雙噴還原裝置在固定式陽極爐的應用

劉 科

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

雙噴還原裝置在固定式陽極爐的應用

劉 科

（江西銅業(yè)集團公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

根據固定式陽極爐雜銅精煉還原裝置的使用現(xiàn)狀，針對單噴還原的缺點，應用新裝置提高再生銅火法精煉還原作業(yè)效率、降低能源及減少勞動力，在實踐生產應用中取得了顯著成效，適合火法銅冶煉還原工序輸送粉煤基還原劑的作業(yè)。

粉煤基；還原；流態(tài)化；正壓輸送；固定式陽極爐

1 引言

固定式陽極爐雜銅精煉是當今非常成熟的冶煉工藝，貴溪冶煉廠固定式陽極爐采用粗雜銅原料生產陽極銅，雜銅精煉工藝過程可分為加料熔化期、氧化造渣期、還原期、澆鑄期［1］。粗雜銅入爐后經過氧化精煉排渣脫除大部分雜質后，銅液中的飽和Cu2O必須用還原劑進行還原脫氧，如果銅中含氧過高超過0.2%時，產出的陽極板會給電解過程造成陽極鈍化、生成陰極銅表面粒子等故障。

圖1 還原劑噴吹罐系統(tǒng)圖

2 固定式陽極爐還原方式

目前，銅火法冶煉還原主要采用液化氣、天然氣、重油、木材、粉煤基等方式。固定式陽極爐受工藝條件限制，還原劑只能通過加料口或渣口輸送至高溫銅液中，輸送管路的鐵管、軟管、固定件等需要人工手動連接，若采用液化氣、天然氣、重油還原劑，存在極大安全隱患。因此，銅火法精煉固體還原劑噴吹罐是粉煤基固體還原劑替代重油及液化石油氣等高污染或高成本原料的先進工藝過程系統(tǒng)設施，特別適應于我國的能源構成現(xiàn)狀，并具有火法冶金熔池冶煉氣—固—液相復雜反應體系中反應平衡控制的廣泛適應性及推廣性［2］。該噴吹罐見（圖1）采用正壓輸送原理將上部罐體內流態(tài)化還原劑通過底部噴吹裝置和管道輸送至熔體內。還原反應的主要化學方程式：

影響還原效率的因素除還原劑含碳量，還有還原劑的流量、輸送載體的種類、壓力、流量、還原劑在銅水中的停留時間、接觸表面積與熔體的接觸幾率、噴吹裝置故障率。

3 單噴還原的缺點

（1）固定式陽極爐還原作業(yè)采用單管直噴式還原劑噴吹裝置將還原劑吹入銅熔體中。為了盡量縮短還原作業(yè)時間，提高生產效率，減少銅冶煉的能源消耗，還原劑輸送量需滿足1.3～1.6t/h。為實現(xiàn)還原劑正壓輸送的暢通，日常生產中輸送的風壓高達0.5MPa，還原劑噴射至銅液的同時也會被快速溢出的高壓輸送風大量帶出，使之與銅熔體接觸面積小、接觸幾率少、反應時間短。大量溢出的還原劑除一部分在爐內產生還原氣氛和燃燒，剩余的一部分會進入煙氣收塵系統(tǒng)，當布袋倉富積一定濃度還原劑時，容易導致排煙系統(tǒng)發(fā)生爆燃事故，2007年曾經發(fā)生兩起布袋倉爆燃事件，導致布袋倉頂部蓋板局部嚴重變形，影響正常生產［3］。

（2）單管直噴式還原劑噴吹裝置在使用中如遇到還原劑內夾有較大雜物或因氣候原因、雜用風含水量大引起還原劑受潮時，易導致此噴吹裝置下料口下料不暢和輸送管路卡、堵故障。清理時需將噴吹裝置拆除，由于堵塞管道內憋壓，清理時管道內的殘留還原劑會高速噴出，不但對人身安全存在極大安全隱患，還嚴重影響現(xiàn)場環(huán)境。同時，在處理堵塞故障時，因清理時間較長（平均約20～40min/次），為能保證銅液溫度，需燒重油保溫，即增加油單耗，又影響作業(yè)率。

（3）由于該裝置只有1個出口，只能保證1根還原管從2個加料口中的一個插入銅液。日常生產中，為了保證還原銅液含氧量達標，操作時必須在2個加料口交替作業(yè)2～3次，按每個爐門更換風管2次/爐，更換風管10min/次計算，至少延長40min作業(yè)時間。

4 雙噴還原裝置的設計及優(yōu)點

該設計目的是提供一種能采用較低壓力完成大流量還原劑輸送，并能提高還原劑利用率，減少使用故障的新型粉煤基還原劑噴吹裝置。

還原劑噴吹裝置采用雙管路輸送，內設噴射管、旋風型預混合機構等。還原劑在噴射前充分流態(tài)化，通過噴射管得到充足的動能，并且在出現(xiàn)堵塞前能自動降低還原劑輸送量，保證正常作業(yè)。是實現(xiàn)提高還原效率、降低還原劑使用量、消除堵塞故障的新裝置［4］。

