干燥后的炉料和预热空气通过精矿喷嘴进 行混合并高速喷入反应塔内，在高温作用下，迅速进行氧化脱硫、熔化、造渣等反应，形 成的熔体进入沉淀池后进一步完成造渣过程，并分离成富集金属产品和炉渣。闪速炉内维 持反应所需的热量主要来自于精矿中硫的氧化反应，所以闪速熔炼是一种自热熔炼，但有 时为了补充热量的欠缺，在反应塔和沉淀池内可适当补充一些燃料。熔炼气体产物由上升 烟道排出，经过余热锅炉回收余热和收尘以后，送到制酸厂制取硫酸。

闪速炉在世界上已 广泛应用于铜镍硫化精矿的熔炼，对铅硫化精矿的处理也有工业规模的实践。我国已 拥有两座大型铜闪速炉和一座大型镍闪速炉。

闪速炉是芬兰奥托昆普公司发明的处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备，一般由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池、上升烟道等4个主要部分组成。闪速炉具有节能环保的优点，它利用铜精矿巨大表面面积的粉状物料，在炉内充分与氧接触，在高温下，以极高的速度完成硫化物的可控氧化反应。反应放出大量的热，供给熔炼过程，使用含硫高的物料，有可能实现自热熔炼。闪速炉具有生产率高、能耗低、烟气中二氧化硫浓度高的特点 。

闪速炉主要用于铜、镍等硫化物精矿熔炼。闪速熔炼是充分利用细磨物料的巨大活性表面，强化冶炼反应过程的熔炼方法。

这种方法主要用于铜、镍等硫化矿的造锍熔炼（铜、镍、钴火法冶金过程中的一个重要工序）。闪速熔炼脱硫率高，有利于二氧化硫的回收，并可通过控制入炉的氧量，在较大范围内控制熔炼过程的脱硫率。闪速熔炼的主要缺点是渣含主金属较多，须经贫化处理，加以回收。

闪速炉是芬兰奥托昆普公司发明的处理粉状硫化矿物的一种强化冶炼设备，一般由精 矿喷嘴、反应塔、沉淀池、上升烟道等4个主要部分组成。有的闪速炉与渣贫化电炉合成 一体，可以缩短流程，节约能量，简化操作，并且可以提高沉淀池熔化的温度，这样的闪速炉就增加了第5个组成部分——电热贫化区。

（1）反应塔顶

反应塔顶有拱顶和平吊挂顶两种结构，拱顶又有球拱顶（如汉堡冶炼厂、韦尔瓦冶炼厂等）和平斜结合顶（金隆公司、贵冶等）。拱顶密封性好，漏风小，但砖体维修困难，一般寿 命为3～5a；吊挂顶密封性较差，但可在炉子热态下更换部分砖 体。随着富氧浓度、干矿装入量和反应塔热负荷的提高，越来越多 的冶炼厂采用吊挂顶改造拱顶。

（2）反应塔壁

反应塔壁经受带尘高温烟气和高温熔体的冲刷，几乎没有任 何耐火材料能够承受反应塔内的苛刻条件。为提高炉寿命，各冶 炼厂不断地改进反应塔的结构，使用优质耐火材料，并采用水冷却 系统，冷却强度不断提高，形成各自不同的反应塔结构特征。

（3）沉淀池

铜锍和炉渣在沉淀池中储存并澄清分离；夹带烟尘的高温烟 气（达1420℃左右）经沉淀池进入上升烟道，因此沉淀池的结构必 须能够防止熔体渗漏，同时有利于保护炉衬。沉淀池顶一般为平吊挂顶或拱吊挂顶。沉淀池顶的冷却有H 梁冷却和垂直水套冷却。

（4）上升烟道

上升烟道是闪速炉夹带着渣粒、烟尘的高温烟气排出的通道。 因此，对上升烟道结构上的要求是：防止熔体粘附而堵塞烟气通 道；尽量减少沉淀池的辐射热损失。上升烟道有垂直圆形（如犹他闪速炉等）、椭圆形（如希达尔哥闪速炉）和断面为长方形的倾斜形。

闪速炉的安装要点如下：

（1）反应塔钢骨架及上升烟道钢骨架组装成门型架后，外形尺寸庞大，吊装困难，如与厂房钢结构同时吊装，可共用大型起重机械吊装就位。否则可利用厂房钢梁为支点，使用卷扬机、滑车组等起重工具进行吊装。其精度要求为：钢柱间距允许偏差为±6mm；顶面标高允许偏差为±5mm；对角线偏差为7mm；钢柱垂直度最大偏差为5mm。

（2）反应塔由上段、中部各段及下段组成，各段均为钢板制作的圆筒形外壳，每段一般分三片供货，需在反应塔安装位置上就地拼装、焊接和吊装。安装采用倒装法，先将上段拼装、焊接，并在钢骨架顶部悬挂滑车组，用卷扬机将其吊挂在钢骨架上。然后依次拼装、焊接、吊装中段及下段。由于反应塔重量大，吊装机具、索具多，高空作业时间长，起吊前要对各受力点、机具、索具仔细检查，吊装时要统一指挥，确保安全作业。反应塔每段焊接后，其直径允许偏差为±5mm，拼装焊缝间隙为2～3mm。

