雙噴還原裝置在固定式陽(yáng)極爐的應(yīng)用

劉 科

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

雙噴還原裝置在固定式陽(yáng)極爐的應(yīng)用

劉 科

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

根據(jù)固定式陽(yáng)極爐雜銅精煉還原裝置的使用現(xiàn)狀，針對(duì)單噴還原的缺點(diǎn)，應(yīng)用新裝置提高再生銅火法精煉還原作業(yè)效率、降低能源及減少勞動(dòng)力，在實(shí)踐生產(chǎn)應(yīng)用中取得了顯著成效，適合火法銅冶煉還原工序輸送粉煤基還原劑的作業(yè)。

粉煤基；還原；流態(tài)化；正壓輸送；固定式陽(yáng)極爐

1 引言

固定式陽(yáng)極爐雜銅精煉是當(dāng)今非常成熟的冶煉工藝，貴溪冶煉廠固定式陽(yáng)極爐采用粗雜銅原料生產(chǎn)陽(yáng)極銅，雜銅精煉工藝過(guò)程可分為加料熔化期、氧化造渣期、還原期、澆鑄期［1］。粗雜銅入爐后經(jīng)過(guò)氧化精煉排渣脫除大部分雜質(zhì)后，銅液中的飽和Cu2O必須用還原劑進(jìn)行還原脫氧，如果銅中含氧過(guò)高超過(guò)0.2%時(shí)，產(chǎn)出的陽(yáng)極板會(huì)給電解過(guò)程造成陽(yáng)極鈍化、生成陰極銅表面粒子等故障。

圖1 還原劑噴吹罐系統(tǒng)圖

2 固定式陽(yáng)極爐還原方式

目前，銅火法冶煉還原主要采用液化氣、天然氣、重油、木材、粉煤基等方式。固定式陽(yáng)極爐受工藝條件限制，還原劑只能通過(guò)加料口或渣口輸送至高溫銅液中，輸送管路的鐵管、軟管、固定件等需要人工手動(dòng)連接，若采用液化氣、天然氣、重油還原劑，存在極大安全隱患。因此，銅火法精煉固體還原劑噴吹罐是粉煤基固體還原劑替代重油及液化石油氣等高污染或高成本原料的先進(jìn)工藝過(guò)程系統(tǒng)設(shè)施，特別適應(yīng)于我國(guó)的能源構(gòu)成現(xiàn)狀，并具有火法冶金熔池冶煉氣—固—液相復(fù)雜反應(yīng)體系中反應(yīng)平衡控制的廣泛適應(yīng)性及推廣性［2］。該噴吹罐見(jiàn)（圖1）采用正壓輸送原理將上部罐體內(nèi)流態(tài)化還原劑通過(guò)底部噴吹裝置和管道輸送至熔體內(nèi)。還原反應(yīng)的主要化學(xué)方程式：

影響還原效率的因素除還原劑含碳量，還有還原劑的流量、輸送載體的種類、壓力、流量、還原劑在銅水中的停留時(shí)間、接觸表面積與熔體的接觸幾率、噴吹裝置故障率。

3 單噴還原的缺點(diǎn)

（1）固定式陽(yáng)極爐還原作業(yè)采用單管直噴式還原劑噴吹裝置將還原劑吹入銅熔體中。為了盡量縮短還原作業(yè)時(shí)間，提高生產(chǎn)效率，減少銅冶煉的能源消耗，還原劑輸送量需滿足1.3～1.6t/h。為實(shí)現(xiàn)還原劑正壓輸送的暢通，日常生產(chǎn)中輸送的風(fēng)壓高達(dá)0.5MPa，還原劑噴射至銅液的同時(shí)也會(huì)被快速溢出的高壓輸送風(fēng)大量帶出，使之與銅熔體接觸面積小、接觸幾率少、反應(yīng)時(shí)間短。大量溢出的還原劑除一部分在爐內(nèi)產(chǎn)生還原氣氛和燃燒，剩余的一部分會(huì)進(jìn)入煙氣收塵系統(tǒng)，當(dāng)布袋倉(cāng)富積一定濃度還原劑時(shí)，容易導(dǎo)致排煙系統(tǒng)發(fā)生爆燃事故，2007年曾經(jīng)發(fā)生兩起布袋倉(cāng)爆燃事件，導(dǎo)致布袋倉(cāng)頂部蓋板局部嚴(yán)重變形，影響正常生產(chǎn)［3］。

