阳极炉透气砖及顶部排烟技术的应用.pdf

5 0 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 阳极炉透气砖及顶部排烟技术的应用 陶川银，刘飞虎 金川集团公司冶炼厂，金昌7 3 7 1 0 0 摘要阳极炉采用透气砖及顶部排烟技术后，解决了阳极炉向大型化发展后出现的炉膛黏结、作业时间 长、热效率低的难题，并总结透气砖技术及顶部排烟技术在阳极炉的实际使用效果。 关键词透气砖；顶部排烟；阳极炉；氧化还原 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 9 0 2 一0 0 5 0 0 4 A p p l i c a t i o no fN i t r o g e nS u p p l yB r i c k sa n dG a sD i a c h a r g i n g f r o mt h eT o po fA n o d eF u r n a c e T A OC h u n y i n g ，L I UF e i h u J i n c h u a nG r o u pL t d ．，J i n c h a n g7 3 7 1 0 0 ，C h i n a A b s t r a c t T h ea p p l i c a t i o no fn i t r o g e ns u p p l yb r i c k sa n dg a sd i a c h a r g i n gf r o mt h et o po fa n o d ef u r n a c ec a n s o l v et h ep r o b l e m ss u c ha s 。f u r n a c ew a l la c c r e t i o n ，l o n go p e r a t i n gt i m e ，l o wh e a te f f i c i e n c ya f t e rt h el a r g e s c a l ed e v e l o p m e n to fa n o d ef u r n a c e ，a n dt h ea c t u a la p p l i c a t i o ni sa l s os u m m a r i z e d ． K e y w o r d s N i t r o g e ns u p p l yb r i c k s ；G a sd i s c h a r g i n gf r o mt h et o p ；A n o d ef u r n a c e ；O x y g e n a t i o na n dr e d u c t i o n 目前阳极炉向大型化发展，处理能力不断增大， 节能效果较好。但同时也出现了一系列的问题，例 如温度分布不均引起炉膛黏结、处理物料量大作业 时间长、熔体较深造成热效率低等。 针对阳极炉向大型化发展出现的一系列问题， 金川集团合成炉系统配套的阳极炉在设计时采用了 透气砖及顶部排烟技术，很好的解决了上述问题。 透气砖底吹技术在我国钢铁行业以及铝工业上 已得到成功运用[ 1 _ 6 ] 。该技术在炼钢行业已经被证 实能提高钢水的传热效果，能有效地吸附非金属夹 杂物。在炼铜行业特别是阳极炉上，仅有奥镁公司 独家拥有透气砖底吹技术并进行技术垄断，现国内 金川集团冶炼厂已引进该技术并成功应用在阳极炉 上。 传统阳极炉排烟一般采用侧端面出烟口排烟， 先将烟气排至二次燃烧室，然后再通过水平烟道、地 下烟道，最终排空。首先，由于阳极炉反复进行氧 作者简介陶川银 1 9 6 9 - - ，男，湖北古城人，工程师 化、还原作业，在运行一段时间后，炉体出烟口易发 生粘死，导致烟气无法排出，从而影响了燃油枪的正 常燃烧；其次，由于出烟口在阳极炉径线上方，处理 量低，阳极炉炉体转动受到限制，而且在氧化、还原 作业时由于转动角度偏低，铜液将会灌入二次燃烧 室，难以清理。再次，烟气的热量直接损失，不能得 到很好的利用。为了克服以上的种种缺点，使阳极 炉的作业程序更加稳定，彻底杜绝糊死出烟口而造 成排烟不畅现象的出现，3 0 0t 阳极炉在设计时开发 了顶部排烟，在炉体结构和烟气热量的有效利用方 面做了革命性的改进。一方面借鉴国内外先进炉型 的经验，采用余热回收来加热燃烧用风，有效地利用 了烟气的热量；另一方面设计了水冷出烟口提高炉 子使用寿命。 