艾薩爐導(dǎo)料管的研究與生產(chǎn)實(shí)踐應(yīng)用

任永專，葸 軍，趙 璧，張宇云

（涼山礦業(yè)股份有限公司，四川 會(huì)理 615100）

關(guān)鍵字：艾薩爐；導(dǎo)料管；煙塵率；水分

涼山礦業(yè)股份有限公司艾薩煉銅法熔煉生產(chǎn)，艾薩爐是一種頂吹浸沒熔池熔煉法，通過噴槍把富氧空氣強(qiáng)制鼓入熔池，氧化物料內(nèi)的鐵、硫元素放熱進(jìn)行熔煉，產(chǎn)出高品位冰銅。艾薩爐爐膛高13.656m，熔池區(qū)在2.1m以下，下料口設(shè)置在艾薩爐頂，下料口底部與艾薩爐頂處于同一平面，在熔煉過程中，物料從爐頂至熔池內(nèi)，大約需要1.14s，在艾薩爐內(nèi)運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，且由于爐內(nèi)反應(yīng)伴隨脫硫過程，會(huì)產(chǎn)生大量高溫二氧化硫煙氣，煙氣在上升過程中會(huì)帶走部分粉狀物料進(jìn)入電收塵系統(tǒng)，造成煙氣含塵率較高的情況。

目前生產(chǎn)過程中，為了保證艾薩爐口煙氣零排放，增大艾薩爐內(nèi)負(fù)壓控制，而較高的負(fù)壓控制會(huì)造成部分原料進(jìn)入煙氣系統(tǒng)，導(dǎo)致煙氣含塵量上升，增加電收塵負(fù)荷。大量的煙塵返回配料流程的進(jìn)行二次熔煉，影響了原料的熔煉效率，降低了金屬直收率，增加了生產(chǎn)成本。通過提高負(fù)壓控制爐口煙氣會(huì)導(dǎo)致爐頂漏風(fēng)率增大，鍋爐煙道低溫腐蝕嚴(yán)重，且物料被抽入煙道后在煙道內(nèi)燒結(jié)造成煙道結(jié)渣。

為控制煙氣含塵率，要求原料在入爐前必須經(jīng)過制粒，制粒過程中，原料中需加入水以保證原料成球率，大量的水分進(jìn)入到艾薩爐內(nèi)不僅會(huì)造成原料熔煉過程中能耗增加，降低生產(chǎn)效率，而且會(huì)造成煙氣的露點(diǎn)溫度提高，煙氣在管道運(yùn)輸過程中析出硫酸腐蝕沿程設(shè)備及管道，造成現(xiàn)場(chǎng)的跑冒滴漏情況發(fā)生。

通過對(duì)現(xiàn)有艾薩爐下料口存在的缺點(diǎn)進(jìn)行評(píng)估，初期在艾薩爐爐口增設(shè)長(zhǎng)度為2m的導(dǎo)料管進(jìn)行試驗(yàn)，但經(jīng)過一段時(shí)間的實(shí)驗(yàn)后，效果不明顯，后又將導(dǎo)料管長(zhǎng)度加長(zhǎng)至4米，使的導(dǎo)料管下沿接觸到艾薩高溫區(qū)，經(jīng)過一段時(shí)間的試驗(yàn)，艾薩煙塵率有明顯下降趨勢(shì)，現(xiàn)將導(dǎo)料管設(shè)計(jì)參數(shù)、運(yùn)行原理及使用效果分析如下。

1 導(dǎo)料管材質(zhì)及設(shè)計(jì)參數(shù)

（1）材質(zhì)：因艾薩爐內(nèi)熔煉溫度接近1200℃，爐頂上部溫度接近600℃，為防止導(dǎo)料管在高溫作用下發(fā)生變形或侵蝕，采用強(qiáng)度大、耐高溫的310S不銹鋼制作。

（2）組成部分：該部分分為收料口與下料管兩部分，主要考慮到生產(chǎn)中磨損的關(guān)鍵部位為下料管，在更換導(dǎo)料管時(shí)，只需更換下料管部分。

收料口設(shè)計(jì)為天方地圓形，主要考慮原料經(jīng)皮帶落入收料口，方形的收料口能保證原料全部落入下料管內(nèi)，避免漏料產(chǎn)生。

圖1 導(dǎo)料管及安裝示意圖

（3）總長(zhǎng)度設(shè)計(jì)為4.5m，其中收料口為0.5m主要考慮與爐頂加料皮帶高度相匹配，保證收料率，下料管長(zhǎng)度為4m，主要考慮物料在進(jìn)入爐內(nèi)4m后，該位置下方配有一定的燃燒風(fēng)，有利于物料在爐內(nèi)的二次燃燒，可有效減少粉狀物料進(jìn)入煙道的幾率。

（4）直徑方面的設(shè)計(jì)主要考慮到艾薩爐體下料口自身尺寸的匹配，艾薩爐下料口直徑為800mm。

2 艾薩爐導(dǎo)料管投入的理論性分析

2.1 導(dǎo)料管形成的文丘里效應(yīng)

艾薩爐導(dǎo)料管就像一個(gè)文丘里管，精礦等物料從加料皮帶進(jìn)入導(dǎo)料管口，這時(shí)的精礦等物料等同于進(jìn)入A口的壓縮空氣。進(jìn)入導(dǎo)料管的精礦等物料靠自重向下運(yùn)動(dòng)，對(duì)導(dǎo)料管內(nèi)的空氣產(chǎn)生壓縮和推動(dòng)作用，使導(dǎo)料管內(nèi)的部分空氣進(jìn)入艾薩爐，這時(shí)就在導(dǎo)料管上端部（D吸附腔）產(chǎn)生了一個(gè)真空度，從而形成導(dǎo)料管上部處于負(fù)壓狀態(tài)，可有效控制爐頂煙氣外逸情況。

