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[摘 要] 金川二次铜精矿熔炼系统在改造中对自热炉炉衬采用立水套强制冷却，自热炉、卡尔多炉采用湿法洗涤工艺，改善系统排烟状况，阳极炉采用稀氧燃烧技术，有效降低重油单耗。通过系统改造及新技术的使用，达到延长炉寿命、节能减排的目的。
[关键词] 立水套 湿法洗涤 稀氧燃烧
中图分类号：TU349.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-332-01
1 前言
二次铜精矿是镍冶炼过程中高镍锍磨浮分离产出的，金川二次铜精矿的熔炼采用自热熔炼—卡尔多炉吹炼- - - -阳极炉精炼的工艺流程。氧气顶吹自热熔炼技术是熔池熔炼的一种方式，是前苏联国家镍工业企业研究设计院和北镍公司于七十年代共同研究出来的。原应用于炼钢工业，1994年合作开发处理二次铜精矿。经过多年的生产，证明此工艺具有操作简单、热利用率高、原料适应性强等优点。自热炉产出的粗铜在经过卡尔多炉除去杂质后，送阳极炉进行精炼产出铜阳极板，送电解系统。
2 存在的问题
2.1 自热炉熔炼过程中，熔体在氧枪强气流的作用下，熔体不断搅动，加快反应的进行，但同时，运动的熔体对炉墙衬体的腐蚀也相应的增加，在多年的生产中，自热炉炉寿命一般不超过1年。由于炉衬采用平水套冷却，在腐蚀严重时，由于冷却强度不够，平水套之间的砖体下陷达到100mm，水套暴漏，给生产带来极大的安全隐患。
2.2 系统的收尘问题比较严重；自热炉系统产出的烟气经过余热锅炉降温后，进入烟道，再通过喷淋洗涤后送化工制酸。由于湿法喷淋系统距离炉窑较远，大量的烟灰在烟道内沉积，虽然经过改造后采用刮板收集烟灰，但刮板故障率高，且存在二次倒运烟灰的问题，效果并不理想。卡尔多炉烟气在经过沉尘室、漩涡收尘器初步收尘后，进入烟道，通过喷淋洗涤后送化工制酸。由于卡尔多炉间断作业，且系统漏风率较大，由于烟气含硫较高，烟灰在烟道内结露，形成酸泥，不仅清理困难，而且对烟道的腐蚀严重。
2.3 金川阳极炉系统产出的废阳极板及电解系统返回的残极需返回系统处理，由于卡尔多炉炉口小，加料困难，且高品位的铜物料加入后，会造成金属的流失，因此，这些废阳极板及残极均需在阳极炉处理。因此，阳极炉的重油单耗大，在大量的冷料加入后不能快速融化。
3 改造的内容
3.1 原自热炉炉衬的冷却采用平水套结构，由于反应区熔体搅动剧烈，为防止水套在熔体的强烈冲刷下出现漏水放炮事故，在该区域未设置水套冷却。反应区以上每两层砖体之间夹水套冷却，因此，反应区衬体腐蚀严重。本次改造采用立水套对反应区进行冷却，加强对立水套内侧衬体的冷却，延长砖体的使用寿命。
3.2 由于烟气含尘量高、温度高，采用传统机械方法除尘效率低、占地大、易漏风，由于烟灰可溶性较大，因此采用湿法洗涤工艺，采用喷雾冷却、可调文丘里洗涤、湿旋脱水，烟气通过降温- - -粗除尘- - -精除尘，确保净化效率。出炉烟气进入喷雾冷却塔，利用雾化的高速，极微水滴与尘粒发生非弹性碰撞，使尘粒能聚集长大而沉降下来，实现烟气在冷却塔内的粗除尘，并且通过水的高速雾化实现与烟气的充分混合降温冷却至76℃。而后烟气进入可调文丘里收尘器，通过压力变送器和液压伺服装置联合控制环缝文氏管的喉口开度，使得烟气在喉口处的烟气流速高速而稳定，达到稳定精除尘的目的。经过精除尘的烟气中还含有大量的含尘水，需要经过旋流脫水器进行脱水，旋流脱水器的脱水效率可高达99%。再进入风机诱引进入制酸系统。
