大冶澳斯麥特熔煉爐技術(shù)創(chuàng)新及效果評(píng)價(jià)

劉朝輝，呂重安

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司,湖北 黃石 435005)

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重金屬

大冶澳斯麥特熔煉爐技術(shù)創(chuàng)新及效果評(píng)價(jià)

劉朝輝，呂重安

(大冶有色金屬集團(tuán)控股有限公司,湖北 黃石 435005)

大冶公司于2010年實(shí)施了銅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的第二次升級(jí)改造，在消化國(guó)內(nèi)外澳斯麥特熔煉爐技術(shù)的基礎(chǔ)上，進(jìn)行了20多項(xiàng)工藝技術(shù)集成創(chuàng)新——澳斯麥特熔煉爐爐體由傳統(tǒng)爐體Φ4.4 m×11 m擴(kuò)大至Φ5 m×16.5 m，爐頂扁平化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化；冶煉高溫?zé)煔庥酂岣咝?、安全回收等。通過(guò)這些技術(shù)創(chuàng)新，澳斯麥特浸沒(méi)噴槍熔池熔煉技術(shù)上升到了一個(gè)新高度，大冶冶煉工藝也實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展。

澳斯麥特熔煉； 技術(shù)創(chuàng)新； 效果評(píng)價(jià)

大冶有色金屬公司是我國(guó)重要的銅工業(yè)基地，也是國(guó)家和湖北省重點(diǎn)支持發(fā)展的優(yōu)勢(shì)骨干企業(yè)之一。近年來(lái)，隨著銅冶煉節(jié)能減排的趨勢(shì)及公司做大做強(qiáng)的要求，原生產(chǎn)工藝已不能適應(yīng)公司發(fā)展規(guī)劃的需要，為此，公司于2010年實(shí)施了銅冶煉生產(chǎn)系統(tǒng)的第二次升級(jí)改造。本次改造，大冶公司及恩菲公司在消化國(guó)內(nèi)外澳斯麥特爐熔煉技術(shù)的基礎(chǔ)上，集成創(chuàng)新20多項(xiàng)技術(shù)，由此，大冶銅冶煉工藝實(shí)現(xiàn)了跨越式發(fā)展，銅精礦單爐處理能力為目前世界同類工藝最大，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)也躋身國(guó)內(nèi)外一流水平。

1 大冶澳斯麥特熔煉爐技術(shù)創(chuàng)新背景

1.1 澳斯麥特熔煉工藝簡(jiǎn)述

澳斯麥特富氧頂吹技術(shù)是由澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)工業(yè)研究組織(CSIRO)推出的一種先進(jìn)的熔池熔煉技術(shù)。澳斯麥特系統(tǒng)核心為澳斯麥特爐，其工藝流程如圖1。

該工藝的主要特點(diǎn)為：

(1)直立圓筒形的爐體，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占地?。?/p>

(2)對(duì)原料和燃料的適應(yīng)性強(qiáng)，備料相對(duì)簡(jiǎn)單；

(3)熔煉集中在劇烈攪動(dòng)的高溫熔池中進(jìn)行，過(guò)程的傳質(zhì)和傳熱條件好，熔煉強(qiáng)度大，生產(chǎn)效率高；

(4)采用富氧空氣熔煉，煙氣SO2濃度高，易于回收，環(huán)保狀況好；

(5)生產(chǎn)控制系統(tǒng)以PCS控制系統(tǒng)(過(guò)程控制系統(tǒng))為主，輔以CCS控制系統(tǒng)(客服控制系統(tǒng))，實(shí)現(xiàn)了整個(gè)熔煉過(guò)程集中控制，工業(yè)自動(dòng)化水平較高。

