傾動爐還原過程摻氮技術研究及應用

徐革雄（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

傾動爐還原過程摻氮技術研究及應用

徐革雄
（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

江西銅業(yè)集團公司貴溪冶煉廠（簡稱貴冶）傾動爐車間原還原過程摻氮技術無法達到工廠節(jié)能、減排的要求，在生產(chǎn)實踐中積累大量的經(jīng)驗后，對傾動爐還原過程摻氮技術進行了優(yōu)化與改進。通過該技術應用傾動爐噸銅液化石油氣單耗大幅度下降，液化石油氣利用率得到提高，同時解決了傾動爐在還原啟動、結束過程冒黑煙的問題。

傾動爐；還原；摻氮；液化石油氣；技術

1 引言

貴冶傾動爐于2003年8月建成投產(chǎn)，單爐處理雜銅的設計能力為350t，還原脫氧采用液化石油氣（英文簡稱：LPG）作為還原介質，LPG的利用率設計值約為44%，但是隨著國家節(jié)能減排要求的提高，傾動爐現(xiàn)有液化石油氣還原工藝無法達到節(jié)能、環(huán)保的要求，貴冶傾動爐經(jīng)過對摻氮技術及原有還原工藝及設備進行了研究，經(jīng)過技術改造實現(xiàn)傾動爐還原過程摻氮［1］。

2 傾動爐還原原理

雜銅經(jīng)過氧化造渣及排渣后，銅水中的雜質被大部分脫除，但是銅水中還含有約8%的氧，銅中含氧過多，會造成銅變脆、延展性和導電性降低，不利于陽極板澆鑄及電解［2］。因此必須用還原劑還原脫氧，還原劑有多種，包括木材、重油、天然氣、氨、液化石油氣等，傾動爐是用液化氣石油作為還原介質［3］。

還原過程中燃燒器停止燒重油，但是燃燒器仍然提供1500～3000m3/h燃燒風，和加料門、渣門縫隙進入的空氣一起促進溢出銅水的部分液化石油氣進行不充分燃燒，同時使得爐膛內氣流層保持一個還原氣氛。

3 傾動爐還原摻氮

3.1 還原摻氮技術改造

傾動爐還原系統(tǒng)［4］是由DCS控制系統(tǒng)、流量

圖1 傾動爐摻氮技術改造后氧化還原系統(tǒng)

3.2

還原摻氮過程控制

由于傾動爐還原啟動前為了避免6根風管由于銅水倒灌凝固睹塞,液化石油氣流量控制閥門需要提前打開30%,此時傾動爐從零位開始傾轉，6根風管口處在銅水液面以上，進入爐內的液化石油氣未與銅水接觸反應,在爐膛內發(fā)生不完全燃燒，從而造成大量黑煙從傾動爐兩個加料門、一個渣門及激冷環(huán)處冒出，造成環(huán)境污染。為了避免這一問題傾動爐經(jīng)過摸索將還原啟動過程的液化石油氣流量閥門的開度控制在15%，氮氣流量控制在200m3/h，當傾動爐角度傾轉到17.5°，再將液化石油氣的流量調整到正常設定值：700m3/h，氮氣流量關閉，經(jīng)過實踐傾動爐啟動過程中爐體冒黑煙得到解決，同時節(jié)約了液化石油氣［5］。

傾動爐還原1～1.5h后，銅水中大部分氧已經(jīng)反應脫除，700m3/h的液化石油氣流量相對開始階段過剩，部分液化石油氣未與氧發(fā)生反應就溢出了銅水，為了提高此后液化石油氣的使用效率，減少溢出銅水的液化石油氣，經(jīng)過試驗摸索在此過程中傾動爐將液化石油氣的流量下調至500～600m3/h，氮氣流量控制在100～200m3/h，同時液化石油氣和控制閥組、風管閥組組成，用于還原用的液化石油氣通過流量控制閥組、6根風管閥組輸送到爐內。為了實現(xiàn)傾動爐還原過程摻氮，技術人員經(jīng)過研究在流量控制閥組與風管閥組之間增設一個摻氮口，并且增加一組氮氣控制閥組，實現(xiàn)傾動爐還原過程摻氮。摻氮技術改進后傾動爐氧化——還原系統(tǒng)流程（如圖1所示）。氮氣總流量仍然控制在700m3/h，經(jīng)過實踐在此階段液化石油氣的利用率提高到約50%，同時還原時間沒有明顯增長。

