淺談結(jié)焦抑制劑在奧爐的工業(yè)應(yīng)用

代 杰， 金澤志， 盛柏青

(銅陵有色集團(tuán)金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

淺談結(jié)焦抑制劑在奧爐的工業(yè)應(yīng)用

代 杰， 金澤志， 盛柏青

(銅陵有色集團(tuán)金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

本文簡(jiǎn)述了結(jié)焦抑制劑在奧爐的工業(yè)應(yīng)用及效果，使用化學(xué)藥劑處理奧爐煙道及余熱鍋爐結(jié)焦，為解決煙道及鍋爐結(jié)焦提供了新思路。

結(jié)焦抑制劑；奧爐；煙道；余熱鍋爐；原料成分

0 概述

近幾十年來，世界銅冶煉技術(shù)有了很大的發(fā)展。但隨著環(huán)境保護(hù)的日益嚴(yán)格，銅冶金工業(yè)面臨著嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。銅冶煉方法較多，概括起來有火法和濕法兩大類[1]。

火法煉銅是當(dāng)今世界生產(chǎn)銅的主要方法，世界上80%的銅是用火法從硫化銅精礦中提取的[2]?；鸱ㄒ苯鸱N類較多，目前國際上存在的主要火法煉銅工藝有閃速爐、反射爐、鼓風(fēng)爐、諾蘭達(dá)爐、奧斯麥特爐(艾薩爐)、三菱爐、特尼恩特爐、電爐等十幾種冶煉工藝[3]。

奧斯麥特工藝自問世以來，由于其工藝的適應(yīng)性和靈活性，加上經(jīng)過不斷改進(jìn)、完善和發(fā)展，已經(jīng)成為一套相當(dāng)成熟的工藝，并廣泛應(yīng)用于各國的銅冶金領(lǐng)域[4]。

奧斯麥特技術(shù)是在20世紀(jì)70年代由約翰·弗洛伊德博士及其團(tuán)隊(duì)發(fā)明和開發(fā)的，是由最初的頂吹浸沒噴槍(TSL)技術(shù)演變而來。該技術(shù)首先用于錫渣還原，弗洛伊德博士在1981年組建奧斯麥特公司后，推進(jìn)該技術(shù)的商業(yè)化并將其應(yīng)用范圍擴(kuò)展到了其它工藝，主要是有色金屬領(lǐng)域。近年來，該技術(shù)也用于廢料處理和煉鐵。1984年，奧斯麥特公司開始涉足銅的生產(chǎn)。從此開始了TSL和奧斯麥特技術(shù)在銅冶金領(lǐng)域的應(yīng)用[5]。

用于銅生產(chǎn)的奧斯麥特頂吹浸沒噴槍(TSL)技術(shù)已被證明是一種低成本的技術(shù)，目前主要應(yīng)用于熔煉過程。頂吹浸沒熔煉屬于熔池熔煉范疇，近年來發(fā)展較快[6]。該技術(shù)在精礦熔煉的應(yīng)用中得到了普遍的認(rèn)可，成為一種成熟及優(yōu)選的熔煉方法。這一技術(shù)在吹煉中的應(yīng)用也具有同樣的優(yōu)點(diǎn)，并且TSL吹煉現(xiàn)已成為了在銅冶金領(lǐng)域引人注目的新技術(shù)[7]。

奧斯麥特銅冶煉是以奧斯麥特爐為核心的火法煉銅工藝，可分為熔煉爐和吹煉爐。奧斯麥特爐是氧氣頂吹浸沒式熔池熔煉的代表爐型之一(另一種是艾薩爐)[8]。其示意圖如圖1所示。

