用于有色金属生产装置的富氧空气进料的制作方法
专利名称：用于有色金属生产装置的富氧空气进料的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，该方法在一方面包括一个用来冶炼所述金属精矿的熔炉，并且富氧空气被连续地注入该熔炉；另一方面包括一个用来转换来自熔炉的粗炼金属(Matte)的转炉，并且富氧空气以变流量注入转炉中。本发明还涉及一种实施该方法的设备。本发明特别应用于铜的生产。
下面所提到的压力均指绝对压力。
传统工艺中，制铜装置由以下装置构成一个连续运行的熔炉，如闪速熔炼炉、Noranda炉或者Teniente炉；一个批处理运行的转炉，如Pierce转炉或者Hoboken转炉。
由精铜矿构成的原料被送入熔炉中，在这里原料中的铜被富集。从而获得所谓“冰铜”的富铜混合物，含有大约60％到70％重量的铜。然后，冰铜在转炉中进一步富集铜，并转化成约含99％铜的所谓“泡”铜。
为了使冶炼和转化过程正常进行，要将富氧空气流送入熔炉和转炉中。其中熔炉要消耗定流量的富氧空气。而转炉与之相反，要消耗变流量的富氧空气，此外在泡铜转化完成时，该富氧空气流的流量接近于零，此时排空转炉的戽斗(ladle)从而将泡铜回收并开始一个新的制铜循环。通常来说，一个制铜循环大约要持续两个小时，其时间分配如下-富氧空气注入到转炉，这大约持续一个小时；-注入停止，将浮在铜液表面的炉渣去掉，排空戽斗从而将铜回收，之后再将冰铜装入戽斗，并开始一个新的循环。
在戽斗排空时，保持一股富氧空气细流，从而维持转炉燃烧器的火焰。空气中氧的富集程度取决于原料的组成以及所需的产量。一般来说，送入熔炉的空气流中，氧应富集到高达28％；送入转炉的空气流中，氧应富集到50％到60％。
常规地，熔炉和转炉都有一个鼓风机，来自鼓风机的空气流通过氧的注入而富集氧，该氧由独立于这两个鼓风机的设备生产出来。
由于熔炉所消耗的富氧空气为定值，连接在熔炉上鼓风机所产生的空气流永远都对应于制铜循环的最大流量。与此相反，由于转炉所消耗富氧空气是变化的，因此与转炉相连的鼓风机所持续输出的空气量与该转炉所消耗的空气量之间的差通常被排到大气。
制氧设备由空气压缩机和空气分离装置构成，其中空气分离装置能输送变流量的氧气，因此可用定流量的氧流来富集用于熔炉的鼓风机空气流，用变流量的氧流来富集转炉的空气流。
术语“压缩机”在这里应理解为一台实际的压缩机或者几台并联安装并具有共同输出的压缩机。
这种用一个设备来生产富氧空气的方法，其中该设备包括两台分别连接在制氧装置上的鼓风机，具有许多缺点，如整体尺寸太大，能耗大，并且由于其中一个鼓风机输出的空气要排到大气因此具有不小的能量损失。
因此，本发明的一个目的是提供一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法和设备，其在整体尺寸上较小，并且能量消耗也明显减少。
因此本发明的一个主题是一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，其一方面包括一个冶炼所述金属精矿的熔炉，并且富氧空气连续地注入熔炉中；其另一方面包括一个转换来自熔炉的冰铜的转炉，并且富氧空气以变流量注入到转炉中，其特征在于-所有的空气都在一台压缩机中压缩，该压缩机能为熔炉和转炉提供进料空气；-该压缩空气的一部分在空气分离装置中处理以获取两股氧流，这两股氧流分别注入到打算送入熔炉和转炉的压缩空气中；以及-用于转炉的压缩空气或富氧压缩空气在转炉所消耗的富氧空气低于一个预定阈值时存贮在缓冲罐中，而当转炉所消耗富氧空气高于所述阈值时则从缓冲罐中取出压缩空气或富氧压缩空气。
