冶金冶炼厂设计计算

1第一章总论1.1概述有色冶金厂设计的目的，在于根据原材料的特点和研究成果以及国内外工业生产实践，设计合理的工艺流程，选择合适的工艺设备并进行合理的配置，根据工艺要求设计适宜的厂房结构和辅助设施，配备必要的劳动定员，确保生产正常进行。不论新厂还是老厂，都必须做到技术上先进可靠，经济上合理，既要为生产获得较好的技术经济指标创造条件，又要为生产工人提供良好的劳动场所，使建设投资能最大限度的发挥效果。为实现上述目的，有色冶金厂设计应该满足的基本要求是：工艺流程完善；先进而可靠；原材料、动力资源廉价而充分，交通运输方便；设备性能稳定、高效、易于加工和安装；设备配置力求紧凑合理；并为扩建留有余地。鉴于有色冶金的生产特点，有色冶金厂设计还必须满足以下要求：(1)有色冶金生产所用的矿物原料，除含有1至2种主要有价元素外，常伴有若干种其他有价元素，必须经济的加以综合利用。(2)必须有完善的三废治理工程。(3)有色冶金工厂生产作业，多在高温、高压、有毒、腐蚀等环境下进行，为确保操作人员和设备的安全，必须特别注意安全防护措施的设计，努力提高机械化和自动化的水平，积极采用计算机控制。(4)有色冶金生产需要消耗大量的原材料、电力、燃料、工业水，须具备较大的交通运输能力，应充分利用建厂地区的自然经济条件，尽可能与当地其他企业合作，共同投资解决某些公共设施。本设计根据设计任务书，设计年产15万吨富氧顶吹铜熔炼车间，通过火法流程与湿法流程的综合比较，选择用火法流程。在火法冶炼的诸多方法中确定用顶吹熔炼，PS转炉吹炼，电炉保温沉降，还原贫化炉的方法。经过工艺流程论证及冶金计算、环境保护、投资概算、公用辅助设施及土建工程论证等，比较系统的完成设计任务。1.1.1设计依据本设计是依据昆明理工大学冶金与能源工程学院冶金系本科毕业设计任务书完成的，设计任务为：年产10万吨粗铜富氧顶吹铜熔炼车间设计。1.1.2厂址选择厂址选择的一般原则是：应符合工业布局及区域性总体规划和城市规划建设的要求；要尽可能利用城镇设施，节约投资；要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便2利的地方，有良好的交通运输条件；要注意节约用地，少占或不占农田，留有发展余地；注意环保和保护名胜古迹；要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。其次厂址的选择还应注意：不能选在不通风盆地以及山坡西晒的地方；不能选在矿床之上；应具有良好的工程地质条件；不能选在城市和居民住宅区主导风向上风向；厂区附近有足够面积废渣堆场；要尽可能利用城镇设施，节约投资；要靠近原材料、水、电供应充足和产品销售便利的地方，有良好的交通运输条件；要注意节约用地，少占或不占农田；厂址的有效面积应该能满足工艺流程或功能上的需要以及留有发展余地；要有适当的自然地形和适宜的工程地质、水文、地震等级条件及较好的协作条件等。正确选择建厂地址是建设任何一个新厂的首要问题，因为设计中许多基本的原始资料是由厂址的具体条件决定的。例如，没有当地的地质、水文，气象的具体资料，设计就不可能进行，从而影响到设计的主体部分(工艺设计)的进行。同时厂址选择不合理，会给建厂和以后带来重大损失，如地质条件不好，就会增加建厂投资。所以在设计前我们就应认真细致地进行厂址选择工作。（1）铜陵市的地理条件铜陵市位于安徽省南部、长江下游南岸，东距芜湖市80公里左右，东南与接壤，西距安庆市90公里左右，南与青阳县、南陵县交界，西南与池州贵池区毗邻，西北一江之隔是无为县、枞阳县，距省会合肥市120公里，徐(州)黄(山)公路线在铜陵长江大桥过江。面积1113平方公里(其中市区面积237平方公里)。南北最长约42.5公里，东西最宽约40.6公里，市区地势由东南向西北倾斜，形成宽约5公里、长20公里的带状地形。（2）气候、地质条件铜陵地区属于北亚热带湿润季风气候，其特点是季风明显，四季分明，全年气候温暖湿润，雨量丰沛，湿度较大，日照充足，雨热同季，无霜期长。）