竖炉—保温炉连续化铜工艺生产应用实践

禚响亮， 祁茂刚， 戴 曦

(1.中南大学冶金学院， 湖南 长沙 410083； 2.阳谷祥光铜业有限公司, 山东 阳谷 252300)

竖炉—保温炉连续化铜工艺生产应用实践

禚响亮1,2， 祁茂刚2， 戴 曦1

(1.中南大学冶金学院， 湖南 长沙 410083； 2.阳谷祥光铜业有限公司, 山东 阳谷 252300)

阳谷祥光铜业有限公司对竖炉耐火材料和保温炉加料口进行改造后，实现了连续生产，提高了保温炉的作业率，增大了残极处理量，减少了耐火材料和天然气的消耗。

竖炉； 保温炉； 碳化硅砖； 半圆管； 加料口

竖炉工艺用于熔化处理电解残极、不良阳极，竖炉设备的特点是烧嘴设置在竖炉底部的周围，物料在底部熔化后料柱不断下降，同时热烟气在上升过程中持续预热料柱。热烟气的大部分热量传递给料柱，从而有效降低能耗，节约生产成本[1]。阳谷祥光铜业的原料为电解残极和阳极炉浇铸时产生的不合格阳极板，杂质含量少，不需氧化还原操作，但是由于竖炉的熔化能力为40 t/h ，不能满足浇铸能力为110 t/h浇铸机连续供给的要求，必须设置保温炉。所以阳谷祥光铜业采用竖炉—保温炉化铜技术。熔化后的铜液经出铜口经过溜槽流进保温炉升温储存，适时与阳极炉共用双圆盘浇铸机浇铸成合格的阳极板。

1 竖炉的基本构造

竖炉的炉型为立式圆筒形，高度达37 m，竖炉的炉型为立式圆筒形，主要由竖炉加料系统、竖炉本体、竖炉加料门、竖炉水冷烟道、烟囱组成，详见图1。

图1 竖炉的基本构造图

为了防止炉料撞击炉子，在进料区上部筒体的上部设置了一圈的防撞铜块，由于烟气温度高达500 ℃，为了提高防撞铜块的强度，在防撞铜块与钢壳之间设置一圈风管，在风管上部开设了24个小孔，冷却风从小孔喷出，冷却防撞铜块，以保护防撞铜块。阳谷祥光铜业在开始生产时在下部筒体上设计了三排烧嘴, 最下层(A层)7个、中层(B层)、上层(C层)各8个。熔化的铜液从放铜口放出，经流槽流进保温炉。

竖炉工作层选用碳化硅砖,由于碳化硅砖具有优异的耐酸性或碱性熔渣、抗金属熔液侵蚀的能力和耐磨性能,在高温下具有强度大、热膨胀系数小、抗热冲击性强等优点,其特性是安全使用温度高达1 600 ℃，导热系数为粘土质耐火砖的10～14倍，耐热冲击性能良好，耐磨性能好，高温强度大和化学性能稳定[2]。并且由于碳化硅砖的结构比镁铬砖致密,铜熔液渗入少,废砖中含铜的回收处理方法简单,因此铜的损失小。鉴于竖炉的工作条件,工作层选用碳化硅砖较合适,而不选用镁铬砖,紧靠工作层的耐火材料由于不接触熔体,选用价格便宜的粘土砖即可满足使用要求。为了提高竖炉炉体的保温性能,紧贴粘土砖选用轻质粘土质填料,该耐火材料不仅重量轻、导热系数小,而且易于施工。同样,为了提高炉体的保温效果,减少炉壳的热损失,节约能源,防止炉壳钢板温度过高,保护炉壳,紧贴炉壳设置了硅酸铝耐火纤维板[3]。

加料系统的运行过程是提升斗放置在底部时，由叉车将残极或者废板装进提升斗内,由驱动卷扬装置通过钢丝绳将提升斗沿轨道提升至顶部,将料斗内的物料倾入竖炉,然后提升斗原来轨迹返回底部。