本发明方法的其它特征包括-将压缩机第一压缩段压缩的空气与空气分离装置生成的氧在基本同一压力下混合，混合后的空气送入熔炉；-将该压缩机第一压缩段后的一个压缩段所压缩出来的空气送入空气分离装置；-被压缩机压缩到转炉进料压力之上一个压力的压缩空气与空气分离装置生成的氧在基本同一压力下混合，该混合空气送入转炉，并且在转炉所消耗的富氧空气低于所述阈值时将该富氧空气存贮在所述缓冲罐中，而当转炉所消耗的富氧空气高于所述阈值时富氧空气则通过一个膨胀装置从缓冲罐中取出；-被压缩机最后一级压缩到转炉进料压力之上一个压力的空气在转炉所消耗的富氧空气低于所述阈值时存贮在所述缓冲罐中，并且将存贮在缓冲罐中的空气和/或压缩机最后一级压缩的空气(这两股空气流都通过膨胀设备取出)与空气分离装置生成的氧以基本等于转炉进料压力的一个压力变流量混合，该混合空气送入转炉中；-用于转炉的空气由压缩机的最后一级压缩；本发明的主体还包括一种实现上述方法的设备，该设备的特征在于，包括-一个在设计上用来将氧输送到熔炉和转炉的空气分离装置；-一台空气压缩机，其输出分别通过第一、第二、第三管线与熔炉、空气分离装置以及转炉相连；以及-与所述第三管线相连的缓冲罐。
本发明设备的其它特征包括-该缓冲罐一方面与空气分离装置的一根用于转炉的氧输出管线相连，另一方面通过一个膨胀设备与转炉相连。该缓冲罐还可通过一个膨胀设备连接到转炉上，而空气分离装置的一根用于转炉的氧输出管线则用作连接该膨胀阀和转炉的管线；
-空气分离装置包括两条制取氧的管线，一条将氧送入熔炉，另一条送入转炉；-将氧送入转炉的制氧管线带有氧流量调节装置；-该空气分离装置为双塔空气分离装置，其包括一个变流系统(swing system)，从而通过精馏定流量的输入空气来生成变流量的氧流；-空气压缩机至少包括两个压缩段，第一压缩段的输出连接在所述第一管线上，后面压缩段或者后面几个压缩段的输出连接在所述第二和第三管线上；-该压缩机具有三个压缩段，每一级的输出分别连接在所述第一、第二和第三管线上。
这里应该清楚的是，本发明实质上是将空气的制取和氧的制取合在一起，这样送入有色金属生产装置熔炉和转炉的富氧空气能够更为经济地生产出来。
本发明的实施例将参考下面的附图进行描述，其中-
图1为一个生产富氧空气的设备的示意图，该富氧空气被送到制铜溶炉和转炉中；以及-图2所示为图1中设备的另一实施方案；以及-图3所示为用于图2设备的空气分离装置。
图1所示为一制铜设备，该设备包括一个具有3个压缩段(即，比如4或5个压缩级)的空气压缩机1，其将压缩空气分别送到以下地方第一，通过第一路管线3送入熔炉2中；第二，通过第二路管线5送入空气分离装置2中；最后，通过第三路管线8送到转炉6或缓冲罐7中。用来生产氧气的空气分离装置4具有两个独立的输出管线，它们以不同的压力输送氧气，其中一条管线9将氧气送到熔炉2中，另一条管线10将氧气送到转炉6中。每条管线9、10都具有恒定的流量。
当转炉6所消耗的富氧空气减少时，即低于一预定阈值时，缓冲罐7能够将压缩空气和第二管线10的氧气贮存起来。膨胀阀11，其由下游的压力调节器构成，设置在管线12上将转炉与缓冲罐7相连，从而在装置6所消耗的富氧空气升高时，即高于所述阈值时，使富氧空气流进入管线12并注入转炉6中。
图2中的制铜设备在以下方面不同于前面的制铜设备这里的空气分离装置4带有一个所谓的“变流”系统，这将在后面论述，从而使氧气以变流量送到转炉6中，同时装置4处理的是定流量的空气。此外，膨胀阀11位于缓冲罐7和点13之间，该点13是管线10生成的氧气与将富氧空气送入转炉6的管线12交汇的地方。
操作中，在图1所示的情况下，铜生产装置运行所需的所有空气都在空气压缩机1中压缩。
其中，一些空气从空气压缩机1的第一压缩段以1.2bar到1.7bar之间的一恒定压力取出，经氧流9富集后以定流量注入到熔炉2中，该注入压力基本等于空气分离装置4以恒定流量生产空气流的压力。
来自空气压缩机1后面一个压缩段(比如，第二压缩段)的一些空气通过空气分离装置4。后者一方面以1.2bar到1.7bar之间的压力将氧流9送入熔炉2，另一方面以5bar到10bar之间的压力输送用于转炉6的第二氧流10。压缩空气的剩余部分8从空气压缩机1的最后一级以大约5bar到10bar的压力取出，并与前述的氧流10汇合。这样所获得的经富集的空气在富氧空气的消耗量低时流入缓冲罐7中，而在富集空气的消耗量高时经膨胀阀11流入转炉6中。
