熱態(tài)精煉渣能量利用的生產(chǎn)實(shí)踐

譚芳香

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熱態(tài)精煉渣能量利用的生產(chǎn)實(shí)踐

譚芳香

針對熱態(tài)精煉渣能量利用問題，對原工藝進(jìn)行改進(jìn)，將廢雜銅冶煉過程中產(chǎn)生的精煉渣在熔融狀態(tài)下直接加入頂吹轉(zhuǎn)爐進(jìn)行處理，不僅節(jié)能降耗，而且縮短了作業(yè)周期，增加了產(chǎn)能，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

廢雜銅冶煉； 熱態(tài)； 精煉渣； 頂吹轉(zhuǎn)爐； 能量利用； 節(jié)能降耗

精煉爐渣的成分與所處理的粗銅成分、爐襯性質(zhì)及過程中所加熔劑等因素有關(guān)，變化范圍比較大[1]。精煉爐渣不僅含銅很高，有時(shí)還含有其他有用成分，故必須進(jìn)行處理。一般情況下精煉爐渣作為冷料返回轉(zhuǎn)爐吹煉或與精礦一起在鼓風(fēng)爐或反射爐中熔煉。本研究將廢雜銅冶煉過程中產(chǎn)生的精煉渣在熔融狀態(tài)下直接進(jìn)行冶煉，充分利用熱態(tài)精煉渣中豐富的熱能，節(jié)約能源，在國內(nèi)外廢雜銅冶煉行業(yè)屬新的前沿課題。

1 原有的處理工藝

在原有生產(chǎn)工藝中，精煉爐產(chǎn)出1 200 ℃精煉渣后，由爐內(nèi)排放到渣包內(nèi)緩冷，冷卻時(shí)間在24 h以上，待精煉渣冷卻至一定溫度后，從渣包中翻渣，翻包底銅，轉(zhuǎn)移到渣堆場冷卻至室溫，再用打渣機(jī)打碎，之后由頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉貧化精煉渣，使頂吹轉(zhuǎn)爐棄渣含銅在1.5%以下。原再生銅精煉渣處理工藝流程圖見圖1。

圖1 原再生銅精煉渣處理工藝流程圖

原生產(chǎn)工藝頂吹轉(zhuǎn)爐處理精煉渣作業(yè)周期長，容易導(dǎo)致大量的精煉渣以及包底銅積壓，浪費(fèi)熱態(tài)精煉渣的能量，而且貧化時(shí)要進(jìn)行二次加熱，產(chǎn)生包底銅在系統(tǒng)中的滯留成本，渣包、場地倒轉(zhuǎn)的設(shè)備及人工費(fèi)用，造成生產(chǎn)作業(yè)成本的增加。

能源浪費(fèi)分析：①當(dāng)頂吹轉(zhuǎn)爐冶煉冷態(tài)精煉渣時(shí)，需重新將冷態(tài)精煉渣由室溫加熱至冶煉溫度1 200 ℃，頂吹轉(zhuǎn)爐熔化冷態(tài)精煉渣的標(biāo)煤單耗為133 kg/t，按每年產(chǎn)精煉渣60 000 t計(jì)算，則每年熔化精煉渣的消耗標(biāo)煤為7 980 t；氧氣單耗為150 m3/t，折標(biāo)煤0.4 kg/m3，則每年消耗標(biāo)煤為3 600 t。②包底銅積壓3 428 t，天然氣單耗為85 m3/t，折標(biāo)煤133 kg/t，每年熔化包底銅消耗的標(biāo)煤為388 t；熔化包底銅氧氣單耗一般為70 m3/t，折標(biāo)煤0.4 kg/m3，每年消耗標(biāo)煤為96 t。③精煉渣倒運(yùn)、翻包、破碎每年消耗柴油350 t，折標(biāo)煤1.457 1 t/t，每年消耗標(biāo)煤為510 t。④電力消耗折標(biāo)煤34 kg/t，每年消耗標(biāo)煤為1 938 t。故精煉渣處理及貧化加熱多消耗能源折標(biāo)煤14 512 t，能源消耗嚴(yán)重。

2 技術(shù)方案及改進(jìn)措施

2.1 技術(shù)方案

對工藝進(jìn)行改進(jìn)，對將廢雜銅冶煉過程中產(chǎn)生的精煉渣，在熔融狀態(tài)下通過包子直接加入頂吹轉(zhuǎn)爐，減少再次能源消耗，徹底消除精煉渣和包底銅積壓，減少銅在冶煉工藝系統(tǒng)中的循環(huán)，縮短生產(chǎn)作業(yè)周期，增加產(chǎn)能，顯著提高經(jīng)濟(jì)效益。

通過此項(xiàng)技術(shù)改造，切實(shí)解決了廢雜銅冶煉工藝普遍存在的問題，實(shí)現(xiàn)了廢雜銅冶煉銅直收率高、作業(yè)周期短、運(yùn)行費(fèi)用低的總體目標(biāo)。