（3）反应塔为厚板焊接，各段拼装后应在圆筒内壁设调整、拉紧装置（如手动葫芦等），并在上、下法兰对接处进行临时加固。焊接前要对焊缝处进行预热，拼装焊缝应同时施焊，以减少变形。用碳弧气刨清渣，用染色探伤检查焊缝裂纹，不允许有3mm以上的裂纹，否则应用砂轮打磨后重焊。焊机应有负荷稳压装置，以保持焊接电流的稳定。

（4）冷却铜板水套及翅片铜管都埋设在耐火砖或不定形耐火材料内，绝对不能泄漏，安装前要对其进行编号，作外观检查，并逐一进行气密试验。气密试验压力为0.5MPa，稳压30min，涂肥皂水检查。安装后要作系统气密试验，检验合格后方可交付筑炉施工。

20世纪70年代以来，世界上新建大型炼铜厂大都采用闪速熔炼。世界上有30多台奥托昆普型炉在运转或在建设之中，其中5台用于炼镍，其余都用于炼铜；而国际镍公司型炉4台，都用于炼铜。这两种炉子的产铜量约占世界粗铜生产量的三分之一。中国贵溪冶炼厂奥托昆普型闪速炉是1986年投产的，金川镍冶炼厂的炼镍闪速炉也已在运转中。经过40多年的发展，闪速熔炼技术取得了很大的进步，在向直接炼粗铜或闪速吹炼得粗铜的方向发展。第一台直接炼铜闪速炉于1978年在波兰格沃古夫（Glogow）炼铜厂投入生产。美国肯尼柯特铜公司 （KennecottCopper Corp）和芬兰奥托昆普公司联合进行的固体铜锍闪速吹炼已经完成半工业试验。闪速熔炼-闪速吹炼新工艺将有利于包括熔炼、吹炼和制酸的整个生产过程实现连锁和最佳化。 2100433B

利用ANSYS 软件，分别进行静力分析、模态分析和谱分析，得到炉体框架的静力结果和地震力分析结果。

闪速炉钢结构炉体框架模型

本例分析的闪速炉反应塔规格为Ф7 m×7.9 m。闪速炉简化模型（不包括沉淀池）反应塔和上升烟道均吊挂于炉体框架之上，反应塔和上升烟道的重量通过吊挂梁作用于炉体框架上。

闪速炉钢结构炉体框架受力分析

1 结构简化

为了提高建模效率，针对板梁结构可以忽略一些筋板来建模；同时将反应塔与上升烟道等效为质量点，将力传递到框架上的作用点上，其中反应塔和上升烟道的吊挂点均为8 个。

本钢结构框架外形尺寸为：长28.9 m，宽15 m，高19.7 m，钢结构所用材质为Q345B。ANSYS 建模时选择国标单位制：m、s、kg，并定义钢材属性：密度为7 850 kg/m3、热膨胀系数为1.2e-005℃-1、弹性模量为2e11 Pa、泊松比为0.3。采用BEAM188 单元和MASS21 单元建模。

2 框架钢结构主要载荷

炉体框架主要受力包括自身重力、上升烟道和反应塔的载荷、上升烟道壁和反应塔壁挂渣的载荷、平台载荷和地震力载荷。框架自身重力载荷通过施加重力加速度实现，上升烟道壁和反应塔壁挂渣的载荷等效成反应塔与上升烟道的部分重量通过质量点施加（注意由于上升烟道和反应塔非均质结构，将其等效为质量点后，应设置重心位置），平台载荷则均匀分布到框架顶部各支梁上。

3 确定频谱分析参数

反应谱法是一种频域分析方法，基本思路是将频域离散化，针对每个小频段内的动力问题运用频域传递函数求解，然后迭加得到总体反应。在反应谱法中重要的一个参数就是频谱曲线，其计算参考国标GB 50011-2008。在本例中，该地域抗震烈度为7度，地震影响系数最大值αmax=0.5，阻尼比0.05，特征周期T=0.35，反应谱函数的周期折减系数为0.7 。

闪速炉钢结构大都采用梁柱结构，其载荷类型大致分为三种：静荷载、动荷载和地震荷载。对于闪速炉钢结构，其主要负载为反应塔和上升烟道，其结构形式分为吊挂式和支撑式。随着物料处理量和建设场地分布的不同，反应塔尺寸规格和钢结构载荷也随之改变，这就需要在进行合理的受力分析后，才能确定钢结构立柱和支撑梁的尺寸。以某冶炼厂闪速熔炼炉的炉体框架为例，利用ANSYS 分析软件对其进行受力分析，得到静力载荷分析结果及地震力分析结果，为炉体钢结构的优化提供指导 。

综上所述，可以得到以下结论：

1）由于干燥窑烟气温度较低，现阶段余热利用的性价比不高。矿热电炉的余热利用方式，需结合烟气特点、项目投资、运行成本综合考虑。

2）回转窑的中温烟气采用余热锅炉进行回收，产生的蒸汽用于发电，不但可以降低镍铁冶炼的生产成本，提高企业的经济效益，节约能源，也减少了环境污染，符合国家产业政策。因此中温余热发电技术具有广阔的推广应用前景 。2100433B