2 竖炉的运行情况

阳谷祥光铜业竖炉在长时间的生产过程中，出现过一些问题，祥光铜业科研人员，围绕制约竖炉生产瓶颈问题进行攻关，通过对系统进行技术改造，系统已正常高效运行。

竖炉加料时，料斗提升速度为25 m/min,所以加料一次为2 min。而放残极和废板的区域有时候离加料区域很远或者残极出现零散现象，此时操作人员就需要更多时间来准备加料。竖炉开始的设计能力是40 t/h，但是实际生产时熔化能力达到25 t/h时，竖炉的上料装置已经达到满负荷运转。化料速度很快，经常会出现等第二次加料的时候，原料已经落到防撞铜块以下。当出现这种情况时，再次加入的原料很容易导致防撞铜块以下的大砖脱落。所以开始的时候，经常会因为防撞铜块下面炉体大砖脱落，堵塞出铜口而导致停炉检修。另一方面，如果三排烧嘴同时开启，电解供应的残极量也达不到竖炉化铜所需，后来技术人员根据原料供应情况和操作人员的操作情况，取消C排烧嘴，用耐火砖堵死。这样控制了加料速度和化铜速度，减少了竖炉停炉检修时间，同时也减少竖炉本体和耐火材料损耗。但是竖炉化铜能力从40 t/h减少到15 t/h。

在把竖炉C排停掉后，虽然保证了竖炉的加料和化铜速度，防撞铜块以下大砖的损耗也有所减少，但是在烧嘴附近的过渡砖损耗还是比较大，经常因为过渡砖的损耗和部分砖脱落导致烧嘴发红而停炉检修。每次对竖炉进行挖补后，根据挖补面积大小而定烘炉时间；在进行烘炉时每个烧嘴保持13 m3/h的流量烘烤约4～5 h，然后每个烧嘴天然气流量增大到15 m3/h继续烘烤约3～4 h。保温炉在竖炉停炉期间燃烧天然气流量保持在220 m3/h进行保温，因竖炉需要进行冷却，然后进行检修，所以保温炉保温时间一般需要5～6天。在经过一段时间观察和实践后，阳谷祥光铜业技术人员决定把炉底以上的过渡砖加宽一倍，取消里层粘土砖，这样即使铜液冲刷到原来砖的厚度，也不会导致烧嘴砖脱落，从而延长竖炉化铜时间，减少停炉检修时间，同时砖型从原来50种减少到30种，降低了修炉人员的劳动强度，缩短了修炉时间，提高了竖炉作业率。经过近一年的实践，竖炉检修时间从原来的18～22天/次，延长到55～65天/次。天然气消耗量也减少了26 500 m3/h～33 000 m3/h。

3 保温炉的受料和浇铸

因为竖炉熔化后的铜熔液温度仅为1 130～1 160 ℃，保温炉和圆盘浇铸机之间的溜槽约长19 m，为了保持保温炉内熔融状态的铜水的温度，需要对保温炉内的铜熔液进行升温和保温。操作人员通过观察保温炉内铜熔液液位，定时对铜熔液测温，并对炉内铜熔液进行取样。保温炉内铜液温度达到1 230～1 300 ℃时，就可以单独或者与阳极炉同时连续进行浇铸。保温炉采用天然气为原料，利用保温炉上的烧嘴对炉内铜水进行加热和保温。但是保温炉没有氧化还原系统，所以在竖炉化铜时，炉内要保持还原气氛。在铜液流出竖炉时，又要经过约10 m长的溜槽才能进入保温炉，铜液与空气接触面积增大，很容易导致浇铸出来的阳极板含氧高。在改进过程中，取消了原来自制的溜槽盖板，为了加强溜槽密封性，使用浇铸料制作定型砖，取代用刚玉尖晶石耐火料充当流槽盖板，烧嘴用低压烧嘴(共11个)，始终保持溜槽内为还原气氛，使铜液与外界空气保持隔绝，同时烧嘴提供的热量，可保持铜液的温度。使溜槽烘烤天然气用量从240～260 m3/h降低到180～220 m3/h。

