艾薩噴槍改造對(duì)使用壽命延長(zhǎng)與單質(zhì)硫抑制效果

王江素

（謙比希銅冶煉有限公司，山西 長(zhǎng)治 046000）

艾薩爐溶池熔煉的核心技術(shù)均是對(duì)垂直浸沒于溶池中的噴槍進(jìn)行控制。艾薩熔化槽的基本技術(shù)是基于對(duì)垂直浸入熔化槽中的長(zhǎng)槍的控制。艾薩噴槍對(duì)物料和操作氣氛的適應(yīng)性很強(qiáng)，可在氧化性氣氛中熔煉鎳、銅、硫化鉛礦；在還原性氣氛中熔煉錫精礦和高鉛渣，也可熔煉含錫、鉛、鋅的爐，還可應(yīng)用該技術(shù)從渣中回收貴金屬。所有熔化的物理、化學(xué)反應(yīng)都必須在長(zhǎng)槍供氣、供氧、供油的強(qiáng)烈攪拌下完成，才能完成傳熱、傳質(zhì)的過程，長(zhǎng)槍的壽命直接影響到作業(yè)率和供油率，而長(zhǎng)槍的自動(dòng)控制技術(shù)直接影響到長(zhǎng)槍的壽命。

1 艾薩噴槍簡(jiǎn)介

1.1 噴槍結(jié)構(gòu)與材料

艾薩噴槍的筒身結(jié)構(gòu)一般由三根同心圓管組成，從內(nèi)到外依次為燃料管、內(nèi)氧管、外風(fēng)（爐筒風(fēng)道）。燃料管送重油或煤粉，有的鑄造廠洗爐時(shí)只送重油，熔體則送煤粉。艾莎噴槍的工作原理，第一層也是燃料管的中心，輸送燃料（煤或燃料油），以平衡冶煉過程中的溫度波動(dòng)，達(dá)到所需的冶煉溫度，同時(shí)也輸送氮?dú)饣驍y帶煤的壓縮空氣，吹出殘余燃料，從而使燃料得到充分利用；氧氣管：氧氣管輸送氧氣，以滿足冶煉過程中的氧氣需求。槍管攜帶風(fēng)或氧氣，提供一定流量的風(fēng)或氧氣參與反應(yīng)，并用于開挖攪拌盆，使制渣的物理、化學(xué)反應(yīng)得以順利進(jìn)行，同時(shí)對(duì)槍壁產(chǎn)生冷卻作用，有利于槍渣的懸浮。根據(jù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化謙比希銅冶煉有限公司筒體結(jié)構(gòu)為三層，最內(nèi)層為燃料管，其次為壓縮空氣管，外層為富氧混合空氣。

噴槍筒體材質(zhì)一般為碳鋼和不銹鋼，筒頭材質(zhì)為不銹鋼，不銹鋼型號(hào)主要是按Ni和Cr含量的多少不同而定。槍頭所采用的不銹鋼材質(zhì)優(yōu)于304、316、310等非感應(yīng)不銹鋼型號(hào)。目前，銅礦冶煉采用的是最好的燃燒柴油艾薩噴槍，槍頭材質(zhì)為310S不銹鋼。其余為316L。

圖1 艾薩噴槍結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 艾薩噴槍槍頭示意圖

1.2 噴槍使用壽命

噴槍的壽命是指槍身的生命，二是指槍頭，即槍頭的生命。槍體的壽命一般較長(zhǎng)，如果槍體彎曲、拉直，可以重復(fù)使用，如果槍體起皺、斷裂、嚴(yán)重?zé)龤?，就?huì)被廢棄。槍頭浸入溶液槽中的渣層中，合理的插入深度為200-400mm，槍頭必須耐高溫灼燒、溶液侵蝕和化學(xué)腐蝕，槍頭在旋風(fēng)中容易燒傷、裂紋、刺穿和燒毀等。導(dǎo)致頻繁更換武器。目前，在槍頭的生產(chǎn)中，槍頭的壽命等于槍的壽命，但槍身的壽命和槍頭的壽命是相互影響的

2 艾薩噴槍使用壽命影響因素

2.1 溫度控制

從Fe-SiO2體系的相圖可以看出，強(qiáng)氧化熔煉過程的平均渣中約含有23%-28%的SiO2，其熔煉溫度應(yīng)低于1208℃。但由于強(qiáng)氧化熔煉體系中氧勢(shì)較高，熔體中磁鐵礦含量較高，其熔點(diǎn)高達(dá)1550℃以上，因此，為使鐵橄欖石渣保持均勻的熔相，目前渣的熔化溫度應(yīng)高于1200℃。如果爐溫過高，過熱度過大，噴槍掛渣就會(huì)比較薄，而主要用于冷卻噴槍的槍體空氣溫度就會(huì)升高。如果爐溫過高，長(zhǎng)槍無(wú)法掛渣，筒體空氣溫度較高，長(zhǎng)槍就會(huì)失去對(duì)掛渣的保護(hù)依賴，必然導(dǎo)致燃燒。謙比希銅冶煉有限公司吹風(fēng)爐根據(jù)爐渣種類和工藝特點(diǎn)，將爐溫控制在1180-1190℃。

