金昌冶炼厂奥斯麦特工艺的改进与完善.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 5 金昌冶炼厂奥斯麦特工艺的改进与完善 吕高平，贺晓红 安徽铜都铜业金昌冶炼厂，安徽铜陵2 4 4 1 0 1 摘要金昌冶炼厂引进的奥斯麦特熔炼工艺试生产期间存在炉衬寿命短、炉子供料不稳定、烟气中单体 硫含量高、重油系统无法正常使用等诸多问题，炉子生产作业率低，环境污染严重。通过对工艺系统改 进与完善，技术经济指标得到改善，取得了良好的社会和经济效益。 关键词奥斯麦特熔炼工艺；分析；改进 中图分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 7J 0 1 0 0 0 5 一0 3 I m p r o v i n go nA u s m e l tS m e l t i n gP r o c e s si nJ i n c h a n gS m e l t e r L UG a o p i n g ．H EX i a o h o n g A n h u iT o n g d uC o p p e rJ i n c h a n gS m e l t e r ，T o n g L i n g ，A n h u i2 4 4 1 0 1 ，C h i n a A b s t r a c t F o rA u s m e l tS m e l t i n gP r o c e s su s e db yJ i n c h a n gS m e l t e r ，d u r i n gi t st r a i lp r o d u c t i o n ，t h e r ew e r em a n y p r o b l e m ss u c ha s * t h el i f e s p a no ft h ef u r n a c er e f r a c t o r yb r i c k sw a ss h o r t ，t h em a t e r i a ls u p p l yo ft h ef u r n a c ew a s u n s t a b l e ，t h ee l e m e n t s u l f u rc o n t e n ti nt h ew a s t eg a sw a sh i g h ，a n dt h eh e a v yo i ls y s t e mc o u l dn o to p e r a t e dn o r m a l l y ．A f t e ra n a l y z i n ga n di m p r o v i n gt h ep r o c e s ss y s t e m ，t h et e c h n i c a la n de c o n o m i ci n d e x e sw e r ei m p r o v e d ， a n dg o o ds o c i a la n de c o n o m i cb e n e f i t sw e r eo b t a i n e d ． K e y w o r d s A u s m e l tS m e l t i n gP r o c e s s ；A n a l y z i n g ；I m p r o v i n g 金昌冶炼厂为根治环境污染，熔炼工艺采用澳 大利亚奥斯麦特公司的“顶吹浸没式喷枪熔炼技术” 替代原密闭鼓风炉工艺。在试生产期间，工艺的操 作和控制能力须进～步提高，生产实际中尚存在一 些技术难题需要加以解决，一些主要的经济技术指 标与国内外同工艺相比存在差距。 作； 4 重油供给不稳定，压力在大范围内波动，喷 枪重油烧嘴堵塞，无法正常投入工作，只能用柴油代 替重油，导致生产成本大幅度增加； 5 主要生产工艺指标如油耗、煤耗、电耗偏高， 需进一步优化和改善。 