铜富氧侧吹熔池熔炼的生产实践.pdf

有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 1 3 D O I 1 0 ．3 9 6 9 ／j ．i s s n ．1 0 0 7 - 7 5 4 5 ．2 0 1 1 ．0 8 ．0 0 4 铜富氧侧吹熔池熔炼的生产实践 葛晓鸣，王举良 烟台鹏晖铜业有限公司，烟台2 6 4 0 0 2 摘要根据奥斯麦特炉、艾萨炉、三菱炉的熔炼炉渣的化学成分，确定了富氧侧吹熔池熔炼炉渣的化学成 分。富氧侧吹熔池熔炼炉投产过程中出现的问题主要有烟气中单体硫含量高、炉体和余热锅炉振动较 大、余热锅炉上升段和辐射区炉结较重、烟气产生冷凝酸、烟尘量较大降低了铜直收率和铜回收率。经 过两年的改进．日处理铜精矿量、粗铜日产量、电单耗、煤单耗、综合能耗和生产成本均达到设计要求。 关键词铜；富氧；侧吹熔池熔炼炉；设计；生产实践 中图分类号T F 8 l l文献标识码B文章编号1 0 0 7 - 7 5 4 5 2 0 1 1 0 8 - 0 0 1 3 - 0 4 P l a n tP r a c t i c eo fC o p p e rO x y g e nE n r i c h m e n tS i d e - B l o w i n g B a t hS m e l t i n gP r o c e s s G EX i a o m i n g ，W A N GJ u l i a n g Y a n t a iP e n g h u iC o p p e rI n d u s t r yC o ．L t d ．，Y a n t a i2 6 4 0 0 2 ，C h i n a A b s t r a c t T h ec h e m i c a lc o m p o s i t i o no fs l a gf r o mo x y g e ne n r i c h m e n ts i d e b l o w i n gb a t hs m e l t i n gp r o c e s s 0 E S B B S P w a sc o n f i r m e da c c o r d i n gt ot h es l a gc o m p o s i t i o no fA u s m e hf u r n a c e ，I s a a cf u r n a c ea n dM i t s u b i s h if u r n a c e ． T h ep r o b l e m sw h i c ho c c u r r e dd u r i n gO E S B B S Pp r a c t i c ei n c l u d e dh i g hm o n o m e rs u l f u rc o n t e n ti nw a s t eg a s ，l a r g e v i b r a t i o ni nf u r n a c eb o d ya n dw a s t eh e a tb o i l e r ，s e r i o u sa c c r e t i o ni na s c e n ts t a g ea n dr a d i a t i o na r e ao fw a s t eh e a t b o i l e r ，c o n d e n s a t i o na c i de m e r g e di nw a s t eg a s ，l e s s e n i n gc o p p e rr e c o v e r yd u et oal a r g e ra m o u n to fs m o k ed u s t ． W i t ht h