富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煉銅的生產(chǎn)實踐

孫林權(quán)，王舉良

（煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司，山東 煙臺 264002）

0 前言

煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司原煉銅工藝為富氧密閉鼓風(fēng)爐熔煉－連續(xù)吹煉爐吹煉，冶煉煙氣送入硫酸系統(tǒng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸。2007年煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司與中國恩菲工程技術(shù)有限公司合作研發(fā)了富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝。該工藝是一種高效、節(jié)能、環(huán)保的煉銅新工藝，熔煉爐、沉降電爐、連續(xù)吹煉爐從高到低布置，爐子之間通過流槽輸送熔體，克服了熔體由橋式起重機和銅锍包倒運的弊端。經(jīng)過論證、設(shè)計、制造、安裝、試車等環(huán)節(jié)，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐于2008年2月投產(chǎn)。

1 工藝概況及主要設(shè)備

1.1 工藝原理

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐是富氧熔池熔煉爐型之一，集物料的干燥、焙燒和熔煉于一爐。富氧空氣從爐子兩側(cè)浸沒入熔體的風(fēng)眼鼓入熔池內(nèi)，精礦、熔劑、返渣、煤等按一定的比例混合均勻，經(jīng)過定量帶式輸送機，由帶式加料機從爐頂?shù)募恿峡诩尤霠t中，鼓入爐內(nèi)的富氧空氣使爐料和熔體劇烈攪動，在爐中形成氣-液-固三相間的傳熱和傳質(zhì)，加快入爐物料的干燥、分解、熔化速度，完成造渣、造锍反應(yīng)，產(chǎn)出的銅熔體經(jīng)虹吸口和流槽進入沉降電爐，完成澄清分離，得到冰銅和熔煉爐渣；產(chǎn)生的煙氣經(jīng)余熱鍋爐降溫、電收塵器收塵后送到硫酸系統(tǒng)。

1.2 系統(tǒng)主要配置及主要設(shè)備

富氧側(cè)吹熔池熔煉系統(tǒng)主要配置有：34.14 m2富氧側(cè)吹熔池熔煉爐1臺；3 000 kVA沉降電爐1臺；15.5 m2連續(xù)吹煉爐2臺；QFC25/1200-15-4.2余熱鍋爐1臺；年產(chǎn)15萬t硫酸系統(tǒng)1套；20 t/h脫鹽水處理站1座；3 700 m3/h深冷式制氧站1座；24 000 m3/h、D400-32離心鼓風(fēng)機2臺。

1.2.1 富氧側(cè)吹熔池熔煉爐

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐是一座有耐火材料襯里，關(guān)鍵部位嵌有銅水套的固定式長方形爐子（見圖1），主體結(jié)構(gòu)由基礎(chǔ)、爐底、爐墻、爐頂、虹吸池及外圍鋼結(jié)構(gòu)等部分組成。爐體長13.76 m，寬4.48 m，渣線以下容積31 m3。爐頂采用鎂鋁磚呈弦拱形砌筑，垂直煙道為特制銅水套結(jié)構(gòu)，爐頂設(shè)置有2組加料口，配備有氣封密封。爐頭設(shè)有銅熔體的虹吸外放口，通過溜槽與沉降電爐連接。

1.2.2 電熱沉降貧化爐

電熱沉降貧化爐(簡稱沉降電爐)是1座橢圓形鋼板做外殼、耐火材料襯里、關(guān)鍵部位嵌有銅水套的橢圓形爐子，內(nèi)襯搗打料鋼制拱形爐頂，1組3 000 kVA的石墨電極成品字形布置，爐底采用階梯形，使銅锍池與熔煉爐渣池有一個高差，銅锍池兩側(cè)的虹吸式銅口通過冰銅溜槽與連續(xù)吹煉爐相連。

圖1 富氧側(cè)吹熔池熔煉爐結(jié)構(gòu)示意圖

1.2.3 連續(xù)吹煉爐

連續(xù)吹煉爐采用的是側(cè)吹固定式爐體，由爐底、爐墻、爐頂、煙道組成。爐內(nèi)分吹煉區(qū)和澄清區(qū)兩部分。爐身外側(cè)為帶風(fēng)眼的水冷銅水套，內(nèi)側(cè)為鎂鉻材質(zhì)的襯磚。爐頂為內(nèi)襯鎂質(zhì)搗打料的水冷鋼水套，并設(shè)有石英砂加料口。

1.3 工藝參數(shù)的檢測及控制

富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝中定量工藝參數(shù)的檢測及控制見表1。

表1 定量工藝參數(shù)的檢測及控制

另外，富氧側(cè)吹熔池熔煉爐熔體的流動速度和熔體表面反應(yīng)條件通過觀察孔對爐內(nèi)進行可視性觀察，連續(xù)吹煉爐渣的流動速度和渣表面條件通過渣口進行可視性觀察。

