祥光二期旋浮吹煉爐生產實踐及優化

董廣剛，何 靜（. 中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙 40083；2. 山東陽谷祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

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祥光二期旋浮吹煉爐生產實踐及優化

董廣剛1,2，何 靜1
（1. 中南大學 冶金與環境學院，湖南 長沙 410083；2. 山東陽谷祥光銅業有限公司，山東 陽谷 252327）

摘 要：祥光銅業一期工程是國內首家采用奧托昆普閃速熔煉+閃速吹煉工藝的銅冶煉廠，2011年二期對接時對吹煉爐進行了改造，將核心設備冰銅噴嘴改為具有祥光自主知識產權的旋流冰銅噴嘴，投產后經摸索創新，克服了噴嘴粘接，耐火材料沖刷，上升煙道粘接等技術難題，生產穩定，生產能力達到了年生產45萬t粗銅，著重介紹了旋浮吹煉爐的生產遇到的問題及解決方案，展望了下一爐期檢修計劃。

關鍵詞：脈動旋流冰銅噴嘴；噴嘴粘接；耐火材料沖刷；上升煙道粘結；解決方案；檢修計劃

1 引言

祥光銅業（以下簡稱祥光）一期20萬t陰極銅工程是國內首家采用奧托昆普閃速熔煉+閃速處理工藝的銅冶煉廠，于2007年底投產。二期45 萬t陰極銅工程［1］于2009年開始建設，2011年完成對接。二期工程吹煉爐改用了具有祥光自主知識產權的旋流冰銅噴嘴［2］，二期工程投產后吹煉爐正常投料量達到了90t/h，平均作業率在95%以上，試驗最大投料量達到了120t/h。

除了更換冰銅噴嘴外，二期工程主要對冰銅干燥、輸送系統，失重加料系統，渣粒化系統及部分爐體部分進行了擴能或改造。具體如下：

冰銅倉不變（一期時20個350t/個冰銅倉已到位），一期46t/h（濕基）冰銅磨停用，直接新上一臺能力為100t/h（干基）的冰銅磨，對應新增加一套冰銅收塵及120t/h的國產冰銅氣流輸送系統。

冰銅、煙灰失重加料系統國產化，能力提高；提高生石灰輸送系統及加料系統能力。

余熱鍋爐及收塵系統一期時按二期能力設計，本體未做改動，鍋爐振打裝置做了改造，煙塵沉降室更換為不銹鋼材質，投產后的第二個大修周期將電收塵整體更換為不銹鋼材質。

渣粒化由原來唐山嘉恒的粒化輪粒化+轉鼓脫水改為無水粒化［3］。

爐體部分進行了冷修，爐體尺寸未作變動，增加了一個粗銅排放口，更換了排放口端墻水套并稍作改動。

2 旋浮吹煉技術特點

旋浮吹煉和閃速吹煉同屬于空間冶煉范疇（相對于熔池冶煉）。爐體結構也包括噴嘴（如圖1所示），反應塔、沉淀池和上升煙道四部分。與粒子分裂模型不同［4-5］，旋浮吹煉具有以下技術特點：

具有倒龍卷風的渦旋流場結構；環狀布料增加精礦顆粒與工藝風的接觸面積；入爐冰銅與高溫回流煙氣的無間接觸加速著火；旋轉射流強化氣粒混合；工藝風旋流水平動量分散顆粒效果好（如圖2所示）；控制氣流低頻脈動有利強化小顆粒脈動碰撞；旋流噴嘴無機械傳動機構，維護量小，故障率低。

圖1　脈動旋流噴嘴示意圖

圖2　旋浮吹練反應塔內的物料分散模擬圖

3 生產實踐

由于有了一期的經驗，二期投產比較順利，加上新型噴嘴的成功應用，克服了原噴嘴下料偏析的缺點，爐況穩定，試生產3個月后達到了設計產能，但隨著生產進行，吹煉爐逐步暴露出了一些問題，經過探索、改進后一一得到了解決。

3.1噴嘴粘接

3.1.1噴嘴粘接的控制

吹煉爐生產穩定一段時間后，爐況方面開始出現一系列問題，主要體現在噴嘴底部有粘接且不易清理，反應熱不夠，反應差的時候投料在85t/h的狀況下僅加1t/h煙塵仍不能達到自熱（正常情況下加投料量6%～8%的煙灰可以自熱平衡）；吹煉爐氧系數增加，電收塵煙塵潮濕，輸送困難；硫酸系統三氧化硫發生率高；噴嘴粘接嚴重時會發生下料偏析，塔壁局部溫度高。

最初是從冰銅的粒度，水分及噴嘴參數進行了調整，無濟于事；又仔細檢查了噴嘴的下料管和流化器也未發現異常，后來發明了一項專有技術基本消除了噴嘴粘接狀況，生產恢復穩定。

