φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的設(shè)計(jì)

李 棟， 崔大韡

(中國恩菲工程技術(shù)有限公司， 北京 100038)

0 引言

廣西金川40萬t/a銅冶煉工程于2011年啟動詳細(xì)設(shè)計(jì)工作，2013年11月熔煉系統(tǒng)投產(chǎn)，2014年初吹煉和精煉系統(tǒng)投產(chǎn)。該工程采用奧圖泰的閃速熔煉+閃速吹煉工藝，其中閃速吹煉爐由奧圖泰公司負(fù)責(zé)詳細(xì)設(shè)計(jì)并部分供貨；閃速熔煉爐詳細(xì)設(shè)計(jì)由中國恩菲工程技術(shù)有限公司完成，全部國內(nèi)制造安裝。中國恩菲曾設(shè)計(jì)了金川鎳合成閃速爐、銅合成閃速爐，在總結(jié)以往經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì)，該爐順利建成投產(chǎn)后，經(jīng)過三年多的生產(chǎn)運(yùn)行取得了良好的使用效果。本文重點(diǎn)介紹該閃速熔煉爐的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)特點(diǎn)。

1 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐基本概況

φ7 m×8 m閃速熔煉爐由反應(yīng)塔、沉淀池和上升煙道組成。爐料在反應(yīng)塔的高溫空間內(nèi)迅速完成熔煉反應(yīng)。反應(yīng)生成液態(tài)銅锍和爐渣落入反應(yīng)塔下部的沉淀池中，在沉淀池繼續(xù)完成造渣及沉淀分離過程。銅锍放出經(jīng)水淬、脫水、磨礦后送至吹煉爐吹煉。熔煉爐渣經(jīng)渣包車送渣緩冷場進(jìn)行緩冷，緩冷后的爐渣送渣選礦廠進(jìn)行選礦。熔煉爐產(chǎn)出的煙氣經(jīng)上升煙道進(jìn)入余熱鍋爐回收余熱、電收塵凈化后送酸廠制酸。φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的主要技術(shù)性能參數(shù)見表1，結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

表1 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的主要技術(shù)性能參數(shù)

圖1 φ7 m×8 m閃速熔煉爐簡圖

2 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

2.1 反應(yīng)塔

反應(yīng)塔是閃速爐的核心。由于反應(yīng)塔內(nèi)溫度高，熱強(qiáng)度大又有氣流沖刷，為保證其壽命，除采用優(yōu)質(zhì)鎂鉻磚砌筑外，還加大了反應(yīng)塔的冷卻強(qiáng)度。塔身設(shè)有1層T形水套、15層平水套和1環(huán)齒形水套。T形水套應(yīng)用于反應(yīng)塔上部塔壁，加強(qiáng)反應(yīng)塔上部塔壁的冷卻，消除了此處冷卻的薄弱環(huán)節(jié)。反應(yīng)塔上部5層平水套間距390 mm，之間鑲嵌3層磚，中下部10層平水套間距287 mm，僅鑲嵌2層磚，加密的平水套加大了反應(yīng)塔中下部的冷卻強(qiáng)度。反應(yīng)塔中部鋼殼，托水套的法蘭不再伸入爐殼內(nèi)部，增加了反應(yīng)塔平水套與磚體的接觸面積，增強(qiáng)銅水套對耐火磚的冷卻強(qiáng)度。反應(yīng)塔最下部是1圈吊掛齒形水套，受煙氣沖刷的半圈齒形水套在下部表面增加噴涂耐磨、耐高溫合金，加強(qiáng)了此區(qū)域齒形水套的抗沖刷磨損的能力；齒形水套高約1 670 mm，較以往的設(shè)計(jì)加高了約300 mm，不僅提高該區(qū)段的冷卻強(qiáng)度，同時(shí)也方便齒形水套的檢修與更換。反應(yīng)塔頂采用平頂?shù)鯍齑u結(jié)構(gòu)，熔煉爐采用這種結(jié)構(gòu)，維護(hù)檢修方便，使用壽命也能滿足要求。反應(yīng)塔整體仍采用上部八角梁支撐結(jié)構(gòu)，塔身處于懸吊狀態(tài)，可以向下自由膨脹。

