稀氧燃燒技術(shù)在銅陽(yáng)極精煉爐上的應(yīng)用

布茂帥 張慶朝 張學(xué)敏

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司 山東陽(yáng)谷 252300

在對(duì)銅陽(yáng)極精煉技術(shù)進(jìn)行升級(jí)改造后，我國(guó)出現(xiàn)了以稀氧燃燒技術(shù)為核心利用銅陽(yáng)極精煉爐進(jìn)行生產(chǎn)的新型工藝手段。自該工藝手段應(yīng)用于銅的冶煉中，不僅在生產(chǎn)資金有很大程度的節(jié)約，同時(shí)廢氣排放量及能量損耗也得到優(yōu)化，更為重要的是該工藝技術(shù)的改造符合國(guó)家對(duì)工業(yè)生產(chǎn)制作所提出的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1 稀氧燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介及技術(shù)優(yōu)勢(shì)

1.1 傳統(tǒng)粗銅精煉工藝及面臨的問(wèn)題

由于粗銅含有部分雜質(zhì)較高，直接澆鑄無(wú)法成為合格的陽(yáng)極板，因此在提煉之前往往需要利用氧化還原反應(yīng)降低粗銅中的雜質(zhì)含量。此外，粗銅中硫的含量通常較少，要想確保氧化反應(yīng)的順利進(jìn)行，同時(shí)維持澆鑄期內(nèi)爐內(nèi)銅液溫度還需要加入額外的燃料。傳統(tǒng)陽(yáng)極爐主要是在生產(chǎn)過(guò)程中利用燃燒風(fēng)機(jī)空氣助燃使天然氣燃燒，從而保證爐內(nèi)的保溫效果。但在使用過(guò)程中，由于空氣中能夠參與助燃反應(yīng)的氧氣含量較低，天然氣燃燒具有一定的保留性，即很難燃燒完全，且其燃燒過(guò)程中損耗能量較高，產(chǎn)生煙氣含量較多。

1.2 稀氧燃燒技術(shù)簡(jiǎn)介與技術(shù)優(yōu)勢(shì)

就上述內(nèi)容可以看出，傳統(tǒng)粗銅精煉工藝之所以效果不佳與空氣助燃有較大關(guān)系。因此，要對(duì)粗銅精煉工藝進(jìn)行改善與優(yōu)化首先要對(duì)空氣助燃進(jìn)行改良。但粗銅精煉工藝的真正升級(jí)并不只是空氣助燃改良這么簡(jiǎn)單，還需要對(duì)爐內(nèi)熱量場(chǎng)的分布、燃?xì)馀c燃料的反映情況等進(jìn)行考慮?；诖?，稀氧燃燒技術(shù)得以出現(xiàn)。該技術(shù)的核心部分主要是稀氧燒嘴。在生產(chǎn)過(guò)程中氧氣和天然氣的熱量擴(kuò)散十分均勻，這使得爐內(nèi)銅液與爐膛溫度的熱交換效率大大加強(qiáng)。此時(shí)不需要無(wú)用氮?dú)鈪⒓臃磻?yīng)，即所稀氧燒嘴所噴射的氧氣也得到了稀釋。此后，已經(jīng)稀釋過(guò)的氧氣再次與天然氣相遇進(jìn)行燃燒將會(huì)為粗銅精煉生產(chǎn)提供足夠的熱能。這樣一來(lái)，不僅燃料使用效率得以增加，廢氣排放也得到了控制。

2 稀氧燃燒技術(shù)在銅陽(yáng)極精煉爐上的應(yīng)用

2.1 稀氧燃燒對(duì)精煉產(chǎn)生煙氣量的影響

首先，稀氧燃料應(yīng)用以后，粗銅精煉不再需要利用天然氣和空氣助燃，工作人員只需補(bǔ)充一定體積的富氧空氣即可。其次，稀氧燃燒應(yīng)用之前，天然氣燃燒所需要的氣體主要有一氧化碳、甲烷等，其中還或多或少的摻雜部分不可燃?xì)怏w如氮?dú)?、二氧化碳等。工作人員需要根據(jù)熱天然氣燃燒過(guò)程中所使用的可燃?xì)怏w的含量對(duì)最終氧氣的消耗量進(jìn)行計(jì)算，最后運(yùn)用反推的方式計(jì)算出粗銅精煉所需要的助燃空氣量。最終，富氧空氣的剩余部分、其中所摻雜的不可燃?xì)怏w及反應(yīng)過(guò)程中產(chǎn)生的煙氣均聚集在后端煙氣中，此時(shí)所產(chǎn)生的煙氣量較大。稀氧燃燒應(yīng)用以后不僅煙氣量大大減少，稀氧燃燒所帶走的熱量也大大減少，熱量損失有效降低[2]。