1 透气砖技术及顶部排烟技术的内容 1 ．1 透气砖技术 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 5 1 回转式阳极炉氮气底吹透气砖系统由氮气供应 系统、供气控制系统及透气砖等组成。图l 为透气 砖示意图。 图1 阳极炉透气砖示意图 F i g 1 T h es k e t c hm a po ft h en i t r o g e n s u p p l yb r i c k so fa n o d ef u r n a c e 阳极炉作业分进料、氧化、倒渣、还原、浇铸保温 5 个步骤，每个步骤透气砖的生产作业制度均不同。 1 进料在进料过程中，铜液在静压力的作用 下，有可能渗透进入透气砖的孔隙内，导致孔隙堵 塞，降低砖的有效通气面积，进而降低透气砖的使用 效果，为了防止将砖的孔隙全部“灌死”失去透气功 能，要求透气砖中通过的氮气流量必须在一合理的 范围内，起到保护透气砖的作用。此阶段通过透气 砖的氮气流量较大。 2 氧化在氧化阶段，要求空气中的氧可以充 分和熔体接触，达到气液混合均匀，达到良好的除硫 效果。因此，要求透气砖通过的氮气可以使熔体搅 拌充分，反应产生的S O 气体可以及时排出熔体， 氧化后的杂质从熔体中可以浮于熔体表面，起到较 好的除杂作用。并且熔体搅拌充分可以起到让熔体 受热均匀，为取得较好的除杂效果起到了一定的作 用。此阶段通过透气砖的氮气流量大。 3 倒渣倒渣时，在炉口两侧氧化还原风和氮 气共同的搅拌作用下，使渣向炉口附近漂浮，并随着 熔体的晃动流出炉口。此时，氮气的流量要引起熔 体的强烈搅动，使渣始终浮千熔体表面。所以炉子 两端的氮气流量要求较大，炉子中间的要求小一些， 这样就可以使渣向炉口聚集。 4 还原在还原期，气体的搅拌作用可以使熔 体翻腾，与固体还原剂接触均匀，强化了还原效果并 且加速还原作业速度，达到很好的除氧效果。此阶 段通过透气砖氮气流量相对小些。 5 浇铸此阶段只要求熔体温度分布均匀，通 过透气砖氮气流量也相对较小。 阳极炉不同作业期透气砖氮气流量范围在4 0 ～1 8 0L ／m i n 。 1 ．2 顶部排烟 顶部排烟技术提供了一种热利用率高、排烟顺 畅、环保好的阳极炉排烟方式。 阳极炉顶部排烟装置采用尺寸为9 4 0m m 8 0 0m m 7 0m m 和9 3 0t r i m 6 5 0m m 7 0m m 两 种尺寸的铸钢水套，作为出烟口水冷件；其次采用了 2 6 块不同类型的水冷烟罩，作为余热回收通道；然 后将水冷烟罩聚集的热量在热交换器中用来预热燃 烧用的二次风；最后再通过排烟机最终将烟气排空。 在整个阳极炉生产过程中，由于在氧化、还原作业下 产生很高的热量，采用出烟口水套来保护出烟口衬 砖，一方面提高了炉体寿命，同时也保证了炉子较高 的作业率；产生的多余热量，通过热交换器，又将燃 烧器二次风加热，起到燃油枪助燃和减少冷风带走．、 热的作用。改进后回转式阳极炉顶部排烟方式见图 2 。阳极炉顶部排烟装置见图3 。 图2 改进后回转式阳极炉顶部排烟方式 F i g ．2 T h eg a sd i s c h a r g i n go fa n o d e f u r n a c ea f t e rr e c o n s t r u c t i o n 图3阳极炉顶部排烟装置 F i g ．3 T h ed e v i c eo fg a sd i s c h a r g i n go f a n o d ef u r n a c e 2生产实践 2 ．1 透气砖技术的应用效果 金川集团公司冶炼厂熔炼车间3 0 0t 阳极炉在 万方数据 5 2 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 炉子底部安装8 块透气砖，通过透气砖向阳极炉内 不断鼓入含氧3 ％～5 ％的氮气，使熔体始终处于均 匀的搅动状态，经过近3 年的生产，透气砖对阳极炉 生产已经明显显现出其优越性熔体温度均匀，鼓入 的氧可用于脱除粗铜中的硫和其它杂质，可以大大 减少甚至取消氧化期，且不会造成铜的大量氧化，因 此还原期时间也相应减少，这样总的冶炼时间缩短， 意味着阳极炉生产能力的提高。 2 ．1 ．1 生产指标对比 回转式阳极炉氮气底吹透气砖系统近3 年的生 产中，设备运行正常，达到了设计要求，满足了生产 过程的工艺要求。