淺談結焦抑制劑在奧爐的工業應用

代 杰， 金澤志， 盛柏青

(銅陵有色集團金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

淺談結焦抑制劑在奧爐的工業應用

代 杰， 金澤志， 盛柏青

(銅陵有色集團金昌冶煉廠， 安徽 銅陵 244010)

本文簡述了結焦抑制劑在奧爐的工業應用及效果，使用化學藥劑處理奧爐煙道及余熱鍋爐結焦，為解決煙道及鍋爐結焦提供了新思路。

結焦抑制劑；奧爐；煙道；余熱鍋爐；原料成分

0 概述

近幾十年來，世界銅冶煉技術有了很大的發展。但隨著環境保護的日益嚴格，銅冶金工業面臨著嚴峻挑戰。銅冶煉方法較多，概括起來有火法和濕法兩大類[1]。

火法煉銅是當今世界生產銅的主要方法，世界上80%的銅是用火法從硫化銅精礦中提取的[2]。火法冶金種類較多，目前國際上存在的主要火法煉銅工藝有閃速爐、反射爐、鼓風爐、諾蘭達爐、奧斯麥特爐(艾薩爐)、三菱爐、特尼恩特爐、電爐等十幾種冶煉工藝[3]。

奧斯麥特工藝自問世以來，由于其工藝的適應性和靈活性，加上經過不斷改進、完善和發展，已經成為一套相當成熟的工藝，并廣泛應用于各國的銅冶金領域[4]。

奧斯麥特技術是在20世紀70年代由約翰·弗洛伊德博士及其團隊發明和開發的，是由最初的頂吹浸沒噴槍(TSL)技術演變而來。該技術首先用于錫渣還原，弗洛伊德博士在1981年組建奧斯麥特公司后，推進該技術的商業化并將其應用范圍擴展到了其它工藝，主要是有色金屬領域。近年來，該技術也用于廢料處理和煉鐵。1984年，奧斯麥特公司開始涉足銅的生產。從此開始了TSL和奧斯麥特技術在銅冶金領域的應用[5]。

用于銅生產的奧斯麥特頂吹浸沒噴槍(TSL)技術已被證明是一種低成本的技術，目前主要應用于熔煉過程。頂吹浸沒熔煉屬于熔池熔煉范疇，近年來發展較快[6]。該技術在精礦熔煉的應用中得到了普遍的認可，成為一種成熟及優選的熔煉方法。這一技術在吹煉中的應用也具有同樣的優點，并且TSL吹煉現已成為了在銅冶金領域引人注目的新技術[7]。

奧斯麥特銅冶煉是以奧斯麥特爐為核心的火法煉銅工藝，可分為熔煉爐和吹煉爐。奧斯麥特爐是氧氣頂吹浸沒式熔池熔煉的代表爐型之一(另一種是艾薩爐)[8]。其示意圖如圖1所示。

圖1 奧斯麥特爐示意圖

奧斯麥特爐為圓柱型爐體結構，內襯銅水套和耐火材料[9]。噴槍直接插入到爐渣中200～300 mm(初期渣層厚度為500 mm)，把燃料和壓縮空氣自接送入熔體形成激烈的攪拌，在約1300 ℃高溫下發生高強度的熔煉反應。通過爐渣傳遞氧勢，這是與其他熔池熔煉不同之處。由于壓縮空氣與燃料在噴槍嘴處混介并燃燒，并以強大的壓力攪動熔渣，加快了化學反應速度，同時攪動過程中產生噴濺，噴濺的爐渣掛在噴槍外，起到保護噴槍的作用[10]。

奧斯麥特爐主要設備包括加料設備、爐體、噴槍、除塵系統以及其他輔助設備，比如原料測定設備和運輸系統，產品轉移系統，空氣輸送系統，運輸工具和測定系統，燃料傳送和測定系統，水冷系統，產品操作系統，包括余熱鍋爐的氣體回收系統以及煙塵回收系統等[11-12]。

1 結焦抑制劑的工業應用背景

金昌冶煉廠熔煉主工藝采用頂吹浸沒式噴槍熔煉(AUSMELT熔池熔煉)工藝，配套貧化電爐，項目于2003年建成投產。設計能力為年處理銅精礦量33萬t，經過技術升級和工藝改造，目前年處理銅精礦量達到70萬t以上。