根据图2所示的变型，空气分离装置4以1.2bar到1.7bar之间的压力将第一氧流9定流量输送到熔炉2中。该空气分离装置还以大约1.5bar的压力将第二氧流10输送到转炉6中，该空气分离装置带有一个变流(swing)装置，从而可根据转炉6所消耗的富集空气量以变流量输送氧气。
压缩空气的剩余部分8从空气压缩机1的最后一级以大约5bar到10bar的压力取出。当转炉6所消耗的富氧空气少时，这部分空气部分存贮在缓冲罐7中。任何时候，空气的流量都等于转炉6所需富集空气的量与氧气10流过膨胀阀的量的差。
为了满足上述存贮的标准，空气压缩机所生产的空气、空气分离装置进料以及缓冲罐7所处的压力应从经济节能这一点出发，在压缩空气所需能耗和以非连续方式给转炉提供富氧空气时缓冲罐所需的投资成本之间选择一个最优值。
因此，空气压缩机所生成的、送入空气分离装置的空气，其压力优选在5bar到6bar之间，并且空气压缩机所生成的、送入贮气罐的空气的压力优选在5bar到10bar之间。
图3所示为传统的“变流”式空气分离装置4，其用来将变流量的氧气输送到图2的管线10中。该空气分离装置基本上由以下装置构成带有三个压缩段的空气压缩机1；通过吸附作用使空气干燥并脱碳的装置14；主热交换管15；空气增压器16；辅助热交换器17；涡轮压缩机装置，其包括一个与压缩机19相连的涡轮18；变流量液氧泵20；液氧缓冲罐21；液态空气缓冲器22；空气精馏的双塔23；过冷器24；液氮泵25。双塔23为尖塔型双塔并包括中压塔26以及装在其上的低压塔27，后者向上伸出很短的精馏段或小直径的尖塔28。一个主再沸-冷凝器29使中压塔26的塔顶蒸气(几乎为纯氮)与低压塔27底部的液体(液氧)间接热交换。
运行过程中，来自空气压缩机1第二压缩段的定流量空气在30回到近似环境温度，在14纯化，然后在15中被冷却到接近其露点，然后注入到塔26的底部。
根据常规的双塔精馏方法，双塔23以定流量从低压塔27的底部生产出液氧31，从尖塔28的顶部生产出低压气态氮32，并从中压塔26的顶部生产出中压液氧33。
来自低压塔的液氧存贮在缓冲罐21中，接着其被液氧泵20增压到管线10的压力，然后在逆流穿过经增压器16增压的定流量空气流时气化。由此液化空气经膨胀阀34膨胀到中压后贮存在缓冲器22中，之后部分空气以液态引入中压塔26的下部，剩余部分经膨胀阀35膨胀到低压后引入低压塔27的中间位置。
习惯上，当管线10所需的气态氧流的流量少于精馏空气的21％时，泵20也相应地慢下来，缓冲罐21中液氧的高度上升。同时，由于液化空气的流量减少，缓冲器22中液态空气的高度下降。当管线10中氧流量高于精馏空气的21％时，以上情况则相反。
此外，空气分离装置4还为管线9生产定流量的气态氧，比如从另一管线36将液氧从低压塔27中取出，然后在15中气化/加热，之后还可压缩所形成气态氧。
空气分离装置4还能生产出气态的低压氮流，从尖塔28将氮气取出，在24及其后面的15中加热，然后再与高压气态氮流汇合，该高压气态氮流由中压液氮经25中泵压再经15气化/加热所得。这两股氮流在制铜设备中用来给铜提供惰性保护和/或用于铜的输送。
涡轮压缩机组18、19通过将一部分进料空气增压并膨胀从而使装置4保持低温。
如图3所示的空气分离装置使氧在管线10中以变流量输出成为可能，该变化通常在每分钟5％的量级上。
本发明还可用来生产铜以外的其它有色金属如镍。
权利要求
1.一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，该生产装置一方面包括一个冶炼所述金属精矿的熔炉(2)，并且富氧空气连续地注入该熔炉中，其另一方面包括一个转炉(6)其用来转换来自熔炉的粗炼金属并且富氧空气以变流量注入到转炉中，其特征在于-所有的空气都在一台压缩机(1)中压缩，该压缩机能为熔炉(2)和转炉(6)提供进料空气；-该压缩空气的一部分在空气分离装置(4)中处理以获取两股氧流(9，10)，这两股氧流分别注入到打算送入熔炉(2)和转炉(6)的压缩空气中；以及-用于转炉(6)的压缩空气或富氧压缩空气在转炉所消耗的富氧空气低于一个预定阈值时存贮在缓冲罐(7)中，而当转炉(6)所消耗富氧空气高于所述阈值时则从缓冲罐(7)中取出压缩空气或富氧压缩空气。