1.2 大冶澳斯麥特熔煉爐技術(shù)創(chuàng)新背景

圖1 大冶澳斯麥特熔煉爐工藝流程圖

國(guó)內(nèi)銅冶煉采用富氧頂吹熔池熔煉工藝的廠家有銅陵金昌冶煉廠、中條山侯馬冶煉廠、赤峰金劍公司，此外，還有采用與澳斯麥特熔煉工藝類似的艾薩熔煉工藝廠家云南銅業(yè)公司等。上述澳斯麥特熔煉爐內(nèi)徑只有4.4 m，爐膛高度為11 m左右，銅精礦的處理量50萬(wàn)t/a。近年來(lái)，盡管上述廠家不同程度地進(jìn)行了改進(jìn)完善，精礦處理能力有所加大，但仍然小于100萬(wàn)t/a，滿足不了大冶公司改造要求。為此，中國(guó)恩菲工程技術(shù)公司和大冶公司工程技術(shù)人員經(jīng)過(guò)反復(fù)研究論證，選擇了內(nèi)徑5.0 m、爐膛高度16.5 m的大型頂吹爐。該爐爐膛空間增大至上述澳斯麥特熔煉爐的2倍，爐型結(jié)構(gòu)進(jìn)行了優(yōu)化，并且在配套的沉降電爐、余熱鍋爐、制酸系統(tǒng)等諸多方面也進(jìn)行了一系列創(chuàng)新與改進(jìn)。大冶澳斯麥特爐設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 大冶澳斯麥特爐設(shè)計(jì)技術(shù)參數(shù)

2 大冶澳斯麥特熔煉爐技術(shù)創(chuàng)新

為適應(yīng)高強(qiáng)度熔煉工藝的需要，大冶澳斯麥特熔煉系統(tǒng)在爐料配制、澳斯麥特熔煉爐本體、沉降電爐、余熱鍋爐、煙氣制酸及工藝控制等方面進(jìn)行了一系列技術(shù)創(chuàng)新與改進(jìn)。

2.1 爐體大型化，爐頂扁平化，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單化

基于國(guó)內(nèi)澳斯麥特熔煉爐生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)及有關(guān)冶金計(jì)算結(jié)果，經(jīng)過(guò)反復(fù)研討，決定對(duì)大冶澳斯麥特熔煉爐規(guī)格及爐型結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)：一是爐體由傳統(tǒng)爐體Φ4.4 m×11 m擴(kuò)大至Φ5 m×16.5 m，確保爐料處理量提高至180 t/h以上；二是爐頂結(jié)構(gòu)施行扁平化處理，解決施工中的困難。

傳統(tǒng)澳斯麥特熔煉爐爐頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，如中條山侯馬冶煉廠、銅陵金昌冶煉廠等采用馬蹄型爐頂，這種爐頂結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加工制作困難，而且降低了爐膛有效空間，加料孔粘接頻繁，清理維護(hù)量大。大冶澳斯麥特熔煉爐爐頂設(shè)計(jì)為平頂結(jié)構(gòu)，并采取用一系列密封、安全措施，減少了爐頂?shù)穆╋L(fēng)，并可避免水套露水導(dǎo)致的安全事故。

2.2 凸現(xiàn)節(jié)能理念，創(chuàng)新鍋爐設(shè)計(jì)

余熱鍋爐是回收冶煉過(guò)程高溫?zé)煔庥酂岬年P(guān)鍵設(shè)備，大冶澳斯麥特熔煉爐余熱鍋爐的設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了高效、節(jié)能、安全、環(huán)保理念，并創(chuàng)造出多項(xiàng)國(guó)內(nèi)同行業(yè)鍋爐第一：鍋爐容量最大，蒸發(fā)量110 t/h，是目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)最大的余熱鍋爐之一；上升煙道通道面積為15.3 m2(國(guó)內(nèi)最大為10.1 m2)，下降煙道通道面積為20.7 m2(國(guó)內(nèi)最大為11.6 m2)，水平煙道通道面積為28.0 m2(國(guó)內(nèi)最大為13.6 m2)。并且，應(yīng)用新的焊接方式和結(jié)構(gòu)形式，很好地解決了由于較大的通道面積帶來(lái)的鍋爐結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和受熱面剛性問(wèn)題。

澳斯麥特爐爐蓋采用鍋爐受熱面制成，是余熱鍋爐的一部分，正常運(yùn)行時(shí)用鍋爐循環(huán)水冷卻，余熱鍋爐檢修時(shí)切換到備用的冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。爐蓋是余熱鍋爐中最重要的部件，一旦爐蓋發(fā)生泄漏，澳斯麥特爐有發(fā)生爆炸的危險(xiǎn)。大冶澳斯麥特爐爐蓋采用全新的膜式壁結(jié)構(gòu)，向火側(cè)(內(nèi)側(cè))焊接了密集的銷釘以固定澆注料，解決澆筑料易脫落問(wèn)題，保護(hù)爐蓋管子不被磨損和侵蝕，從而大大提高了爐蓋的可靠性和使用壽命。

