。当用碱性工业水时，应定期清理水垢，防止铜管堵塞，影响热传递效果，造成铜水套过热甚至烧损。也可在冷却水中加入适量缓蚀剂，防止冷却水腐蚀铜管，使其变薄，或产生腐蚀物堵塞铜管。（2）铜水套上水总管和回水盒都应设置在铜水套上方，以保证发生停水事故时，水套内是充满水的。（3）发生停水事故时应先停炉，并关闭铜水套入水阀门，恢复供水后，应缓慢打开入水阀门，让水一点点流进，缓慢降低铜水套温度，待出水口无蒸汽排出时，再开大阀门，恢复正常供水，防止骤冷损坏铜水套[10]。（4）使用过程中，应经常检查铜水套内的水速、水量、水压、水温和水温差，以排查铜管是否通畅，有无结垢或其他原因堵塞。（5）采用耐火度高、抗侵蚀能力强的优质耐火材料，加强对铜水套的保护，另外也应及时对破损耐火材料进行修复，减少铜水套直接的机会。（6）一旦发现铜水套有损坏必须立即处理，防止裂纹、破损等进一步扩展导致整个铜水套失效，甚至发生安全事故。
四、结语
铜水套的寿命与冶金炉的寿命密切相关，而铜水套的寿命又与其制造工艺、结构、材质，冷却水的水质、水温，以及冶金炉的操作、维护息息相关。因此各铜水套生产厂和使用厂应提高铜水套的质量，并进行正确的操作和维护，以保证冶金炉的正常生产运转，提高生产效率的同时避免资源浪费和安全事故发生。
参考文献：
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火法冶金熔炼技术篇9
镍元素对铜熔炼系统阳极板质量有极大的影响，如何去除杂质镍对于公司二次铜精矿处理是一个重要课题.通过分析铜熔炼系统中各炉窑除镍的原理，提出严格遵守操作方式，不仅有利于提高铜阳极板的质量，也有利于提高系统作业率，同时，能够减少劳动强度，从而整体提高车间的经济效益和管理水平.
关键词：
二次铜精矿；阳极板；除镍；对策探讨
中图分类号：
tF806.2
文献标志码：a
theproblemandSolutionofnickelRemovalinanodeplatesproducedfrom
nickel-containingCopperConcentrates
ZHanGXi-qing1，SHiLi-juan2
（1.CopperSmelterofJinchuanGroupLtd.，Jinchang737100，China；
2.nickelSmelterofJinchuanGroupLtd.，Jinchang737100，China）
abstract：
nickelhasagreatimpactonthequalityofanodeplatesinacoppersmeltingsystem.Howtoremovetheimpurityofnickelisanimportantsubjectforthesecondarycopperconcentrateprocessing.Byanalyzingtheprinciplesofnickelremovalinthecoppersmeltingsystem，anoperationmodetobestrictlyabidedisputforward.theoperationmodewillhelpnotonlyimprovethequalityofcopperanodesandthesystemoperatingrate，butalsoreducelaborintensity.thus，theoveralleconomicefficiencyandmanagementlevelofaworkshopareimproved.
Keywords：
secondarycopperconcentrate；anodeplates；nickelremoval；problemandsolution
0前言
镍系统产出的高镍锍，经过磨浮分离后产出的二次铜精矿成分如表1所示（见下页）.因含镍较高，处理困难，故选择了动力学条件较好的卡尔多炉处理.为进一步提高产能和回收烟气中的So2，改善生产环境，经过扩能改造，铜熔炼车间采用了自热炉熔炼卡尔多炉吹炼回转式阳极炉精炼流程来处理这种精矿，目前阳极板的生产能力已达到9000t/月.由于阳极炉精炼后熔体含镍仍偏高，给圆盘浇铸带来较大的困难，常造成废板多的现象而需要重新回炉，不仅降低了产量，还造成无谓的循环耗能.系统工艺稳定后，系统的除杂能力基本固定，所以要掌握镍元素在冶炼过程中的行为，提高操作水平，降低阳极板含镍量，最大限度地提高铜熔炼车间的阳极板的品质及产量.