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于将压缩机(1)第一压缩段压缩的空气与空气分离装置(4)生成的氧在基本同一压力下混合，混合后的空气送入熔炉(2)中。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该压缩机(1)第一压缩段后的一个压缩段所压缩出来的空气送入空气分离装置(4)。
4.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于经压缩机(1)压缩到转炉(6)进料压力之上一个压力的压缩空气与空气分离装置(4)生成的氧在基本同一压力下混合，该混合空气送入转炉(6)中，并且在转炉(6)所消耗的富氧空气低于所述阈值时将该富氧空气存贮在所述缓冲罐(7)中，而当转炉(6)所消耗富氧空气高于所述阈值时富氧空气则通过一个膨胀设备(11)从该缓冲罐(7)中取出。
5.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于经压缩机(1)最后一级压缩到转炉(6)进料压力之上一个压力的空气在转炉(6)所消耗的富氧空气低于所述阈值时存贮在所述缓冲罐(7)中，并且将存贮在缓冲罐(7)中的空气和/或压缩机(1)最后一级压缩的空气，这两股空气流都通过膨胀设备(11)取出，与空气分离装置(4)生成的氧以基本等于转炉(6)进料压力的一个压力变流量混合，该混合空气送入转炉中。
6.根据权利要求1至5中任何一项的方法，其特征在于用于转炉(6)的空气由压缩机(1)的最后一级压缩。
7.一种实现前述任何一项权利要求所述方法的进料设备，其特征在于，包括-一个在设计上用来将氧输送到熔炉(2)和转炉(6)的空气分离装置(4)；-一台空气压缩机(1)，其输出分别通过第一、第二、第三管线与熔炉(2)、空气分离装置(4)以及转炉(6)相连；以及-一个与所述第三管线相连的缓冲罐(7)。
8.根据权利要求7所述的进料设备，其特征在于缓冲罐(7)一方面不但与空气分离装置(4)的一根用于转炉(6)的氧输出管线相连，另一方面还通过一个膨胀设备(11)与转炉(6)相连。
9.根据权利要求7或8所述的进料设备，其特征在于缓冲罐(7)还可通过一个膨胀设备(11)与转炉(6)相连，并且其中空气分离装置(4)的一根用于转炉(6)的氧输出管线用作将膨胀阀设备与转炉(6)相连的管线。
10.根据权利要求7到9任何一项所述的进料设备，其特征在于空气分离装置(4)包括两条制取氧的管线，一条(9)送入熔炉(2)，另一条(10)送入转炉(6)。
11.根据权利要求9和10合起来所述的进料设备，其特征在于送入转炉(6)的制氧管线带有调节氧流量的装置(20)。
12.根据权利要求11所述的进料设备，其特征在于该空气分离装置(4)为双塔空气分离装置，其包括一个变流系统(16，20到22)，从而能通过精馏定流量的输入空气来生成变流量的氧流。
13.根据权利要求7到12任何一项所述的进料设备，其特征在于空气压缩机(1)至少包括两个压缩段，第一压缩段的输出连接在所述第一管线上，并且后面压缩段或者后面几个压缩段的输出连接在所述第二和第三管线上。
14.根据权利要求13所述的进料设备，其特征在于该压缩机(1)具有三个压缩段，这三个压缩段的输出分别连接在所述第一、第二和第三管线上。
全文摘要
所有的空气都在一个压缩机(1)中压缩,其送入熔炉(2)中来冶炼矿石,送入转炉(6)中来转换来自熔炉(2)的冰铜。空气分离装置(4)输出两股氧流(9,10)使空气富集氧。缓冲罐(7)用来将变流量的富集空气输送到转炉(6)中。其用于铜的生产。
文档编号C22B5/08GK1348015SQ0113305
公开日2002年5月8日 申请日期2001年9月17日 优先权日2000年9月18日