2.3 三級(jí)配料，穩(wěn)定生產(chǎn)工藝

大冶公司自有礦比例較小，外部礦來(lái)源又較雜，成分變化大，這對(duì)于熔煉工藝控制十分不利。為此，大冶澳斯麥特爐創(chuàng)新配料方式，采用精礦倉(cāng)、配料廠房、制粒廠房三級(jí)配料方式：首先將進(jìn)廠礦源按成分性質(zhì)分堆堆放；然后在精礦倉(cāng)配料廠房進(jìn)行二次配料，將銅精礦分成高硫礦、低硫礦；最后在制粒廠房按熔煉爐狀況進(jìn)行精確配料，如配入熔劑、還原煤、燃料煤等。這種配料方式，穩(wěn)定了熔煉爐狀況，極大地提高了原料適應(yīng)性。

2.4 改進(jìn)配氧方式，穩(wěn)定殘氧濃度

澳斯麥特爐噴槍由四層構(gòu)成，從內(nèi)到外的流體分別是粉煤、氧氣、噴槍風(fēng)、套通風(fēng)。噴槍套筒風(fēng)(壓縮空氣)的作用主要有兩方面：一是冷卻噴槍壁，保護(hù)噴槍；二是提供爐膛中二次燃燒反應(yīng)所需氧氣，控制尾氣中單質(zhì)硫的含量。但是套筒風(fēng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致煙氣總量增大，并加劇耐火材料沖刷。大冶澳斯麥特爐初步設(shè)計(jì)時(shí)套筒風(fēng)供風(fēng)量為9 000 m3/h，實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，銅精礦處理量是動(dòng)態(tài)變化的，從而導(dǎo)致需氧量經(jīng)常變化，而套筒風(fēng)量很難適時(shí)調(diào)整，由此造成爐膛中上部氧化氣氛不足，二次燃燒反應(yīng)不充分，尾氣單質(zhì)S含量超標(biāo)，導(dǎo)致制酸生產(chǎn)不能順利進(jìn)行。為解決上述問(wèn)題，在噴槍供氧管道與套筒風(fēng)管道之間加裝支管，將前者氧氣引入套筒風(fēng)管道，并由澳斯麥特爐PCS控制系統(tǒng)自動(dòng)控制氧量，以提高爐內(nèi)上部氧化性氣氛，確保二次燃燒反應(yīng)完全進(jìn)行。套筒風(fēng)配氧改造見(jiàn)圖2。

1-澳斯麥特爐；2-噴槍；3-噴煤管；4-噴氧氣管；5-噴槍風(fēng)管；6-噴套筒風(fēng)管；7-供煤粉管；8-供氧管道；9-供噴槍風(fēng)管道；10-供套筒風(fēng)管道；11-支管；12-自動(dòng)閥門(mén)；13-流量計(jì)；14-澳斯麥特爐PCS控制系統(tǒng)圖2 套筒風(fēng)配氧改造

2.5 “三步”掛渣保護(hù)，延長(zhǎng)槍頭壽命

澳斯麥特爐噴槍使用時(shí)需要浸沒(méi)在高溫熔體之中，尤其是噴槍頭部位，極易燒損，長(zhǎng)期使用后槍體還會(huì)發(fā)生變形、燒損。噴槍使用壽命短，影響開(kāi)風(fēng)時(shí)率，降低處理量。大冶公司在多年熔池熔煉經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，充分利用Fe3O4高熔點(diǎn)的特性，在噴槍壁上掛渣保護(hù)(大冶采用“三步”掛渣工藝)，將噴槍壁與高溫熔體隔開(kāi)，保護(hù)噴槍不受高溫熔體沖刷，從而延長(zhǎng)了噴槍使用壽命。

2.6 雙管齊下，減緩煙道結(jié)焦

高溫?zé)焿m在煙道結(jié)焦，是火法冶煉過(guò)程的普遍現(xiàn)象，其危害不言而喻。大冶澳斯麥特爐由于銅精礦處理量大、強(qiáng)度高，因而煙道結(jié)焦情況更加突出，特別是上升煙道部位大塊結(jié)焦垮落對(duì)熔煉爐危害更大。

大冶公司采取兩方面措施解決煙道結(jié)焦：一是在源頭加強(qiáng)制?？刂?，提高成球率，降低煙塵率，減緩煙道結(jié)焦；另一方面，在高溫?zé)煔庵屑尤牖瘜W(xué)藥劑結(jié)焦抑制劑，抑制焦塊長(zhǎng)大，控制大塊焦塊對(duì)熔煉爐沖擊。加入的結(jié)焦抑制劑均勻、充分地與結(jié)焦物和結(jié)焦依附體(煙道壁)接觸，提高結(jié)焦物的熔點(diǎn)，弱化結(jié)焦物與金屬表面之間的連接，從而降低煙氣的傳導(dǎo)能力，使煙道暢通。