3.3稀氧燃烧技术是美国PRAXAIR（普莱克斯）气体公司专利技术其中之一，该技术可以避免全氧燃烧造成的火焰峰值温度偏高的缺点，使燃烧火焰峰值温度降低，温度分布更加均匀。全氧烧嘴的出现实现了燃料节约的目的，但传统氧气燃烧的主要问题是温度分布的不均匀，高温的氧-燃火焰对加热工艺和炉体的耐火材料会产生不利的影响，降低炉衬寿命。氧气燃烧造成的高火焰峰值温度成为了推广氧气燃烧技术的最大瓶颈。
普莱克斯于上世纪80年代后期开发了一种全新的氧-燃燃烧技术，即稀氧燃烧技术（DOC）。下图为这种独特的燃烧技术的示意图。其基本概念是：燃料和经过稀释的热的氧化剂（氧气组分在2%- 10%）进行反应，从而产生低火焰峰值温度的“反应区域”。氧气和燃料由不同喷嘴射入炉内，高速氧气和燃料射流因为和炉内气体发生卷吸作用而被稀释，然后再彼此混合燃烧，燃烧过程中有效的氧浓度在2%到10%左右，漫射的、火焰温度一致的燃烧造成一种非常均匀的加热体
4.1 采用立水套对炉衬进行冷却，可有效延长炉衬的使用寿命，从目前的使用情况来看，使用5个月砖体腐蚀量不大，预计炉寿命将达到18个月。砖体砌筑量按280t计，每吨砖按8000元计，年节约资金112万元，且有效减少非生产检修时间约10天。
4.2 采用湿法洗涤工艺，系统不产生烟灰的二次倒运，烟灰中的铜离子溶解于溶液中，经过富集后可以送铜盐系统进行处理。烟气在经过净化后送化工进行制酸，烟道内不产生烟灰，减少了人工清理量。
4.3 采用稀氧燃烧技术，在进行加冷料作业时，提温速度快，热量分布均匀，烟气量小，可以达到减少CO2和NOx的目的。从目前使用情况看，重油单耗降低2/3，年可节约重油660t，节约资金660*0.32=211.2万元。
5 还需要改进的地方
5.1 由于自热炉、卡尔多炉系统排烟采用并联方式，主排烟采用串联方式，各系统在进行风机调节时存在相互影响的问题，还需进一步整改；在降温时向流经喷雾洗涤塔及文氏管的烟气中喷入雾化水，利用水蒸发及水升温吸收烟气的热量来实现烟气冷却。随着水的蒸发，烟气中的含湿量也在增加。经湿法除尘系统降温除尘的烟气中既含有蒸发成蒸汽的水（含湿量），又含有含尘水滴（机械水），烟气中得含湿量只与温度有关，所以脱水器能脱出的是机械水。不同初始温度的干烟气，喷水冷却后，烟气的饱和温度不同，含湿量也就不同。随着烟气在管道中流动，不断冷却，烟气中得含湿量也会随着降低，这时就有冷凝水析出，在生产中要充分考虑各段冷凝水的排放。
5.2 阳极炉在采用稀氧燃烧时烟气量大幅度降低，但在还原时烟气量较其他时期均要高，在对烟气进行冷却时，需调节冷却量，对烟道采取保温措施，确保烟气不会在烟道内冷凝。
通过新技术的应用，系统的排烟状况有了明显的改善，自热炉炉衬寿命有了明显的提高，阳极炉重油单耗有了明显的降低，但还需进一步完善、优化。
参考文献：
[1]硫化矿的腐蚀研究.夏信德.中南工业大学硕士论文集.1998
[2]重有色金属冶炼设计手册.北京有色冶金设计研究总院.冶金工业出版社.1996
[3]中国镍钴冶金.何焕华.冶金工业出版社.2000.10
[4]铜冶金物理化学.刘纯鹏.上海科学技术出版社.1990