3.1.2反應塔頂的改造

冰銅噴嘴更換后，反應塔頂保留了原來方形水套的結構，方形水套外圍采用原來吊掛磚的結構（如圖3所示）。隨著二期吹煉爐投料量的加大，煙氣對反應塔頂部的沖刷加劇，吊掛磚因得不到很好的冷卻，半年后開始部分區域因損耗太多拱起、脫落，影響生產，需停爐更換；加上噴嘴底部粘接后，粘接物沿方形水套外延伸到吊掛磚區域，熱態情況下很難清理。2013年冷修時將反應塔頂吊掛磚部分改為吊掛平水套結構，同時在吊掛水套上布置了點檢孔（見圖4所示），有助于反應塔內點檢。

圖3　改造前反應塔頂布局圖

圖4　改造后旋浮吹煉爐反應塔頂水套布置圖

改造后反應塔頂冷卻效果良好，一方面消除了原來半年至少要被迫停爐更換一次吊掛磚的弊端，提高了作業率；另一方面由于吊掛水套外部由幾根鐵鏈代替了原來的密密麻麻的吊掛鉤，增加了點檢孔，塔頂至上面平臺空間加大，有利于日常點檢，更重要的是采用吊掛水套后，水套底部與方形水套以及反應塔頂形成了一個水冷平頂，即使有粘接很容易清除。

3.2爐體安全

吹煉爐采用的是鈣基渣，鐵酸鈣渣是氧化性的，在高溫熔融狀態對爐體耐火材料的腐蝕很強。也有研究想改變渣的化學成分，考慮以腐蝕性較低的二氧化硅渣型替代氧化鈣渣型。但據有關資料，只要有大量的Cu2O存在就很難形成穩定的Fe3O4保護層，爐襯的消耗速度依然很快，對閃速吹煉來說，硅系渣型不利的一面超過其有利的一面，而且粗銅的密度大，在正常冶煉溫度下（過熱已超過150℃）其流動性和滲透性都非常好，極易造成漏爐事故。因此，閃速吹煉爐的結構設計必須設法保護耐火材料，延長爐襯壽命，避免漏爐事故的發生［6］。

而事實上新的吹煉爐一般在投產半年后，反應塔下方沉淀池側墻的耐火磚消耗已經相當明顯，一年以后基本上就會露出水套。最易受到侵蝕的是渣線部位，渣線部分被侵蝕后渣線以下部分的耐火磚上面沒有了壓力，很快會被熔體浮起。為了防止漏銅，銅面應嚴格控制在爐底拱角磚上沿以下，嚴禁銅面超過拱角磚接觸水套。另外合理控制爐內溫度，密切監視排放口水套溫度及時更換排放口內襯磚是目前延長吹煉爐壽命有效的辦法。

粗銅排放口端墻由于沒有爐底的反拱結構是吹煉爐體最薄弱的部分，此區域爐體的設計進步還有待進一步研究。

3.3上升煙道開口部粘接及鍋爐爐壁粘接

3.3.1上升煙道開口部粘接

上升煙道開口不粘接控制是銅冶煉領域的一項難題，粘接的生長速度除了跟礦雜質含量有關，跟該區域漏風、水套漏水有很大關系，而后者很不容易發現。銅冶煉祥光一期吹煉爐上升煙道開口部粘接一般日常采用局部過熱法［7］維持，年度大修時放炮徹底根除。隨著二期投料量增加，開口部粘接生長速度加快，依靠局部過熱法基本能夠維持開口部截面積，但過熱熔化的粘接物經常會流向鍋爐側，在鍋爐側逐漸形成堆積后一方面會引起煙氣流向改變沖刷鍋爐管壁，另一方面粘接向后延伸一定程度后由于重力作用脫落，經常因為塊太大且因含銅高難以清理，造成長時間停爐。

為了減少因粘接脫落造成意外停爐，一般利用定修時間根據開口部粘接大小狀況適當進行爆破清除，一般半年一次，為了更方面清除向鍋爐側延伸的粘接，利用年修時間對鍋爐管壁進行了改造，增加兩個檢查門，除了有利于爆破作業外，也方便日常的清理。

3.3.2鍋爐爐壁粘接

余熱鍋爐一般分為輻射部和對流部兩部分。其中輻射部一般是空箱體結構，上部為方形，下部為錐形，最底下連接刮板機。最初輻射部振打有兩種，頂部和錐斗處為氣動振打，豎直側墻為電動彈簧錘振打。由于氣動振打力度不夠，很容易在輻射部豎直管壁和錐形管壁交界處形成粘接，并且會越積越厚，等到自熱脫落時經常會卡住刮板，造成停爐，同時也給清理帶來了相當大的安全隱患。后來將此處的氣動振打改為彈簧錘振打后徹底改變了這一局面，鍋爐壁很少再有積灰。

3.4渣無水粒化系統

祥光二期吹煉渣粒化系統用自有的無水粒化專利技術取代了原嘉恒的粒化技術［8］。原來渣粒化有水粒化具有易放炮，危險巨大，轉鼓易粘接造成跑水污染，返渣泵易堵，能耗高等不利因素，改造后一次試車成功，后經摸索實踐，真正實現了無水粒化，也就是霧化的冷卻水剛好將粒化后的熔渣顆粒冷卻完蒸發掉，目前該技術已開始對外輸出。