奧爐運行多年來，煙道以及余熱鍋爐對流區的結焦問題一直是困擾金昌冶煉廠生產的難題，主要影響如下：

(1)危害生產運行：結焦沉積縮小煙道通、對流區堵塞，導致爐壓升高，SO2煙氣外溢。

(2)限制產能提升：嚴重時需要停爐清理煙道及對流區結焦，增加非作業時間。

(3)危害員工安全：自2003年開爐以來一直采用人工清理辦法(含爆破方法)來解決，但現場操作環境狹小，清理工作異常艱巨。

結焦是個很復雜的物理化學過程，它涉及燃燒、傳熱傳質、灰分的潛在結焦傾向、灰粒子在在爐內運動以及灰粒與管壁間的粘附等復雜過程灰與受熱面的粘附等復雜過程，至今還沒有能定量描述結渣過程的數學模型。為有效減輕奧爐煙道和余熱鍋爐的結焦粘結問題，提高鍋爐運行效率，嘗試采用化學輔助手段，使用結焦抑制劑。

2 結焦抑制劑的作用原理

2.1 主要組成元素

結焦抑制劑是一種高熔點的、含有助燃劑的燃料添加劑，有效成分見表1。

表1 結焦抑制劑有效成分表

2.2 作用原理

通過提高結渣物的熔點，可以得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔點的化合物。灰渣可以通過自身重力、振打或吹灰器輕易被去除掉。

通過與硫化物和其它灰渣成分反應，導致灰渣碎裂，或者從堅硬、致密、不滲水的形式變為柔軟、膨脹、多孔滲透性好的粉末，這種粉末可能通過煙氣或吹灰器吹灰過程得以去除。

3 工業應用過程

通過論證，選擇在奧爐上升煙道(7樓)北側工作門和上升煙道(10樓)東側測溫孔作為結焦抑制劑的噴吹點。結焦抑制劑的工業應用分為：結焦抑制劑的噴吹、對給料機的試劑供給、空壓機及管道監測。噴吹時間每次20 min，頻率為每天12次，每天藥劑總量為80～100 kg。規定每天對壓縮空氣除水器排水一次，每班操作人員定時對藥劑噴入點進行檢查，發現管路堵塞及時清理，保證藥劑定時定量噴吹。2012年10月10日上午開始進行結焦抑制劑試驗，調量階段，鍋爐結焦嚴重，每天為120 kg。試驗的第二天，清理下降煙道灰斗時，焦體量明顯比前天(未加藥)大約多5～6倍，焦體比較變松散、易碎，表面成蜂窩狀，焦體顏色有變化(以前為黑色發亮，加藥后邊灰褐色)。13日換槍時，打開10樓工作門里面的觀察，上升煙道，煙道頂部，下降煙道，水冷壁部分排管外露，對流區前三組對流管束基本干凈，無掛焦現象。余熱鍋爐第四組對流區有少量松散掛焦，但易被清理。10月13～18日號正常試驗階段，18號鍋爐爆管，停爐檢修，觀察上升煙道、下升煙道、煙道頂部、斜坡等，表面基本干凈，局部區域有薄薄的結焦，但受冷極易脫落。

4 工業應用前后數據統計及分析

4.1 工業數據采集

采集了結焦抑制劑應用前后奧爐處理量、余熱鍋爐給水量等相關技術參數，并對結焦抑制劑應用前后的數據進行了統計，具體見表2。

表2 結焦抑制劑應用前后數據統計表

4.2 工業應用相關分析

結焦抑制劑10月10日開始試用，根據奧爐當班工長反映，11日早班巡檢發現下降煙道有大量焦塊下落。觀測下降煙道灰斗現場，下落的并不是熔融物，而是表面受熱的固體小顆粒(在管道上吸附的可能大大降低)，落到灰斗底部迅速冷卻。中班清理下降煙道灰斗時，從煙道清理出大量焦塊，具體見圖2。

圖2 煙道焦塊圖

結焦抑制劑工業應用后，余熱鍋爐蒸發量明顯上升并趨于穩定，換熱效果比較良好，分析有以下三個因素：

(1)結焦抑制劑與煙灰中的低熔點物質反應，得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔點的化合物，有效降低了奧爐煙道內壁及余熱鍋爐管道的粘附物。

