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3969/j.issn.1007-7545.2018.02.002 2007~2016年金隆闪速炉生产技改概述 张良标,谢维忠,谢剑才 (金隆铜业有限公司,安徽铜陵 244021) 摘要:1997年金隆投产设计冶炼能力为100 kt/a矿铜,经过20年生产实践,历经多次技术改造,现矿铜产量已经达到350 kt/a,在线运行热负荷最高达2

302 MJ/(h・m3),本文主要介绍金隆公司2007至2016年历次技术改造、闪速炉生产状况、渣含铜变化等情况. 关键词:矿铜;

热负荷;

技术改造;

渣含铜 中图分类号:TF811 文献标志码:A 文章编号:1007-7545(2018)02-0000-00 Overview of Technical and Production Improvement of Jinlong Flash Furnace in 2007~2016 ZHANG Liang-biao, XIE Wei-zhong, XIE Jian-cai (Jinlong Copper Co. Ltd, Tongling 244021, Anhui, China) Abstract:Jinlong Copper Co., Ltd. was put into production in

1997 with initial design smelting capacity of copper mine of

100 kt/a. With twenty-year production practice and application of many technology innovations, mine copper production reaches

350 kt/a to date, online operation thermal load is as high as

2 302 MJ/(h・m3). All previous technological transformation, production status of flash furnace, copper content in slag, etc, in Jinlong Copper in 2007-2016 are introduced. Keywords:copper mine;

heat load;

technology innovation;

copper slag

1 概述 1997年金隆投产初期设计规模为年产阴极铜10万t、硫酸37.5万t,采用常温富氧闪速熔炼、炉渣电炉贫化、PS转炉吹炼、回转式阳极炉精炼、圆盘浇注机浇筑、PC和常规电极板电解、动力波烟气洗涤、双转双吸制酸工艺,是国内第二家采用闪速熔炼工艺的公司,1999年第一次扩产改造,产能提升至15万t,2005年冷修进行第二次扩产改造,产能进一步提升至21万t.2007年进行第三次扩产改造,主要包括增加蒸汽干燥系统、浓相输送系统、精矿计量系统改造为失重计量系统、改造制氧系统增加一套制氧机、硫酸系统增加一套、新增4#转炉、阳极炉等,使金隆公司在单台闪速炉条件下具备了年产矿产粗铜35万t、40万t阴极铜和107万t硫酸的生产能力[1].

2 生产状况 虽经多次挖潜改造,设备的生产能力达到了35万t/a,但随着原料S/Cu及杂质成分不断增加,尤其是2009年S/Cu最高达到1.26,热负荷在线运行数据达到2

302 MJ/(h・m3)[2],给生产带来一系列困难,特别是炉体损坏严重,主要体现在: 1)沉淀池南北两侧(反应塔下方)耐材消耗过快,水平水套裸露明显;

2)其下方至沉淀池第三层水平水套间的耐火砖下面的4层盖砖基本没有;

3)三角区挂渣少,砖体温度高,反应塔与沉淀池连接部南侧发红严重,耐材消耗殆尽;

4)沉淀池顶H梁大面积漏水,关闭26根,占总数的45%,1根H梁水槽漏水作废,漏水区域主要集中在反应塔出口及南侧. 经2009~2015年多次改造,反应塔顶和三角区采用锯齿形镶砖水套取代吊挂耐火砖,反应塔下部改造为3层立式锯齿形水套,铜水套取代铜管,沉淀池顶水冷H梁改为条形水套,侧墙烟气区锯齿形水套全包围,闪速炉循环水量由1

500 t/h提高至2

200 t/h,形成了高冷却强度型闪速炉(图1),为高负荷生产奠定了基础. 收稿日期:2017-11-07 作者简介:张良标(1991-),男,湖北仙桃人,助理工程师. 图1 金隆闪速炉 Fig.1 Flash furnace in Jinlong Copper 在闪速炉逐步改造的过程中,投料量由2007年的150 t/h提高至2016年的185 t/h,精矿处理量达到1