還原劑噴吹裝置由二路結合在一起的輸送器構成，因此，本裝置不僅結構輕、小，而且內部空間大，使還原劑流態(tài)化效果更好。每一路輸送器從總氣源分別引入2根有閥門控制并相互獨立的氣管。其中a管內壓力為0.2～0.25MPa的風，通過均勻分布在風板上的8個導流孔產生旋轉風，在流態(tài)室打散從上部進入的還原劑使其流態(tài)化，并使混入的雜物流向與輸送方向相同。b管內壓力0.3～0.35MPa的風，經風板中心在噴射室沿出口管軸線高速噴出產生局部抽吸作用，引導流態(tài)室的被輸送物體進入噴射室并進行動能傳遞，使被輸送物體動能增加，能順利吹入銅熔體中。當出口或其前端的輸送管道出現(xiàn)輸送不暢時，會導致噴射室與流態(tài)室的壓差減小，并且受阻返回的風會引起流態(tài)室的風壓增加，從而使被輸送物體的流量自動下降。同時，壓力增高的輸送風會沖擊堵塞處，自動排除堵塞故障。

該裝置每一路輸送器只需輸送0.8～1t/h的還原劑量，分別從2個加料門各插入1根風管將還原劑噴吹至熔體中，可使還原劑與銅熔體接觸面積成倍增加。流量降低后，輸送的風壓為0.25～0.3MPa即可滿足使用需要。輸送風與流態(tài)化還原劑的動能降低，降低了還原劑在銅熔體中溢出的速度和延長了反應時間［5］。因此，采用此裝置可提高還原作業(yè)效率、減少還原劑消耗量及消除堵塞故障。

圖2 雙噴還原裝置示意圖

5 雙噴還原操裝置操作方式

還原劑噴吹裝置采用結合在一起的雙輸送器，其上端DN100的接口1同還原劑倉出口閥2相連，a管3及4、b管5及6分別與總氣源管7后面的調壓閥8、9相接并分別安裝手動閥10、11、12、13，出口管手動閥14、15后接還原劑輸送管，檢測口分別安裝壓力表16、17及閥門18、19。

使用時，先打開閥門18、19，已接還原劑輸送管的出口管手動閥14、15，手動閥10、11、12、13，總氣源管7后面的調壓閥8、9；再手動調整調壓閥8、9分別至0.2MPa、0.3MPa，這時需檢查壓力表16、17顯示的壓力是否小于0.15MPa（如小于可繼續(xù)向下操作，否則需檢查管路并排除故障）；然后根據需要打開還原劑倉出口閥2。停止時，則相反（調壓閥無需操作）［6］。

圖3 雙噴還原工藝操作示意圖

6 雙噴還原實踐應用及效果

雙噴還原裝置自2013年開始試用，已逐步推廣至貴溪冶煉廠4臺固定式陽極爐使用。為能提高還原劑利用率和保證陽極銅品質，將輸送介質替換為惰性氣體-氮氣，氮氣的使用既可以保證爐膛內還原氣氛，又能夠減少爐內還原劑的直接燃燒，降低還原劑能耗。同時，為進一步降低管路堵塞頻次和環(huán)境污染問題，不但改進了罐體頂部加料口和防雜物濾網，還將還原劑倒運方式由改進前小包裝二次倒運方式轉變?yōu)榇蟀b噸袋一次倒運，提高了裝運效率和減少了勞動力［7］。通過不斷的摸索和改進，雙噴還原裝置的實踐應用取得了顯著成效（見表1）。

表1 雙噴還原裝置應用前后對比表

7 結束語

粉煤基還原罐在原有工藝設備上的雙噴還原裝置改進，深度挖掘還原系統(tǒng)潛力，提高了作業(yè)效率、大大降低了還原劑罐及噴吹管道的堵塞故障、減輕了員工勞動強度、節(jié)約了生產成本、改善了現(xiàn)場環(huán)境污染。該裝置的實踐應用切實可行。

［1］熊振昆， 張建坤， 史興華. 350t燃煤回轉式陽極爐的生產實踐［J］.中國有色冶金， 2007（5）：36.

［2］揭曉武. 銅冶煉系統(tǒng)陽極爐用新型固體還原劑開發(fā)研究［D］. 昆明：昆明理工大學， 2007：2.

［3］宋成. 回轉式陽極爐稀氧燃燒技術改造與生產實踐［J］. 山西冶金，2015（5）：54.

［4］王前， 沈強華. 新型固體還原劑在銅回轉式陽極爐還原過程中的應用［J］. 資源再生， 2009（1）：42.

［5］唐都作， 顧鶴林， 袁海濱. 稀氧燃燒節(jié)能技術在銅冶煉生產中的應用［J］. 中國有色冶金， 2014（5）：30.

［6］劉世武， 孫頂潤. 固定頂陽極爐改造實踐［J］. 中國有色金屬，2008（8）：72.

［7］宋興誠， 袁海濱， 李國生. 回轉式陽極爐的節(jié)能減排措施和效果［J］.中國有色冶金， 2016（2）：21.

The Application of Double Reduction Device on Fixed Anode Furnace

LIU Ke
（Guixi Smelter of Jiangxi Copper Corporation， Guixi 335424， Jiangxi， China）

According to the present situation of scrap copper refining reduction device of fixed anode furnace， aiming at reducing the disadvantages of single injection， this article describes that the new equipment increases the reclaimed copper pyrorefining reductionefficiency and reduces the energy and labor force， achieving remarkable result in the practical production application， which is suitable for reduction process of pyrometallurgical copper smelting in transportation coal based reductant operation.

pulverized coal based；reduction；fluidization；positive pressure transport；fixed anode furnace

TF806

B

1009-3842（2016）05-0051-03

2016-08-26

劉科（1976-），男，江西貴溪人，工程師，主要從事銅冶煉技術工作。E-mail：wwwwwwlk@t.com