1试生产存在的问题2原因分析及改进与完善 金昌冶炼厂奥斯麦特熔炼工艺2 0 0 3 年8 月建 成并开始投料热试车，经过一段时间试生产，存在如 下主要问题 1 奥斯麦特炉耐火材料寿命短，第一炉期耐火 材料寿命仅4 个月； 2 供料不均匀，导致炉内熔池反应不稳定，出 炉烟气量大幅度波动，炉口经常出现正压； 3 烟气中单体硫含量高，导致收尘系统和制酸 系统被烟尘烧结粘结和堵塞，制酸系统无法正常工 2 ．1 炉衬耐火材料选型及操作技术的掌握 1 正常生产情况下，炉衬耐火材料工作温度 11 5 0 ～12 2 0 ℃，在高温情况下，耐火材料的强度降 低，由于炉内熔体的强烈搅拌，会加速耐火材料的磨 损和侵蚀； 2 熔渣的侵蚀作用，伴随有冲刷的现象，这种 冲刷作用与渣的流动性密切相关； 3 高品位冰铜的渗透作用。当砖形成裂纹时， 冰铜渗透进入，在随后冷却、膨胀过程中使砖加大裂 作者简介吕高平 1 9 6 7 一 ，男，安徽省太湖县人，高级工程师，副总工程师 万方数据 6 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 缝进而剥落； 4 由于换枪操作或者其他原因造成生产停止， 导致炉内温度急冷急热，使耐火材料产生裂缝； 5 炉内有较强的S O ，气氛，与耐火材料中的 碱性氧化物有强的反应趋势。 第一炉期炉内衬耐火材料现场情况如下侵蚀 的部位主要为渣线以下2 米区域，熔池区域的耐火 材料受到的侵蚀要比其它高度的耐火材料受到的侵 蚀严重，第一层砖托以下尤为严重，主要区域为炉体 西面和堰出口附近。残余的耐火砖最厚仅有4 0 m m 左右，多数在1 0 ～3 0m m 。第二层砖托与第三 层砖托之间西侧的耐火材料被侵蚀的厚度在1 3 0 ～ 1 8 0m m ，第三层砖托与第四层砖托之间西侧的耐火 材料被侵蚀的厚度在8 0 ～1 0 0m m ，第四层砖托以 上的耐火材料基本上未被侵蚀。 根据以上分析和现场情况，决定对炉衬做如下 改进 1 铜水套部位耐火材料的厚度由2 6 5m m 增 加到3 4 5m m ，砖型由C 1 砖换成了D 1 砖； 2 第一层砖托的铜水套冷却水单独供水单独 回水，解决了砖托铜冷却水套回水温度偏高的问题； 3 耐火材料材质选用低显气孔率且抗骤冷骤 热效果好抗磨损的铝铬质耐火材料替代原来的镁铬 质耐火材料。 通过以下措施的实施及在生产中严格执行，奥 斯麦特炉第二炉炉寿命达到1 0 个月。 1 合理控制炉内温度，将温度控制在 11 5 0 ～12 0 0 ℃，避免炉内过热，过高温度下炉内壁 无法挂渣保护，造成炉内衬损坏，影响炉衬寿命； 2 合理控制渣型，铁硅比应控制在1 ．1 ～1 ．3 。 如果渣中硅含量偏高会对碱性耐火材料产生化学侵 蚀，造成耐火材料的损失； 3 生产经常保持连续稳定状态，避免炉内温度 急冷急热，导致耐火材料内部产生较大热应力出现 裂缝，导致耐火材料剥落； 4 加强设备维护，使系统设备稳定运行，稳定 操作； 5 换枪作业时，做好炉内保温。 2 ．2 供料系统改进与完善 奥斯麦特炉系统采用9 台申克秤进行配料和供 料，由于铜精矿来源渠道广泛、成份杂，大块、编织 袋、石头等杂物多，原料含水高，造成现有的申克秤 皮带下料口易堵塞，下料不畅，供料极不均匀。由于 炉子的供料量通过D C S 控制系统与炉子所需的风 量和氧气量联锁，导致人炉空气量和氧气量也不稳 定，造成炉子生产不稳定，烟气量时大时小，炉口负 压难以控制，对烟尘率也有较大影响，同时由于精矿 及块煤内有大块石头等杂物，易造成申克秤皮带磨 损、撕裂，设备维修成本高。针对以上情况，采取如 下措施 1 采用园盘给料机供料代替现有申克秤皮带 供料，可实现连续稳定的给料。