祥光二期旋浮吹煉爐生產(chǎn)實(shí)踐及優(yōu)化

董廣剛，何 靜（. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 40083；2. 山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽(yáng)谷 252327）

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祥光二期旋浮吹煉爐生產(chǎn)實(shí)踐及優(yōu)化

董廣剛1,2，何 靜1
（1. 中南大學(xué) 冶金與環(huán)境學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410083；2. 山東陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司，山東 陽(yáng)谷 252327）

摘 要：祥光銅業(yè)一期工程是國(guó)內(nèi)首家采用奧托昆普閃速熔煉+閃速吹煉工藝的銅冶煉廠，2011年二期對(duì)接時(shí)對(duì)吹煉爐進(jìn)行了改造，將核心設(shè)備冰銅噴嘴改為具有祥光自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋流冰銅噴嘴，投產(chǎn)后經(jīng)摸索創(chuàng)新，克服了噴嘴粘接，耐火材料沖刷，上升煙道粘接等技術(shù)難題，生產(chǎn)穩(wěn)定，生產(chǎn)能力達(dá)到了年生產(chǎn)45萬(wàn)t粗銅，著重介紹了旋浮吹煉爐的生產(chǎn)遇到的問(wèn)題及解決方案，展望了下一爐期檢修計(jì)劃。

關(guān)鍵詞：脈動(dòng)旋流冰銅噴嘴；噴嘴粘接；耐火材料沖刷；上升煙道粘結(jié)；解決方案；檢修計(jì)劃

1 引言

祥光銅業(yè)（以下簡(jiǎn)稱祥光）一期20萬(wàn)t陰極銅工程是國(guó)內(nèi)首家采用奧托昆普閃速熔煉+閃速處理工藝的銅冶煉廠，于2007年底投產(chǎn)。二期45 萬(wàn)t陰極銅工程［1］于2009年開(kāi)始建設(shè)，2011年完成對(duì)接。二期工程吹煉爐改用了具有祥光自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的旋流冰銅噴嘴［2］，二期工程投產(chǎn)后吹煉爐正常投料量達(dá)到了90t/h，平均作業(yè)率在95%以上，試驗(yàn)最大投料量達(dá)到了120t/h。

除了更換冰銅噴嘴外，二期工程主要對(duì)冰銅干燥、輸送系統(tǒng)，失重加料系統(tǒng)，渣粒化系統(tǒng)及部分爐體部分進(jìn)行了擴(kuò)能或改造。具體如下：

冰銅倉(cāng)不變（一期時(shí)20個(gè)350t/個(gè)冰銅倉(cāng)已到位），一期46t/h（濕基）冰銅磨停用，直接新上一臺(tái)能力為100t/h（干基）的冰銅磨，對(duì)應(yīng)新增加一套冰銅收塵及120t/h的國(guó)產(chǎn)冰銅氣流輸送系統(tǒng)。

冰銅、煙灰失重加料系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化，能力提高；提高生石灰輸送系統(tǒng)及加料系統(tǒng)能力。

余熱鍋爐及收塵系統(tǒng)一期時(shí)按二期能力設(shè)計(jì)，本體未做改動(dòng)，鍋爐振打裝置做了改造，煙塵沉降室更換為不銹鋼材質(zhì)，投產(chǎn)后的第二個(gè)大修周期將電收塵整體更換為不銹鋼材質(zhì)。

渣?；稍瓉?lái)唐山嘉恒的粒化輪粒化+轉(zhuǎn)鼓脫水改為無(wú)水?；?］。

爐體部分進(jìn)行了冷修，爐體尺寸未作變動(dòng)，增加了一個(gè)粗銅排放口，更換了排放口端墻水套并稍作改動(dòng)。

2 旋浮吹煉技術(shù)特點(diǎn)

旋浮吹煉和閃速吹煉同屬于空間冶煉范疇（相對(duì)于熔池冶煉）。爐體結(jié)構(gòu)也包括噴嘴（如圖1所示），反應(yīng)塔、沉淀池和上升煙道四部分。與粒子分裂模型不同［4-5］，旋浮吹煉具有以下技術(shù)特點(diǎn)：

具有倒龍卷風(fēng)的渦旋流場(chǎng)結(jié)構(gòu)；環(huán)狀布料增加精礦顆粒與工藝風(fēng)的接觸面積；入爐冰銅與高溫回流煙氣的無(wú)間接觸加速著火；旋轉(zhuǎn)射流強(qiáng)化氣?；旌希还に囷L(fēng)旋流水平動(dòng)量分散顆粒效果好（如圖2所示）；控制氣流低頻脈動(dòng)有利強(qiáng)化小顆粒脈動(dòng)碰撞；旋流噴嘴無(wú)機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，維護(hù)量小，故障率低。