1自热炉
自热炉技术源自俄罗斯列宁格勒镍设计院，经消化改造应用于高镍的二次铜精矿冶炼，具有操作简单、床能率高、So2浓度高且稳定等优点，目前已形成技术专利.由于二次铜精矿铁含量低，需补充一部分燃料才能完成冶炼，产出品位为88%～94%的粗铜.熔炼过程中的主要反应有：
上述反应[1]在自热炉熔炼温度1250～1350℃的条件下，Fe首先被氧化，S比ni优先氧化.在加入石英造渣后，Fe主要以2Feo・Sio2的形式除去，渣中Fe3o4质量分数为25%～30%，活度=0.923.随着吹炼过程的进行，熔体内Fe和S减少，ni和Cu的比例增加，
当Cu、n和S的质量分数分别达到91%、6%和3%时，为了不使ni被氧化，利用矢泽彬活度系数、逸度数据[2]，令反应（3）和（4）的ΔG相等，计算得出炉内温度需要大于1407℃.在实际生产中，出炉温度要求铜温为1250～1280℃，渣温为1350～1380℃，所以ni的氧化不可避免.若要过高地提高自热炉粗铜品位，ni就会大量以nio的形式造渣，这种渣熔点高，粘结能力强，在生产中造成过渡段粘结、氧枪粘接，严重影响生产，而且渣的微观结构呈多孔状，会机械夹杂造成铜的损失.
因此，自热炉在处理二次铜精矿时，所完成的任务是除Fe、除S、保ni.为了使生产过程平稳运行，提高作业率主要采取以下三项措施：
（1）因为入炉精矿料速恒定，所以要根据炉温，调节燃料率和氧量，控制好炉温，不可过高地追求粗铜品位；
（2）熔炼时，保持渣、精铜和粗铜（底部含镍、铜合金）三个熔体层避免ni的大量氧化入渣，造成粘结严重，影响生产；
（3）控制渣层厚度为300～400mm.
2卡尔多炉
自热炉熔炼已经将Fe及大量的S除去，产出的粗铜含ni（质量分数）达6%.卡尔多转炉的主要任务是除ni，主要反应如下：
由于熔体中ni3S2和ni的含量比Cu低很多，且炉中为气液固三相反应，要除ni必须提高Cu2o的含量和提高与ni及ni3S2的接触机率，即适当过吹.由于造渣是放热反应，且ni及其氧化物可部分溶解于粗铜，溶解度随温度升高而增大，所以需要保持较低的冶炼温度.根据报道[3]，在卡尔多炉产出的粗铜中，Cu、Fe和S的质量分数分别为98.20%、0.05%和0.08%时，卡尔多炉除ni效果与炉膛要求控制的最高温度关系如表2所示（见下页）.生产中要求经过卡尔多转炉吹炼后产出的粗铜中，Cu和ni的质量分数分别为97%和≤1%.
所以，在工业纯氧条件下，不外加燃料，通过反应放热可以维持生产过程的热平衡.在生产中主要控制以下两点：
（1）产出的nio极易被还原，故在卡尔多炉吹炼过程中加入还原剂将造成渣中的nio被还原为ni进入粗铜液，因为密度较大会沉在底部而难以去除，所以严禁在卡尔多炉入炉物料中混入块煤等还原剂；
（2）严格控制吹炼温度.在1180～1240℃的生产条件下，可将卡尔多炉粗铜中ni的质量分数降至0.6%～0.4%.
3阳极炉
为浇铸合格的铜阳极板，需进一步去除卡尔多炉粗铜中的ni、S、o等杂质.在氧化阶段，Fe、S等很容易被除去，ni转化为nio分布于铜液和炉渣中.其中nio・Feo中的ni可造渣除去.由于as和Sb常与Cu伴生，在造渣时会与ni生成镍云母，这便是有一部分ni难以脱除的原因[3].有时会发生进入阳极板中的ni含量高于入炉铜液的问题.从实际生产过程来看，主要是因为生产中为节约时间，卡尔多炉不扒渣而采取蔽渣的操作方式.部分卡尔多炉渣被带入阳极炉，由于阳极炉除ni能力有限，在还原阶段造成nio被还原重新进入铜液形成Cuni合金.