(2)奧爐自9月以來采用低風量操作，減輕了奧爐熔體噴濺，降低了奧爐煙氣量(根據氮氣換算，奧爐系統煙氣量減少12000 m3)。

(3)奧爐入爐原料以進口礦為主(Pb、Zn含量比較低)，原料成分波動相對較小，煙灰成分相對穩定。

5 工業應用效果

5.1 奧爐焦塊致密度情況

通過結焦抑制劑的工業試用，灰渣變得酥松易脆，沒有形成結構緊密的焦塊的渣塊，具體見圖3、圖4。

圖3 結焦抑制劑使用前的焦塊

圖4 結焦抑制劑使用后的焦塊

5.2 奧爐煙道情況

使用結焦抑制劑以后，焦塊一般會在正常生產期間由于自身重力自然落或被振打擊落下來，奧爐煙道結焦狀況得到了一定遏制，具體見圖5、圖6。

圖5 上升煙道內壁

圖6 上升煙道頂部

5.3 余熱鍋爐對流區管道情況

觀察余熱鍋爐對流曲管束，對流區第1、2組仍有一定的粘結，但粘結煙灰的致密程度有一定改善——比較松散，容易清理，后3組基本干凈，具體見圖8。

圖7 對流區前兩組

圖8 對流區后3組管道

6 結論

通過結焦抑制劑在奧爐的工業應用，上升、下降煙道焦塊變得干燥、酥松，余熱鍋爐對流區管道粘附較試用前有明顯改善，“結焦抑制劑”對緩解奧爐結焦問題起到了一定作用。但“結焦抑制劑”處理奧爐結焦問題只是一種手段，問題解決的根源主要依靠奧爐原料控制，生產工藝技術指標控制，銅酸系統平衡生產等等。下一步的主要研究是建立與奧爐料量、原料成分(主要Pb、Zn含量)緊密相連的噴吹方式：原料正常、爐體噴濺輕時，減少噴入量或者停止噴吹；原料成分復雜、爐體噴濺嚴重時，噴吹量適當提高。

[1] 陳國發.重金屬冶金學[M].北京：冶金工業出版社，2010：9-10.

[2] 李明照，許并杜.銅冶煉工藝(第二版)[M].北京：化學工業出版社，2012：7-8.

[3] 陳淑萍，伍贈玲，藍碧波，等.火法煉銅技術綜述[J].銅業工程，2010，(4)：44-49.

[4] 云斯寧，蔣明學，劉建龍.奧斯麥特技術和艾薩技術[J].耐火材料，2002，36(增刊)：58-60.

[5] John Floyd.奧斯麥特技術[J].有色金屬(冶煉部分)，2000，(02)：16-17.

[6] 蔣繼穆.頂吹浸沒熔煉技術在我國的進展[J].有色冶煉，2001，(5)：1-4.

[7] 李衛民摘譯.奧斯麥特技術—銅吹煉的發展[J].中國有色冶金，2009，(1)：1-5.

[8] 唐謨堂.火法冶金設備[M].長沙：中南大學出版社，2011：211-215.

[9] 胡丕興.提高奧斯麥特爐爐襯壽命的研究[D].江西理工大學，2011.

[10] 李樣人.奧斯麥特工藝—21世紀的銅生產工藝[J].中國有色冶金，2008，(1)：6-11.

[11] 陳之若.奧斯麥特爐熔煉技術[A].第八屆全國錫銻冶煉及加工生產技術交流會論文集[C].2006.

[12] 宋興誠，黃書澤.奧斯麥特爐煉錫工藝與生產實踐[J].有色冶煉，2003，(2)：15-21.

IntroductionofCokingInhibitorAppliedinAusmeltFurnace

DAI Jie， JIN Ze-zhi， SHENG Bai-qing
(Jinchang Smelting Factory, Tongling Nonferrous Metals Group, TongLing 244000, China)

This paper describes industrial application and effect of coking inhibitors in Ausmelt furnace, uses chemical agent to dispose baking coal in Ausmelt furnace and waste heat boiler flue, and puts forward a new idea of disposing baking coal in flue and waste heat boiler.

coking inhibitor； ausmelt furnace； flue； waste heat boiler； raw material ingredient

2014-09-26

代 杰(1982-)，男，安徽銅陵人，冶煉工程師，大學本科，主要從事銅火法冶煉和銅電解精煉工作，現任金昌冶煉廠電解車間副主任。

金澤志(1973-)，男，安徽桐城人，冶煉高級技師，大學專科，主要從事銅火法冶煉工作，現任金昌冶煉廠熔煉車間轉爐值班長。

TF804

B

1003-8884(2014)06-0029-04

盛柏青(1963-)男，安徽桐城人，冶煉高級技師，大學專科，主要從事銅火法冶煉工作，現任金昌冶煉廠生產技術部部長。