低耗連續生產的銅熔煉豎平爐

文/張正國

低耗連續生產的銅熔煉豎平爐

文/張正國

目前，國家對環境保護問題日益關注，要求企業進行節能減排，而再生銅行業對減少能耗和污染的需求極為迫切，特別是在熔煉設備和技術水平上參差不齊，銅熔煉豎平爐較好地提高了爐子的熱效率，降低了銅熔煉的燃料單耗，還實現了銅的連續性生產。

結合豎爐與平爐的優點

反射爐即平爐在相當長的一段時間里在熔煉銅、鋁行業中被廣泛采用。其優點是：由于長期被使用，所以工藝成熟、操作簡單、生產效率高、生產能力大，所以反射爐目前在行業中仍被廣泛使用。但它也存在著致命的缺點：主要是工藝落后、污染嚴重、熱效率低，周期性操作造成無法連續生產。

為了克服上述缺點，六十年代，美國阿薩科公司豎爐取代反射爐熔煉純銅的新技術研制成功，在世界上很快得到承認和推廣。該技術的最大優點是大大提高了爐子的熱效率和產量，國外大型豎爐的熱效率可達70%。

爐料在豎爐內至上而下的運動中，被由下而上的爐氣加熱與預熱，當爐料運行至底部時被熔化，經過流槽進入保溫爐，進行儲存、保溫，必要時進行還原以控制含氧量，使銅水的氧化率降低，同時改善了環境，提高了銅桿的品位。該爐近年來在我國部分企業有所引進，并將其翻版。但由于是新工藝，而且密封性比較強，所以操作比較困難，尤其是對銅的含氧量難以控制，使生產出的銅桿電阻大（銅的含氧量過大），或抗拉強度降低（銅的含氧量過低），產品質量難以保證。

反射爐和豎爐各有所長，也各有所短，如果把兩種爐型結合在一起，使其發揮各自的長處，將能大大改善銅的冶煉水平。筆者于1982年在蕪湖建成了我國第一臺8t熔鋁豎平爐，獲得了較好的經濟效益。單耗由136kg/ t鋁降至66kg/t鋁（燃料為柴油），經測定熱效率達到59%，當時被譽為鋁行業的發展方向。之后，西德、日本在鋁行業的壓鑄行業中均廣泛地采用豎平爐替換了原來的坩堝爐。

近些年，隨著循環經濟的發展，有色金屬再生得到了迅猛發展。筆者在九十年代成功地將豎平爐用于廢銅的熔煉和精煉，即豎爐裝料。銅廢料在豎爐內由上而下的運動中，被預熱、加熱和熔化。銅水通過豎爐與平爐的爐內連接通道流入平爐，進行氧化造渣與脫氧精煉，即豎爐作為銅的熔化爐，而平爐作為銅液的精煉爐。其優點是：1.平爐的燃燒產物流經豎爐排出爐外，比單純的豎爐還節能，一般比反射爐節能10%～15%，經初步測試豎平爐的熱效益接近60%；2.由于熔煉與精煉在同一爐體內完成，銅液與空氣接觸的機會大為減少，所以銅液氧化減少；3.該爐與分體爐比較占地面積小，可以減少基建投資。

2007年筆者為臺灣某公司設計制造了30t熔銅豎平爐，試生產中，銅水全部合格，生產出φ8的銅桿；2008年為浙江某廠設計制造了75t廢銅熔煉豎平爐，在國內第一次成功地熔煉出合格的銅水。圖1為75t廢銅熔煉爐結構圖。圖2為正在建設的熔銅豎平爐。

如何實現連續生產

在豎平爐的設計和生產中，采用豎爐前后加一臺平爐的結構具有很多優點，但在實際生產中也無法實現連續作業。雖然豎爐可以連續生產，但當平爐的銅水到了額定噸位后就要開始做銅的操作，而此時豎爐就要保溫停止熔化，只有待平爐作銅并澆鑄完畢后，豎爐才能重新熔化，再開始向平爐注入銅水。設想如果使豎爐連續地工作，只要再增加一個平爐，并使2個平爐的噸位相同，且在第一個平爐開始做銅時，豎爐的銅水開始注入第二個平爐。當第一個平爐做銅和連鑄完成后（ 即第一個平爐為空爐），第二個平爐的銅水正好注到額定噸位。就這樣輪流循環操作，使生產得以連續進行。也就是說控制好豎爐的熔化、平爐的做銅及連續澆鑄、軋制等各環節的生產節拍就可實現連續生產，就可以大大提高爐子的生產能力，同時又提高爐子的熱效率，降低銅熔煉的燃料單耗。

這種思路在我們的設計中得到貫徹，并得到了廠家的認可和歡迎。圖3為連續生產的實例，即一個豎爐（帶小前爐）+兩個相同噸位的精煉爐。

1.爐型的選擇

從豎爐來講，越高廢氣預熱路線就越長，預熱效果越好，料的預熱溫度越高，熔化耗能越低。所以在選用高度和直徑的關系時，在保證不擱料的前提下，內膽是越高越好；另外，曲線豎爐爐腔是我們首先選用的方式。因為合適的曲線，能保證豎爐爐料順利地由上而下運行，從而保證爐子的正常生產，一般高度是直徑的4～7倍。

在爐型上，豎爐底部的斜度也是另外一個需合理處理的問題，一般采用15°～13°斜度為好。

2.燒嘴的選擇

圖2 建設中的熔銅豎平爐

圖3 6萬噸/年廢鋁熔煉生產線

燒嘴的選擇也是個很重要的問題，特別是豎爐底部由于爐料堆實了底部空間，會使擴散燃燒的穩定性降低。為此，我們選用了高速燒嘴來克服此問題。

3.銅爐的耐材

銅爐的耐材不同于普通的廢料爐，它的工作條件差，要認真對待合理地選材。目前，大多數選用鎂質耐材為主要爐料材，此材質價格昂貴。

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