某铜冶炼厂缓冷场工艺设计浅谈

何峰

(中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌 330031)

某铜冶炼厂缓冷场工艺设计浅谈

何峰

(中国瑞林工程技术有限公司,江西南昌 330031)

渣缓冷场作用在于将熔融态的炉渣冷却为固态炉渣再送选矿处理，处于熔炼车间和渣选车间承上启下的位置。缓冷场的设计主要需要考虑渣包数量、渣包车数量及安全生产等方面，本文以某海外铜冶炼厂改造设计为实例，简单总结了缓冷场设计的一些设计原则和注意事项，并浅述了该厂缓冷场设计的一些内容。

缓冷场；渣包；渣包车；安全

铜冶炼厂熔炼炉渣处理一般分为两种方法，一种是经过电炉贫化后水淬外卖或堆存，一种是通过缓冷后磨浮回收渣中的铜。电炉贫化得到的弃渣通常含铜在0.5%~0.8%之间，而采用缓冷—磨浮工艺的弃渣含铜不会超过0.35%，通常在0.2%~0.3%之间，因此缓冷—磨浮工艺能更多地回收渣中的铜。随着铜价的上升及各厂精细化管理的要求，国内大型铜冶炼厂越来越倾向于采用炉渣缓冷—磨浮的流程处理炉渣，回收其中的铜[1-2]。

熔炼过程均为高温过程，炉渣以熔融态存在，因此在送磨浮之前需要配备相应的缓冷场地以进行炉渣的缓冷。目前铜炉渣冷却方式一般有自然冷却、水淬冷却、喷淋缓冷三种。如果完全采用自然冷却，占用的场地和渣包数量过多，经济上不划算，而采用水淬冷却炉渣由于急剧的冷却方式，晶体颗粒细小导致选矿困难，因此从工业生产角度考虑，采用喷淋缓冷最有利于选矿[3]。海外某铜冶炼厂改造项目设计产能为300 kt，采用的是闪速炉加转炉工艺流程，闪速炉渣及转炉渣都送缓冷再选矿处理。本文拟以该项目为例，从渣包及渣包车数量选择、喷淋系统、功能区划分及安全措施等方面阐述渣缓冷场在设计方面需要重点考虑的问题。

1　渣包数量的选择

随着规模扩大，该厂产生的炉渣量也大幅增加，每天产生的熔炼渣2.5 kt，转炉渣0.4 kt，因此必须配备足够的渣包维持缓冷场的正常运转，否则将影响到整个工厂的正常运行。通常来说，炉渣缓冷分为两步，一步是自然冷却，炉渣通过渣包车运输到缓冷场后首先放置在渣包位上进行自然缓冷，然后开始进行第二步喷淋冷却。对于熔炼渣，设计考虑的自然冷却时间为4~6 h，喷淋冷却时间48~50 h；对于转炉渣，设计考虑的自然冷却时间为20 h，喷淋冷却时间44 h。渣包数量的选择采用如下公式进行计算：

式中：Q为渣包数；Q渣为每天需处理的炉渣量，t/d；V为渣包有效容积，m3；ρ为炉渣密度，t/m3；t1为空冷时间，h；t2为喷淋冷却时间，h；a为富余系数。其中，富余系数主要是考虑到可能需要维修,因此设计中需要考虑适当的富余，否则将出现实际生产渣包数量不够的情况。

根据上述公式及渣量，计算得到该厂新建缓冷场中熔炼渣需要包子数为160个，考虑1.1的富余系数则为177个；转炉渣需30个，考虑富余系数1.1则为33个；共计需207个渣包。缓冷场渣包位按231个设计，主要是考虑到备用部分渣包位作为周转使用。

2　渣包车数量的选择

在相当长一段时期内，渣包车都是国外进口的，虽然目前国内数个厂家已经开始生产渣包车，但渣包车价格依然不菲。选择合适数量的渣包车既可以维持工厂正常生产，又不会造成资金浪费，因此渣包车数量的选择是工艺设计中不可或缺的一部分。本项目考虑的渣包车由中国制造。在设计中，渣包车数量采用如下公式进行计算:

式中：Q为渣包车数量；Q渣为每天需处理的炉渣量，t/d；V为渣包有效容积，m3；ρ为炉渣密度，t/m3；L1为熔炼车间至缓冷场距离，m；L2为缓冷场至渣堆场距离，m；v为渣包车运行速度，m/min；t1为渣包车举包时间，min；t2为渣包车放包时间，min；t3为渣包车倒渣时间，min；A为渣包车作业率，%。