2.2 改進(jìn)措施

2.2.1 精煉渣的渣型及化學(xué)成分研究

爐渣是爐料和燃料中各種氧化物互相熔融而成的共熔體[2]，主要的氧化物是SiO2和FeO，其次是CaO、Al2O3和MgO等。固態(tài)爐渣由2FeO·SiO2和2CaO·SiO2等硅酸鹽復(fù)雜分子化合物組成，液態(tài)爐渣則是由各種離子組成的離子熔體[3]。表1列出了火法精煉工藝所產(chǎn)生爐渣的化學(xué)組成。

傳統(tǒng)的精煉渣處理方法[4-5]，一般是直接通過渣罐車運(yùn)輸至廠外處理，但精煉渣為還原性渣，在高溫時(shí)呈粘稠狀或塊狀，溫度降至一定條件粉末化，該粉狀物質(zhì)浸潤性差，易揚(yáng)塵，對環(huán)境污染嚴(yán)重，不符合清潔生產(chǎn)要求[6]。熔融精煉渣的流動(dòng)性較差，特別長距離運(yùn)輸降溫后，流動(dòng)性更差，調(diào)整每爐精煉搖爐或回轉(zhuǎn)式傾動(dòng)爐(NGL爐)的二氧化硅加入量，從0.5 t～5 t之間，尋找每爐不同雜質(zhì)的對應(yīng)渣型的流動(dòng)性。

表1 精煉渣的化學(xué)成分 %

2.2.2 溜槽安裝方式研究

溜槽采用隔板水冷方式，溜槽材質(zhì)為Q345- R，水冷溜槽總重約6 t。水冷溜槽上方設(shè)置有卷揚(yáng)門，卷揚(yáng)減速機(jī)輸出軸速度為1 r/min，卷揚(yáng)電機(jī)功率為1.5 kW。土建結(jié)構(gòu)專業(yè)根據(jù)條件做出能夠承載相應(yīng)載荷的立柱用于水冷溜槽安裝，水冷溜槽通過溜槽底部與結(jié)構(gòu)立柱上的鋼板采用螺栓連接固定，這種安裝方式也便于溜槽更換。為了充分利用現(xiàn)有煙罩，在煙罩上方蓋板開孔，便于水冷溜槽安裝與檢修，也便于煙罩的檢修。水冷溜槽上留有進(jìn)水和出水法蘭，可接入冷卻水進(jìn)行冷卻，增加儀表測溫點(diǎn)。對頂吹轉(zhuǎn)爐的操作程序進(jìn)行修改，增加連鎖關(guān)系、增加限位等。

3 改進(jìn)實(shí)踐

3.1 改進(jìn)后工藝

改進(jìn)后的精煉渣處理流程如圖2所示。

圖2 改造后的再生銅精煉渣處理工藝流程圖

由圖2可知，該工藝節(jié)省了精煉渣倒運(yùn)、冷卻、存放場地，減少了固體廢物在轉(zhuǎn)運(yùn)、打碎過程中的飛揚(yáng)、散發(fā)，大大縮短了熔煉周期。同時(shí)有助于提高頂吹轉(zhuǎn)爐爐齡。

3.2 改進(jìn)前后能耗對比

改進(jìn)前后能耗對比見表2。

由表2中數(shù)據(jù)可以看出：采用同一爐子對冷熱渣進(jìn)行處理，加入熱態(tài)渣的總量525.85 t，平均每爐出銅48.2 t，作業(yè)時(shí)間8.29 h，天然氣單耗36.69 m3/t，氧氣單耗66.79 m3/t。與不加熱態(tài)渣的工藝相比，爐次、每爐處理渣量、總?cè)霠t量和粗銅產(chǎn)量均有所上升，作業(yè)時(shí)間、天然氣單耗和氧氣單耗均有所下降。

4 結(jié)論

本工藝有效地解決了再次冶煉精煉渣的能耗問題，精煉渣在熔融狀態(tài)下通過包子直接加入頂吹轉(zhuǎn)爐處理，減少了能源消耗，徹底消除了精煉渣和包底銅積壓，銅在冶煉工藝系統(tǒng)中的循環(huán)減少，產(chǎn)能增加，實(shí)現(xiàn)了廢雜銅冶煉銅直收率高、作業(yè)周期短、增加爐壽、運(yùn)行費(fèi)用低的總體目標(biāo)，顯著提高了經(jīng)濟(jì)效益。

表2 工藝改進(jìn)前后能耗對照表

[1] 王翠芝.粗銅火法精煉技術(shù)的發(fā)展趨勢[J]. 有色礦冶，2005，(1):28-32.

[2] 朱祖澤, 賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京：北京科學(xué)出版社, 2003：558-560.

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(廣西有色再生金屬有限公司， 廣西 梧州 543103)

Production practice of energy utilization of refining flux slag

TAN Fang-xiang

Aiming at energy utilization of refining flux slag, the original process was improved. The refining flux slag produced in scrap copper smelting process was filled to top-blown converter directly. This improvement gave an ideal result of saving energy, shortening the operating cycle, increasing productivity, and economic benefit was significant.

scrap copper smelting; flux; refining slag; top-blown converter; energy utilization; saving energy and reducing consumption

譚芳香(1985—)，女，廣西來賓人，碩士學(xué)位，工程師，從事技術(shù)管理工作。

2015- 01- 10

2015- 07- 21

TF811; X757

B

1672- 6103(2015)06- 0008- 03