ee f f o r to ft w oy e a r s ’i m p r o v e m e n t ，t h ed a i l yp r o c e s s i n ga m o u n to fc o p p e rc o n c e n t r a t e ，b l i s t e rc o p p e ro u t - p u t ，p o w e ra n dc o a lc o n s u m p t i o n ，c o m p r e h e n s i v ee n e r g yc o n s u m p t i o na n dp r o d u c t i o nc o s ta l lm e tt h ed e s i g nr e q u i r e m e n t s ． K e yw o r d s C o p p e r ；O x y g e ne n r i c h m e n t ；S i d e b l o w i n gb a t hs m e l t i n gf u r n a c e ；D e s i g n ；P l a n tp r a c t i c e 烟台鹏晖铜业有限公司原来的炼铜工艺是富 氧密闭鼓风炉熔炼、连续吹炼炉吹炼。冶炼烟气送 入硫酸系统，经过空塔、填料塔、间冷器、电除雾净 化，两转两吸工艺制酸。2 0 0 6 年，我们与中国恩菲 工程技术有限公司一起研发了富氧侧吹熔池熔炼工 艺，于2 0 0 8 年2 月投产。 富氧侧吹熔池熔炼炉的富氧空气是从炉子的两 侧浸没入熔体的风眼鼓入熔池内，精矿、熔剂、返渣、 煤按一定的比例混合均匀，经过定量带式输送机。由 带式加料机经炉顶的加料口加入炉中，鼓入炉内的 富氧空气将炉料和熔体激烈搅动，在炉中形成气． 作者简介葛晓鸣 1 9 6 9 一 ，男，山东蓬莱人，硕士 液- 固三相间的传热和传质，加快入炉物料的干燥、 分解、熔化速度，完成造渣、造锍反应，产出的铜熔体 经虹吸通道进入沉降电炉，完成澄清分离，得到冰铜 和熔炼炉渣；烟气经余热锅炉冷却、电收尘收尘后送 到硫酸系统。’。 l 富氧侧吹熔池熔炼炉的设计 富氧侧吹熔池熔炼工艺主要设备为富氧侧吹熔 池熔炼炉、沉降电炉、余热锅炉、连续吹炼炉。3 剖。富 氧侧吹熔池熔炼工艺的论证、富氧侧吹熔池熔炼炉 和连续吹炼炉的冶金计算和设计由烟台鹏晖铜业有 万方数据 1 4 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 限公司负责；沉降电炉和余热锅炉的设计由中国恩 菲工程技术有限公司负责。 富氧侧吹熔池熔炼工艺的论证的主要内容是产 能、粗铜电单耗、粗铜煤单耗、粗铜冶炼工艺综合能 耗、金属回收率、生产成本、环保等要通过冶金计算。 根据奥斯麦特炉、艾萨炉、三菱炉熔炼炉渣的化学成 分，设计了富氧侧吹熔池熔炼炉熔炼炉渣的化学成 分。因为富氧侧吹熔池熔炼炉中氧利用率高、脱硫 率高、热损失少，根据反射炉熔炼冶金计算和铜锍吹 炼冶金计算，设计氧利用率9 l ％，脱硫率5 7 ％，热损 失9 ％。 为了使计算出的生产成本接近实际，按照富氧 侧吹熔池熔炼炉所需的石英砂和石灰石的化学成分 和粒度、煤的发热值和粒度进行了市场询价。随后 提出了富氧侧吹熔池熔炼炉的日处理铜精矿量、粗 铜产量、粗铜电单耗、粗铜煤单耗、粗铜冶炼工艺综 合能耗、金属回收率、生产成本、环保等数据。富氧 侧吹熔池熔炼炉熔炼物料平衡表 不包括燃料和富 氧空气 见表1 。 