2 生產(chǎn)實踐

2.1 生產(chǎn)操作

2.1.1 技術(shù)性能參數(shù)

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐技術(shù)性能參數(shù)及操作控制參數(shù)見表2。

表2 富氧側(cè)吹熔池熔煉爐技術(shù)性能參數(shù)及操作控制參數(shù)

2.1.2 參數(shù)控制

由于爐料只有在適宜的溫度下才能快速熔化和反應(yīng)，因此工藝控制中的冰銅品位、渣型、爐溫三大重要指標應(yīng)按爐溫、渣型、冰銅品位順序控制，優(yōu)先控制爐溫。

渣型合適，渣的性質(zhì)好時控制方式如下：

（1）冰銅品位低、爐溫低。首先控制氧氣流量、富氧濃度為范圍內(nèi)的最大值。如果氧氣流量、富氧濃度均為最大值，則說明此時的加料量可能過大，因此減料是最好的措施。

（2）冰銅品位低、爐溫高。此種情況一般是高硫礦比例過大所致，故增大低硫礦比例，降低高硫礦比例；同時在冰銅品位低時，減少一定的加料量。

（3）冰銅品位高、爐溫低。此種情況的調(diào)整原則為“先提溫，再降冰銅品位”。因為降低冰銅品位的辦法是增大加料量，而在低溫的條件下增大加料量反而會使爐溫降至更低，由此將導(dǎo)致爐內(nèi)出現(xiàn)未熔化的“浮料”。出現(xiàn)這種情況，可采取以下措施中的任意一種進行調(diào)整：①全部采用高硫礦或增大高硫礦的比例，先提溫，待爐溫穩(wěn)定后，再增大加料量來降低冰銅品位；②配料比不變或稍增大高硫礦的比例，先減少一定的加料量，待爐溫提高后再增大加料量來降低冰銅品位，熔池冰銅品位降低后再提溫。

（4）冰銅品位高、爐溫高。此種情況是爐料加入量過少所致，采取的措施是增大加料量來調(diào)整冰銅品位和爐溫，至合適即可。

（5）渣型不好時及時調(diào)整熔劑配比，并密切關(guān)注虹吸口，防止虹吸口堵塞、爐況向惡性循環(huán)方向發(fā)展。

2.1.3 渣含銅控制

熔煉爐渣處理采用沉降電爐對渣锍分離，產(chǎn)生含銅約0.5%的棄渣。電爐使用交流電源，3根石墨電極供電，電流通過渣層產(chǎn)生熱量，這種供熱方式產(chǎn)生的紊流很弱，可以提高沉降速度。

吹煉爐渣由連續(xù)吹煉爐渣口流出，經(jīng)鑄渣機鑄塊冷卻后，高品位吹煉爐渣破碎后直接返回富氧側(cè)吹熔池熔煉爐，低品位吹煉爐渣破碎浮選成精礦再返回富氧側(cè)吹熔池熔煉爐。

2.2 存在的問題及解決措施

2.2.1 單體硫的產(chǎn)生

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐屬于高強度熔煉爐，脫硫率高，投產(chǎn)初期煙氣中單體硫含量高，嚴重影響了硫酸系統(tǒng)及富氧側(cè)吹熔池熔煉爐的正常運行。通過采取穩(wěn)定控制料量、控制煤的粒度及煤塊的加入方式、控制爐溫、補充二次風(fēng)、控制余熱鍋爐出口煙氣含O2為3%～5%等措施有效地解決了這一問題。

2.2.2 余熱鍋爐振動

試生產(chǎn)階段，余熱鍋爐本體及其操作臺振動幅度大，頻率快。由于余熱鍋爐與富氧側(cè)吹熔池熔煉爐、廠房有關(guān)聯(lián)性，其振動不僅影響余熱鍋爐的安全運行，也對富氧側(cè)吹熔池熔煉爐、廠房的穩(wěn)定性造成嚴重影響。這種狀況是余熱鍋爐管束內(nèi)水汽循環(huán)造成的。對余熱鍋爐骨架及操作臺進行了二次加固，并將富氧側(cè)吹熔池熔煉爐煙氣與連續(xù)吹煉爐煙氣分別通過兩側(cè)電收塵器，以減少負壓相互影響，穩(wěn)定余熱鍋爐負壓，余熱鍋爐本體及其操作臺振動問題得到解決，避免由此帶來的安全隱患。

2.2.3 爐墻腐蝕

在對富氧側(cè)吹熔池熔煉爐停爐檢修時發(fā)現(xiàn)，爐內(nèi)襯磚腐蝕嚴重。造成腐蝕的原因是：入爐物料均為粉粒狀，對爐內(nèi)襯磚造成沖刷腐蝕。二次風(fēng)的增加使沖刷腐蝕進一步加劇。入爐二次風(fēng)為冷風(fēng)，與爐氣的冷熱交替造成了二次風(fēng)口爐端墻磚體的剝落。