圖1　脈動(dòng)旋流噴嘴示意圖

圖2　旋浮吹練反應(yīng)塔內(nèi)的物料分散模擬圖

3 生產(chǎn)實(shí)踐

由于有了一期的經(jīng)驗(yàn)，二期投產(chǎn)比較順利，加上新型噴嘴的成功應(yīng)用，克服了原噴嘴下料偏析的缺點(diǎn)，爐況穩(wěn)定，試生產(chǎn)3個(gè)月后達(dá)到了設(shè)計(jì)產(chǎn)能，但隨著生產(chǎn)進(jìn)行，吹煉爐逐步暴露出了一些問(wèn)題，經(jīng)過(guò)探索、改進(jìn)后一一得到了解決。

3.1噴嘴粘接

3.1.1噴嘴粘接的控制

吹煉爐生產(chǎn)穩(wěn)定一段時(shí)間后，爐況方面開(kāi)始出現(xiàn)一系列問(wèn)題，主要體現(xiàn)在噴嘴底部有粘接且不易清理，反應(yīng)熱不夠，反應(yīng)差的時(shí)候投料在85t/h的狀況下僅加1t/h煙塵仍不能達(dá)到自熱（正常情況下加投料量6%～8%的煙灰可以自熱平衡）；吹煉爐氧系數(shù)增加，電收塵煙塵潮濕，輸送困難；硫酸系統(tǒng)三氧化硫發(fā)生率高；噴嘴粘接嚴(yán)重時(shí)會(huì)發(fā)生下料偏析，塔壁局部溫度高。

最初是從冰銅的粒度，水分及噴嘴參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整，無(wú)濟(jì)于事；又仔細(xì)檢查了噴嘴的下料管和流化器也未發(fā)現(xiàn)異常，后來(lái)發(fā)明了一項(xiàng)專有技術(shù)基本消除了噴嘴粘接狀況，生產(chǎn)恢復(fù)穩(wěn)定。

3.1.2反應(yīng)塔頂?shù)母脑?/p>

冰銅噴嘴更換后，反應(yīng)塔頂保留了原來(lái)方形水套的結(jié)構(gòu)，方形水套外圍采用原來(lái)吊掛磚的結(jié)構(gòu)（如圖3所示）。隨著二期吹煉爐投料量的加大，煙氣對(duì)反應(yīng)塔頂部的沖刷加劇，吊掛磚因得不到很好的冷卻，半年后開(kāi)始部分區(qū)域因損耗太多拱起、脫落，影響生產(chǎn)，需停爐更換；加上噴嘴底部粘接后，粘接物沿方形水套外延伸到吊掛磚區(qū)域，熱態(tài)情況下很難清理。2013年冷修時(shí)將反應(yīng)塔頂?shù)鯍齑u部分改為吊掛平水套結(jié)構(gòu)，同時(shí)在吊掛水套上布置了點(diǎn)檢孔（見(jiàn)圖4所示），有助于反應(yīng)塔內(nèi)點(diǎn)檢。

圖3　改造前反應(yīng)塔頂布局圖

圖4　改造后旋浮吹煉爐反應(yīng)塔頂水套布置圖

改造后反應(yīng)塔頂冷卻效果良好，一方面消除了原來(lái)半年至少要被迫停爐更換一次吊掛磚的弊端，提高了作業(yè)率；另一方面由于吊掛水套外部由幾根鐵鏈代替了原來(lái)的密密麻麻的吊掛鉤，增加了點(diǎn)檢孔，塔頂至上面平臺(tái)空間加大，有利于日常點(diǎn)檢，更重要的是采用吊掛水套后，水套底部與方形水套以及反應(yīng)塔頂形成了一個(gè)水冷平頂，即使有粘接很容易清除。

3.2爐體安全

吹煉爐采用的是鈣基渣，鐵酸鈣渣是氧化性的，在高溫熔融狀態(tài)對(duì)爐體耐火材料的腐蝕很強(qiáng)。也有研究想改變?cè)幕瘜W(xué)成分，考慮以腐蝕性較低的二氧化硅渣型替代氧化鈣渣型。但據(jù)有關(guān)資料，只要有大量的Cu2O存在就很難形成穩(wěn)定的Fe3O4保護(hù)層，爐襯的消耗速度依然很快，對(duì)閃速吹煉來(lái)說(shuō)，硅系渣型不利的一面超過(guò)其有利的一面，而且粗銅的密度大，在正常冶煉溫度下（過(guò)熱已超過(guò)150℃）其流動(dòng)性和滲透性都非常好，極易造成漏爐事故。因此，閃速吹煉爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須設(shè)法保護(hù)耐火材料，延長(zhǎng)爐襯壽命，避免漏爐事故的發(fā)生［6］。

