艾薩銅熔煉高溫段煙道結渣處理

趙 璧，李發彪，葸 軍，張宇云

（涼山礦業股份有限公司昆鵬公司，四川 會理 615141）

涼山礦業股份有限公司昆鵬銅業，使用艾薩爐熔煉，設計產能10萬噸/年。艾薩爐生產的煙氣通過余熱鍋爐，高溫煙氣通過模式壁和對流管束換熱，將熱量轉化為飽和蒸汽用于發電，將余熱回收利用。余熱鍋爐采用自然循環和強制循環混合，由爐蓋、裙罩、過渡段、上升煙道、下降煙道和水平布置的對流區組成。爐蓋由密排管水冷壁組成，過渡段受熱面由規格為38＊5的密管焊接而成，管子間距為40mm，上升煙道由膜式水冷壁組織，整個區域正常工況煙氣溫度800℃ ～1200℃。

下降煙道由膜式水冷壁組織，正常工況煙氣溫度小于700℃，水平布置區由膜式水冷壁及對流管束組成，出口煙氣溫度控制在360℃。生產過程余熱鍋爐煙道結渣主要發現在爐蓋，過渡段、上升煙道區域。因結渣煙道造成煙氣流通面積降低，結渣嚴重后需要停爐清理煙道結渣，造成艾薩作業率下降，給生產、環保帶來很大影響。本文重點針對高溫區煙道結渣的原因進行分析，探討高溫區煙道控制結渣的方法。

1 現狀

1.1 結渣情況

涼山礦業股份有限公司（昆鵬公司）10萬噸陽極銅/年項目，其艾薩爐每小時投料量60-70（毛料）噸/小時。受到設備結構、礦料雜質、生產負荷、工藝控制等因素的影響，由于進礦原料含CaO、MgO等堿性氧化物的減少，煙道內開始出現結渣現象，主要集中在煙道入口處（三米過渡段位置），渣塊迅速增長，原有截面為4×4m的煙道大部分堵塞，煙氣流通面積減少，最窄處不足1m2。爐內出現正壓情況，生產狀況和操作空間日益惡化，給生產帶來嚴重的影響。生產過程因原料差異，生產過程中艾薩噴槍工況變化，生產過程中渣型，負壓控制不同等因素，生產過程出現同時還出現大量爐頂結渣，最高時，爐頂結渣達到2500mm，結渣造成鍋爐承重大量增加，帶來很大安全隱患。

1.2 冶金爐及煙道結渣危害

（1）頻繁停爐清渣，嚴重制約連續生產：結渣嚴重危害了生產的連續性，渣塊迅速長大，導致煙道堵塞，熔池出現正壓，投料生產難以為繼，不得不花費時間停爐清渣。連續生產得不到保障，系統的頻繁啟停使得生產時間減少，直接導致冶金爐年產量降低。

（2）清渣強度高，安全隱患大：清渣的工作強度大。渣塊通常具有致密、堅硬、粘結等特性，與壁面結合緊密極其難以清理。業內人工清渣常用鋼釬或風鎬等，花費時間從數小時至數天不等。無論何種清渣方式，都是一次高強度的作業，從管理人員到現場工人都為此頭痛。安全隱患大。清渣作業環境高溫、煙塵、空間狹小，甚至需懸吊、搭架等措施，并常伴有掉渣現象，可能砸傷、燙傷清理人員。

（3）經濟損失嚴重：因連續作業時間縮短，帶來產能損失：冰銅、硫酸及其他產品。清渣費用、檢修保養費用。

2 艾薩爐結渣積灰的成因分析

冶金爐的結渣和積灰是一個復雜的物理化學過程，也是整個冶金行業普遍存在的問題。冶金爐的結渣并非一成不變，其礦源或生產工藝的改變，可能導致結渣現象減輕或加劇，乃至結渣位置的前后移動。

結焦的區域依其特性不同可分為前部高溫區結焦與后部低溫對流區玷污性積灰。前部高溫區通常包括從熔池出口起，之后整個煙道到進入余熱鍋爐為止。這一部分的主要結焦影響物質為：Fe。鐵含量較高時，如爐內存在弱還原性氛圍，將會生成不完全氧化物FeO，FeO極易與其它物質結合生成低溫共熔體，這些低溫共熔體在高溫下的煙塵中處于熔融狀態，有強的粘附性，在接觸到煙道等受熱面時，容易粘附在壁面上。