传统的竖炉—保温炉化铜工艺是：竖炉承担“进料、熔化”功能, 保温炉承担“氧化、还原、浇铸”功能。在生产过程中，竖炉运行6～8 h 后, 提供给反射炉的铜水量就达到了保温炉容量, 此时, 竖炉不得不停炉, 等到保温炉完成“氧化、还原、浇铸”作业后( 一般用时6～8 h), 竖炉重新开炉, 向保温炉提供铜水[4]。阳谷祥光铜业开始设计的保温炉加料口，成簸箕型，从竖炉化出的铜液，经过溜槽进入加料口，流入保温炉。加料口严重制约了竖炉的化铜速度，因为每次保温炉加满料后，在进行浇铸的时候，炉位转到-25°时，如果竖炉仍然继续化铜，铜液就会流到加料口外面。所以每次保温炉加满准备浇铸时，竖炉都要停炉，这样会导致竖炉内的温度骤冷骤热，对竖炉内耐火材料伤害比较大，也会增加竖炉的检修次数，同时也影响了竖炉的作业率。阳谷祥光铜业技术人员经过摸索后，去掉簸箕型加料口，用耐火料做内衬，外面用钢板做成圆形加料口，在溜槽和加料口间增加一段半圆管(材质为碳化硅)进行连接，半圆管的中心和加料口的中心在同一中心线上，半圆管向炉内深入一段，半圆管底部离加料口约2 cm。这样在保温炉化满铜液后，就可以进行浇铸，保温炉可摇到-56°浇铸位，竖炉可在浇铸的同时继续化铜。在对保温炉加料口进行改进后，实现竖炉连续化铜，保温炉可以随时浇铸阳极板或铜模，不再受竖炉化铜的影响，减少了竖炉的停炉次数，这样使单炉产出的阳极板量比未进行改造前多30～50 t，单炉产量达到140～160 t, 单炉增产幅度达78.6%～81.3%, 从而提高保温炉的作业率，同时也减少了因停炉而引起的炉内温度变化，降低了对炉内耐火材料的伤害。

4 实施效果

加大烧嘴附近保护砖的宽度，增大了烧嘴砖的的耐冲刷力，延长了烧嘴的使用寿命，提高了竖炉作业率。

减少砖型，减少了修炉时间和降低了修炉劳动强度，降低了耐火材料的使用费用。

改造保温炉加料口，在浇铸的同时可以继续化铜。同等产量时，放铜溜槽、中间包、浇铸包砌筑、烘烤次数相应减少，耐火材料消耗也大幅下降，原来生产每吨铜需要消耗耐火材料约0.68 kg，而改造后生产每吨铜需要消耗耐火材料为约0.31 kg, 同时降低了操作人员的劳动强度。

经过改进后，保证了竖炉和保温炉热态连续化铜。在进行改造前竖炉、保温炉每吨铜单耗为122 km3/t～135 km3/t，改造后由于减少了启动和停炉时烘炉的能量损耗，吨铜单耗维持在80 km3/t～85 km3/t之间。

5 结语

阳谷祥光铜业“竖炉—保温炉连续化铜”新工艺的成功应用，降低了职工的劳动强度，大幅度提升了加料效率，有效提高了产能及作业率，极大地降低了生产能耗，最终降低了生产成本。产能稳定，获得了良好的收益。在以后的生产过程中将进一步拓展其应用领域，并创造更大的经济和社会效益。

[1]廖文江.新型的竖炉工艺在铜冶炼中的应用[J].有色冶金设计与研究,2011,(12)：14-16.

[2]李志坚.碳化硅耐火材料的生产[J].有色冶炼,1982,(9):20-27.

[3]袁精华.熔铜炉设计[J].有色设备,2007,(3):19-23.

[4]袁辅平.竖炉熔铜工艺的实践[J].工业炉,2008,(5):22-24.

Practiceofcontinuoussmeltingcopperprocesswithshaftfurnace-holdingfurnaceanditsapplication

ZHUO Xiang-liang, QI Mao-gang, DAI Xi

A modification of refractory of shaft furnace and charging hole of holding furnace was carried out by Yanggu Xiangguang Copper Co., Ltd., continuous production is achieved and productivity of holding furnace is enhanced, handling capacity of reject is increased and refractory and natural gas are consumed less.

shaft furnace; holding furnace; SiC brick; U profile pipe; charging hole

禚响亮(1978—)，男，山东临沂人，硕士研究生在读，工程师，从事铜冶炼生产技术管理工作。

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