平均气温16．2℃，在省内属于气温较高的地区。气温的年内变化特征是：冬寒夏热，春秋暖和，且秋温明显高于春温,最高气温为37．6℃,最低气温为零下7．8℃,,平均无霜期为258天,平均日照时数为2064．7小时，占全年可照时数的46％，，历年平均降水量1364.4毫米，雨日较多，历年平均雨日136日，属于湿润地区。相对湿度较大，多年平均值为77％，工程地质与水文地质良好，适合建立大型冶炼工厂。（3）交通运输条件铜陵含湖临江通海，处在国家沪榕和京台交通大动脉的“十”字交汇点。随着宁安城际、京福高铁、庐铜铁路暨长江公铁二桥的建设，加上现有的铜九铁路、沪铜铁3路，使铜陵市在华东铁路网中的枢纽地位日益凸显。铜陵港作为顺江而下第一个可停靠万吨轮的港口和国家一类开放口岸，已开通对台海上直航，加之已开通运行的京台高速、沿江高速以及即将开工建设的铜宣高速、铜无巢高速和九华山机场，将进一步提升铜陵市在全国交通网中的枢纽地位，实现与长三角无缝对接，大大缩小与珠三角、环渤海、海峡西岸等经济区的距离。(4)资源优势铜陵境内探明的铜、金、银、硫、铁、石灰石及与之伴生的各类稀有金属矿种30多种。其中，铜的储量占全省70%以上，硫铁矿储量位居华东第一、全国第二，石灰石、黄金和白银的储量均居全省之首。水资源丰富，长江铜陵段干流水质良好。（5）经济、科技优势铜陵市作为中国的铜都，有色产业链的发展必然积聚了行业所必须的经济、科技优势。目前正在着力打造“千亿铜产业和企业”的铜陵不仅是中国最大的电解铜生产基地。再加上铜陵有色企业对于炼铜工艺十分成熟，很多技术可以借鉴学习和应用。综合以上因素，铜陵市的地理位置、气候及地质条件、交通运输条件、资源优势、经济及科技优势等都表明，本设计厂址选择是合理的。综上所述，建厂条件符合厂址选择的基本原则以及上述各个要求。厂址拟定为安徽省铜陵市。1.1.3设计规模及产品方案根据设计任务书，设计年产10万吨粗铜的冶炼厂，属中小型企业。合理确定企业规模，除探索完善的数学计算方法外，还必须对现有企业的规模进行调查研究分析，总结国内外确定企业规模的经验，从实践中找出企业的最优规模。根据有色冶金生产的特点，在确定有色冶金厂的规模时，应充分考虑以下问：（1）市场供需条件，矿产资源及主要原材料、水、电等的供应，技术及资金条件。（2）中小型冶金厂可以一次建成投产，大型冶金厂可以考虑分批分期建设分系列建成投产，在短期内形成生产能力。（3）有色冶金厂一般具有高温、高压、有毒的特点，要充分考虑环保要求。这些问题在厂址选择和后面的章节中有论述。1.1.4综合技术指标表1.1为综合技术指标。表1.1综合技术指标4序号名称单位数量备注综合部分1铜精矿处理量t/a408000熔炼用2黄杂铜t/a5000转炉冷料3二次铜精矿t/a64000还原炉冷料4粗铜锭产量t/a1000005粗铜锭含铜%99.006粗铜锭含金量kg/a1743.55铜精矿所产粗铜含金20至序号名称单位数量备注25g/t，取23g/t铜精矿所产粗7粗铜锭含银量kg/a22741.92铜含银300至2000g/取300g/t8铜冶炼回收率%97.109金冶炼回收率%9010银冶炼回收率%9011工厂年操作日d/a300主要的原材料消耗铜精矿量t/a408000Cu%20.40包括熔炼用和1S%21.70做硫化剂用Aug/tAgg/t2石英石t/a948.00SiO2含量%92.003石灰石t/aCaO含量%54.004块煤t/a19584.00熔炼炉用C含量%54.005煤粉t/a15334.66还原炉用C含量%77.0056柴油t/a3000包括烤炉用7石墨电极t/a3158耐火材料t/a20009富氧空气量m3/a155935.03纯度65％1.1.5设计内容根据设计任务书，设计内容包括：确定设计依据、设计原则及车间建设方案，富氧顶吹铜熔炼工艺流程选择论证；富氧顶吹铜熔炼技术条件及经济指标的选择论证；冶金计算；主要及附属设备的计算与选择；车间组织管理与冰铜制造成本概算；车间环境保护；车间主体设备立体图、设备连接图、车间平面布置图、因分特炉主体设备图等图纸四张。