[5]冶金过程热力学.魏寿昆.上海科学技术出版社.1980
作者简介：
姜德权（1972- -），男，甘肃省金昌市人，大学本科学历，冶金工程师，从事冶金技术管理工作。
[关键词] 立水套 湿法洗涤 稀氧燃烧
中图分类号：TU349.7 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）17-332-01
1 前言
二次铜精矿是镍冶炼过程中高镍锍磨浮分离产出的，金川二次铜精矿的熔炼采用自热熔炼—卡尔多炉吹炼- - - -阳极炉精炼的工艺流程。氧气顶吹自热熔炼技术是熔池熔炼的一种方式，是前苏联国家镍工业企业研究设计院和北镍公司于七十年代共同研究出来的。原应用于炼钢工业，1994年合作开发处理二次铜精矿。经过多年的生产，证明此工艺具有操作简单、热利用率高、原料适应性强等优点。自热炉产出的粗铜在经过卡尔多炉除去杂质后，送阳极炉进行精炼产出铜阳极板，送电解系统。
2 存在的问题
2.1 自热炉熔炼过程中，熔体在氧枪强气流的作用下，熔体不断搅动，加快反应的进行，但同时，运动的熔体对炉墙衬体的腐蚀也相应的增加，在多年的生产中，自热炉炉寿命一般不超过1年。由于炉衬采用平水套冷却，在腐蚀严重时，由于冷却强度不够，平水套之间的砖体下陷达到100mm，水套暴漏，给生产带来极大的安全隐患。
2.2 系统的收尘问题比较严重；自热炉系统产出的烟气经过余热锅炉降温后，进入烟道，再通过喷淋洗涤后送化工制酸。由于湿法喷淋系统距离炉窑较远，大量的烟灰在烟道内沉积，虽然经过改造后采用刮板收集烟灰，但刮板故障率高，且存在二次倒运烟灰的问题，效果并不理想。卡尔多炉烟气在经过沉尘室、漩涡收尘器初步收尘后，进入烟道，通过喷淋洗涤后送化工制酸。由于卡尔多炉间断作业，且系统漏风率较大，由于烟气含硫较高，烟灰在烟道内结露，形成酸泥，不仅清理困难，而且对烟道的腐蚀严重。
2.3 金川阳极炉系统产出的废阳极板及电解系统返回的残极需返回系统处理，由于卡尔多炉炉口小，加料困难，且高品位的铜物料加入后，会造成金属的流失，因此，这些废阳极板及残极均需在阳极炉处理。因此，阳极炉的重油单耗大，在大量的冷料加入后不能快速融化。
3 改造的内容
3.1 原自热炉炉衬的冷却采用平水套结构，由于反应区熔体搅动剧烈，为防止水套在熔体的强烈冲刷下出现漏水放炮事故，在该区域未设置水套冷却。反应区以上每两层砖体之间夹水套冷却，因此，反应区衬体腐蚀严重。本次改造采用立水套对反应区进行冷却，加强对立水套内侧衬体的冷却，延长砖体的使用寿命。
3.2 由于烟气含尘量高、温度高，采用传统机械方法除尘效率低、占地大、易漏风，由于烟灰可溶性较大，因此采用湿法洗涤工艺，采用喷雾冷却、可调文丘里洗涤、湿旋脱水，烟气通过降温- - -粗除尘- - -精除尘，确保净化效率。出炉烟气进入喷雾冷却塔，利用雾化的高速，极微水滴与尘粒发生非弹性碰撞，使尘粒能聚集长大而沉降下来，实现烟气在冷却塔内的粗除尘，并且通过水的高速雾化实现与烟气的充分混合降温冷却至76℃。而后烟气进入可调文丘里收尘器，通过压力变送器和液压伺服装置联合控制环缝文氏管的喉口开度，使得烟气在喉口处的烟气流速高速而稳定，达到稳定精除尘的目的。经过精除尘的烟气中还含有大量的含尘水，需要经过旋流脫水器进行脱水，旋流脱水器的脱水效率可高达99%。再进入风机诱引进入制酸系统。