低溫對流區主要指整個余熱鍋爐，這一段粘結性積灰的主因是S、K、Na、As、Pb、Zn等物質，S氧化燃燒生成的SO2與煙氣中的水份結合形成硫酸蒸汽，K、Na、As、Pb、Zn等揮發性元素也在這一段生成各類低溫化合物。如煙氣中以上產物較多，會在低溫段凝結，呈熔融狀具有較高的粘性，導致大量粘附其他固體顆粒形成粘結性積灰。

昆鵬艾薩爐由于煙氣成分，系統布置等原因，前部高溫區結焦嚴重。艾薩爐煙道入口，溫度約在1150℃～1200℃之間，其渣塊除了含有主要產物Cu以外，雜質中還有Fe、SiO2、S、As、Pb、Zn等較高成分。其物理成分組成（即來源）如下：①入球原料成球率低，物料進入煙道后粘結燒結形成結渣。②噴槍總風流量高，噴槍插入深度過淺，造成熔體噴濺進入煙道冷凝形成結渣。③原料中鉛、鋅、砷等易揮發性物質，未被完全氧化直接進入煙道冷凝在煙道壁粘結氧化，形成致密性較高的結渣。④爐渣渣型不合理，爐渣熔點粘度升高，阻礙氣體逸出，噴濺較大形成結渣，這類結渣粘度較高，抗熱震性好，較致密，不易掉落。

3 艾薩爐結渣處理

3.1 減少煙塵率

入球原料成球率控制，技改調整制粒機變高，增加制粒機填充力和物料在制粒機中填充時間，增加制粒強度。通過工藝控制制粒圓盤角度速度調整，結合我公司原料水分情況，使用過程制粒機角度調整至45度，對原料合理補水，原料水分控制9.2%，制粒機使用頻率采用48hz～50hz，保證原料成球率以及粒子強度，艾薩主控嚴格控制緩沖料斗料面高度，避免粒子在緩沖料斗中壓壞。控制煙塵率，減少物料進入煙道燒結結渣。

3.2 減少熔體噴濺

在保證噴槍冷卻的情況下降低艾薩噴槍總空氣流量、流速，增加噴槍插入熔池深度使用，端壓控制由8.5kpa提高至12kpa使用（噴槍插入深度由之前的180mm提高至300mm），噴槍工藝風（ATLAS）風量由16000Nm3/h降低至12000Nm3/h使用，噴槍流速下降了12m/s。以減少熔體噴濺粘結結渣。

3.3 負壓控制

爐內負壓越大，帶入的空氣量越大，煙氣總量增加，銅精礦被帶入鍋爐系統的可能性越大，造成煙塵率增加，大量煙塵在鍋爐內反應形成煙道結渣。

負壓增加后，漏風率增加，大量氧氣進行煙道后和鍋爐管壁熔體發生二次氧化反應，造成熔體燒結，其次負壓增加后，冷空氣增加，局部溫度下降較快，煙氣溫度下降較多，使結渣變得致密堅硬，出現煙道結渣調整艾薩負壓，艾薩負壓控制-40pa，保證現場煙氣間歇性外溢，減少氧化氣氛，減少結渣二次燒結。

3.4 處理結渣

由于渣中的主要成分是SiO2和堿性氧化物，堿性氧化物熔化后即離解為Me+和O2-，而SiO2熔化后則形成SixO離子。由于Si-O鍵的氧離子引力很大，因而爐渣中的SixO會吸收堿性氧化物離解出的O2-，并轉變為結構更簡單，離子半徑變小的硅氧絡合陰離子。CaO進入煙道后為酸性氧化物提供O2-，純SiO2中O/Si比為2，隨著酸性氧化物SixO不斷吸收O2-，O/Si比將不斷加大，SixO結構愈來愈簡單，離子半徑愈來愈小，粘度也愈來愈小。從而形成較簡單的硅氧絡合物，使結渣變得疏松，配以煙道內振打裝置，使渣掉落。具體情況如下圖：

圖1

煙道出現結渣后采用控制艾薩負壓，同時加入CaO粉末，煙道結渣情況如上圖所示，爐內開始頻繁出現掉渣現象，通過負壓、煙氣溫度、CaO使用，一個月可以完成煙道結渣的處理。

4 結語

艾薩銅熔煉技術高溫段煙道結渣，影響艾薩爐的作業率及負荷率，影響艾薩的生產及經濟技術指標。煙道結渣的主要原因是熔體噴濺、原料灰分進入煙道粘結，同時負壓控制不合理二次燒結，通過控制噴濺、入爐成分及形態、控制爐內負壓情況、配合CaO使用，可有效控制和解決高溫段煙道結渣情況，以保證艾薩爐正常運行。