园盘给料机具有如 下优点一是供料比较均匀，尤其对含水较高的原 料。二是园盘出料口不易粘结和堵塞，三是供料能 力大，一台园盘给料机能力为5 0 ～7 0t ／h ，四是可采 用变频调速对给料量实行同步控制。、 2 设置限料装置 在炉子供料的7 0 皮带下料斗出口处设置一道 限料装置，在8 皮带炉加料口附近增加双道限料装 置，保证人炉物料均匀稳定，无大块料入炉现象。 以上措施的实施，实现了炉子的连续稳定均匀 供料，解决了料量波动对炉子生产的影响，为奥斯麦 特炉正常生产提供了保证。 2 ．3 降低烟气中单体硫含量攻关 2 ．3 ．1 烟气中单体硫产生的成因及危害 硫化铜精矿在火法冶炼过程中，高温下高价硫 化物分解会产生单体硫。为此，奥斯麦特工艺专门 设置了喷枪二次燃烧风，以使单体硫、煤和油的挥发 份在炉子的上部得到燃烧。在试生产过程中，产出 的烟气中单体硫含量太高，烟气进入余热锅炉和电 收尘后，堵塞管道，制酸系统无法生产，烟气只能从 环保烟囱排放，对环境造成严重污染。经过对奥斯 麦特技术进行充分消化吸收，认为人炉气体中二次 风量偏低、物料较高的硫铜比、煤配比过高等原因导 致物料中硫反应不完全，是造成烟气中单体硫含量 偏高的主要原因。正常情况下，烟气中的单体硫含 量应小于1g ／m 3 ，通过对烟气成分的检测，最高时 烟气中的单体硫含量超过5 0g ／m 3 ，对制酸系统生 产造成严重影响。 2 ．3 ．2 单体硫的控制措施 解决烟气中单体硫基本的方法就是提高出炉烟 气中的游离氧的含量。具体的措施是 1 提高喷枪的二次风风量以及实施二次风加 氧。在高温的情况下，提高烟气中的游离氧含量，使 单体硫在进入锅炉前即基本燃烧完全。 在对外方技术系统消化吸收的基础上，提出了 A u s m e l t 炉二次风改造及加氧方案。原二次风由于 设计压力不足，风量达不到工艺需要的给定值，导致 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 7 烟气中的单体硫不能充分燃烧是产生单体硫问题的 关键所在。增加奥斯麦特炉出炉烟气的游离氧含 量，使炉内反应产生的单体硫在进人余热锅炉前充 分反应和燃烧，即可基本解决单体硫问题。基本方 案是停开原压力为0 ．0 9 8M P a 的二次风罗茨风机， 改用风量有富余的压力为0 ．2M P a 的一次风机供 喷枪二次风，同时利用现有备用烧嘴供氧管道和流 量计为二次风加氧至浓度为2 6 ％。该方案实施后， 单体硫问题已基本得到控制和解决，稳定了奥斯麦 特炉的生产和制酸系统的生产，同时该项目实施后， 停开了一台3 3 8k W 罗茨风机，年节约电费成本1 0 0 多万元。 2 在奥斯麦特炉加料口的南西北三侧设置高 压风吹扫装置 在物料进炉时，由于抛物线的作用，物料在加料 口的南西北三侧炉壁易粘结堆积生成生料柱，在料 柱的生长及坍塌过程中会产生单体硫，在奥斯麦特 炉加料口三侧设置高压风吹扫装置，避免了生料柱 的生成。 3 降低精矿硫铜比、煤配比，减少不必要的氧 消耗 由于碳、氢与氧的亲和力比硫强，因此当精矿中 煤、硫配比过高，氧气首先与碳氢发生反应，而炉内 炉料中高价硫化物分解产生的单体硫得不到氧化， 导致烟气中单体硫含量升高。经仔细计算，调整精 矿中硫铜比和煤量，以降低不必要的氧气消耗。 通过以上措施的实施，烟气中单体硫含量降到 了1m g ／m 3 以下，烟气中单体硫含量高的问题得到 彻底的解决，保证了铜酸系统正常生产。 2 ．4 重油系统的恢复与完善 原有的重油系统由于管线太长 约3 0 0m ，压 力波动太大，管线采用单伴钢管低压 0 ．3M P a 蒸 汽保温，保温效果差，采用电加热器作为重油加热 源，加热器内重油易碳化结垢，造成加热器堵塞。喷 枪更换后，喷枪油管内壁残存的重油向下流至喷嘴， 凝固后造成喷嘴堵塞，喷枪再次换上后，供油不畅， 导致重油系统压力大范围内波动，燃烧不稳定，重油 喷嘴经常出现烧损。