3.3稀氧燃烧技术是美国PRAXAIR（普莱克斯）气体公司专利技术其中之一，该技术可以避免全氧燃烧造成的火焰峰值温度偏高的缺点，使燃烧火焰峰值温度降低，温度分布更加均匀。全氧烧嘴的出现实现了燃料节约的目的，但传统氧气燃烧的主要问题是温度分布的不均匀，高温的氧-燃火焰对加热工艺和炉体的耐火材料会产生不利的影响，降低炉衬寿命。氧气燃烧造成的高火焰峰值温度成为了推广氧气燃烧技术的最大瓶颈。
普莱克斯于上世纪80年代后期开发了一种全新的氧-燃燃烧技术，即稀氧燃烧技术（DOC）。下图为这种独特的燃烧技术的示意图。其基本概念是：燃料和经过稀释的热的氧化剂（氧气组分在2%- 10%）进行反应，从而产生低火焰峰值温度的“反应区域”。氧气和燃料由不同喷嘴射入炉内，高速氧气和燃料射流因为和炉内气体发生卷吸作用而被稀释，然后再彼此混合燃烧，燃烧过程中有效的氧浓度在2%到10%左右，漫射的、火焰温度一致的燃烧造成一种非常均匀的加热体
4.1 采用立水套对炉衬进行冷却，可有效延长炉衬的使用寿命，从目前的使用情况来看，使用5个月砖体腐蚀量不大，预计炉寿命将达到18个月。砖体砌筑量按280t计，每吨砖按8000元计，年节约资金112万元，且有效减少非生产检修时间约10天。
4.2 采用湿法洗涤工艺，系统不产生烟灰的二次倒运，烟灰中的铜离子溶解于溶液中，经过富集后可以送铜盐系统进行处理。烟气在经过净化后送化工进行制酸，烟道内不产生烟灰，减少了人工清理量。
4.3 采用稀氧燃烧技术，在进行加冷料作业时，提温速度快，热量分布均匀，烟气量小，可以达到减少CO2和NOx的目的。从目前使用情况看，重油单耗降低2/3，年可节约重油660t，节约资金660*0.32=211.2万元。
5 还需要改进的地方
5.1 由于自热炉、卡尔多炉系统排烟采用并联方式，主排烟采用串联方式，各系统在进行风机调节时存在相互影响的问题，还需进一步整改；在降温时向流经喷雾洗涤塔及文氏管的烟气中喷入雾化水，利用水蒸发及水升温吸收烟气的热量来实现烟气冷却。随着水的蒸发，烟气中的含湿量也在增加。经湿法除尘系统降温除尘的烟气中既含有蒸发成蒸汽的水（含湿量），又含有含尘水滴（机械水），烟气中得含湿量只与温度有关，所以脱水器能脱出的是机械水。不同初始温度的干烟气，喷水冷却后，烟气的饱和温度不同，含湿量也就不同。随着烟气在管道中流动，不断冷却，烟气中得含湿量也会随着降低，这时就有冷凝水析出，在生产中要充分考虑各段冷凝水的排放。
5.2 阳极炉在采用稀氧燃烧时烟气量大幅度降低，但在还原时烟气量较其他时期均要高，在对烟气进行冷却时，需调节冷却量，对烟道采取保温措施，确保烟气不会在烟道内冷凝。
通过新技术的应用，系统的排烟状况有了明显的改善，自热炉炉衬寿命有了明显的提高，阳极炉重油单耗有了明显的降低，但还需进一步完善、优化。
参考文献：
[1]硫化矿的腐蚀研究.夏信德.中南工业大学硕士论文集.1998
[2]重有色金属冶炼设计手册.北京有色冶金设计研究总院.冶金工业出版社.1996
[3]中国镍钴冶金.何焕华.冶金工业出版社.2000.10
[4]铜冶金物理化学.刘纯鹏.上海科学技术出版社.1990
[5]冶金过程热力学.魏寿昆.上海科学技术出版社.1980
作者简介：
姜德权（1972- -），男，甘肃省金昌市人，大学本科学历，冶金工程师，从事冶金技术管理工作。