发明者D·玛格奈特, N·里斯 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司
技术领域：
本发明涉及一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，该方法在一方面包括一个用来冶炼所述金属精矿的熔炉，并且富氧空气被连续地注入该熔炉；另一方面包括一个用来转换来自熔炉的粗炼金属(Matte)的转炉，并且富氧空气以变流量注入转炉中。本发明还涉及一种实施该方法的设备。本发明特别应用于铜的生产。
下面所提到的压力均指绝对压力。
传统工艺中，制铜装置由以下装置构成一个连续运行的熔炉，如闪速熔炼炉、Noranda炉或者Teniente炉；一个批处理运行的转炉，如Pierce转炉或者Hoboken转炉。
由精铜矿构成的原料被送入熔炉中，在这里原料中的铜被富集。从而获得所谓“冰铜”的富铜混合物，含有大约60％到70％重量的铜。然后，冰铜在转炉中进一步富集铜，并转化成约含99％铜的所谓“泡”铜。
为了使冶炼和转化过程正常进行，要将富氧空气流送入熔炉和转炉中。其中熔炉要消耗定流量的富氧空气。而转炉与之相反，要消耗变流量的富氧空气，此外在泡铜转化完成时，该富氧空气流的流量接近于零，此时排空转炉的戽斗(ladle)从而将泡铜回收并开始一个新的制铜循环。通常来说，一个制铜循环大约要持续两个小时，其时间分配如下-富氧空气注入到转炉，这大约持续一个小时；-注入停止，将浮在铜液表面的炉渣去掉，排空戽斗从而将铜回收，之后再将冰铜装入戽斗，并开始一个新的循环。
在戽斗排空时，保持一股富氧空气细流，从而维持转炉燃烧器的火焰。空气中氧的富集程度取决于原料的组成以及所需的产量。一般来说，送入熔炉的空气流中，氧应富集到高达28％；送入转炉的空气流中，氧应富集到50％到60％。
常规地，熔炉和转炉都有一个鼓风机，来自鼓风机的空气流通过氧的注入而富集氧，该氧由独立于这两个鼓风机的设备生产出来。
由于熔炉所消耗的富氧空气为定值，连接在熔炉上鼓风机所产生的空气流永远都对应于制铜循环的最大流量。与此相反，由于转炉所消耗富氧空气是变化的，因此与转炉相连的鼓风机所持续输出的空气量与该转炉所消耗的空气量之间的差通常被排到大气。
制氧设备由空气压缩机和空气分离装置构成，其中空气分离装置能输送变流量的氧气，因此可用定流量的氧流来富集用于熔炉的鼓风机空气流，用变流量的氧流来富集转炉的空气流。
术语“压缩机”在这里应理解为一台实际的压缩机或者几台并联安装并具有共同输出的压缩机。
这种用一个设备来生产富氧空气的方法，其中该设备包括两台分别连接在制氧装置上的鼓风机，具有许多缺点，如整体尺寸太大，能耗大，并且由于其中一个鼓风机输出的空气要排到大气因此具有不小的能量损失。
因此，本发明的一个目的是提供一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法和设备，其在整体尺寸上较小，并且能量消耗也明显减少。
因此本发明的一个主题是一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，其一方面包括一个冶炼所述金属精矿的熔炉，并且富氧空气连续地注入熔炉中；其另一方面包括一个转换来自熔炉的冰铜的转炉，并且富氧空气以变流量注入到转炉中，其特征在于-所有的空气都在一台压缩机中压缩，该压缩机能为熔炉和转炉提供进料空气；-该压缩空气的一部分在空气分离装置中处理以获取两股氧流，这两股氧流分别注入到打算送入熔炉和转炉的压缩空气中；以及-用于转炉的压缩空气或富氧压缩空气在转炉所消耗的富氧空气低于一个预定阈值时存贮在缓冲罐中，而当转炉所消耗富氧空气高于所述阈值时则从缓冲罐中取出压缩空气或富氧压缩空气。