300 kt/a(表1).随着投料量增大和国家环保标准的提高,系统烟气平衡存在困难,为了降低烟气量,逐步降低反应塔风量,工艺风富氧浓度由63%提高至75%,降低了能耗[3]. 表1 2007-2016年闪速炉精矿处理量 Table

1 Concentrate treated in Flash Furnace in 2007~2016 年度 年精矿处理量/kt 日干矿处理量/t

2007 840

2 916

2008 1

043 3

500 2009

1 097

3 780

2010 1

100 3

834 2011

1 233

3 926

2012 1

115 3

998 2013

1 238

3 832

2014 1

299 4

050 2015

1 159

3 738

2016 1

300 4

067 闪速炉装入量增加,富氧浓度提高,烟气温度上升,余热锅炉第一悬挂屏结渣结块(图2中箭头所示),锅炉出口温度维持在420 ℃,必须进行清理才能维持正常生产.不得已将炉内点检频次由一周1次增加到一周2次,每次点检时间由一小时提高到两小时,2个月左右必须停炉放炮处理,严重影响闪速炉作业率. 图2 余热锅炉第一悬挂屏结渣结块 Fig.2 First suspension of FFB 为了解决辐射部悬挂屏结渣结块问题,2012年冷修改造时,将辐射部三组悬挂屏取消,辐射炉膛在长度方向上加长23.1 m,降低对流区进口烟温.在辐射室炉膛前部增设清灰空气炮,后部设置一组烟气挡板,同时起到挡渣的作用.对流区保留原有部分,改造时整体后移,增设燃气爆破清灰装置.图3为改造后的余热锅炉. 图3 改造后的余热锅炉 Fig.3 Waste heat boiler after transformation 改造完成后,闪速炉投料量185 t/h,余热锅炉运行压力5.0 MPa,蒸发量50~60 t/h,对流部入口温度750 ℃,出口温度380 ℃,彻底杜绝了改造前烟灰结块问题,炉内点检间隔时间延长到10~15天1次,至今还未出现大块掉落需要放炮现象. 随着闪速炉和余热锅炉的不断改进,闪速炉生产能力不断提高,2016年干矿处理量达到4

067 t/d,且通过建立复杂矿处理理念,根据矿种对冶炼生产适应情况进行分类,设专人根据来矿成分情况和炉况进行统计分析,控制低着火点精矿和高熔点成分,特别是严格控制锅炉易粘结物成分比例,并根据库存适时调整配料,以满足系统平衡稳定[4].闪速炉对原料适应能力越来越强,作业率逐步提高到98%以上(表2),月度作业率最高达到99.7%[5]. 表2

2007 -2016年闪速炉作业率 Table

2 Operation rate of Flash Furnace in 2007~2016 年度 作业率/%

2007 95.16

2008 95.89

2009 95.66

2010 96.11

2011 96.87

2012 97.76

2013 97.6

2014 98.11

2015 96.58

2016 98.49

3 电炉渣含铜 2005年冷修金隆引进了奥托昆普公司的无级调速型精矿喷嘴,因闪速炉反应塔较小,内径5.53 m,高度6.68 m,闪速炉投料量提高到170 t/h,时常出现粘渣,烟灰发生率上升,渣含铜升高到1%,奥托昆普精矿喷嘴结构已无法满足生产需要.对喷嘴做冷模试验分析,产生粘渣的主要原因是:在高投料量下,该喷嘴风、氧、矿混合度差且不均匀,在喷嘴下方,中间区域物料较多,但氧气量不足,外部物料较少,但氧气量过剩,从而造成部分精矿过氧化,而部分精矿反应不足,形成生料.金隆公司联合中南大学开发了双旋流预混型精矿喷嘴(图4),增强风、矿、氧的混合度,提高精矿着火点位置,提高精矿反应效率,闪速炉渣含铜和渣型得到改善,为电炉降低渣含铜创造了条件[6]. 一次旋流风 二次旋流风 中央氧 风幕风 精矿 图4 旋流预混型精矿喷嘴示意图 Fig.4 Sketch map of nozzle of swirl of premixed type concentrates 遵循开发旋流预混型精矿喷嘴的"三集中(高温、富氧以及适当高的粒子数浓度等条件相对集中)"理念,进一步进行操作参数和手段的摸索,形成了"氧势梯度熔炼"的操作理念,通过合理控制渣成分,在反应塔不同区域控制高低适合的氧化气氛,在熔炼反应高效完全条件下,在沉淀池中形成合理的还原气氛,达到控制渣中Fe3O4含量的目的,有利于降低渣含铜.另外通过在反应塔取样,采用透反两用显微镜分析,对渣中铜损失形态进行归纳统计,结果见图5,炉渣的化学物相分析结果见表3. A-xCuxS・yFeS;

