艾薩爐導料管的研究與生產實踐應用

任永專，葸 軍，趙 璧，張宇云

（涼山礦業股份有限公司，四川 會理 615100）

關鍵字：艾薩爐；導料管；煙塵率；水分

涼山礦業股份有限公司艾薩煉銅法熔煉生產，艾薩爐是一種頂吹浸沒熔池熔煉法，通過噴槍把富氧空氣強制鼓入熔池，氧化物料內的鐵、硫元素放熱進行熔煉，產出高品位冰銅。艾薩爐爐膛高13.656m，熔池區在2.1m以下，下料口設置在艾薩爐頂，下料口底部與艾薩爐頂處于同一平面，在熔煉過程中，物料從爐頂至熔池內，大約需要1.14s，在艾薩爐內運行時間較長，且由于爐內反應伴隨脫硫過程，會產生大量高溫二氧化硫煙氣，煙氣在上升過程中會帶走部分粉狀物料進入電收塵系統，造成煙氣含塵率較高的情況。

目前生產過程中，為了保證艾薩爐口煙氣零排放，增大艾薩爐內負壓控制，而較高的負壓控制會造成部分原料進入煙氣系統，導致煙氣含塵量上升，增加電收塵負荷。大量的煙塵返回配料流程的進行二次熔煉，影響了原料的熔煉效率，降低了金屬直收率，增加了生產成本。通過提高負壓控制爐口煙氣會導致爐頂漏風率增大，鍋爐煙道低溫腐蝕嚴重，且物料被抽入煙道后在煙道內燒結造成煙道結渣。

為控制煙氣含塵率，要求原料在入爐前必須經過制粒，制粒過程中，原料中需加入水以保證原料成球率，大量的水分進入到艾薩爐內不僅會造成原料熔煉過程中能耗增加，降低生產效率，而且會造成煙氣的露點溫度提高，煙氣在管道運輸過程中析出硫酸腐蝕沿程設備及管道，造成現場的跑冒滴漏情況發生。

通過對現有艾薩爐下料口存在的缺點進行評估，初期在艾薩爐爐口增設長度為2m的導料管進行試驗，但經過一段時間的實驗后，效果不明顯，后又將導料管長度加長至4米，使的導料管下沿接觸到艾薩高溫區，經過一段時間的試驗，艾薩煙塵率有明顯下降趨勢，現將導料管設計參數、運行原理及使用效果分析如下。

1 導料管材質及設計參數

（1）材質：因艾薩爐內熔煉溫度接近1200℃，爐頂上部溫度接近600℃，為防止導料管在高溫作用下發生變形或侵蝕，采用強度大、耐高溫的310S不銹鋼制作。

（2）組成部分：該部分分為收料口與下料管兩部分，主要考慮到生產中磨損的關鍵部位為下料管，在更換導料管時，只需更換下料管部分。

收料口設計為天方地圓形，主要考慮原料經皮帶落入收料口，方形的收料口能保證原料全部落入下料管內，避免漏料產生。

圖1 導料管及安裝示意圖

（3）總長度設計為4.5m，其中收料口為0.5m主要考慮與爐頂加料皮帶高度相匹配，保證收料率，下料管長度為4m，主要考慮物料在進入爐內4m后，該位置下方配有一定的燃燒風，有利于物料在爐內的二次燃燒，可有效減少粉狀物料進入煙道的幾率。

（4）直徑方面的設計主要考慮到艾薩爐體下料口自身尺寸的匹配，艾薩爐下料口直徑為800mm。

2 艾薩爐導料管投入的理論性分析

2.1 導料管形成的文丘里效應

艾薩爐導料管就像一個文丘里管，精礦等物料從加料皮帶進入導料管口，這時的精礦等物料等同于進入A口的壓縮空氣。進入導料管的精礦等物料靠自重向下運動，對導料管內的空氣產生壓縮和推動作用，使導料管內的部分空氣進入艾薩爐，這時就在導料管上端部（D吸附腔）產生了一個真空度，從而形成導料管上部處于負壓狀態，可有效控制爐頂煙氣外逸情況。