氧化除ni后要保证在浇铸过程中nio不析出，同时保证不过还原造成阳极板吸氢，需要出铜时氧活度ao=0.1，取Cu
令ΔG>0，可以计算出要求ani
根据以上分析，要求在生产中主要控制以下两点：
（1）严格控制好卡尔多炉的粗铜质量，严禁混入卡尔多炉渣；
（2）阳极炉要做到深度氧化，同时扒渣要彻底.
4结论
采用自热炉熔炼卡尔多炉吹炼回转式阳极炉精炼流程，能够生产出物理规格良好、化学成分合格的优质铜阳极板.镍元素质量分数较高是造成废板的主要原因.通过生产的分析数据可以计算出，卡尔多炉对镍的脱除率在流程中占到80%以上，所以卡尔多炉是除镍的关键工序.操作时务必控制好卡尔多炉的吹炼温度在1180～1240℃，出炉时少量过吹，扒渣务必要净，严禁将卡尔多炉渣混入粗铜加入阳极炉.
参考文献：
[1]鲁晓娟，谢刚，曾桂生，等.自热熔炼含镍铜精矿的热力学分析[J].有色金属，2004，56（1）：31-33.
[2]冶金部矿冶研究总院.国外连续炼铜文集[m].北京：冶金工业出版社，1981.
火法冶金熔炼技术篇10
[关键词]铅冶金工程问题分析改进措施
[中图分类号]tF812[文献码]B[文章编号]1000-405X（2013）-10-280-1
1铅冶金工程
目前国内用到的铅冶金方法主要有烧结焙烧――鼓风炉还原熔炼法和硫化铅精矿直接熔炼法两类，其中烧结焙烧――鼓风炉还原熔炼法属传统炼铅工艺方法，因其对硫不能有效回收，对环境造成较大污染，受环保的制约、回收率、工人劳动强度等的限制，已经在国家政策的淘汰之列，属于国家淘汰的工艺。该类方法的操作流程大致为：硫化铅精矿首先经过烧结焙烧，经过这一过程得到铅烧结块产物，然后将铅烧结块在鼓风炉中进行还原熔炼，最后得到产物。而硫化铅精矿直接熔炼分为两种：一种是氧气底吹炉+鼓风炉还原炼铅工艺，但是这种工艺的后段采用高耗能的焦炭作为发热剂、还原剂，能耗成本较高，且环保效果不理想；另一种是氧气底吹+液态高铅渣直接还原工艺，是指后段工艺直接接收前段的液态高温高铅渣，将高铅渣中的铅、金银等有价元素进行回收的工艺。因该种工艺的能耗低、环保好、回收率高、劳动条件好，目前已成为铅冶炼的主要发展方向。同时还有基夫赛特法、卡尔多法、氧气顶吹浸没熔炼法等因其各自有弊端，未被广泛推广和使用[1]。
2铅冶金工程存在的问题
铅冶金工程的建设项目多由许多个子项目构成，并且每个项目既相互独立又相互联系，一旦其中的某一个子项目不符合质量或者技术要求，将会对整个工程的进度和质量产生一定影响。目前，铅冶金工程中存在的问题主要有以下几各方面：
2.1项目管理效率不高
在铅冶金项目管理过程中，项目的最后完成期限设计不够合理，存在脱离实际的现象，在项目实施过程中，各成员之间没有及时沟通交流，在组织整个项目的建设的过程中，工艺、设备、土建等专业要保持良好的配合度，做到及时沟通，及时调整。设备是为了满足工艺的需要，土建是为了保证设备能给发挥其应拥有的作用。如果沟通不及时，很容易造成脱节和相互专业不联系的情况。常见情况如下：
（1）在土建工程进行的热火朝天的情况下，容易造成土建的施工进度超前，造成了大型的设备难以安装到位，造成返工的不良后果。
（2）设备制造周期较长，土建工作已经就位，设备迟迟难以到位；如一些大型设备：氧气底吹炉、还原炉、余热锅炉、大型的鼓风引风机、进口的耐材等等，都应提前进行考虑规划。