本发明方法的其它特征包括-将压缩机第一压缩段压缩的空气与空气分离装置生成的氧在基本同一压力下混合，混合后的空气送入熔炉；-将该压缩机第一压缩段后的一个压缩段所压缩出来的空气送入空气分离装置；-被压缩机压缩到转炉进料压力之上一个压力的压缩空气与空气分离装置生成的氧在基本同一压力下混合，该混合空气送入转炉，并且在转炉所消耗的富氧空气低于所述阈值时将该富氧空气存贮在所述缓冲罐中，而当转炉所消耗的富氧空气高于所述阈值时富氧空气则通过一个膨胀装置从缓冲罐中取出；-被压缩机最后一级压缩到转炉进料压力之上一个压力的空气在转炉所消耗的富氧空气低于所述阈值时存贮在所述缓冲罐中，并且将存贮在缓冲罐中的空气和/或压缩机最后一级压缩的空气(这两股空气流都通过膨胀设备取出)与空气分离装置生成的氧以基本等于转炉进料压力的一个压力变流量混合，该混合空气送入转炉中；-用于转炉的空气由压缩机的最后一级压缩；本发明的主体还包括一种实现上述方法的设备，该设备的特征在于，包括-一个在设计上用来将氧输送到熔炉和转炉的空气分离装置；-一台空气压缩机，其输出分别通过第一、第二、第三管线与熔炉、空气分离装置以及转炉相连；以及-与所述第三管线相连的缓冲罐。
本发明设备的其它特征包括-该缓冲罐一方面与空气分离装置的一根用于转炉的氧输出管线相连，另一方面通过一个膨胀设备与转炉相连。该缓冲罐还可通过一个膨胀设备连接到转炉上，而空气分离装置的一根用于转炉的氧输出管线则用作连接该膨胀阀和转炉的管线；
-空气分离装置包括两条制取氧的管线，一条将氧送入熔炉，另一条送入转炉；-将氧送入转炉的制氧管线带有氧流量调节装置；-该空气分离装置为双塔空气分离装置，其包括一个变流系统(swing system)，从而通过精馏定流量的输入空气来生成变流量的氧流；-空气压缩机至少包括两个压缩段，第一压缩段的输出连接在所述第一管线上，后面压缩段或者后面几个压缩段的输出连接在所述第二和第三管线上；-该压缩机具有三个压缩段，每一级的输出分别连接在所述第一、第二和第三管线上。
这里应该清楚的是，本发明实质上是将空气的制取和氧的制取合在一起，这样送入有色金属生产装置熔炉和转炉的富氧空气能够更为经济地生产出来。
本发明的实施例将参考下面的附图进行描述，其中-
图1为一个生产富氧空气的设备的示意图，该富氧空气被送到制铜溶炉和转炉中；以及-图2所示为图1中设备的另一实施方案；以及-图3所示为用于图2设备的空气分离装置。
图1所示为一制铜设备，该设备包括一个具有3个压缩段(即，比如4或5个压缩级)的空气压缩机1，其将压缩空气分别送到以下地方第一，通过第一路管线3送入熔炉2中；第二，通过第二路管线5送入空气分离装置2中；最后，通过第三路管线8送到转炉6或缓冲罐7中。用来生产氧气的空气分离装置4具有两个独立的输出管线，它们以不同的压力输送氧气，其中一条管线9将氧气送到熔炉2中，另一条管线10将氧气送到转炉6中。每条管线9、10都具有恒定的流量。
当转炉6所消耗的富氧空气减少时，即低于一预定阈值时，缓冲罐7能够将压缩空气和第二管线10的氧气贮存起来。膨胀阀11，其由下游的压力调节器构成，设置在管线12上将转炉与缓冲罐7相连，从而在装置6所消耗的富氧空气升高时，即高于所述阈值时，使富氧空气流进入管线12并注入转炉6中。
图2中的制铜设备在以下方面不同于前面的制铜设备这里的空气分离装置4带有一个所谓的“变流”系统，这将在后面论述，从而使氧气以变流量送到转炉6中，同时装置4处理的是定流量的空气。此外，膨胀阀11位于缓冲罐7和点13之间，该点13是管线10生成的氧气与将富氧空气送入转炉6的管线12交汇的地方。
操作中，在图1所示的情况下，铜生产装置运行所需的所有空气都在空气压缩机1中压缩。
其中，一些空气从空气压缩机1的第一压缩段以1.2bar到1.7bar之间的一恒定压力取出，经氧流9富集后以定流量注入到熔炉2中，该注入压力基本等于空气分离装置4以恒定流量生产空气流的压力。
来自空气压缩机1后面一个压缩段(比如，第二压缩段)的一些空气通过空气分离装置4。后者一方面以1.2bar到1.7bar之间的压力将氧流9送入熔炉2，另一方面以5bar到10bar之间的压力输送用于转炉6的第二氧流10。压缩空气的剩余部分8从空气压缩机1的最后一级以大约5bar到10bar的压力取出，并与前述的氧流10汇合。这样所获得的经富集的空气在富氧空气的消耗量低时流入缓冲罐7中，而在富集空气的消耗量高时经膨胀阀11流入转炉6中。