圖1 奧斯麥特爐示意圖

奧斯麥特爐為圓柱型爐體結(jié)構(gòu)，內(nèi)襯銅水套和耐火材料[9]。噴槍直接插入到爐渣中200～300 mm(初期渣層厚度為500 mm)，把燃料和壓縮空氣自接送入熔體形成激烈的攪拌，在約1300 ℃高溫下發(fā)生高強(qiáng)度的熔煉反應(yīng)。通過爐渣傳遞氧勢(shì)，這是與其他熔池熔煉不同之處。由于壓縮空氣與燃料在噴槍嘴處混介并燃燒，并以強(qiáng)大的壓力攪動(dòng)熔渣，加快了化學(xué)反應(yīng)速度，同時(shí)攪動(dòng)過程中產(chǎn)生噴濺，噴濺的爐渣掛在噴槍外，起到保護(hù)噴槍的作用[10]。

奧斯麥特爐主要設(shè)備包括加料設(shè)備、爐體、噴槍、除塵系統(tǒng)以及其他輔助設(shè)備，比如原料測(cè)定設(shè)備和運(yùn)輸系統(tǒng)，產(chǎn)品轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，空氣輸送系統(tǒng)，運(yùn)輸工具和測(cè)定系統(tǒng)，燃料傳送和測(cè)定系統(tǒng)，水冷系統(tǒng)，產(chǎn)品操作系統(tǒng)，包括余熱鍋爐的氣體回收系統(tǒng)以及煙塵回收系統(tǒng)等[11-12]。

1 結(jié)焦抑制劑的工業(yè)應(yīng)用背景

金昌冶煉廠熔煉主工藝采用頂吹浸沒式噴槍熔煉(AUSMELT熔池熔煉)工藝，配套貧化電爐，項(xiàng)目于2003年建成投產(chǎn)。設(shè)計(jì)能力為年處理銅精礦量33萬t，經(jīng)過技術(shù)升級(jí)和工藝改造，目前年處理銅精礦量達(dá)到70萬t以上。

奧爐運(yùn)行多年來，煙道以及余熱鍋爐對(duì)流區(qū)的結(jié)焦問題一直是困擾金昌冶煉廠生產(chǎn)的難題，主要影響如下：

(1)危害生產(chǎn)運(yùn)行：結(jié)焦沉積縮小煙道通、對(duì)流區(qū)堵塞，導(dǎo)致爐壓升高，SO2煙氣外溢。

(2)限制產(chǎn)能提升：嚴(yán)重時(shí)需要停爐清理煙道及對(duì)流區(qū)結(jié)焦，增加非作業(yè)時(shí)間。

(3)危害員工安全：自2003年開爐以來一直采用人工清理辦法(含爆破方法)來解決，但現(xiàn)場(chǎng)操作環(huán)境狹小，清理工作異常艱巨。

結(jié)焦是個(gè)很復(fù)雜的物理化學(xué)過程，它涉及燃燒、傳熱傳質(zhì)、灰分的潛在結(jié)焦傾向、灰粒子在在爐內(nèi)運(yùn)動(dòng)以及灰粒與管壁間的粘附等復(fù)雜過程灰與受熱面的粘附等復(fù)雜過程，至今還沒有能定量描述結(jié)渣過程的數(shù)學(xué)模型。為有效減輕奧爐煙道和余熱鍋爐的結(jié)焦粘結(jié)問題，提高鍋爐運(yùn)行效率，嘗試采用化學(xué)輔助手段，使用結(jié)焦抑制劑。

2 結(jié)焦抑制劑的作用原理

2.1 主要組成元素

結(jié)焦抑制劑是一種高熔點(diǎn)的、含有助燃劑的燃料添加劑，有效成分見表1。

表1 結(jié)焦抑制劑有效成分表

2.2 作用原理

通過提高結(jié)渣物的熔點(diǎn)，可以得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔點(diǎn)的化合物?；以梢酝ㄟ^自身重力、振打或吹灰器輕易被去除掉。

通過與硫化物和其它灰渣成分反應(yīng)，導(dǎo)致灰渣碎裂，或者從堅(jiān)硬、致密、不滲水的形式變?yōu)槿彳?、膨脹、多孔滲透性好的粉末，這種粉末可能通過煙氣或吹灰器吹灰過程得以去除。