而事實(shí)上新的吹煉爐一般在投產(chǎn)半年后，反應(yīng)塔下方沉淀池側(cè)墻的耐火磚消耗已經(jīng)相當(dāng)明顯，一年以后基本上就會(huì)露出水套。最易受到侵蝕的是渣線部位，渣線部分被侵蝕后渣線以下部分的耐火磚上面沒(méi)有了壓力，很快會(huì)被熔體浮起。為了防止漏銅，銅面應(yīng)嚴(yán)格控制在爐底拱角磚上沿以下，嚴(yán)禁銅面超過(guò)拱角磚接觸水套。另外合理控制爐內(nèi)溫度，密切監(jiān)視排放口水套溫度及時(shí)更換排放口內(nèi)襯磚是目前延長(zhǎng)吹煉爐壽命有效的辦法。

粗銅排放口端墻由于沒(méi)有爐底的反拱結(jié)構(gòu)是吹煉爐體最薄弱的部分，此區(qū)域爐體的設(shè)計(jì)進(jìn)步還有待進(jìn)一步研究。

3.3上升煙道開(kāi)口部粘接及鍋爐爐壁粘接

3.3.1上升煙道開(kāi)口部粘接

上升煙道開(kāi)口不粘接控制是銅冶煉領(lǐng)域的一項(xiàng)難題，粘接的生長(zhǎng)速度除了跟礦雜質(zhì)含量有關(guān)，跟該區(qū)域漏風(fēng)、水套漏水有很大關(guān)系，而后者很不容易發(fā)現(xiàn)。銅冶煉祥光一期吹煉爐上升煙道開(kāi)口部粘接一般日常采用局部過(guò)熱法［7］維持，年度大修時(shí)放炮徹底根除。隨著二期投料量增加，開(kāi)口部粘接生長(zhǎng)速度加快，依靠局部過(guò)熱法基本能夠維持開(kāi)口部截面積，但過(guò)熱熔化的粘接物經(jīng)常會(huì)流向鍋爐側(cè)，在鍋爐側(cè)逐漸形成堆積后一方面會(huì)引起煙氣流向改變沖刷鍋爐管壁，另一方面粘接向后延伸一定程度后由于重力作用脫落，經(jīng)常因?yàn)閴K太大且因含銅高難以清理，造成長(zhǎng)時(shí)間停爐。

為了減少因粘接脫落造成意外停爐，一般利用定修時(shí)間根據(jù)開(kāi)口部粘接大小狀況適當(dāng)進(jìn)行爆破清除，一般半年一次，為了更方面清除向鍋爐側(cè)延伸的粘接，利用年修時(shí)間對(duì)鍋爐管壁進(jìn)行了改造，增加兩個(gè)檢查門(mén)，除了有利于爆破作業(yè)外，也方便日常的清理。

3.3.2鍋爐爐壁粘接

余熱鍋爐一般分為輻射部和對(duì)流部?jī)刹糠?。其中輻射部一般是空箱體結(jié)構(gòu)，上部為方形，下部為錐形，最底下連接刮板機(jī)。最初輻射部振打有兩種，頂部和錐斗處為氣動(dòng)振打，豎直側(cè)墻為電動(dòng)彈簧錘振打。由于氣動(dòng)振打力度不夠，很容易在輻射部豎直管壁和錐形管壁交界處形成粘接，并且會(huì)越積越厚，等到自熱脫落時(shí)經(jīng)常會(huì)卡住刮板，造成停爐，同時(shí)也給清理帶來(lái)了相當(dāng)大的安全隱患。后來(lái)將此處的氣動(dòng)振打改為彈簧錘振打后徹底改變了這一局面，鍋爐壁很少再有積灰。

3.4渣無(wú)水?；到y(tǒng)

祥光二期吹煉渣粒化系統(tǒng)用自有的無(wú)水?；瘜＠夹g(shù)取代了原嘉恒的?；夹g(shù)［8］。原來(lái)渣?；兴；哂幸追排?，危險(xiǎn)巨大，轉(zhuǎn)鼓易粘接造成跑水污染，返渣泵易堵，能耗高等不利因素，改造后一次試車(chē)成功，后經(jīng)摸索實(shí)踐，真正實(shí)現(xiàn)了無(wú)水粒化，也就是霧化的冷卻水剛好將粒化后的熔渣顆粒冷卻完蒸發(fā)掉，目前該技術(shù)已開(kāi)始對(duì)外輸出。