（3）工艺考虑不完善，对工艺设备的配置未进行充分的商讨研究，造成工艺的前后段不匹配，前段处理能力大，后段难以消化；或者前段处理能力小，后段不能充分利用的不良结果。既造成了前后工艺的不匹配，同时造成了设备能力和能源的不必要浪费。
2.2铅冶金企业设备更新换代迟缓
目前铅冶金企业的设备发展正朝着自动化、高效化、连续化以及现代化方向发展，由于铅冶金设备往往在高温、高压等恶劣环境中工作更容易受到磨损和腐蚀，铅冶金设备管理的现代化，关键在于企业对设备管理的重视程度，传统的设备管理方式只是注重设备使用过程中的技术管理，却明显忽视了对设备的更新换代。同时，一些铅冶金企业对设备管理过程中将设备的采购和维修分开进行管理，由于这种分离的方式不能对设备进行全过程管理，往往会导致一些问题的发生，导致对于设备的购买和使用不能实施合理科学化的管理。
2.3对铅冶金工程的监理工作不到位
在铅冶金工程中，对项目工程的监理工作具有十分重要的意义，对项目的监理尤其是对设备的监理，涉及很多方面的内容，对工程项目的设备和材料进行监理，可以实现对设备和材料的质量进行正确评价，并可以有效降低工程成本，提高对工程项目的监理工作，加强对材料质量的控制和管理，从而可以有效防止工程项目施工过程中的质量纠纷。
3提升铅冶金工程质量的措施
3.1加强冶金工程项目管理
针对铅冶金工程项目管理过程中存在的问题，需要在项目开展之前加强项目规划管理，确保整个项目能够在计划范围内顺利开展。项目管理的过程，也是协调、沟通、实施的过程。只有在整个的项目进行过程中加强沟通、紧密配合，才能避免不必要的损失，体现出管理的增值。在这里值得一提的是充分重视工艺人员的作用，只有有实力的工艺人员，从总体上总览全局并和设计院有机结合，才能使设计更趋实际和合理。为以后的生产实践中减少不必要的麻烦，同时减少损失。在各专业的沟通上主要做好以下工作：（1）确定设备明细表，确定工艺设备选型和数量；（2）确定设备订购周期；（3）确定铅冶炼工程设计子项明细和进度表；（4）及时纠偏。
3.2加强铅冶金工程设备管理
加强对铅冶金工程中的设备管理，需要严格把握设备的生命周期，在确保设备正常运转的状态下达到最高的运行效率，这就需要将把握好设备的采购和日常维护两大方面的工作，加强对设备采购的日常管理，采取对设备管理和采购人员进行培训的模式，让采购人员了解设备的专业知识，从而在采购过程中增强设备的质量意识。
3.3做好设备材料的监理工作
做好设备材料的监理工作，首先需要加强对设备材料采购过程的监理工作，在采购重要设备过程中，要选择那些具有良好信誉和产品优质性能的设备生产厂家，在设备和材料进场前，同样需要加强监理，严格监督设备和材料，按照验收标准进行验收，如果发现不符合标准的设备和材料，要立即对不合格产品进行整改或者要求承包商进行更换，以确保整个项目的工程质量，另外，由于施工现场设备管理的多样化现状，在对设备和材料进行监理时也应采取多样化的方式和方法进行监理。
参考文献
[1]铅冶金[eB/oL].百度文库.
[2]柯国军.建筑材料质量控制监理[m].北京：中国建筑工业出版社，2003.
[3]王双保.浅谈冶金企业设备管理[J].山西冶金，2001（2）.
[4]探讨冶金工程中项目管理[J].中国房地产业，2012（8）.
[5]冶金工程建设的项目管理研究[J].建筑与文化，2013（5）.