（2）單管直噴式還原劑噴吹裝置在使用中如遇到還原劑內(nèi)夾有較大雜物或因氣候原因、雜用風(fēng)含水量大引起還原劑受潮時(shí)，易導(dǎo)致此噴吹裝置下料口下料不暢和輸送管路卡、堵故障。清理時(shí)需將噴吹裝置拆除，由于堵塞管道內(nèi)憋壓，清理時(shí)管道內(nèi)的殘留還原劑會(huì)高速噴出，不但對(duì)人身安全存在極大安全隱患，還嚴(yán)重影響現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。同時(shí)，在處理堵塞故障時(shí)，因清理時(shí)間較長(zhǎng)（平均約20～40min/次），為能保證銅液溫度，需燒重油保溫，即增加油單耗，又影響作業(yè)率。

（3）由于該裝置只有1個(gè)出口，只能保證1根還原管從2個(gè)加料口中的一個(gè)插入銅液。日常生產(chǎn)中，為了保證還原銅液含氧量達(dá)標(biāo)，操作時(shí)必須在2個(gè)加料口交替作業(yè)2～3次，按每個(gè)爐門更換風(fēng)管2次/爐，更換風(fēng)管10min/次計(jì)算，至少延長(zhǎng)40min作業(yè)時(shí)間。

4 雙噴還原裝置的設(shè)計(jì)及優(yōu)點(diǎn)

該設(shè)計(jì)目的是提供一種能采用較低壓力完成大流量還原劑輸送，并能提高還原劑利用率，減少使用故障的新型粉煤基還原劑噴吹裝置。

還原劑噴吹裝置采用雙管路輸送，內(nèi)設(shè)噴射管、旋風(fēng)型預(yù)混合機(jī)構(gòu)等。還原劑在噴射前充分流態(tài)化，通過(guò)噴射管得到充足的動(dòng)能，并且在出現(xiàn)堵塞前能自動(dòng)降低還原劑輸送量，保證正常作業(yè)。是實(shí)現(xiàn)提高還原效率、降低還原劑使用量、消除堵塞故障的新裝置［4］。

還原劑噴吹裝置由二路結(jié)合在一起的輸送器構(gòu)成，因此，本裝置不僅結(jié)構(gòu)輕、小，而且內(nèi)部空間大，使還原劑流態(tài)化效果更好。每一路輸送器從總氣源分別引入2根有閥門控制并相互獨(dú)立的氣管。其中a管內(nèi)壓力為0.2～0.25MPa的風(fēng)，通過(guò)均勻分布在風(fēng)板上的8個(gè)導(dǎo)流孔產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)風(fēng)，在流態(tài)室打散從上部進(jìn)入的還原劑使其流態(tài)化，并使混入的雜物流向與輸送方向相同。b管內(nèi)壓力0.3～0.35MPa的風(fēng)，經(jīng)風(fēng)板中心在噴射室沿出口管軸線高速噴出產(chǎn)生局部抽吸作用，引導(dǎo)流態(tài)室的被輸送物體進(jìn)入噴射室并進(jìn)行動(dòng)能傳遞，使被輸送物體動(dòng)能增加，能順利吹入銅熔體中。當(dāng)出口或其前端的輸送管道出現(xiàn)輸送不暢時(shí)，會(huì)導(dǎo)致噴射室與流態(tài)室的壓差減小，并且受阻返回的風(fēng)會(huì)引起流態(tài)室的風(fēng)壓增加，從而使被輸送物體的流量自動(dòng)下降。同時(shí)，壓力增高的輸送風(fēng)會(huì)沖擊堵塞處，自動(dòng)排除堵塞故障。

該裝置每一路輸送器只需輸送0.8～1t/h的還原劑量，分別從2個(gè)加料門各插入1根風(fēng)管將還原劑噴吹至熔體中，可使還原劑與銅熔體接觸面積成倍增加。流量降低后，輸送的風(fēng)壓為0.25～0.3MPa即可滿足使用需要。輸送風(fēng)與流態(tài)化還原劑的動(dòng)能降低，降低了還原劑在銅熔體中溢出的速度和延長(zhǎng)了反應(yīng)時(shí)間［5］。因此，采用此裝置可提高還原作業(yè)效率、減少還原劑消耗量及消除堵塞故障。

圖2 雙噴還原裝置示意圖

5 雙噴還原操裝置操作方式

還原劑噴吹裝置采用結(jié)合在一起的雙輸送器，其上端DN100的接口1同還原劑倉(cāng)出口閥2相連，a管3及4、b管5及6分別與總氣源管7后面的調(diào)壓閥8、9相接并分別安裝手動(dòng)閥10、11、12、13，出口管手動(dòng)閥14、15后接還原劑輸送管，檢測(cè)口分別安裝壓力表16、17及閥門18、19。