表1富氧侧吹熔池熔炼炉熔炼物料平衡表 不包括燃料和富氧空气 T a b l elM a t e r i a lb a l a n c eo fo x y g e ne n r i c h m e n ts i d eb l o w i n gb a t hs m e l t i n g f u r n a c e e x c l u d i n gf u e la n do x y g e n e n r i c h e da i r 2 富氧侧吹熔池熔炼炉投产存在的问题 富氧侧吹熔池熔炼炉投产顺利，产出合格的粗 铜和硫酸；但日处理铜精矿量和日产粗铜量都低于 设计值。粗铜电单耗、粗铜煤单耗、粗铜冶炼工艺综 合能耗都高于设计值，熔炼炉渣成分与设计值接近。 富氧侧吹熔池熔炼炉存在的主要问题有 1 烟气 中单体硫含量高，堵塞硫酸系统净化工序的间冷器， 影响冶炼系统和硫酸系统的正常生产； 2 熔炼炉 炉体和余热锅炉振动较大，影响设备的安全运行； 3 余热锅炉上升段和辐射区炉结较重，影响熔炼 炉的正常运行。只得经常停风进行处理； 4 烟气产 生的冷凝酸，出现在电收尘下部和电收尘出口至空 塔进口设备和烟道，腐蚀设备，污染环境； 5 烟尘 量较大，影响铜的直收率和回收率。 3改进措施 3 ．1 烟气中单体硫含量高‘“ 1 烟气中单体硫在净化工序从烟气中分离出来， 因为单体硫粘性较大，粘结在净化工序的间冷器上， 造成净化工序的设备阻力增大，硫酸净化工序无法 正常工作，只得停车清理被单体硫堵塞的间冷器。 另外还将影响冶炼系统和硫酸系统的正常生产，必 须想法解决。 烟气中单体硫的产生是因为烟气中0 含量低 2 ％以下 ，解决的办法是向烟气中补氧。从炉头 和炉尾分别增加1 个内径为1 5 0m m 的补氧管道， 向炉中补充富氧空气。控制余热锅炉出口烟气中 O 含量在3 ％一5 ％，使烟气中单体硫含量高的问题 得到有效控制。另外，人炉料中煤加入量的波动也 是造成烟气中单体硫含量高的原因。文献[ 5 ] 对此 进行了详细分析。 3 ．2 炉体振动和余热锅炉振动 熔炼炉炉体振动对熔炼炉安全运行是一个很大 的隐患。熔炼炉长1 3 ．7 5 7m 、宽5 ．3 4 0m 、高5 ．9 3 0 m 、重量4 6 4t ；加上炉内的熔体和物料1 9 3t ，工作 时，富氧侧吹熔池熔炼炉总质量为6 5 7t 。因为受场 地限制，基础设计长1 3 ．9 5 7m 、宽5 ．5 4 0m 、高5 ．5 0 0 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 1 5 m ，其中地下部分高2 ．2 0 0m 、地上部分高3 ．3 0 0m 。 余热锅炉振动也是因为受场地限制，设计成单 排钢架，宽3 ．8m 、高1 9 ．8m 、间距4 ．3 4 ．4m 。 解决熔炼炉炉体振动主要采取两个措施，一是 把熔炼炉基础地上部分进行加固，增加基础的强度 和刚度；二是将熔炼炉的操作台与余热锅炉钢支架 的连接断开，防止余热锅炉钢支架的振动传递给熔 炼炉。 解决余热锅炉振动的办法主要是加强操作，稳 定余热锅炉中烟气压力，减轻烟气压力波动对余热 锅炉水冷壁的冲击而造成余热锅炉振动。 3 ．3 余热锅炉进口粘结问题 3 ．3 ．1 余热锅炉炉结的产生 原料中P b 、z n 等杂质含量较高，其中一部分被 烟气带入余热锅炉，随着烟气温度降低，而粘结在余 热锅炉是正常的。炉结主要是在上升段和辐射区。 清理余热锅炉炉结主要有3 种方法，一是正常 生产时，采用振打的方法；二是烧油或爆破；三是停 炉清理。第一种方法适用炉结较轻的情况，它不影 响生产；第二种方法适用炉结较重的情况，它影响生 产较大；第三种方法适用炉结严重的情况，它影响生 产最大，如果因为要清理炉结而停炉，造成的经济损 失特别大。 3 ．3 ．2 上升烟道的设备调整 上升烟道原有3 个人孔门，分别在上升烟道下 部的西侧、北侧、东侧。2 0 0 9 年3 月，为了便于观察 内部炉结情况，在上升烟道的顶部增加1 个人孔门。 余热锅炉上升烟道处原有5 台弹性锤击式振打 装置。