圖2 文丘里管示意圖

在沒有導(dǎo)料管的狀況下，艾薩爐加料口的入口和出口高差較?。◣缀醯韧谠谝粋€(gè)平面上），文丘里效應(yīng)不明顯。當(dāng)精礦等物料進(jìn)入加料口時(shí)，被物料帶入的空氣很快就進(jìn)入艾薩爐內(nèi)，體積增大，流速降低，在加料口入口處形成的負(fù)壓很小。正常生產(chǎn)過程中，加料口負(fù)壓主要靠高排風(fēng)機(jī)的抽力來保持微負(fù)壓狀態(tài)。如果艾薩爐內(nèi)煙氣壓力發(fā)生變化，就會(huì)打破加料口的壓力平衡狀態(tài)，從而出現(xiàn)煙氣外逸情況。導(dǎo)料管利用了文丘里效應(yīng)，導(dǎo)料管上端形成較大的負(fù)壓，即便艾薩爐內(nèi)煙氣壓力發(fā)生波動(dòng)，艾薩爐內(nèi)煙氣也不易外逸。這樣在高排風(fēng)機(jī)降低轉(zhuǎn)速的情況下，艾薩爐的負(fù)壓也更加容易控制。

2.2 導(dǎo)料管形成的倒煙囪模型

因外部空氣進(jìn)入爐內(nèi)的流向發(fā)生變化，導(dǎo)料管形成了一個(gè)倒煙囪模型，艾薩爐漏風(fēng)率下降。由于導(dǎo)料管相對(duì)艾薩爐形成了一個(gè)“倒煙囪”模型，導(dǎo)料管上部處于負(fù)壓狀態(tài)，煙氣不易外逸，降低了高溫風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，艾薩爐內(nèi)煙氣流速下降，也進(jìn)一步減少了漏風(fēng)量。

通過導(dǎo)料管進(jìn)入到艾薩爐內(nèi)的空氣基本在艾薩爐中部位置，該處艾薩爐溫較高，在1000℃左右，冷態(tài)空氣與高溫?zé)釕B(tài)煙氣混合后進(jìn)入鍋爐煙道，相當(dāng)于對(duì)冷態(tài)空氣進(jìn)行了加熱，減少了冷空氣對(duì)鍋爐管壁的腐蝕以及冷空氣進(jìn)入煙道造成的管壁結(jié)渣。

2.3 導(dǎo)料管的輸送物料作用

在不加導(dǎo)料管的情況下，在艾薩爐負(fù)壓狀況下，進(jìn)入艾薩爐的精礦細(xì)微粉塵懸浮在煙氣中，立即隨煙氣進(jìn)入了鍋爐。這些精礦粉塵部分在鍋爐內(nèi)壁形成結(jié)渣，部分隨煙氣進(jìn)入余熱鍋爐或電收塵器形成煙塵。

加裝導(dǎo)料管后，精礦等物料進(jìn)入艾薩爐內(nèi)4.0m后才進(jìn)入了艾薩爐爐膛空間，進(jìn)入艾薩爐的精礦細(xì)微粉塵懸浮在煙氣中，隨高溫?zé)煔馔线\(yùn)動(dòng)。由于導(dǎo)料管增加了粉狀物料在艾薩爐內(nèi)的行程，在煙氣溫度1000℃左右的狀況下，懸浮在高溫?zé)煔庵械牟糠址蹓m得于熔化，熔化的小顆粒又有可能粘附煙氣中的粉塵不斷長(zhǎng)大，最后重新落入熔池中，從而使得煙塵率下降。

3 艾薩爐導(dǎo)料管投入后的使用效果分析

涼山礦業(yè)股份有限公司在投入4米導(dǎo)料管后，在相同原料成分的情況下，由于艾薩粗塵量明顯減少，降低了對(duì)原料制粒的粒徑要求，從之前的6mm～10mm，降低至3mm～6mm，與此同時(shí)，艾薩爐入爐原料的補(bǔ)加水量得以控制，減少了進(jìn)入艾薩爐的水量，減少了爐內(nèi)能耗，增加了艾薩爐小時(shí)下料量，提高了生產(chǎn)負(fù)荷率。具體使用效果情況如下所示。

表1 導(dǎo)料管投入前后數(shù)據(jù)對(duì)比

通過對(duì)比涼山礦業(yè)股份有限公司在導(dǎo)料管生產(chǎn)實(shí)踐過程的各項(xiàng)參數(shù)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，煙塵率得到了很好的控制，其降幅達(dá)到了30%以上，同時(shí)降低了煙氣出口含塵，降低了硫酸分廠的污酸產(chǎn)出量，進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。

由于降低了入爐原料的制粒標(biāo)準(zhǔn)，入爐原料水分也得到了很好的控制，在保證艾薩爐口不冒煙的情況下，艾薩爐收塵負(fù)壓得以降低，減少了風(fēng)機(jī)運(yùn)行負(fù)荷，收塵負(fù)荷得到控制。

4 結(jié)論

（1）導(dǎo)料管利用文丘里效應(yīng)、巧妙運(yùn)用倒煙囪原理以及其輸送物料作用，在艾薩爐試驗(yàn)運(yùn)用效果顯著。

（2）導(dǎo)料管投入后，生產(chǎn)系統(tǒng)中煙塵率下降明顯，硫酸系統(tǒng)的污酸產(chǎn)出量大幅下降，且有效降低了入爐原料水分，對(duì)節(jié)約生產(chǎn)成本效益明顯。