3 工業(yè)應(yīng)用過程

通過論證，選擇在奧爐上升煙道(7樓)北側(cè)工作門和上升煙道(10樓)東側(cè)測(cè)溫孔作為結(jié)焦抑制劑的噴吹點(diǎn)。結(jié)焦抑制劑的工業(yè)應(yīng)用分為：結(jié)焦抑制劑的噴吹、對(duì)給料機(jī)的試劑供給、空壓機(jī)及管道監(jiān)測(cè)。噴吹時(shí)間每次20 min，頻率為每天12次，每天藥劑總量為80～100 kg。規(guī)定每天對(duì)壓縮空氣除水器排水一次，每班操作人員定時(shí)對(duì)藥劑噴入點(diǎn)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)管路堵塞及時(shí)清理，保證藥劑定時(shí)定量噴吹。2012年10月10日上午開始進(jìn)行結(jié)焦抑制劑試驗(yàn)，調(diào)量階段，鍋爐結(jié)焦嚴(yán)重，每天為120 kg。試驗(yàn)的第二天，清理下降煙道灰斗時(shí)，焦體量明顯比前天(未加藥)大約多5～6倍，焦體比較變松散、易碎，表面成蜂窩狀，焦體顏色有變化(以前為黑色發(fā)亮，加藥后邊灰褐色)。13日換槍時(shí)，打開10樓工作門里面的觀察，上升煙道，煙道頂部，下降煙道，水冷壁部分排管外露，對(duì)流區(qū)前三組對(duì)流管束基本干凈，無掛焦現(xiàn)象。余熱鍋爐第四組對(duì)流區(qū)有少量松散掛焦，但易被清理。10月13～18日號(hào)正常試驗(yàn)階段，18號(hào)鍋爐爆管，停爐檢修，觀察上升煙道、下升煙道、煙道頂部、斜坡等，表面基本干凈，局部區(qū)域有薄薄的結(jié)焦，但受冷極易脫落。

4 工業(yè)應(yīng)用前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及分析

4.1 工業(yè)數(shù)據(jù)采集

采集了結(jié)焦抑制劑應(yīng)用前后奧爐處理量、余熱鍋爐給水量等相關(guān)技術(shù)參數(shù)，并對(duì)結(jié)焦抑制劑應(yīng)用前后的數(shù)據(jù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，具體見表2。

表2 結(jié)焦抑制劑應(yīng)用前后數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表

4.2 工業(yè)應(yīng)用相關(guān)分析

結(jié)焦抑制劑10月10日開始試用，根據(jù)奧爐當(dāng)班工長(zhǎng)反映，11日早班巡檢發(fā)現(xiàn)下降煙道有大量焦塊下落。觀測(cè)下降煙道灰斗現(xiàn)場(chǎng)，下落的并不是熔融物，而是表面受熱的固體小顆粒(在管道上吸附的可能大大降低)，落到灰斗底部迅速冷卻。中班清理下降煙道灰斗時(shí)，從煙道清理出大量焦塊，具體見圖2。

圖2 煙道焦塊圖

結(jié)焦抑制劑工業(yè)應(yīng)用后，余熱鍋爐蒸發(fā)量明顯上升并趨于穩(wěn)定，換熱效果比較良好，分析有以下三個(gè)因素：

(1)結(jié)焦抑制劑與煙灰中的低熔點(diǎn)物質(zhì)反應(yīng)，得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔點(diǎn)的化合物，有效降低了奧爐煙道內(nèi)壁及余熱鍋爐管道的粘附物。

(2)奧爐自9月以來采用低風(fēng)量操作，減輕了奧爐熔體噴濺，降低了奧爐煙氣量(根據(jù)氮?dú)鈸Q算，奧爐系統(tǒng)煙氣量減少12000 m3)。