为了增加振打效果，2 0 0 8 2 0 0 9 年，增加4 台弹性锤击式振打装置，分别是上升烟道东侧三层 平台2 台、西侧1 台、北侧1 台。振打频率由原来振 打5m i n 、停1 0m i n ，调整为振打5m i n 、停5m i n ；振 打锤角度由原来的6 0 o 调整为7 5 。 。 3 ．3 ．3 辐射区的设备调整 辐射区原有1 个人孔门，在辐射区南f 1 9 - - 层平 台处。2 0 0 9 年3 月，为了方便观察和爆破炉结，在 辐射区又增加了3 个人孔门，安装在辐射区西侧、辐 射区顶部、上升烟道与辐射区交接处。 辐射区原有1 0 台弹性锤击式振打装置。为了 减轻炉结，2 0 0 8 年5 月，在辐射区南侧和辐射区西 侧三层平台高度安装2 台弹性锤击式振打装置。 2 0 0 9 年3 月，又在辐射区北侧的下降斜烟道上、辐 射区西侧加料平台高度、辐射区南侧一层平台高度、 辐射区西侧三层平台高度安装了4 台弹性锤击式振 打装置。 3 ．3 ．4 埋刮板输送机的调整 埋刮板输送机原为双排链，由于辐射区烟气温 度过高，并有大块的炉结落入埋刮板输送机，造成埋 刮板输送机拖链经常断裂。大修时，将双链埋刮板 输送机改为单链埋刮板输送机；在辐射区西侧下方 增加沉降室，并将西侧水冷壁下侧倾斜部分改为垂 直，便于清理炉结。 3 ．4 烟气产生的冷凝酸 烟气产生的冷凝酸是因为烟气含H O 高，烟气 中的H 0 与S O ，在露点以下生成冷凝酸。熔炼炉 出口烟气量2 45 6 8m 3 ／h ，烟气含1 4 ％H 0 、0 ．1 4 ％ S O ，；连续吹炼炉出口烟气量99 0 41 1 1 3 ／h ，烟气含 2 ．1 0 ％H 0 、0 ．3 0 ％S O ，。两炉烟气在电收尘前混合 后进入电收尘，从炉出口至电收尘漏风率2 0 ％，空 气含1 ．6 2 ％H 0 。电收尘中烟气含8 ．9 6 ％H 0 、 0 ．1 5 ％S O ，，根据文献潍’可计算出露点温度为2 2 8 ℃，冷凝酸的浓度为9 3 ．7 1 ％。 要想不产生冷凝酸，就要降低烟气中H 0 与 S O ，的含量，或者提高烟气温度，因为冶炼工艺决定 了烟气中H 0 与S O ，含量，很难降低，只能提高烟 气温度。 余热锅炉出口烟气温度原来设计3 5 0 4 0 0 ℃， 因为余热锅炉是新设备，换热管的管内结垢轻，传热 系数高，降温效果好。投产3 个月内，余热锅炉出口 烟气温度在3 0 0 3 3 0 ℃。要提高余热锅炉出口烟 气温度，只要把余热锅炉的对流管束撤掉几组，但 是，撤掉的对流管束放在余热锅炉内不通水，容易损 坏；撤掉的对流管柬从余热锅炉取出来，又不易保 存，并且以后要用还要装上，拆卸和安装都比较费 事。采取延长对流管束弹性锤击式振打装置的振打 间隔时间，减少振打次数，人为地让对流管束管外挂 一部分烟尘，降低传热系数；这种方法省事省力，以 后管内结垢多了，传热系数下降，只需把对流管束弹 性锤击式振打装置的振打间隔时间调整一下就行 了。对流区原有3 0 台弹性锤击式振打装置，分布在 凝渣管束和对流管柬的南北两侧，每3 个为一组，振 打频率为振打5m i n 、停3 0m i n ，为提高余热锅炉出 口烟气温度，不产生冷凝酸，将对流区弹性锤击式振 打装置调整为手动振打，振打频率根据富氧侧吹熔 池熔炼炉的炉况和余热锅炉出口温度随时调整；振 打锤角度由原来4 5 。 调整为3 0 o 。采取这个措 施后，余热锅炉出口烟气温度达到3 4 0 3 6 0 ℃，空 塔进口烟气温度达到2 3 5 ℃以上，高于冷凝酸露点 万方数据 1 6 有色金属 冶炼部分 2 0 1 1 年8 期 温度2 2 8 ℃，熔炼炉烟气产生的冷凝酸问题得到解 决。 3 ．