圖2 文丘里管示意圖

在沒有導料管的狀況下，艾薩爐加料口的入口和出口高差較小（幾乎等同于在一個平面上），文丘里效應不明顯。當精礦等物料進入加料口時，被物料帶入的空氣很快就進入艾薩爐內，體積增大，流速降低，在加料口入口處形成的負壓很小。正常生產過程中，加料口負壓主要靠高排風機的抽力來保持微負壓狀態。如果艾薩爐內煙氣壓力發生變化，就會打破加料口的壓力平衡狀態，從而出現煙氣外逸情況。導料管利用了文丘里效應，導料管上端形成較大的負壓，即便艾薩爐內煙氣壓力發生波動，艾薩爐內煙氣也不易外逸。這樣在高排風機降低轉速的情況下，艾薩爐的負壓也更加容易控制。

2.2 導料管形成的倒煙囪模型

因外部空氣進入爐內的流向發生變化，導料管形成了一個倒煙囪模型，艾薩爐漏風率下降。由于導料管相對艾薩爐形成了一個“倒煙囪”模型，導料管上部處于負壓狀態，煙氣不易外逸，降低了高溫風機轉速，艾薩爐內煙氣流速下降，也進一步減少了漏風量。

通過導料管進入到艾薩爐內的空氣基本在艾薩爐中部位置，該處艾薩爐溫較高，在1000℃左右，冷態空氣與高溫熱態煙氣混合后進入鍋爐煙道，相當于對冷態空氣進行了加熱，減少了冷空氣對鍋爐管壁的腐蝕以及冷空氣進入煙道造成的管壁結渣。

2.3 導料管的輸送物料作用

在不加導料管的情況下，在艾薩爐負壓狀況下，進入艾薩爐的精礦細微粉塵懸浮在煙氣中，立即隨煙氣進入了鍋爐。這些精礦粉塵部分在鍋爐內壁形成結渣，部分隨煙氣進入余熱鍋爐或電收塵器形成煙塵。

加裝導料管后，精礦等物料進入艾薩爐內4.0m后才進入了艾薩爐爐膛空間，進入艾薩爐的精礦細微粉塵懸浮在煙氣中，隨高溫煙氣往上運動。由于導料管增加了粉狀物料在艾薩爐內的行程，在煙氣溫度1000℃左右的狀況下，懸浮在高溫煙氣中的部分粉塵得于熔化，熔化的小顆粒又有可能粘附煙氣中的粉塵不斷長大，最后重新落入熔池中，從而使得煙塵率下降。

3 艾薩爐導料管投入后的使用效果分析

涼山礦業股份有限公司在投入4米導料管后，在相同原料成分的情況下，由于艾薩粗塵量明顯減少，降低了對原料制粒的粒徑要求，從之前的6mm～10mm，降低至3mm～6mm，與此同時，艾薩爐入爐原料的補加水量得以控制，減少了進入艾薩爐的水量，減少了爐內能耗，增加了艾薩爐小時下料量，提高了生產負荷率。具體使用效果情況如下所示。

表1 導料管投入前后數據對比

通過對比涼山礦業股份有限公司在導料管生產實踐過程的各項參數對比發現，煙塵率得到了很好的控制，其降幅達到了30%以上，同時降低了煙氣出口含塵，降低了硫酸分廠的污酸產出量，進一步降低了生產成本。

由于降低了入爐原料的制粒標準，入爐原料水分也得到了很好的控制，在保證艾薩爐口不冒煙的情況下，艾薩爐收塵負壓得以降低，減少了風機運行負荷，收塵負荷得到控制。

4 結論

（1）導料管利用文丘里效應、巧妙運用倒煙囪原理以及其輸送物料作用，在艾薩爐試驗運用效果顯著。

（2）導料管投入后，生產系統中煙塵率下降明顯，硫酸系統的污酸產出量大幅下降，且有效降低了入爐原料水分，對節約生產成本效益明顯。