根据图2所示的变型，空气分离装置4以1.2bar到1.7bar之间的压力将第一氧流9定流量输送到熔炉2中。该空气分离装置还以大约1.5bar的压力将第二氧流10输送到转炉6中，该空气分离装置带有一个变流(swing)装置，从而可根据转炉6所消耗的富集空气量以变流量输送氧气。
压缩空气的剩余部分8从空气压缩机1的最后一级以大约5bar到10bar的压力取出。当转炉6所消耗的富氧空气少时，这部分空气部分存贮在缓冲罐7中。任何时候，空气的流量都等于转炉6所需富集空气的量与氧气10流过膨胀阀的量的差。
为了满足上述存贮的标准，空气压缩机所生产的空气、空气分离装置进料以及缓冲罐7所处的压力应从经济节能这一点出发，在压缩空气所需能耗和以非连续方式给转炉提供富氧空气时缓冲罐所需的投资成本之间选择一个最优值。
因此，空气压缩机所生成的、送入空气分离装置的空气，其压力优选在5bar到6bar之间，并且空气压缩机所生成的、送入贮气罐的空气的压力优选在5bar到10bar之间。
图3所示为传统的“变流”式空气分离装置4，其用来将变流量的氧气输送到图2的管线10中。该空气分离装置基本上由以下装置构成带有三个压缩段的空气压缩机1；通过吸附作用使空气干燥并脱碳的装置14；主热交换管15；空气增压器16；辅助热交换器17；涡轮压缩机装置，其包括一个与压缩机19相连的涡轮18；变流量液氧泵20；液氧缓冲罐21；液态空气缓冲器22；空气精馏的双塔23；过冷器24；液氮泵25。双塔23为尖塔型双塔并包括中压塔26以及装在其上的低压塔27，后者向上伸出很短的精馏段或小直径的尖塔28。一个主再沸-冷凝器29使中压塔26的塔顶蒸气(几乎为纯氮)与低压塔27底部的液体(液氧)间接热交换。
运行过程中，来自空气压缩机1第二压缩段的定流量空气在30回到近似环境温度，在14纯化，然后在15中被冷却到接近其露点，然后注入到塔26的底部。
根据常规的双塔精馏方法，双塔23以定流量从低压塔27的底部生产出液氧31，从尖塔28的顶部生产出低压气态氮32，并从中压塔26的顶部生产出中压液氧33。
来自低压塔的液氧存贮在缓冲罐21中，接着其被液氧泵20增压到管线10的压力，然后在逆流穿过经增压器16增压的定流量空气流时气化。由此液化空气经膨胀阀34膨胀到中压后贮存在缓冲器22中，之后部分空气以液态引入中压塔26的下部，剩余部分经膨胀阀35膨胀到低压后引入低压塔27的中间位置。
习惯上，当管线10所需的气态氧流的流量少于精馏空气的21％时，泵20也相应地慢下来，缓冲罐21中液氧的高度上升。同时，由于液化空气的流量减少，缓冲器22中液态空气的高度下降。当管线10中氧流量高于精馏空气的21％时，以上情况则相反。
此外，空气分离装置4还为管线9生产定流量的气态氧，比如从另一管线36将液氧从低压塔27中取出，然后在15中气化/加热，之后还可压缩所形成气态氧。
空气分离装置4还能生产出气态的低压氮流，从尖塔28将氮气取出，在24及其后面的15中加热，然后再与高压气态氮流汇合，该高压气态氮流由中压液氮经25中泵压再经15气化/加热所得。这两股氮流在制铜设备中用来给铜提供惰性保护和/或用于铜的输送。
涡轮压缩机组18、19通过将一部分进料空气增压并膨胀从而使装置4保持低温。
如图3所示的空气分离装置使氧在管线10中以变流量输出成为可能，该变化通常在每分钟5％的量级上。
本发明还可用来生产铜以外的其它有色金属如镍。
权利要求
1.一种将富氧空气送入有色金属生产装置的方法，该生产装置一方面包括一个冶炼所述金属精矿的熔炉(2)，并且富氧空气连续地注入该熔炉中，其另一方面包括一个转炉(6)其用来转换来自熔炉的粗炼金属并且富氧空气以变流量注入到转炉中，其特征在于-所有的空气都在一台压缩机(1)中压缩，该压缩机能为熔炉(2)和转炉(6)提供进料空气；-该压缩空气的一部分在空气分离装置(4)中处理以获取两股氧流(9，10)，这两股氧流分别注入到打算送入熔炉(2)和转炉(6)的压缩空气中；以及-用于转炉(6)的压缩空气或富氧压缩空气在转炉所消耗的富氧空气低于一个预定阈值时存贮在缓冲罐(7)中，而当转炉(6)所消耗富氧空气高于所述阈值时则从缓冲罐(7)中取出压缩空气或富氧压缩空气。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于将压缩机(1)第一压缩段压缩的空气与空气分离装置(4)生成的氧在基本同一压力下混合，混合后的空气送入熔炉(2)中。