使用時(shí)，先打開(kāi)閥門18、19，已接還原劑輸送管的出口管手動(dòng)閥14、15，手動(dòng)閥10、11、12、13，總氣源管7后面的調(diào)壓閥8、9；再手動(dòng)調(diào)整調(diào)壓閥8、9分別至0.2MPa、0.3MPa，這時(shí)需檢查壓力表16、17顯示的壓力是否小于0.15MPa（如小于可繼續(xù)向下操作，否則需檢查管路并排除故障）；然后根據(jù)需要打開(kāi)還原劑倉(cāng)出口閥2。停止時(shí)，則相反（調(diào)壓閥無(wú)需操作）［6］。

圖3 雙噴還原工藝操作示意圖

6 雙噴還原實(shí)踐應(yīng)用及效果

雙噴還原裝置自2013年開(kāi)始試用，已逐步推廣至貴溪冶煉廠4臺(tái)固定式陽(yáng)極爐使用。為能提高還原劑利用率和保證陽(yáng)極銅品質(zhì)，將輸送介質(zhì)替換為惰性氣體-氮?dú)?，氮?dú)獾氖褂眉瓤梢员ＷC爐膛內(nèi)還原氣氛，又能夠減少爐內(nèi)還原劑的直接燃燒，降低還原劑能耗。同時(shí)，為進(jìn)一步降低管路堵塞頻次和環(huán)境污染問(wèn)題，不但改進(jìn)了罐體頂部加料口和防雜物濾網(wǎng)，還將還原劑倒運(yùn)方式由改進(jìn)前小包裝二次倒運(yùn)方式轉(zhuǎn)變?yōu)榇蟀b噸袋一次倒運(yùn)，提高了裝運(yùn)效率和減少了勞動(dòng)力［7］。通過(guò)不斷的摸索和改進(jìn)，雙噴還原裝置的實(shí)踐應(yīng)用取得了顯著成效（見(jiàn)表1）。

表1 雙噴還原裝置應(yīng)用前后對(duì)比表

7 結(jié)束語(yǔ)

粉煤基還原罐在原有工藝設(shè)備上的雙噴還原裝置改進(jìn)，深度挖掘還原系統(tǒng)潛力，提高了作業(yè)效率、大大降低了還原劑罐及噴吹管道的堵塞故障、減輕了員工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約了生產(chǎn)成本、改善了現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境污染。該裝置的實(shí)踐應(yīng)用切實(shí)可行。

［1］熊振昆， 張建坤， 史興華. 350t燃煤回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐的生產(chǎn)實(shí)踐［J］.中國(guó)有色冶金， 2007（5）：36.

［2］揭曉武. 銅冶煉系統(tǒng)陽(yáng)極爐用新型固體還原劑開(kāi)發(fā)研究［D］. 昆明：昆明理工大學(xué)， 2007：2.

［3］宋成. 回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐稀氧燃燒技術(shù)改造與生產(chǎn)實(shí)踐［J］. 山西冶金，2015（5）：54.

［4］王前， 沈強(qiáng)華. 新型固體還原劑在銅回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐還原過(guò)程中的應(yīng)用［J］. 資源再生， 2009（1）：42.

［5］唐都作， 顧鶴林， 袁海濱. 稀氧燃燒節(jié)能技術(shù)在銅冶煉生產(chǎn)中的應(yīng)用［J］. 中國(guó)有色冶金， 2014（5）：30.

［6］劉世武， 孫頂潤(rùn). 固定頂陽(yáng)極爐改造實(shí)踐［J］. 中國(guó)有色金屬，2008（8）：72.

［7］宋興誠(chéng)， 袁海濱， 李國(guó)生. 回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐的節(jié)能減排措施和效果［J］.中國(guó)有色冶金， 2016（2）：21.

The Application of Double Reduction Device on Fixed Anode Furnace

LIU Ke
（Guixi Smelter of Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

According to the present situation of scrap copper refining reduction device of fixed anode furnace， aiming at reducing the disadvantages of single injection， this article describes that the new equipment increases the reclaimed copper pyrorefining reductionefficiency and reduces the energy and labor force， achieving remarkable result in the practical production application， which is suitable for reduction process of pyrometallurgical copper smelting in transportation coal based reductant operation.

pulverized coal based；reduction；fluidization；positive pressure transport；fixed anode furnace

TF806

B

1009-3842（2016）05-0051-03

2016-08-26

劉科（1976-），男，江西貴溪人，工程師，主要從事銅冶煉技術(shù)工作。E-mail：wwwwwwlk@t.com