氮气底吹透气砖系统的使用效果 已显现主要表现在阳极炉作业时间减少，炉内熔体 温度分布均匀，阳极炉炉膛黏结减轻，还原作业熔体 升温速度加快，阳极炉炉渣处理较干净。使用透气 砖系统的3 4 回转式阳极炉和未使用透气砖系统的 2 8 阳极炉生产指标统计情况见表1 。 表l2 8 、3 4 阳极炉生产指标对比 T a b l e1T h ep r o d u c t i o ni n d e xc o n t r a s tb e t w e e nN O ．2a n dN O ．3a n o d ef u r n a c e 从表1 中的数据可以看出，在使用氮气底吹透 气砖系统后 1 阳极炉的操作炉时明显缩短。3 8 阳极炉比 2 8 阳极炉氧化速度提高了7 6 ．5 5 ％；3 8 阳极炉比2 8 阳极炉还原速度提高了1 6 ．7 8 ％； 2 氧化还原作业升温速度加快。氧化期、还原 期升温速度分别提高4 0 ％和1 0 0 ％。升温快也说明 热利用率提高，氮气底吹透气砖系统对火法精炼过 程的强化效果明显； 3 重油单耗降低。38 阳极炉比2 8 阳极炉重 油单耗降低了3 4 ．6 2 ％，节省了燃料的消耗。 2 ．1 ．2 铜阳极板质量对比 从铜阳极板质量的角度考虑，对两台炉子2 0 0 7 年的数据进行了统计2 8 阳极炉生产3 5 炉，合格3 3 炉，炉次合格率9 4 ％；3 8 阳极炉生产8 7 6 炉，合格 8 6 8 炉，炉次合格率9 9 ．1 ％。可以看出，使用氮气底 吹透气砖技术后，阳极铜的炉次合格率有所提高。 说明气体搅拌有利于除杂和化学成分的稳定性。 2 ．1 ．3 生产操作情况比较 采用氮气透气砖底吹技术还给生产操作上带来 便利。主要表现在如下两个方面 1 使用透气砖后，使精炼炉中的铜熔体时刻 处于翻腾状态，从而杜绝炉渣沉入炉底形成炉膛黏 结。并且有效地提高了熔体的温度和化学成分的均 匀性； 2 由于气体的搅拌作用，可以将精炼炉两端炉 渣搅动至炉口部位，更有利于精炼渣的排出。 整体来说，阳极炉应用透气砖技术以后，阳极炉 作业时间减少，炉内熔体温度均匀，阳极炉炉膛黏结 减轻，还原作业熔体升温速度快，阳极炉炉渣处理较 干净，达到了提高阳极炉作业率的目的。 2 ．2 顶部排烟技术应用效果 经过几年的生产实践，阳极炉顶部排烟技术应 用，为阳极炉挖潜增产，节能降耗奠定了基础，阳极 炉近年来生产及耗能见表2 。 表2 阳极炉生产及能耗统计表 T a b l e2T h ep r o d u c t i o na n de n e r g yc o n s u m p t i o n o fa n o d ef u r n a c e 从表2 可以看出，阳极炉采用顶部排烟技术，阳 极炉床能力可得到有效挖潜，由设计生产3 0 0t 能 力，增加到3 5 03 7 0t ，0 7 年阳极炉单炉处理量平 均在3 5 0t ／炉，与传统阳极炉出烟口在径线上，相比 适当提高熔池高度，增大处理量，即不影响阳极炉排 烟，还可解决烟口黏结问题。 3 结论与建议 透气砖技术的应用解决了阳极炉精炼炉膛黏结 的技术难题，使阳极炉能够保持较高的生产能力，指 标先进，消除了炉内黏结，提高了阳极炉炉寿命，缩 短了作业时间，提高了劳动生产率，炉内温度均匀， 成分均匀，提高阳极板质量，降低重油单耗，节约成 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 9 年2 期 5 3 本。并且产生了较大的经济和社会效益。 阳极炉采用顶部排烟技术，烟气余热可充分利 用，将阳极炉生产二次风由常温加热至1 0 0 ～ 2 8 0 ℃，有效地提高了阳极炉热效率，每吨阳极板重 油单耗降至6 1 ．4 6k g ，2 0 0 8 年计划生产铜阳极板3 0 万吨，每吨阳极板重油单耗为5 0k g 。 虽然氮气底吹透气砖技术已经取得了一定的成 效，但是在有些方面还需完善。以便为以后的阳极 炉及其他冶金炉应用该技术提供参考。主要表现在 以下几个方面 1 氮气气源突然中断或压力不足易 造成透气砖“灌死”，有必要增设连锁应急系统； 2 根据不同阶段的目的，实施不同的供气方案。各个 阶段的氮气流量的最佳作业参数有待进一步摸索。 参考文献 [ 1 ] 刘大方，张建坤，熊振昆．阳极炉氮气底吹透气砖技术的 开发及应用[ J ] ．中国有色冶金，2 0 0 7 ，1 0 5 4 1 - 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