3.根据权利要求1或2的方法，其特征在于将该压缩机(1)第一压缩段后的一个压缩段所压缩出来的空气送入空气分离装置(4)。
4.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于经压缩机(1)压缩到转炉(6)进料压力之上一个压力的压缩空气与空气分离装置(4)生成的氧在基本同一压力下混合，该混合空气送入转炉(6)中，并且在转炉(6)所消耗的富氧空气低于所述阈值时将该富氧空气存贮在所述缓冲罐(7)中，而当转炉(6)所消耗富氧空气高于所述阈值时富氧空气则通过一个膨胀设备(11)从该缓冲罐(7)中取出。
5.根据权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于经压缩机(1)最后一级压缩到转炉(6)进料压力之上一个压力的空气在转炉(6)所消耗的富氧空气低于所述阈值时存贮在所述缓冲罐(7)中，并且将存贮在缓冲罐(7)中的空气和/或压缩机(1)最后一级压缩的空气，这两股空气流都通过膨胀设备(11)取出，与空气分离装置(4)生成的氧以基本等于转炉(6)进料压力的一个压力变流量混合，该混合空气送入转炉中。
6.根据权利要求1至5中任何一项的方法，其特征在于用于转炉(6)的空气由压缩机(1)的最后一级压缩。
7.一种实现前述任何一项权利要求所述方法的进料设备，其特征在于，包括-一个在设计上用来将氧输送到熔炉(2)和转炉(6)的空气分离装置(4)；-一台空气压缩机(1)，其输出分别通过第一、第二、第三管线与熔炉(2)、空气分离装置(4)以及转炉(6)相连；以及-一个与所述第三管线相连的缓冲罐(7)。
8.根据权利要求7所述的进料设备，其特征在于缓冲罐(7)一方面不但与空气分离装置(4)的一根用于转炉(6)的氧输出管线相连，另一方面还通过一个膨胀设备(11)与转炉(6)相连。
9.根据权利要求7或8所述的进料设备，其特征在于缓冲罐(7)还可通过一个膨胀设备(11)与转炉(6)相连，并且其中空气分离装置(4)的一根用于转炉(6)的氧输出管线用作将膨胀阀设备与转炉(6)相连的管线。
10.根据权利要求7到9任何一项所述的进料设备，其特征在于空气分离装置(4)包括两条制取氧的管线，一条(9)送入熔炉(2)，另一条(10)送入转炉(6)。
11.根据权利要求9和10合起来所述的进料设备，其特征在于送入转炉(6)的制氧管线带有调节氧流量的装置(20)。
12.根据权利要求11所述的进料设备，其特征在于该空气分离装置(4)为双塔空气分离装置，其包括一个变流系统(16，20到22)，从而能通过精馏定流量的输入空气来生成变流量的氧流。
13.根据权利要求7到12任何一项所述的进料设备，其特征在于空气压缩机(1)至少包括两个压缩段，第一压缩段的输出连接在所述第一管线上，并且后面压缩段或者后面几个压缩段的输出连接在所述第二和第三管线上。
14.根据权利要求13所述的进料设备，其特征在于该压缩机(1)具有三个压缩段，这三个压缩段的输出分别连接在所述第一、第二和第三管线上。
全文摘要
所有的空气都在一个压缩机(1)中压缩,其送入熔炉(2)中来冶炼矿石,送入转炉(6)中来转换来自熔炉(2)的冰铜。空气分离装置(4)输出两股氧流(9,10)使空气富集氧。缓冲罐(7)用来将变流量的富集空气输送到转炉(6)中。其用于铜的生产。
文档编号C22B5/08GK1348015SQ0113305
公开日2002年5月8日 申请日期2001年9月17日 优先权日2000年9月18日
发明者D·玛格奈特, N·里斯 申请人:液体空气乔治洛德方法利用和研究有限公司
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