2.7 優(yōu)化工藝控制，實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗

從澳斯麥特爐熔池熔煉過(guò)程熱熱平衡表可知，熔煉過(guò)程中熱收入部分大于25%的熱量由塊煤、煤粉的燃燒熱補(bǔ)充；而熱支出除了爐料分解吸熱為不變因素和煙灰物理熱忽略外，其它熱量支出部分都是可控的，即控制澳斯麥特爐爐溫(銅锍、爐渣物理熱)、煙氣量及溫度(煙氣物理熱)、爐料水分(水蒸發(fā)熱)以及熱損失(冷卻水等)等指標(biāo)有利于減少熱支出，即降低煤耗。大冶主要從下述三方面優(yōu)化工藝控制：一、加強(qiáng)爐溫控制，穩(wěn)定低溫操作，將澳斯麥特爐爐溫控制并穩(wěn)定在1 180±10 ℃；二、提高氧濃，減少煙氣量，氧濃由初期的55%提高至60%左右；三、調(diào)整塊煤/煤粉比，降低原煤消耗，塊煤/煤粉比從生產(chǎn)初期的0.9左右逐步下降到0.6，煤?jiǎn)魏闹鸩浇档汀?/p>

2.8 其他方面技術(shù)創(chuàng)新

除了上述幾方面創(chuàng)新外，大冶還在沉降電爐、煙氣制酸、送配電設(shè)計(jì)、熔煉爐砌筑、噴槍修復(fù)等方面進(jìn)行了創(chuàng)新。

沉降電爐主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：改良沉降電爐小水套，突破作業(yè)率低的瓶頸；采用新型垂直溜槽，提高系統(tǒng)開(kāi)風(fēng)時(shí)率，降低生產(chǎn)成本；應(yīng)用新型保溫蓋板，解決溜槽煙氣外溢問(wèn)題；應(yīng)用新型放銅溜槽，實(shí)現(xiàn)沉降電爐連續(xù)放銅作業(yè)。

煙氣制酸方面的技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)有：采用組合過(guò)濾技術(shù)，回收稀硫酸中的有價(jià)金屬；采用二級(jí)高效洗滌器，提高凈化效率；采用硅酸鈉溶液除氟技術(shù)，提高除氟效率；采用低位高效配置，降低動(dòng)力消耗，節(jié)約能源；采用高效換熱流程，充分利用熱能，縮短升溫時(shí)間；采用熱管鍋爐，回收轉(zhuǎn)化中溫余熱；采用活性碳脫硫，將硫酸尾氣中的二氧化硫轉(zhuǎn)化成工業(yè)硫酸，提高了硫回收率；采用燃油開(kāi)工預(yù)熱系統(tǒng)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電爐升溫，降低了投資，減少了能耗。

送配電方面創(chuàng)新點(diǎn)有：高壓電深入廠區(qū)負(fù)荷中心，提高廠區(qū)配電電壓，減少線損，選用節(jié)能型電機(jī)及用電設(shè)備等。

熔煉爐砌筑方面創(chuàng)新點(diǎn)有：運(yùn)用鋁鉻尖晶石耐火材料，并對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了耐火材料的國(guó)產(chǎn)化；改進(jìn)爐體結(jié)構(gòu)、爐子砌筑技術(shù)，延長(zhǎng)了爐壽命，降低了耐火材料消耗，形成了獨(dú)具特色的、適應(yīng)該工藝要求的耐火材料應(yīng)用技術(shù)

3 效果評(píng)價(jià)

大冶和恩菲兩家公司利用各自的優(yōu)勢(shì)，共同完成了大冶澳斯麥特熔池熔煉技術(shù)改造項(xiàng)目，成功將澳斯麥特浸沒(méi)噴槍熔池熔煉技術(shù)提升到新高度，大冶澳斯麥特熔煉系統(tǒng)是目前世界上最大的澳斯麥特浸沒(méi)噴槍熔池熔煉系統(tǒng)。在工程設(shè)計(jì)及熔煉爐生產(chǎn)實(shí)踐過(guò)程中，大冶公司和恩菲公司工程技術(shù)人員打破傳統(tǒng)慣例，進(jìn)行了多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新，如爐體大型化、直立焊接外水冷套結(jié)構(gòu)、世界最大的創(chuàng)新余熱鍋爐等?？傮w來(lái)看，大冶澳斯麥特熔煉系統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新屬于重大技術(shù)創(chuàng)新，具有較大的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值，為銅熔煉系統(tǒng)改造提供了有益借鑒。