銅水含氧量經(jīng)過液化石油氣的還原達到陽極銅澆鑄要求，需要結束還原操作。以前未實現(xiàn)傾動爐還原摻氮技術改進，爐體從17.5°傾轉到0°過程中會造成液化石油氣浪費，而且造成嚴重冒黑煙，但是經(jīng)過摻氮技術應用后，傾動爐經(jīng)過實踐摸索在還原結束傾轉爐體的過程中將液化石油氣的流量控制在450m3/h，氮氣流量控制在250m3/h，經(jīng)過改進還原結束傾轉爐體的過程中冒黑煙的現(xiàn)象得到解決，避免了黑煙污染環(huán)境，而且節(jié)約了液化石油氣。

4 傾動爐還原摻氮效果

傾動爐還原過程實現(xiàn)摻氮技術應用，液化石油氣噸銅單耗得到大幅度下降，具體情況見（表1所示）。

傾動爐還原摻氮以后液化石油氣的利用率提高到約50%,還原過程溢出銅水的液化石油氣量降低,這部分液化石油氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量得到降低，避免了黑煙溢出爐體，從而保護了環(huán)境［6］。

表1 2010-2013年傾動爐液化石油氣單耗對比統(tǒng)計表kg/t.Cu

由于氮氣是惰性氣體，在高溫銅水中不與任何元素發(fā)生化學反應，傾動爐實現(xiàn)摻氮技術后陽極銅化學質量正常，摻氮對陽極銅質量無影響。

傾動爐摻氮過程氮氣流量與液化石油氣流量總和保持不變，仍為700m3/h，所以還原過程氣體攪拌力度基本不變，液化石油氣接觸銅水的概率變大，所以摻氮后還原更加均勻、還原時間未明顯延長。

5 結束語

傾動爐取得還原摻氮技術研究及應用的成功，降低了噸銅液化石油氣的消耗，噸銅液化石油氣消耗從設計值的9kg/t.Cu下降到6.65kg/t.Cu；提高了液化石油氣的還原效率，從設計值得44%提高到50%；減少了還原過程未反應液化石油氣燃燒產(chǎn)生的煙氣量，實現(xiàn)了傾動爐還原過程節(jié)能減排的目的。

［1］彭國誠. 傾動爐生產(chǎn)實踐[J]. 中國有色冶金, 2004, 26(6):5-6.

［2］曾力丁. 陽極爐還原用液化石油氣摻氮試驗研究及生產(chǎn)實踐[J] .有色冶煉, 1993(2):15-18.

［3］楊永豐. 傾動爐精煉還原終點判斷的改進與探討[J]. 江西冶金, 2006, 26(6):8-24.

［4］貴溪冶煉廠傾動爐車間崗位培訓教材, 2008:56-57.

［5］鐘耀球. 傾動爐摻氧摻氮自動控制方案的實施[A]. 中國儀器儀表學會2008學術年會第二屆智能檢測控制技術及儀表裝置發(fā)展研討會論文集[C]. 2008.

［6］袁劍平. 傾動爐述評[J]. 銅業(yè)工程, 2004(2):20-24.

Research and Application of Nitrogen-doped Technology in Tilting Furnace Reduction Process

XU Ge-xiong
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

The Nitrogen-doped technology in Guixi Smelter's tilting Furnace workshop could not achieve energy saving and the emission reduction requirements. The Nitrogen-doped technology was optimized and improved after accumulated with a wealth of experience in the production practice. With the application of this technology, the unit LPG energy consumption of tilting furnace was significantly decreased, and LPG utilization rate was improved. And the problem of black smoke during reduction start and end procedure was also solved at the same time.

tilting furnace；reduction；doped with nitrogen；LPG；technology

TF806

B

1009-3842（2015）03-0004-03

2015-01-23

徐革雄（1977-），男，湖北徐水人，本科，工程師，主要從事雜銅冶煉工藝等方面的研究。E-mail: xugexiong2003_hero@163.com