根据上述公式，可以计算得到正常生产时需要的渣包车数量。但渣包车也存在维修等情况，且通常需要专业厂家方可进行维修，周期长。因此在设计中通常考虑富余一台渣包车作为备用及周转，防止由于设备出现故障影响生产。该厂总炉渣量为2.9 kt，渣包有效容积10 m3，熔炼车间至缓冷场距离平均为800 m，缓冷场至渣堆场距离平均为200 m，渣包车运行速度15 km/h，渣包车举包和放包时间~2 min，渣包车倒渣时间~5 min,作业率考虑50%。因此，根据公式计算，渣包车需要1.49台，取整2台，另外考虑备用1台，总共选用3台。

3　渣包喷淋水的设计

通常而言，喷淋水管均位于渣包顶部，水装满渣包后会溢出并顺着渣包外壁流至地面，实际带走的热量难以考量，因此进行理论热平衡计算往往与实际生产出入较大。通过国内数个冶炼厂的使用情况，每个工厂实际冷却水量常常需要3~4 m3/h；另外在管径选择上需要考虑到长期使用后管道内结垢等情况，因此在设计中宜适当放大管径。本项目设计中每个渣包位上的喷淋水管考虑选用DN32管径的钢管。整个缓冷场考虑同时进行喷淋冷却的渣包数量为200个，因此选用的水泵能力达到600~800 m3/h。

缓冷场存在喷溅的隐患，且缓冷场需要重复地开停喷淋水，国内众多老厂还是采用人工开启阀门的形式，存在一定安全隐患。本项目中，考虑到安全原因，在喷淋系统中采用了自动喷淋装置。该装置在国内某些大型铜冶炼厂也有采用，主要是利用气动阀控制每个渣包位喷淋水的启闭，另外设计了一套专门用于缓冷场渣包冷却控制的软件，使操作人员可以在中控室对缓冷场喷淋系统进行操作。根据冷却的工艺要求，设置好每个渣包的空冷时间和喷淋冷却时间，从渣包车司机将渣包就位到缓冷场开始，即可使程序开始运行，并按预先设置好的程序进行空冷和喷淋冷却，到达冷却终点，该系统会自动停止喷淋水。采用自动喷淋系统后，可大幅减少人员到现场开关阀门的次数，减少人渣接触的机会，另外由于采用电脑自动控制冷却过程，可更精确地控制缓冷时间，并减少工人工作强度[4]。

4　缓冷场功能划分及渣包位编号

在以往一些工程中，设计者往往忽略了对缓冷场功能的划分，也忽略了渣包位编号的设置，给生产带来一些麻烦。在生产过程中，缓冷场工作人员仍需要对缓冷场功能区进行划分，并对渣包位进行编号。

4.1缓冷场功能的划分

本项目中,考虑到转炉渣含铜、渣型均有别于熔炼渣，会导致其缓冷时间与熔炼渣相比大幅度延长,另外在生产过程中,总会出现个别渣包由于排渣时夹带冰铜或白冰铜,导致缓冷时间发生变化,因此在缓冷场设计中,明确划分出了熔炼渣、转炉渣、二次缓冷区域（图1）。

图1　缓冷场功能区划分示例

从图1中可以看到，明确划分出不同炉渣缓冷区域有利于生产秩序的维护，如图中的转炉渣和二次缓冷区域。二次缓冷区域专用于处理个别不正常的渣包，例如渣含铜过高、渣装载过满等情况。二次缓冷区域应设置得靠近缓冷场边缘，以便不会影响到中间正常渣包的作业。

4.2渣包位编号及渣包间距的设置

由于缓冷场包位数量众多，一方面应对每个包位进行编号以便于渣包车司机迅速寻找到目标包位；另一方面由于采用了电脑自动控制喷淋水，也必然要求渣包位有编号。渣包编号牌应该悬挂于渣包正上方醒目之处。设计中,需注意两点：1）考虑到缓冷场水汽大，环境恶劣，渣包牌需具有较好的耐腐蚀性；2）考虑到渣包车司机是从较远处观测，因此渣包牌应尺寸合适,字体醒目。渣包牌采用的是铝板，边缘加筋考虑的是镀锌角钢，螺栓采用不锈钢，渣包牌焊接到水管支架上，当然若采用桁架形式的管廊则可考虑吊挂在桁架上。