改進措施：對爐體增加部分水冷件，提高爐體襯磚壽命；將二次風(fēng)口裝置改為銅制水冷件，增加其抗腐蝕性。

2.2.4 出口垂直煙道結(jié)渣及余熱鍋爐煙塵燒結(jié)

出口垂直煙道結(jié)渣及余熱鍋爐煙塵燒結(jié)比較嚴重。其原因是：

（1）入爐物料屬于粉粒狀，易被煙氣帶到煙道及余熱鍋爐內(nèi)燒結(jié)產(chǎn)生結(jié)塊。

（2）爐頭鼓入的二次風(fēng)破壞了爐內(nèi)氣相平衡，增加了煙氣攜帶物料、煙塵的量。

（3）混礦雜質(zhì)含量高，特別是Zn、Pb等低熔點雜質(zhì)，極易在煙道、余熱鍋爐內(nèi)黏結(jié)成塊。

（4）粉煤質(zhì)量標準有待提高，目前使用的煤粉只是對灰分、熱量、粒度等制訂了簡單的標準，但對影響其熱分解、黏結(jié)性、結(jié)渣性等指標沒有限定。

改進措施：控制入爐物料雜質(zhì)含量；提高燃料質(zhì)量；盡可能降低爐頭鼓入的二次風(fēng)量；摸索抑制煙道粘結(jié)的新途徑。

2.2.5 風(fēng)眼磚腐蝕

試生產(chǎn)期間，風(fēng)眼磚的腐蝕是影響富氧側(cè)吹熔池熔煉爐壽命的主要因素。富氧空氣由風(fēng)眼鼓入爐內(nèi)熔體，受熔體阻力影響在熔體內(nèi)形成錐形氣流股，并卷入氣體產(chǎn)生氣泡。氣體與熔體在發(fā)生動量交換的同時，在氣流股四周造成壓力差，使風(fēng)口附近形成負壓，熔體向風(fēng)口附近流動，且與氣流股界面成垂直方向運行。當入爐風(fēng)壓低時，氣流股穿透力差，造成風(fēng)口處后墻受氣流股沖刷侵蝕，而氣泡在風(fēng)口處的連續(xù)產(chǎn)生，不僅使風(fēng)口遭受磨損，并且易造成風(fēng)口結(jié)塊阻塞，增加捅風(fēng)口的次數(shù)。

解決的措施：提高入爐富氧空氣的壓力；確保入爐氣體密度穩(wěn)定，避免產(chǎn)生脈沖氣泡；對風(fēng)口進行結(jié)瘤保護，使反應(yīng)區(qū)遠離風(fēng)口部位；對風(fēng)口結(jié)構(gòu)進行改進。

3 下一步工作方向

（1）改進風(fēng)口結(jié)構(gòu)，對風(fēng)口進行強制冷卻，實施風(fēng)、水或油冷，以提高風(fēng)口部位的壽命。

（2）強化熔煉需要提高爐氣的氧勢，但是在硅酸鹽體系中，氧勢的提高將導(dǎo)致渣含銅升高。解決這一矛盾的途徑是提高熔煉溫度或改變渣型，采用高鈣渣或無硅CaO-Fe2O3渣型。

（3）在提高熔煉強度實施高溫熔煉時，可考慮渣層噴吹，風(fēng)口位于渣層中下部位。

（4）提高儀控精確度，開發(fā)熔煉溫度連續(xù)測量及計算機遠程控制系統(tǒng)，降低過程偏差。

（5）將沉降電爐電極配置整體向沉降電爐中心移動，兩側(cè)銅口附近均有1根電極，以提高熔體溫度，降低銅口操作強度。

4 結(jié)語

富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝在煙臺鵬暉銅業(yè)有限公司的成功實施，充分說明了該工藝設(shè)計合理，在生產(chǎn)中可行：

（1）富氧側(cè)吹熔池熔煉爐對物料適應(yīng)性強，操作簡單，易于控制。煙氣中SO2濃度高且穩(wěn)定，利于制酸。

（2）富氧側(cè)吹熔池熔煉爐結(jié)構(gòu)簡單，配置緊湊，建設(shè)投資少。

（3）生產(chǎn)實踐證明，富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝主要技術(shù)經(jīng)濟指標達到了行業(yè)準入標準。

（4）富氧側(cè)吹熔池熔煉工藝體現(xiàn)了強化熔煉、適度貧化、余熱回收的技術(shù)原則，熔體連續(xù)流動，運行過程穩(wěn)定，具有推廣使用的良好基礎(chǔ)和前景。

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