2.2 稀氧燃燒對(duì)精煉能耗的影響

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司在稀氧燃燒技術(shù)最初使用過(guò)程中主要將天然氣和空氣助燃作為主要材料對(duì)后續(xù)生產(chǎn)提供熱源，助燃風(fēng)機(jī)在此過(guò)程中主要提供助燃空氣。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司此后對(duì)稀氧燃燒技術(shù)在回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極精煉爐中進(jìn)行了升級(jí)與優(yōu)化，以天然氣和燃燒風(fēng)機(jī)助燃共同燃燒的生產(chǎn)形式取消，僅將天然氣和氧氣作為燃燒原料。此外，升級(jí)后的稀氧燃燒技術(shù)對(duì)富氧燃?xì)獾臐舛纫灿辛艘?，需要使用濃度為百分之九十五的氧氣參與反應(yīng)。本公司對(duì)稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用一年后的精煉能耗進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)與分析，發(fā)現(xiàn)稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用后，每噸陽(yáng)極銅的能耗降低十分明顯，且能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定保持。

其次，在使用稀氧燃燒技術(shù)之前冷粗銅及其他銅物料每小時(shí)能化較低。該技術(shù)應(yīng)用以后，冷粗銅及其他銅物料的能化提高了整整兩倍。造成此現(xiàn)象的主要原因是，稀氧燃燒技術(shù)所產(chǎn)生的熱量擴(kuò)散十分均勻，這使得爐內(nèi)銅液與爐膛溫度的熱交換效率大大加強(qiáng)。受此影響，冷料的化料速度及物料處理能力也大幅提升，這為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)量的提高及煙氣量的減少創(chuàng)造了條件。之前以天然氣和空氣助燃共同作為燃料的生產(chǎn)方式由于空氣助燃環(huán)節(jié)的加入使得生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生了眾多煙氣，從而降低了熱量的有效利用率。此外，稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用以后，不僅將天然氣作為單一原材料，也不再使用助燃風(fēng)機(jī)，由此，爐況的可控性不斷增加，工作人員只需要對(duì)參數(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單的設(shè)置就能夠?qū)崿F(xiàn)。

2.3 稀氧燃燒對(duì)回轉(zhuǎn)爐氧化還原精煉過(guò)程產(chǎn)生的影響

回轉(zhuǎn)式精煉爐應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)使得粗銅冶煉的脫硫速率明顯增加。在稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用以前，要想對(duì)爐內(nèi)熔融粗銅液中的含硫進(jìn)行氧化作業(yè)所需時(shí)間較長(zhǎng)，而稀氧燃燒技術(shù)應(yīng)用以后，爐內(nèi)熔融粗銅液中含硫進(jìn)行氧化作業(yè)在短時(shí)間內(nèi)即可完成。之所以出現(xiàn)此種差距，主要是因?yàn)榛剞D(zhuǎn)式精煉爐應(yīng)用稀氧燃燒技術(shù)能夠促進(jìn)燃燒模式的改變，富氧含量與天然氣的比例系數(shù)得到了提高，有助于爐內(nèi)氧化氣氛的調(diào)整。由于反應(yīng)過(guò)程中爐內(nèi)會(huì)保留部分富余氧氣，此時(shí)對(duì)爐底的透氣磚進(jìn)行攪拌能夠使得銅液中的硫與氧充分反應(yīng)，反應(yīng)速率自然有所增加，氧化作業(yè)時(shí)間也持續(xù)縮短。相關(guān)資料表明，粗銅精煉脫硫速率的高低會(huì)受到脫硫溫度的影響。一般來(lái)說(shuō)，最佳脫硫溫度需要保持在1180℃～1210℃之間?；剞D(zhuǎn)式精煉爐在進(jìn)行氧化反應(yīng)之前，需要擁有足夠的吹煉熱粗銅，反應(yīng)過(guò)程中需要根據(jù)不同反映情況對(duì)冷粗銅或其他雜銅進(jìn)行適當(dāng)補(bǔ)充，促進(jìn)單爐處理量的增加[3]。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，稀氧燃燒技術(shù)在銅陽(yáng)極精煉爐上的應(yīng)用是現(xiàn)階段國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求。通過(guò)前文敘述可以發(fā)現(xiàn)，該技術(shù)的應(yīng)用十分符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略及環(huán)境保護(hù)要求，是粗銅精煉的優(yōu)選方案。盡管稀氧燃燒技術(shù)在我國(guó)應(yīng)用時(shí)間較短，但其在生產(chǎn)過(guò)程中所做出的重要貢獻(xiàn)是傳統(tǒng)燃燒技術(shù)所不能比擬的。