貴冶一系統閃速爐渣直排緩冷的優化與改造

胡 展，朱永強

（江西銅業集團有限公司 貴溪冶煉廠，江西 貴溪 335424）

1 引言

由于一系統始建于上世紀80 年代，當時的閃速爐渣處理工藝是通過電爐貧化后，產出的電爐渣經水淬后外售。隨著技術的不斷發展，渣選工藝因其能提高銅回收率的優勢，被廣泛推廣應用，電爐渣由水淬改為熱渣經緩冷后送渣選處理［1］。此時電爐的作用不再是貧化閃速爐渣，更主要是對渣與冰銅的澄清、貯存及保溫作用，但采用電爐處理閃速爐渣，存在能耗高，環境差，檢修維護費用高等缺點，已成為制約貴冶“打造綠色冶煉樣板”的攔路虎。此外，一系統閃速爐精礦噴嘴還存在給料不穩定，布料不均勻，閃速爐反應塔水套冷卻強度不足，沉淀池及上升煙道水冷結構形式不合理等問題。為適應貴冶雙系統多系列的生產格局，推行具有貴冶特色“一系統閃速爐渣直排緩冷改造”技術革新，從“規模速度發展”到“質量內涵發展”的轉型升級，進一步凸顯貴冶生產管理模式的特色和優勢，以期達到節能降耗、減少維護檢修量、提高作業效率和降低生產成本的目的。

2 分析貧化電爐存在的問題

2.1 貧化電爐高能耗低資源利用率

近年來，隨著貴冶管理與技術創新的不斷提升，平衡了熔煉工序中間物料產處，基本保持了“零庫存”常態化（見圖1），電爐早已結束處理錮鈹的時代，大多起到對渣與冰銅的澄清、貯存及保溫作用，貧化電爐電單耗的消耗（見圖2）成為了制約工廠深度節能降耗的絆腳石，革新電爐工藝已迫在眉睫。

圖1 2014-2018 年電爐耗電量統計分析圖

圖2 電爐固鈹加入量統計分析圖

2.2 貧化電爐安全環保難以受控

電爐完全依靠電極集中供熱，在電極附近形成集中高溫區，不僅容易造成爐體安全難以把控，而且電極還容易出現“軟斷或硬斷”危及人員和設備安全。其次，電爐冷卻方式為：側壁埋銅管+頂部“H 型”水冷梁冷卻（見圖3），效果較差且經常出現冷卻原件漏水的情況，危及爐體安全。此外，電爐電極密封效果不佳導致漏風率大增加了排煙系統負荷，直接制約著閃速爐投料量，而且電爐電極密封效果不佳經常容易造成低空煙氣外逸現象污染環境［2］（見圖4）。

3 論證取消貧化電爐的可行性

閃速熔煉渣采用渣選處理工藝非常成熟可靠，無論是老冶煉廠的改造還是新建的冶煉廠，都有成功投產，運行良好的生產實例。如菲律賓的PASAR 冶煉廠改造前閃速爐沉淀池自帶3 根電極，閃速爐渣經電熱保溫澄清后水淬后外售，改造后拆除電極，閃速爐渣改為緩冷后送渣選處理，渣選后尾渣含銅約為0.3%。新建的采用閃速熔煉工藝的冶煉廠，閃速爐渣基本上都采用浮選工藝，如貴冶二系統、紫金銅業、山東祥光及銅陵金冠等。

圖3 電爐水冷方式平面布置圖

圖4 電爐現場情況圖

3.1 國內外同行業對比可行性分析

通過詳細嚴謹的技術論證，對取消貧化電爐工藝進行可行性分析，明確改造方向。橫向與金隆、祥光、PASAR 等工廠進行了沉淀池面積核算比較，一系統現有沉淀池面積能夠滿足銅渣分離所需時間；縱向對比了近年來電爐固鈹加入量的情況，電爐已不需要處理冷料，全部由轉爐自行消化，為取消貧化電爐進一步創造了條件。此外，貴冶熔煉一系統拆除電爐后，為保證一系統滿負荷生產轉爐吹煉所需的冰銅存放量，進一步延長冰銅與渣分離所需的時間，故在爐體外框結構不變的情況下，論證閃速爐總液面高度比改造前增加100mm，渣層厚度250mm，根據渣量計算出渣的停留時間約為1.3h，比PASAR、金隆及祥光停留時間稍長一些（見表1）。

3.2 爐況對比輔助可行性分析

為確保取消電爐后，各項生產指標在可控范圍內，結合原有的一系統閃速爐給料模式，還不足以支撐取消電爐工藝的變革。主要是原有一系統閃速爐精礦噴嘴采用振動布料器雙側進料，煙塵計量采用調節埋刮板機轉速和料層厚度來控制，煙塵分料采用手動分料閥形式。上述給料方式容易帶來以下問題：物料計量不精確，料量波動大，布料不均勻，導致反應塔內下料出現偏析，進而造成爐況波動較大。為解決上述諸多的影響因素，依據二系統閃速爐、PASAR、金隆及祥光工廠給料系統對爐況穩定的基礎成功經驗，一系統閃速爐將煙塵給料改為失重計量后，精礦與煙塵混合后改用風動溜槽送人精礦噴嘴，能改善一系統閃速爐目前料量計量不準，分布不均的現象，可以進一步優化一系統閃速爐爐況。同時根據二系統、PASAR 與紫金等工廠的生產實際數據，確定改造后一系統閃速爐渣含銅能控制在約1.2～1.5%，可以達到預期的效果；核算改造后沉淀池的煙氣流速為6.7m/s，仍在合理范圍內，因而對煙塵率的影響很小（見表2）。