2.2 沉淀池

沉淀池渣線長度～26 m，渣線寬度～9.2 m，熔池深度1.2 m，上部爐膛高度1.8 m，爐底厚度1.55 m。沉淀池采用恩菲專利技術(shù)的外傾10°角斜爐墻，這種結(jié)構(gòu)有利于磚體穩(wěn)定、磚體與水套的貼緊、磚體的膨脹。渣線以下熔池部分采用立水套冷卻，立水套緊貼爐殼，由三角鐵支撐；新設(shè)計(jì)的立水套互相之間搭接40 mm，實(shí)現(xiàn)了對熔池區(qū)域爐墻耐火磚的全冷卻保護(hù)，避免水套之間預(yù)留安裝間隙造成熔體滲漏的隱患；同時(shí)，水套的搭接設(shè)計(jì)考慮了立水套安裝及拆卸便利性。渣線以上的爐墻，前段反應(yīng)塔周邊上爐墻新設(shè)計(jì)了特殊的E形水套，其他區(qū)段布置了3層平水套，E形水套不僅冷卻強(qiáng)度大，而且可承托磚體。實(shí)踐也證明了E形水套在此區(qū)域能夠起到抗氣流強(qiáng)烈沖刷的作用。沉淀池骨架采用恩菲專利技術(shù)整體彈性結(jié)構(gòu)，由底梁、立柱、上下夾持梁、拉桿、渦卷彈簧組成。整體彈性骨架可以保證磚體所需的夾緊力，使磚體同步、均勻的膨脹。整體彈性骨架結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于中國恩菲設(shè)計(jì)的各種矩形爐，該技術(shù)成熟可靠，調(diào)整彈簧預(yù)緊及受力大小，在烘爐及投料生產(chǎn)過程中能夠?qū)t子縱橫兩方向的膨脹量控制在合理范圍之內(nèi)，既能保證磚體處于均勻擠緊狀態(tài)，又能保證磚體受力不會過大，是延長爐體的重要條件。底梁采用工字鋼制作的雙層網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，只承受沉淀池及熔體的重量，單獨(dú)設(shè)計(jì)直通的縱向拉桿和橫向拉桿，承受爐體的夾緊力。拉桿通過整根的夾持梁夾緊立柱，夾持梁起平衡和保持爐體同步膨脹的作用。

2.3 上升煙道

在反應(yīng)塔和上升煙道之間的沉淀池爐頂采用拱頂結(jié)構(gòu)，無“H”形水冷梁，以吊掛銅水套梁代替。水套梁之間是吊掛磚，吊掛銅水套起冷卻吊掛磚的作用，并防止磚的軸向移動。從反應(yīng)塔來的煙氣流至拱頂時(shí)，由于截面積增大煙氣流速減小，有利于煙塵的降低，而且拱頂煙氣的密封性也比較好。在沉淀池爐頂反應(yīng)塔下方周圍平頂區(qū)域，是吊掛銅水套，以

防止反應(yīng)塔煙氣沖刷損壞。上升煙道與反應(yīng)塔的中心距為19.5 m，上升煙道由兩側(cè)墻、端墻、喉口部斜墻、上升煙道頂和出煙口裝置構(gòu)成。上升煙道采用上部懸吊的結(jié)構(gòu)形式，除出煙口裝置外的整個(gè)上升煙道的重量通過27根吊桿轉(zhuǎn)換至承重梁上，出煙口裝置單獨(dú)由另外4根吊桿懸吊。兩側(cè)墻、端墻有若干排平水套。出煙口裝置設(shè)計(jì)特殊，是銅水套組合體，水套用厚銅板鉆孔制作。這種結(jié)構(gòu)可以耐高溫、抗高塵煙氣的沖刷。上升煙道兩側(cè)墻下部是齒形水套，抗煙氣進(jìn)入上升煙道時(shí)的沖刷。上升煙道頂采用鋼架固定銅水套梁支撐的整體澆注料結(jié)構(gòu)，密封性比吊掛磚結(jié)構(gòu)大大增強(qiáng)；副煙道座和副煙道蓋為銅水套結(jié)構(gòu)，降低煙氣對副煙道口的沖刷，減少煙塵粘結(jié)。

3 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐投產(chǎn)運(yùn)行情況

φ7 m×8 m閃速熔煉爐于2013年11月底正式投料，進(jìn)入生產(chǎn)運(yùn)行狀態(tài)。截止2017年5月底，該閃速爐已安全、穩(wěn)定運(yùn)行了三年半，期間整個(gè)爐體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，爐體膨脹狀況良好，爐體橫向兩側(cè)合計(jì)膨脹～20 mm，爐體縱向兩端合計(jì)膨脹～40 mm，完全符合設(shè)計(jì)預(yù)期。

4 結(jié)語

φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的設(shè)計(jì)創(chuàng)新點(diǎn)包括：反應(yīng)塔大冷卻強(qiáng)度、恩菲專利的斜爐墻結(jié)構(gòu)、熔池部分優(yōu)化設(shè)計(jì)的立水套結(jié)構(gòu)、渣線以上爐墻重點(diǎn)沖刷區(qū)域的的E形水套結(jié)構(gòu)、恩菲專利的整體彈性骨架結(jié)構(gòu)、反應(yīng)塔和上升煙道之間的沉淀池拱頂結(jié)構(gòu)、上升煙道頂整體澆注料結(jié)構(gòu)等。恩菲設(shè)計(jì)的鎳閃速爐第一爐期運(yùn)行了18年，設(shè)計(jì)的銅合成閃速爐投產(chǎn)到現(xiàn)在也已安全運(yùn)行近12年?？偨Y(jié)以往的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)、并有所創(chuàng)新設(shè)計(jì)的φ7 m×8 m煉銅閃速爐一定會成為一座更先進(jìn)的閃速爐。