5 烟尘量较大问题 熔炼炉较大的烟尘量降低了铜直收率，烟尘在 返回中又有损失，又降低了铜回收率，并且还增加了 余热锅炉的弹性锤击式振打装置和埋刮板输送机的 负荷。 2 0 0 8 年2 月至6 月，富氧侧吹熔池熔炼炉投产 初期，余热锅炉每天收下烟尘1 4 1 6t ；2 0 1 0 年2 月，将富氧侧吹熔池熔炼炉加高，降低炉内的烟气速 度，余热锅炉每天收下烟尘4 8t 。 4 改进后的效果 精矿，从投料开始，至富氧侧吹熔池熔炼炉产出熔体 需要3 0h ；至沉降电炉出熔炼炉渣需要7 3h ；至沉降 电炉出冰铜共计需要8 5h 。熔炼炉以后开炉的铜原 料改为冰铜，从投料开始，至熔炼炉出熔体需要4 0 h ；至沉降电炉出熔炼炉渣需要5 6h ；至沉降电炉出 冰铜共计需要6 4h 。 经过2 年的改进，富氧侧吹熔池熔炼炉日处理 铜精矿量和日产粗铜量都超过了设计值，粗铜电单 耗、粗铜煤单耗、粗铜冶炼工艺综合能耗都低于设计 值，熔炼炉渣成分与设计值接近。设计、投产初期、 正常生产主要指标对比见表2 。 富氧侧吹熔池熔炼炉第一次开炉的铜原料是铜 表2 主要指标对比表 T a b l e2 M a j o ri n d e xc o m p a r i s o n 设计值 2 27 2 75 1 61 4 07 4 23 9 05 50 ．6 03 83 4 ．552 2 4 投产初期 2 10 0 04 2 81 0 89 6 74 6 46 00 ．7 03 93 342 3 5 正常生产2 35 0 05 2 61 5 17 2 13 1 05 5O ．5 73 93 3 4 2 1 3 富氧侧吹熔池熔炼炉共有4 0 个风眼，现使用 9 1 1 个，富氧浓度3 2 ．7 9 ％，鼓风量2 35 0 0m 3 ／h ； 如果富氧浓度提高到4 5 ％。鼓风量3 50 0 0m 3 ／h ，风 眼使用2 0 2 2 个，日处理铜精矿量可达到11 0 0t ， 年产粗铜达1 0 万t 以上。 5结论 自主设计的富氧侧吹熔池熔炼工艺的论证及设 计的主要指标是先进合理、切实可行的，物料适应性 强，操作简单，易于控制；烟气中S O 浓度高，烟气稳 定，利于制酸；熔炼炉结构简单，配置紧凑，建设投资 少，主要技术经济指标达到了行业准入标准。 参考文献 [ 1 ] 姜元顺，张洪常。龙廷晏．一种富氧侧吹熔池熔炼炉中 国，Z L 2 0 0 8 2 0 0 2 1 7 0 2 ．8 [ P ] ．2 0 0 9 - 0 2 - 1 8 ． [ 2 ] 孙林权，黄文杰，姜浩民，等．一种富氧侧吹熔池熔炼粗 铜的生产工艺及其专用设备中国，Z L 2 0 0 8 1 0 0 1 5 7 6 6 ．1 [ P ] ．2 0 1 0 1 2 1 5 ． [ 3 ] 张洪常，尤廷晏，孙子虎．富氧侧吹熔池熔炼的工业生 产实践[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 9 6 1 2 1 4 ． [ 4 ] 朱祖泽，贺家齐．现代铜冶金学[ M ] ．北京科学出版 社，2 0 0 3 ． [ 5 ] 姜元顺，王举良．富氧侧吹熔池熔炼炉炼铜烟气中单体 硫的产生及处理[ J ] ．中国有色冶金，2 0 1 1 2 1 7 一1 9 ． [ 6 ] 孙来胜．金昌冶炼厂A u s m e h 炉烟气单体硫超标浅析 [ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 7 2 3 0 3 3 ． [ 7 ] 陈尚仁，王举良，卫保全，等．密闭鼓风炉炼铜单体硫的 产生及消除[ J ] ．有色金属 冶炼部分 ，1 9 8 9 6 3 5 ． [ 8 ] 南京化学工业公司设计院． 物化 数据篇 [ M ] ．南京化工部硫酸工业科技情报中心站， 1 9 9 0 8 8 ． 万方数据