3.5排煙系統(tǒng)的優(yōu)化

由于吹煉爐余熱鍋爐一期時(shí)是按二期設(shè)計(jì)的，一期投料量低，鍋爐煙氣量小，鍋爐出口煙氣溫度低，正常時(shí)只有280～290℃，電收塵進(jìn)出口溫度更低，經(jīng)常低于煙氣露點(diǎn)，再加上冰銅噴嘴下料偏析，氧利用率低（一期時(shí)氧系數(shù)正常在200Nm3/t冰銅，最大達(dá)到248Nm3/t冰銅，二期氧系數(shù)正常在150Nm3/t冰銅），排煙系統(tǒng)腐蝕、漏風(fēng)嚴(yán)重，電收塵送電困難，煙道積灰多，形成了“漏風(fēng)-低溫腐蝕-漏風(fēng)”的惡性循環(huán)，二期對(duì)接時(shí)先是將腐蝕嚴(yán)重的煙塵沉塵室更換為不銹鋼材質(zhì)，在第二個(gè)大修周期利用20天時(shí)間將電收塵也更換為不銹鋼材質(zhì)。更換噴嘴后解決了氧利用率低的問(wèn)題，從根

本上降低了三氧化硫發(fā)生率，而排煙系統(tǒng)更換為耐腐蝕的不銹鋼材質(zhì)的材料后直接減少了系統(tǒng)的漏風(fēng)量，減少了溫降，降低了系統(tǒng)腐蝕，保證了排煙系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境。

4 結(jié)語(yǔ)

到2015年5月，祥光二期旋浮吹煉爐將運(yùn)行4年多，預(yù)計(jì)冰銅總處理量將達(dá)到230萬(wàn)t。4年來(lái)，“雙旋”爐共經(jīng)歷了兩次年度大修，其中熔煉區(qū)項(xiàng)目較多，吹煉區(qū)兩次大修主要完成了更換電收塵、改造爐體吊掛水套、及部分余熱鍋爐管的更換等工作，爐體耐火材料除更換部分吊掛磚外未做修補(bǔ)。根據(jù)公司計(jì)劃安排將進(jìn)行為期50天冷修，冷修的主要項(xiàng)目包括爐體內(nèi)襯的更新及部分區(qū)域的優(yōu)化改造，爐體冷卻水管的更換等大項(xiàng)。有了兩個(gè)爐期的經(jīng)驗(yàn)，相信下一爐期將生產(chǎn)將更加順利。

另外，目前國(guó)內(nèi)又有兩臺(tái)閃速吹煉爐成功投產(chǎn)，并且取得了很大的進(jìn)步，閃速吹煉和旋浮吹煉在操作上還是比較接近的，國(guó)內(nèi)同行也得到了更多寶貴的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有利于推進(jìn)空間冶煉技術(shù)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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Production Practice ＆ Optimization of Vortex Floating Converting in Xiangguang Ⅱ Phase Furnace

DONG Guang-gang1,2，HE Jing1
（1. Metallurgy and Environment College ofCentral South University, Changsha 410083, Hunan, China; 2. Shandong Yanggu Xiangguang Copper Co., Ltd., Yanggu 252327, Shandong, China）

Abstract:TheⅠphase of the project in Xiangguang Copper is the first domestic smelter by using the Outokumpu “Flash Smelting and Flash Converting process”. The converting furnace was reformed during theⅡphase of the project butted joint successfully in 2011. The core equipment of matte nozzle has beenreplaced by the pulsating vortex nozzle with the proprietary intellectual property rights of Xiangguang Copper. After the commissioning of the exploration innovation, technical problems such as the adhesion on nozzle and the up-shaft outlet of flash furnace, the erosion on refractory etc. were overcomed. With the stability of production, the production capacity of blister copper has reached 450,000 tons annually. The problems occurred during production and solutions in vortex flash converting furnace were emphatically introduced in this article. The next stage of furnace maintenance plan was prospected in this paper.

Keywords:pulsating vortex matte nozzle；adhesion on nozzle；erosion on refractory；adhesion up-shaft outlet；solutions of problem；maintenance plan

作者簡(jiǎn)介：董廣剛（1982-），男，山東東阿人，本科，在職研究生，主要從事閃速爐生產(chǎn)技術(shù)與管理工作。E-mail: dongguanggang@sina.com

收稿日期：2015-04-26

中圖分類(lèi)號(hào)：TF806

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1009-3842（2016）01-0051-03