表1 各工廠沉淀池面積和渣量的對比表

表2 各工廠閃速爐沉淀池煙氣流速對比表

3.3 爐體結構的安全狀態可行性分析

貴冶一系統閃速爐與電爐始建于80 年代，隨著近年來原料結構的復雜化，由于一系統閃速爐的爐襯結構、冷卻元件冷卻方式及布置方法、機電儀設備等存在著設計不足之處，在長周期的生產運行中，出現過沉淀池爐墻鋼殼往外膨脹、爐墻西北及西南角爐磚局部粉化、反應塔倒F 水套冷卻效果不佳、沉淀池頂三角區水冷元件損壞較多且經常漏水或燒穿、上升煙道頂膨脹厲害且易燒損等問題，嚴重制約了閃速爐爐體的安全運行。為確保爐體改造一次性成功，通過詳細嚴謹地技術論證，制訂出科學合理的措施，并聯合設計院進一步論證閃速爐爐體改造可行性，經充分論證后可以滿足當前生產需求，進一步確保恢復設備健康，保障爐窯運行穩健，是確保工廠實現三年長周期安全生產的必要條件。通過上述的分析及論證，一系統閃速爐渣直排緩冷改造是可行的！

4 閃速爐渣直排緩冷優化與改造

貴冶一系統閃速爐渣直排緩冷優化改造肩負著閃速爐主工藝優化、電爐退出生產序列的一次重大的革新變化，總工期45 天，其中多項首創技術空白已植入貴冶，屹立于世界之巔，開拓了貴冶歷史先河。

4.1 爐體結構優化改進

（1）在反應塔基本結構不變的基礎上［3］，設計具有冷卻效果更佳、結構更穩定的E 型銅水套替代倒F 水套，解決了反應塔裙部過熱、冷卻強度不足、耐火材料消耗快等問題。其次，在充分考慮反應塔三角區熱負荷變化的基礎上，設計水套內砌磚的“BIC 水套”替代原有水冷H 梁，解決了三角區受熱不均勻、膨脹大、使用周期短，維護難度大、出現故障難判斷危及爐體安全的問題。

（2）自主設計沉淀池熔體區相互搭接的立面水套，加強了冷卻強度，減少了年修耐火材料的更換量，同時進一步延長了年修周期、確保了爐體安全。另外，銅渣口結構由原來的鋼套嵌入水套模式改成水套與水套的零配合安裝，解決了銅渣口周邊溫度變化大，熱脹冷縮頻繁、磚體間易出現縫隙危及爐體安全的問題。

（3）自主設計沉淀池拱頂吊掛弧形銅水套替代水冷鋼梁模式，減少拱頂耐火磚軸向變形、脫落，以延長其使用壽命。優化設計爐體冷卻水系統模式［4］，不僅使管路走向及水量分布更加合理規范，而且操作維護簡單，進一步降低維護成本。

（4）上升煙道頂銅水套及吊掛方式優化改進，解決了上升煙道結構不穩定，容易受熱變形的問題，延長耐火磚使用壽命。事故煙道口及水套優化設計，改善了通煙狀況，并在生產過程中便于快速清理及煙氣切換。

4.2 檢修模式優化改進

（1）采用爆破技術及破除裝備設施，使拆除電爐僅耗時15 天，創世界最短耗時紀錄。

（2）自主選定閃速爐爐底檢修方法［5］，并制定了新老耐火磚搭接砌筑辦法，打破了外方專家認為爐底最多只能使用兩個爐役（約20 年）的技術壁壘，貴冶1#閃速爐的爐底服役期在世界最長的基礎上再次邁進新征程。爐底檢修面積減少到原有的十分之一，大幅降低了檢修時間和年修成本。

（3）采用新型鋼磚鋪設技術，打破傳統混泥土澆筑檢修模式，不僅節約了檢修時間，而且提高了渣包車通道的使用壽命。

（4）聯合多專業協同實施工法，開創貴冶大型設備檢修的新局面。在保障質量前提下，渣直排項目的施工周期為29 天（剔除爐體降升溫時間16天），與國內外同行相比，同行業最短的施工周期為60 天，已然創世界之最。

4.3 給料系統優化改進

（1）煙塵失重技術應用及控制優化，使煙塵計量會更精確，且可抑制料量波動，這些對閃速爐爐況的改善有著重大意義。

（2）在失重給料系統、精礦噴嘴主體結構不變的基礎上，充分利用現場空間、引進奧托泰技術、重新設計風動溜槽替代振動布料器技術方案，使精礦進入爐內更加均勻穩定，改善了閃速爐爐況。

（3）精礦失重給料系統及精礦噴嘴的優化改進，使布料更加均勻，解決反應塔局部過熱現象及爐況波動因素［6］，保證了系統的控制精度，為系統適應高作業率、高精度提供強有力保證。

5 實施效果

作為世界產能最大的煉銅工廠,貴冶將繼續在銅冶煉科技創新、裝備智能化的道路上不斷實踐探索，引領中國銅冶煉技術不斷發展進步。目前貴冶一系統閃速爐渣直排緩冷改造在世界上尚屬首例，該項目成果在技術和管理上具有新穎性的創新成果，不僅達到了深度節能降耗、減員增效的目的，每年成本節約高達866 萬元，而且根治了低空煙氣外逸的現象，助力貴冶早日實現國家級綠色工廠建設。