富氧熔煉是利用工業氧氣部分或全部取代空氣以強化冶金過程的熔煉方法。20世紀50年代，由於高效價廉的制氧方法和設備的開發，工業氧氣煉鋼和高爐富氧煉鐵獲得廣泛套用。與此同時，在有色金屬熔煉中，也開始用提高鼓風中空氣含氧量的辦法，開發新的熔煉方法和改造落後的傳統工藝。
基本介紹
- 中文名：富氧熔煉
- 外文名：oxygen enriched air smelting
- 學科：冶金工程
- 特點：工業氧氣替代空氣熔煉
- 出現時間：1952年
- 優點：降低能耗
基本原理,方法套用,經濟評價,
基本原理
有色金屬冶煉過程主要發生硫化礦的氧化和氧化礦或氧化物料的還原兩種類型的反應。
硫化礦熔煉發生的主要反應是：
式中Me代表欲提取的金屬， FeS代表硫化物或金屬熔體，SO2代表氧化物爐渣溶體。爐渣中的氧化物MeO，實際上起著傳遞氣相中的氧的作用。可見，從硫化礦熔煉獲得金屬的過程自始至終是氧化過程。當熔煉鼓風中氧濃度愈大，爐內氧的分壓愈高，氧的擴散速度也愈快，硫化物的氧化速度也隨之增加。
氧化礦或氧化物料的還原熔煉(包括爐渣煙化)大多使用固體碳質燃料作發熱劑兼還原劑，燃料燃燒提供還原反應和爐料熔化所需的熱量和CO還原劑。其主要反應是：
採用富氧鼓風時，燃料燃燒的理論最高溫度隨鼓風中氧含量的增加而升高，燃燒速度加快，氣相中一氧化碳的分壓和爐內的溫度增加，從而加速了還原反應和爐料的熔化。
方法套用
1952年加拿大國際鎳公司(Inco)首先採用工業氧氣(含氧95%)閃速熔煉銅精礦，熔煉過程不需要任何燃料，煙氣中SO2濃度高達80%，這是富氧熔煉最早的一例。1971年，奧托昆普(Outokumpu)型閃速爐開始用預熱的富氧空氣代替原來的預熱空氣鼓風熔煉銅(鎳)精礦，使這種閃速爐的優點得到更好的發揮，硫的回收率可達95%。只要採用氧濃度較高的富氧鼓風，生產較高品位的銅鋶，也可以實現不用燃料的自熱熔煉。目前世界上30多台煉銅閃速爐，幾乎都採用富氧(或工業氧氣)熔煉。隨著富氧濃度的提高，閃速熔煉正向直接煉銅和閃速吹煉的方向發展，並被用於硫化鉛精礦直接熔煉生產粗鉛，前蘇聯的基夫賽特煉鉛法就是直接煉鉛的一例。
工業氧氣的套用也推動了熔池熔煉方法的開發和推廣。自20世紀70年代以來，先後出現的諾蘭達法、三菱法、白銀煉銅法、氧氣底吹煉鉛法等，也都離不開富氧(或工業氧氣)鼓風。
此外，工業氧氣也被用來強化和改造老廠的反射爐熔煉和鼓風爐熔煉。氧氣噴撒熔煉(OSS)法(見閃速熔煉)、氧焰反射爐熔煉法和白銀煉銅法都採用工業氧氣(或富氧)強化銅反射爐造鋶熔煉，使生產率提高一倍以上。
加拿大的特雷爾(Trail)鉛廠是最早(1954年)在煉鉛鼓風爐採用富氧熔煉的工廠。目前世界上有10多家煉鉛廠採用富氧鼓風爐熔煉，氧濃度為23%～27%，爐子熔煉量提高15%～25%。焦炭消耗下降5%～15%。此外，富氧鼓風用於爐渣煙化爐也取得了縮短吹煉時間、提高處理量和降低燃料消耗的顯著效果。
中國的煉銅工業已經開始採用富氧造鋶熔煉。1977年邵武銅廠密閉鼓風爐最早採用富氧熔煉，接著又被銅陵冶煉廠採用。1987年白銀煉銅法開始用含氧31.6%的富氧鼓風煉銅。1990年貴溪冶煉廠銅閃速爐開始用預熱富氧鼓風代替預熱空氣熔煉銅精礦。
經濟評價
利用工業氧氣代替部分或全部空氣，中的氮量所帶來的明顯好處是：(1)減少爐內須加熱的氮量，降低了能耗;(2)參加反應氣體的分壓相應增加，提高了反應速度，強化了熔煉過程;(3)硫化礦富氧熔煉(吹煉)煙氣中二氧化硫濃度升高，煙塵量減少，有利於煙氣的綜合利用，減少污染;(4)減少了通過爐子的氣體量以及鼓風、排煙的設備負荷。製取富氧熔煉所需的工業氧氣要耗用電能，一般電費占單位氧氣生產成本的60%～70%，建設制氧站的一次性投資也比較大。閃速熔煉生產實踐表明，只要(單位質量)油的價格/(單位質量)氧氣價格≥4時，用氧氣代替油在經濟上就是可行的，再加上富氧鼓風能提高爐子的熔煉強度以及提高硫和金屬的回收率等效果，其經濟效益更是可觀。