3.5排煙系統的優化

由于吹煉爐余熱鍋爐一期時是按二期設計的，一期投料量低，鍋爐煙氣量小，鍋爐出口煙氣溫度低，正常時只有280～290℃，電收塵進出口溫度更低，經常低于煙氣露點，再加上冰銅噴嘴下料偏析，氧利用率低（一期時氧系數正常在200Nm3/t冰銅，最大達到248Nm3/t冰銅，二期氧系數正常在150Nm3/t冰銅），排煙系統腐蝕、漏風嚴重，電收塵送電困難，煙道積灰多，形成了“漏風-低溫腐蝕-漏風”的惡性循環，二期對接時先是將腐蝕嚴重的煙塵沉塵室更換為不銹鋼材質，在第二個大修周期利用20天時間將電收塵也更換為不銹鋼材質。更換噴嘴后解決了氧利用率低的問題，從根

本上降低了三氧化硫發生率，而排煙系統更換為耐腐蝕的不銹鋼材質的材料后直接減少了系統的漏風量，減少了溫降，降低了系統腐蝕，保證了排煙系統設備運行穩定，降低了操作人員的勞動強度，改善了工作環境。

4 結語

到2015年5月，祥光二期旋浮吹煉爐將運行4年多，預計冰銅總處理量將達到230萬t。4年來，“雙旋”爐共經歷了兩次年度大修，其中熔煉區項目較多，吹煉區兩次大修主要完成了更換電收塵、改造爐體吊掛水套、及部分余熱鍋爐管的更換等工作，爐體耐火材料除更換部分吊掛磚外未做修補。根據公司計劃安排將進行為期50天冷修，冷修的主要項目包括爐體內襯的更新及部分區域的優化改造，爐體冷卻水管的更換等大項。有了兩個爐期的經驗，相信下一爐期將生產將更加順利。

另外，目前國內又有兩臺閃速吹煉爐成功投產，并且取得了很大的進步，閃速吹煉和旋浮吹煉在操作上還是比較接近的，國內同行也得到了更多寶貴的實踐經驗，有利于推進空間冶煉技術的發展。

參考文獻：

［1］葛哲令. 祥光熔煉二期擴產改造與試生產總結[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2013(2):43-45.

［2］周松林, 劉衛東. 一種脈動旋流銅冶煉噴嘴:中國, 200920282330 [P]. 2010-08-01.

［3］周松林, 劉衛東, 胡松. 冶金爐渣或熔锍無水粒化工藝及裝置:中國, 200910177819 [P]. 2010-03-03.

［4］陳卓, 殷術貴, 周俊, 等. 銅閃速爐分散風旋流噴吹的數值模擬[J].過程工程學報, 2012(1):1-8.

［5］N Kemori, W T Denholm, H Krokawa. 銅閃速熔煉爐內的反應機理[J].閃速煉銅, 1991(2):1-12.

［6］劉衛東. 閃速吹煉的生產實踐[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2011(2):12-15.

［7］董廣剛. 祥光“雙閃”上升煙道出口粘接控制實踐[J]. 銅業工程, 2011(4):41-43.

［8］袁劍平. 閃速吹煉技術在祥光銅業的應用[J]. 有色金屬(冶煉部分), 2007(2):40-45.

Production Practice ＆ Optimization of Vortex Floating Converting in Xiangguang Ⅱ Phase Furnace

DONG Guang-gang1,2，HE Jing1
（1. Metallurgy and Environment College ofCentral South University, Changsha 410083, Hunan, China; 2. Shandong Yanggu Xiangguang Copper Co., Ltd., Yanggu 252327, Shandong, China）

Abstract:TheⅠphase of the project in Xiangguang Copper is the first domestic smelter by using the Outokumpu “Flash Smelting and Flash Converting process”. The converting furnace was reformed during theⅡphase of the project butted joint successfully in 2011. The core equipment of matte nozzle has beenreplaced by the pulsating vortex nozzle with the proprietary intellectual property rights of Xiangguang Copper. After the commissioning of the exploration innovation, technical problems such as the adhesion on nozzle and the up-shaft outlet of flash furnace, the erosion on refractory etc. were overcomed. With the stability of production, the production capacity of blister copper has reached 450,000 tons annually. The problems occurred during production and solutions in vortex flash converting furnace were emphatically introduced in this article. The next stage of furnace maintenance plan was prospected in this paper.

Keywords:pulsating vortex matte nozzle；adhesion on nozzle；erosion on refractory；adhesion up-shaft outlet；solutions of problem；maintenance plan

作者簡介：董廣剛（1982-），男，山東東阿人，本科，在職研究生，主要從事閃速爐生產技術與管理工作。E-mail: dongguanggang@sina.com

收稿日期：2015-04-26

中圖分類號：TF806

文獻標識碼：B

文章編號：1009-3842（2016）01-0051-03