B-Cu2S辉铜矿;

E-CuO/Cu2O;

I-2FeO・SiO2铁橄榄石;

J-MgO・Fe2O3尖晶石;

K-渣相;

N-空洞;

R-玻璃质;

T-CuS铜蓝 图5 电炉渣矿相显微结构 Fig.5 SEM morphology of electric furnace slag 表3 试样中铜化学物相分析 Table

3 chemical phase analysis of copper in electric furnace slag /% 类别 反应塔 沉淀池 贫化电炉 硫化物含铜 24.11 0.53 0.43 总氧化物含铜 8.88 0.30 0.29 总铜 32.99 0.83 0.72 炉渣物象分析结果表明,冰铜、辉铜矿、铜蓝、赤铜矿和铁酸铜是铜在渣中损失的主要形态,电炉渣中硫化铜颗粒小而分散.沉淀池中硫化铜颗粒较电炉渣大,而氧化态铜较电炉渣中的小.硫化态铜含量大于氧化态铜,同时电炉主要是降低了硫化态铜的含量,氧化态铜损失降低很少. 通过上述分析可以得知,若要进一步降低渣含铜,必须在电路中创造有利于冰铜粒子沉降的条件,为此主要采用投加焦炭和还原剂的方式,破碎硅氧复合络离子的复杂网状结构,还原Fe3O4和Cu2O,提高熔体温度,改善闪速炉渣型,加强熔体搅拌增加冰铜颗粒的碰撞机会 随着上述措施的不断更新应用,渣含铜得到有效控制,在增产过程中,电炉没有进行扩大改造,电炉渣含铜得到控制并逐步降低至0.68%(图6)[7]. 图6 2007年-2016年电炉渣含铜 Fig.6 Copper in electric furnace slag in 2007~2016

4 结语 金隆公司在多年的技术研发基础上,在提高产量同时提出了闪速熔炼"四高四低"的绿色炼铜技术理念,即高处理能力、高负荷、高反应效率、高炉体寿命;

低烟尘率、低SO3发生率、低渣含铜、低氧油消耗.在此理念的指导下,闪速炉各项生产指标取得长足的进步,包括闪速炉作业率、日均干矿处理量、闪速炉熔炼强度、闪速炉铜锍品位、闪速炉富氧浓度、闪速炉热负荷、电炉渣含铜及烟灰发生率等,其中部分生产技术指标达到国际先进水平. 参考文献 [1] 于熙广. 金隆公司近年来的技术进步与发展[J]. 中国有色冶金,2013,42(2):20-23. [2] 林成东. 闪速炉循环水控制方案优化[J]. 有色冶金优化与研究,2016,37(3):32-34. [3] 赵荣升. 闪速炉设计优化和改造[J]. 有色冶金设计与研究,2010,31(6):17-20. [4] 昂正同,刘安明,王华俊,等. 金隆闪速炉处理复杂精矿实践[J]. 有色金属工程,2011,1(5):32-34. [5] 袁精华. 闪速炉技术的发展方向[J]. 中国有色金属,2008(2):67-69. [6] 董广刚,葛哲令,曾庆晔. 闪速炼铜技术的自主创新与发展[J]. 铜业工程,2015(6):31-35. [7] 姜桂平. 闪速炉精矿喷嘴的技术改进[J]. 铜业工程,2002(3):20-22.