另外，还需要对渣包间距等空间设置进行考虑。图2为本项目使用的渣包车尺寸及运行参数，在缓冷场布置上要考虑到渣包车能否顺畅地运行，特别是要充分考虑渣包车的拐弯半径。本项目中，渣包中心间距为5.5 m,两排渣包之间的间距为24.2 mm，以保证渣包车自如地转弯及进行装卸操作。渣包外形如图3。

图2　渣包车外形

图3　渣包外形

5　缓冷场的安全设计

缓冷场处理的原料是热态熔融渣，若发生渣包倾翻或其它跑渣事故，后果将不可想象；另外，炉渣中含铜过高或自然冷却时间不够，也极易发生喷溅情况,这些都需要在设计中充分考虑相应的防护措施。另外，由于外方是初次接触渣缓冷工艺，对该工序不熟悉，因此在设计过程中更加需要进行全面的安全考虑。

5.1渣包缓冷场选址

一般而言，渣包缓冷场选址应注意以下几点：1）缓冷场选址周围应避开人员密集区域，而且由于缓冷后续的工艺选矿将产生大量的尾渣和渣精矿，故需考虑物流的通畅性。2）由于缓冷场环境较差，且有大量水雾产生，在总图布置时一般选择在厂区下风向，且尽量布置在厂区边缘，减少其对厂区环境的影响。3）还应综合考虑熔炼车间和缓冷车间的距离，尽可能缩短两者的距离，有效提高渣包车运输能力。

本项目中，渣缓冷场靠近厂区边缘，避开了物流通道，并且根据风向避开了熔炼车间等人员较密集的区域；从熔炼车间到缓冷场平均距离是800 m。

5.2渣包缓冷场与道路的间距

由于缓冷喷淋有一定的概率发生喷溅，故渣包布置不应紧贴道路，通常的设计应尽可能远离主通道。本项目中，渣缓冷场距离周边道路设置了绿化隔离带，最窄处渣包据道路边缘有10 m，最宽处达到27 m。

5.3渣包车专用通道的设置

因为渣包车体积较大，且在运输过程中由于渣包的影响，司机视线不好,建议设置专用的渣包车通道,通道周围可采用固定的或活动的混凝土隔墙封闭。另外，由于渣包车转弯半径较大，在总图布置时，应尽可能减少专用通道的拐弯数量。本项目因为属于老厂改造，无法建立真正意义上的专用通道，必然会有部分渣包车通道区域与现有路网发生干涉，因此设计时采取的措施是在路口设置专业岗位及临时路障，当渣包车作业时，对道路进行临时管制。

6　结论

综上所述，渣缓冷场的正常运行是保证冶炼厂正常生产的前提，设计中应从设备选型、场地布置等多个方面进行考虑，由于缓冷场处理的是熔融态炉渣，具有喷溅等危险隐患，因此在设计阶段必须全面考虑安全方面的因素。

[1]杨银辉，冯国刚.国内大型渣选矿缓冷场设备配置及选型探讨[J].有色设备,2012(3):9-13.

[2]张海鑫.浅谈铜冶炼渣缓冷工艺[J].中国有色冶金,2013(3):32-33,37.

[3]雷存友，余浔.铜冶炼炉渣选矿技术及研究方向[J].有色冶金设计与研究,2014,35(6):5-8.

[4]胡国军.铜冶炼炉渣选矿自动化技术的现状[J].有色冶金设计与研究,2014,35(6):51-53.

Brief Discussion on Process Design of Gradual Cooling Yard in a Certain Copper Smelter

HE Feng
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Slag gradual cooling yard is used to cool molten furnace slag to solid furnace slag and then send for mineral processing,which is served as a connecting link between the preceding and the following of smelting workshop and slag processing workshop.Design of gradual cooling yard should mainly considers quantities of slag ladles,quantities of slag ladles carriers and safety production and so on,taking modification design of overseas copper smelter as an example,the paper summarizes some design principles and matters needing attention of gradual cooling yard,and describes some contents of design of gradual cooling yard.

gradual cooling yard;slag ladle;slag ladle carrier;safety

TF811

B

1004-4345(2015)04-0030-03

2014-12-24

国家高技术发展研究计划课题“新型闪速冶金关键技术与装备”（项目号：2013AA064001）。

何峰（1983—），男，工程师，主要从事有色冶金工艺设计及研究工作。