2.2 噴槍流量

生產(chǎn)實(shí)踐中槍體風(fēng)管由于上方有熔融物，容易導(dǎo)致吹煉過程中進(jìn)入冷卻風(fēng)管出口處的熔渣而堵塞聯(lián)動(dòng)。隨著清洗的進(jìn)行打外管壁結(jié)渣必然會(huì)造成管壁變形，這些都會(huì)大大影響槍體的鼓風(fēng)量在，導(dǎo)致達(dá)不到很好的冷卻保護(hù)槍體的目的，容易導(dǎo)致槍體彎曲變形損壞和槍外管發(fā)生局部小爆裂。生產(chǎn)實(shí)踐表明，槍體繞管的壽命可達(dá)半年以上，但必須隨時(shí)進(jìn)行檢修，才能保持良好的性能。

2.3 用油量

艾薩噴槍在每個(gè)潛流熔池吹煉前都要進(jìn)行必要的停渣操作，因?yàn)閲姌屧诖禑掃^程中，安全操作主要靠停渣來實(shí)現(xiàn)保護(hù)。如果用油量過多或過少，會(huì)使噴槍受到冰塊、高溫等腐蝕而損壞，降低使用壽命。

2.4 噴槍結(jié)構(gòu)

該噴槍由3層組成，最內(nèi)層是燃料管，其次是端壓空氣管，外層是富養(yǎng)空氣混合物。也是為了燃燒煙氣中的硫磺等可燃成分，最外層以上為鑄鐵，不插入鑄鐵，槍頭為310S不銹鋼，槍身為316L不銹鋼。在筒體與筒體之間加裝雙螺旋變距翅片，使筒體空氣在環(huán)形路徑上產(chǎn)生渦流，此渦流將加劇空氣混合，提高對(duì)流傳熱系數(shù)，以降低筒體壁溫。這樣可以在槍壁外側(cè)形成穩(wěn)定的固渣層，使其不被液渣池浸出，保護(hù)噴槍，這也是保證伊薩噴槍長(zhǎng)期安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

3 艾薩噴槍改造方案

3.1 針對(duì)硫酸單質(zhì)硫的改造方案

在工藝控制要求許可的前提下，對(duì)噴槍進(jìn)行其他方面結(jié)構(gòu)的改進(jìn)。針對(duì)硫酸單質(zhì)硫方面，噴槍直徑從?377mm加?426，加強(qiáng)熔池?cái)嚢?。使?426噴槍，可以加強(qiáng)熔池徑向攪動(dòng)力，有利于減少熔池堆料。

3.2 針對(duì)余熱鍋爐蒸發(fā)量過大的改造方案

吹煉過程中依據(jù)進(jìn)料量，尤其是準(zhǔn)確判斷熱冰銅進(jìn)爐速率來確定冰銅面的漲幅。降低KKK風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量，降低總風(fēng)量，提高了ISA熔煉的富氧濃度，從而減少總煙氣量。

3.3 針對(duì)生產(chǎn)協(xié)調(diào)的改造方案

在艾薩控制界面上添加轉(zhuǎn)爐用氧量顯示，加強(qiáng)艾薩-轉(zhuǎn)爐之間用氧協(xié)調(diào)，減少艾薩因?yàn)檠鯕獠粔驂毫系臅r(shí)間；在電爐控制界面上添加銅面顯示，要求電爐至少每小時(shí)測(cè)一次銅面，艾薩和轉(zhuǎn)爐可以更直接了解電爐生產(chǎn)情況，從而主動(dòng)調(diào)節(jié)生產(chǎn)節(jié)奏，避免因?yàn)殡姞t銅面高導(dǎo)致壓料。

4 實(shí)施計(jì)劃及完成情況

2019年1月3日使用?426噴槍，在一月份生產(chǎn)中不斷實(shí)踐摸索，把大料量生產(chǎn)時(shí)KKK風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)量從14300Nm3/h降至10500m3/h，同樣的生產(chǎn)料量與2018年相比，總空氣量減少了近4000m3/h，富氧濃度也提高2%。余熱鍋爐蒸發(fā)量也得到了明顯的控制，從生產(chǎn)中48-51t/h穩(wěn)定到現(xiàn)在的44-46t/h。硫酸單質(zhì)硫控制也取得成功，效果非常明顯，以下是2018年和2019年各個(gè)月因單質(zhì)硫影響而壓料的時(shí)間。

表1 2018、2019因單質(zhì)硫影響壓料時(shí)間統(tǒng)計(jì)表

2019年1月份191分鐘時(shí)間都是1月3日以前的，很明顯更換?426噴槍后單質(zhì)硫現(xiàn)象改善顯著，可以說完全控制住了硫酸單質(zhì)硫?qū)Π_生產(chǎn)的影響，重點(diǎn)是艾薩爐在2019年3月20號(hào)開始嘗試加硫磺，來進(jìn)一步提高硫酸產(chǎn)量，3月份單質(zhì)硫影響時(shí)間也是加硫磺后出現(xiàn)的。

2019年在電爐控制界面加銅面高度，艾薩控制界面加轉(zhuǎn)爐用氧量，很大程度上提高工段之間的聯(lián)系，縮短了壓料時(shí)間和轉(zhuǎn)爐等料時(shí)間。

實(shí)施結(jié)果評(píng)估（結(jié)論和效益（量化）分析）。

表2 2018年和2019年1-10月份各月小時(shí)料量對(duì)比

5 結(jié)語(yǔ)

艾薩噴槍冶煉工藝是銅火冶煉工藝中較為先進(jìn)的工藝，具有產(chǎn)能大、環(huán)保性好等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的推廣前景。如何提高長(zhǎng)槍的使用壽命，特別是吹氣過程中使用的長(zhǎng)槍，是有必要討論的。