(3)奧爐入爐原料以進(jìn)口礦為主(Pb、Zn含量比較低)，原料成分波動(dòng)相對(duì)較小，煙灰成分相對(duì)穩(wěn)定。

5 工業(yè)應(yīng)用效果

5.1 奧爐焦塊致密度情況

通過結(jié)焦抑制劑的工業(yè)試用，灰渣變得酥松易脆，沒有形成結(jié)構(gòu)緊密的焦塊的渣塊，具體見圖3、圖4。

圖3 結(jié)焦抑制劑使用前的焦塊

圖4 結(jié)焦抑制劑使用后的焦塊

5.2 奧爐煙道情況

使用結(jié)焦抑制劑以后，焦塊一般會(huì)在正常生產(chǎn)期間由于自身重力自然落或被振打擊落下來，奧爐煙道結(jié)焦?fàn)顩r得到了一定遏制，具體見圖5、圖6。

圖5 上升煙道內(nèi)壁

圖6 上升煙道頂部

5.3 余熱鍋爐對(duì)流區(qū)管道情況

觀察余熱鍋爐對(duì)流曲管束，對(duì)流區(qū)第1、2組仍有一定的粘結(jié)，但粘結(jié)煙灰的致密程度有一定改善——比較松散，容易清理，后3組基本干凈，具體見圖8。

圖7 對(duì)流區(qū)前兩組

圖8 對(duì)流區(qū)后3組管道

6 結(jié)論

通過結(jié)焦抑制劑在奧爐的工業(yè)應(yīng)用，上升、下降煙道焦塊變得干燥、酥松，余熱鍋爐對(duì)流區(qū)管道粘附較試用前有明顯改善，“結(jié)焦抑制劑”對(duì)緩解奧爐結(jié)焦問題起到了一定作用。但“結(jié)焦抑制劑”處理奧爐結(jié)焦問題只是一種手段，問題解決的根源主要依靠奧爐原料控制，生產(chǎn)工藝技術(shù)指標(biāo)控制，銅酸系統(tǒng)平衡生產(chǎn)等等。下一步的主要研究是建立與奧爐料量、原料成分(主要Pb、Zn含量)緊密相連的噴吹方式：原料正常、爐體噴濺輕時(shí)，減少噴入量或者停止噴吹；原料成分復(fù)雜、爐體噴濺嚴(yán)重時(shí)，噴吹量適當(dāng)提高。

[1] 陳國發(fā).重金屬冶金學(xué)[M].北京：冶金工業(yè)出版社，2010：9-10.

[2] 李明照，許并杜.銅冶煉工藝(第二版)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2012：7-8.

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IntroductionofCokingInhibitorAppliedinAusmeltFurnace

DAI Jie， JIN Ze-zhi， SHENG Bai-qing
(Jinchang Smelting Factory, Tongling Nonferrous Metals Group, TongLing 244000, China)

This paper describes industrial application and effect of coking inhibitors in Ausmelt furnace, uses chemical agent to dispose baking coal in Ausmelt furnace and waste heat boiler flue, and puts forward a new idea of disposing baking coal in flue and waste heat boiler.

coking inhibitor； ausmelt furnace； flue； waste heat boiler； raw material ingredient

2014-09-26

代 杰(1982-)，男，安徽銅陵人，冶煉工程師，大學(xué)本科，主要從事銅火法冶煉和銅電解精煉工作，現(xiàn)任金昌冶煉廠電解車間副主任。

金澤志(1973-)，男，安徽桐城人，冶煉高級(jí)技師，大學(xué)專科，主要從事銅火法冶煉工作，現(xiàn)任金昌冶煉廠熔煉車間轉(zhuǎn)爐值班長(zhǎng)。

TF804

B

1003-8884(2014)06-0029-04

盛柏青(1963-)男，安徽桐城人，冶煉高級(jí)技師，大學(xué)?？?，主要從事銅火法冶煉工作，現(xiàn)任金昌冶煉廠生產(chǎn)技術(shù)部部長(zhǎng)。