第二章铜资源现状及发展前景2.1铜矿物原料特点铜是一种典型的亲硫元素，在自然界中主要形成硫化物，只有在强氧化条件下形成氧化物，在还原条件下可形成自然铜。目前，在地壳上已发现铜矿物和含铜矿物约计250多种，主要是硫化物及其类似的化合物和铜的氧化物、自然铜以及铜的硫酸盐、碳酸盐、硅酸盐类等矿物。其中，能够适合目前选冶条件可作为工业矿物原料的有16种。即自然元素：自然铜(含铜近100％)；铜的硫化物：黄铜矿(含铜34.6％，括号指铜含量，下同)、斑铜矿(63.3％)、辉铜矿(79.9％)、铜蓝(66.5％)、方黄铜矿(23.4％)、黝铜矿(46.7％)、砷黝铜矿(52.7％)、硫砷铜矿(48.4％)；铜的氧化物：赤铜矿(88.8％)、黑铜矿(79.9％)；铜的硫酸盐、碳酸盐和硅酸盐矿物：孔雀石(57.5％)、蓝铜矿(55.3％)、硅孔雀石(36.2％)、水胆矾(56.2％)、氯铜矿(59.5％)。当前，我国选冶铜矿物原料主要是黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、孔雀石等。按选冶技术条件，将铜矿石以氧化铜和硫化铜的比例划出三个自然类型。即硫化矿石，含氧化铜小于10％：氧化矿石，含氧化铜大于30％；混合矿石，含氧化铜10％-30％。我国铜矿物原料具有以下特点：1)适合选冶生产的铜矿物原料，赋存于多种矿床类型。其中，具有重要开采价值的矿床类型：岩浆型铜镍硫化物矿床、斑岩型铜矿床、夕卡岩型铜和多金属矿床、热液脉型铜矿床、火山一沉积块状硫化物型铜矿床、沉积型层状矿床等等。62)矿石结构构造复杂，嵌布粒度不均，多为不均匀浸染粒度矿石，甚至有不少矿物组合、组构嵌布细微，成分复杂，难选矿石较多。3)矿石化学成分多样，伴生、共生多种有益有害组分，选冶工艺条件复杂。目前，开发的矿区多数是综合性的铜矿床，共伴生多种有益有害元素。通过综合开采，综合利用，可变害为益，变废为宝。2.2矿石工业要求从铜矿石中提炼的铜金属，根据采、选、冶技术工艺水平，对铜矿物原料提出一定的工业要求。见表2-1。2-1铜矿石开采要求当铜矿床的伴生组分达到下表所列的含量要求时，则要求取样分析做出综合评价。铜矿床伴生组分见表2-2。2-2铜矿床伴生组分对于铜品位低于5％的矿石要用选矿方法富集成铜精矿。1997年国家颁布的有色金属行业标准(YS／T318—1997)将铜精矿产品分为四个品级：一级品Cu含量不小于30％，杂质含量(不大于)：As0.05％，Pb+Zn2％，Mg0.1％，Bi0.05％。二级品Cu含量不小于25％，杂质含量(不大于)：AsO．2％，Pb+Zn5％，Mg0.3％，Bi0.2％。三级品Cu含量不小于20％，杂质含量(不大于)：AsO.3％，Pb+Zn8％，MgO.4％，Bi0.3％。7四级品Cu含量不小于13％，杂质含量(不大于)：AsO.4％，Pb+Zn12％，Mg0.5％，BiO.5％。目前，国内外许多铜矿床开采晶位为0.5％～O.4％，个别大型露采矿山的边界品位降到0.2％，预计本世纪末或下个世纪初，世界铜矿开采品位可能降到0.25％，边界品位下降到0.1％时，则一些含铜高的岩石也就可能成为工业矿石了，从而使铜的储量大大增加。2.3铜资源地理分布中国铜矿分布广泛，在已查明的矿产地除天津以外的所有省、自治区、直辖市，均有不同程度的分布。其中，江西、西藏和云南等3个省区的储量占全国铜矿储量的47.1％(以1996年底保有储量统计，下同)。铜储量较多的还有甘肃、安徽、内蒙古、山西、湖北、黑龙江等6省区，储量合计2019.8万t，占全国铜矿储量的32.3％。以上9省区的储量合计占全国铜矿总储量的80％。从六大行政区分布来看，铜矿储量分布最多的是华东区、西南区，两大行政区的储量占全国铜矿总储量的60.9％，各大行政区的铜矿储量分布的比例：华北区11.4％、东北区6％、华东区31.4％、中南区9.8％、西南区29.5％、西北区11.9％。从三大经济地带来看