由于重油系统无法满足炉子正 常生产要求，只得用柴油代替重油，柴油与重油发热 值相差不大，但柴油价格却是重油的两倍，导致生产 成本激剧升高。 针对以上情况，金昌冶炼厂对原有的重油系统 进行了改造，在奥斯麦特炉附近新增一中间油罐 6 0 m s ，重油从重油库先用泵打至中间油罐，加热保 温，然后用泵输送到奥斯麦特炉喷枪，管路采用双伴 紫铜管加热，所有的蒸汽源采用0 ．8M P a 中压蒸 汽，用蒸汽加热器代替原有的一台电加热器，原柴油 系统仍保留，作为重油系统的备用。同时对原有的 重油控制系统重新进行软件组态设计，采用仪表自 动控制入炉重油的温度和压力，当重油温度超过 1 2 5 ℃，仪表自动切断蒸汽加热器的汽源，并且将重 油和柴油的手动截止阀 切换阀 改为气动仪表控制 阀，实现在主控室自动切换，在更换喷枪前改用柴油 对喷枪油管和喷嘴进行5 ～1 0m i n 的冲洗，完全解 决了喷枪重油喷嘴的堵塞和烧损问题。改造后，重 油系统的压力和温度控制完全满足奥斯麦特炉工艺 控制要求，生产稳定，重油已经完全取代了柴油，生 产成本大幅度降低。 2 ．5 优化工艺条件 通过强化喷枪操作，如喷枪挂渣、喷枪插入深度 等，提高喷枪寿命；通过对制粒机底盘增加高分子材 料垫板，改进喷水装置等措施来控制园盘制粒机制 粒效果；入炉物料水分对奥斯麦特炉生产影响很大， 通过水分对奥斯麦特炉生产影响的研究，找出了奥 斯麦特炉生产原料最适宜的水分；人炉燃料煤的配 比、油的用量、空气、氧气的流量及压力参数等对炉 子熔炼过程影响很大，通过多次的生产试验，找出了 最优化的工艺参数。 3 技术改进效果 通过对奥斯麦特工艺系统改进与完善，各项生 产技术经济指标得到显著的改善和提高，达到或超 过了原设计值 表1 。奥斯麦特炉生产作业率从设 计的8 5 ％提高到目前的9 6 ％，1 3 处理精矿量由设计 的1 ．0k t 提高到目前的2 ．0k t ，日产粗铜超过3 5 0 t ，超过原密闭鼓风炉的4 倍，工厂全硫利用率由改 造前的7 8 ％提高到目前的9 5 ％，S 0 7 烟气污染问题 得到基本解决。重油系统改进后，年降低生产成本 4 0 0 多万元，二次风改造后，停开了一台罗茨风机， 年节电近1 0 0 万元，单体硫问题的成功解决，年多产 硫酸6 万余吨，年新增经济效益25 0 0 多万元。奥 斯麦特工艺的系统改进与完善，取得了良好的社会 效益，创造了巨大的经济效益，奥斯麦特熔炼技术日 益体现出其工艺的先进性。 万方数据 8 有色金属 冶炼部分 2 0 0 7 年1 期 l 精矿加料速率 于量 ／ t h 。1 2 日精矿处理量／t 3炉衬寿命／月 4 喷枪寿命／d 5 喷枪燃料种类 6 重油耗量／ k g h 。 7 柴油耗量。／ k g h - 1 8全硫利用率／％ 9 烟气中单体硫／ m g m 。3 * 柴油耗量不包括备用烧嘴的用量 4 8 10 0 0 1 0 5 ～7 重油 4 0 3 O 9 5 1 9 0 15 0 0 1 8 1 5 ～2 0 重油 3 0 0 0 9 5 1 上接第4 页 表2I S A 法、K I D D 法和O T 法技术经济比较表 T a b l e2T h et e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n d e xc o m p a r i n ga m o n gI S A 。K I D Da n dO Tp r o c e s s 参考文献 [ 1 ] 朱祖泽、贺家齐．现代铜冶金学[ M ] ．北京科学出版 社，2 0 0 3 ． [ 2 ] 邢卫国．K I D D 铜电解技术述评[ J ] ．重有色冶炼，1 9 9 7 5 1 5 ． 铝㈣。。黼。姗两硼铝一。籼。罢 万方数据