從實(shí)際運(yùn)營(yíng)情況看，兩年多的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，這些技術(shù)創(chuàng)新成效顯著，原煤消耗由80 kg/t·礦下降為50 kg/t·礦，澳斯麥特爐噴槍使用壽命從平均38.4 h延長(zhǎng)到52 h，澳斯麥特熔煉爐使用壽命達(dá)到一年以上，粗銅單位產(chǎn)品綜合能耗指標(biāo)優(yōu)于銅冶煉企業(yè)單位產(chǎn)品能耗限額先進(jìn)值340 kgce/t。

總之，大冶澳斯麥特熔煉工藝技術(shù)創(chuàng)新，較好地提升了大冶銅冶煉工藝技術(shù)水平，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，較好的工業(yè)應(yīng)用價(jià)值。大冶澳斯麥特熔煉工藝技術(shù)創(chuàng)新是澳斯麥特熔煉技術(shù)上的一個(gè)新突破，它將澳斯麥特熔煉技術(shù)提升到了一個(gè)新的高度。

4 存在問(wèn)題及建議

幾年來(lái)的生產(chǎn)實(shí)踐表明，大冶澳斯麥特浸沒(méi)噴槍熔池熔煉技術(shù)改造是成功的。同時(shí)，生產(chǎn)中也暴露出一些問(wèn)題，需進(jìn)一步改進(jìn)、完善。

(1)噴槍壽命短。雖然經(jīng)過(guò)創(chuàng)新與攻關(guān)，大冶澳斯麥特爐熔煉噴槍壽命已延長(zhǎng)到3 d，但同艾薩熔煉工藝相比，噴槍壽命仍然較短，這是導(dǎo)致澳斯麥特爐熔煉作業(yè)率(目前93%)低的重要原因。下一步要加強(qiáng)同國(guó)內(nèi)科研機(jī)構(gòu)合作，力爭(zhēng)將噴槍壽命提高到7 d以上。

(2)渣含銅偏高。大冶沉降電爐渣含銅設(shè)計(jì)為0.76%，兩年來(lái)的生產(chǎn)中，渣含銅大多在0.85%以上，這可能與沉降電爐負(fù)荷大有關(guān)。下一步應(yīng)組織人力、物力加強(qiáng)技術(shù)攻關(guān)，加強(qiáng)生產(chǎn)管控，力爭(zhēng)將渣含銅控制在0.8%以下。

5 結(jié)束語(yǔ)

大冶公司和恩菲公司通力合作，在消化國(guó)內(nèi)外澳斯麥特爐熔煉技術(shù)的基礎(chǔ)上，成功進(jìn)行了20多項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新。這些技術(shù)創(chuàng)新極大地提升了大冶銅冶煉技術(shù)水平，改善了技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，降低了能源消耗，改善了作業(yè)環(huán)境，提升了冶煉競(jìng)爭(zhēng)力。對(duì)于生產(chǎn)中暴露出的一些問(wèn)題，也需要進(jìn)一步改進(jìn)、完善。

Innovation and effects evaluation of Daye Ausmelt smelting technology

LIU Zhao-hui,Lü Zhong-an

The secondary upgrade of production system of copper smelting was implemented in Daye Company in 2010.On the basis of the retention of Ausmelt smelting technology both at home and abroad,the integrated innovation of more than 20 process was performed,such as the furnace body of Ausmelt smelting furnace was extended fromΦ4.4 m×11 m toΦ5 m×16.5 m,the furnace top was designed to be flatten,the structure was simplified,and the waste heat of high-temperature smelting gas was safely recovered with high efficiency.Through the above technological innovations,the Ausmelt submerged lancing bath smelting technology was upgraded to a new level,and the Daye smelting process achieved leapfrog development.

Ausmelt smelting; technological innovation; effects evaluation

劉朝輝(1966—)，男，湖北麻城人，研究生學(xué)歷，冶煉高級(jí)工程師，從事重有色冶金及稀貴金屬技術(shù)管理工作。

2014-08-27

TF811； TF803.11

B

1672-6103(2015)01-0005-04