贵冶一系统闪速炉渣直排缓冷的优化与改造

胡 展，朱永强

（江西铜业集团有限公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

1 引言

由于一系统始建于上世纪80 年代，当时的闪速炉渣处理工艺是通过电炉贫化后，产出的电炉渣经水淬后外售。随着技术的不断发展，渣选工艺因其能提高铜回收率的优势，被广泛推广应用，电炉渣由水淬改为热渣经缓冷后送渣选处理［1］。此时电炉的作用不再是贫化闪速炉渣，更主要是对渣与冰铜的澄清、贮存及保温作用，但采用电炉处理闪速炉渣，存在能耗高，环境差，检修维护费用高等缺点，已成为制约贵冶“打造绿色冶炼样板”的拦路虎。此外，一系统闪速炉精矿喷嘴还存在给料不稳定，布料不均匀，闪速炉反应塔水套冷却强度不足，沉淀池及上升烟道水冷结构形式不合理等问题。为适应贵冶双系统多系列的生产格局，推行具有贵冶特色“一系统闪速炉渣直排缓冷改造”技术革新，从“规模速度发展”到“质量内涵发展”的转型升级，进一步凸显贵冶生产管理模式的特色和优势，以期达到节能降耗、减少维护检修量、提高作业效率和降低生产成本的目的。

2 分析贫化电炉存在的问题

2.1 贫化电炉高能耗低资源利用率

近年来，随着贵冶管理与技术创新的不断提升，平衡了熔炼工序中间物料产处，基本保持了“零库存”常态化（见图1），电炉早已结束处理錮铍的时代，大多起到对渣与冰铜的澄清、贮存及保温作用，贫化电炉电单耗的消耗（见图2）成为了制约工厂深度节能降耗的绊脚石，革新电炉工艺已迫在眉睫。

图1 2014-2018 年电炉耗电量统计分析图

图2 电炉固铍加入量统计分析图

2.2 贫化电炉安全环保难以受控

电炉完全依靠电极集中供热，在电极附近形成集中高温区，不仅容易造成炉体安全难以把控，而且电极还容易出现“软断或硬断”危及人员和设备安全。其次，电炉冷却方式为：侧壁埋铜管+顶部“H 型”水冷梁冷却（见图3），效果较差且经常出现冷却原件漏水的情况，危及炉体安全。此外，电炉电极密封效果不佳导致漏风率大增加了排烟系统负荷，直接制约着闪速炉投料量，而且电炉电极密封效果不佳经常容易造成低空烟气外逸现象污染环境［2］（见图4）。

3 论证取消贫化电炉的可行性

闪速熔炼渣采用渣选处理工艺非常成熟可靠，无论是老冶炼厂的改造还是新建的冶炼厂，都有成功投产，运行良好的生产实例。如菲律宾的PASAR 冶炼厂改造前闪速炉沉淀池自带3 根电极，闪速炉渣经电热保温澄清后水淬后外售，改造后拆除电极，闪速炉渣改为缓冷后送渣选处理，渣选后尾渣含铜约为0.3%。新建的采用闪速熔炼工艺的冶炼厂，闪速炉渣基本上都采用浮选工艺，如贵冶二系统、紫金铜业、山东祥光及铜陵金冠等。

图3 电炉水冷方式平面布置图

图4 电炉现场情况图

3.1 国内外同行业对比可行性分析

通过详细严谨的技术论证，对取消贫化电炉工艺进行可行性分析，明确改造方向。横向与金隆、祥光、PASAR 等工厂进行了沉淀池面积核算比较，一系统现有沉淀池面积能够满足铜渣分离所需时间；纵向对比了近年来电炉固铍加入量的情况，电炉已不需要处理冷料，全部由转炉自行消化，为取消贫化电炉进一步创造了条件。此外，贵冶熔炼一系统拆除电炉后，为保证一系统满负荷生产转炉吹炼所需的冰铜存放量，进一步延长冰铜与渣分离所需的时间，故在炉体外框结构不变的情况下，论证闪速炉总液面高度比改造前增加100mm，渣层厚度250mm，根据渣量计算出渣的停留时间约为1.3h，比PASAR、金隆及祥光停留时间稍长一些（见表1）。

3.2 炉况对比辅助可行性分析

为确保取消电炉后，各项生产指标在可控范围内，结合原有的一系统闪速炉给料模式，还不足以支撑取消电炉工艺的变革。主要是原有一系统闪速炉精矿喷嘴采用振动布料器双侧进料，烟尘计量采用调节埋刮板机转速和料层厚度来控制，烟尘分料采用手动分料阀形式。上述给料方式容易带来以下问题：物料计量不精确，料量波动大，布料不均匀，导致反应塔内下料出现偏析，进而造成炉况波动较大。为解决上述诸多的影响因素，依据二系统闪速炉、PASAR、金隆及祥光工厂给料系统对炉况稳定的基础成功经验，一系统闪速炉将烟尘给料改为失重计量后，精矿与烟尘混合后改用风动溜槽送人精矿喷嘴，能改善一系统闪速炉目前料量计量不准，分布不均的现象，可以进一步优化一系统闪速炉炉况。同时根据二系统、PASAR 与紫金等工厂的生产实际数据，确定改造后一系统闪速炉渣含铜能控制在约1.2～1.5%，可以达到预期的效果；核算改造后沉淀池的烟气流速为6.7m/s，仍在合理范围内，因而对烟尘率的影响很小（见表2）。

表1 各工厂沉淀池面积和渣量的对比表

表2 各工厂闪速炉沉淀池烟气流速对比表

3.3 炉体结构的安全状态可行性分析

贵冶一系统闪速炉与电炉始建于80 年代，随着近年来原料结构的复杂化，由于一系统闪速炉的炉衬结构、冷却元件冷却方式及布置方法、机电仪设备等存在着设计不足之处，在长周期的生产运行中，出现过沉淀池炉墙钢壳往外膨胀、炉墙西北及西南角炉砖局部粉化、反应塔倒F 水套冷却效果不佳、沉淀池顶三角区水冷元件损坏较多且经常漏水或烧穿、上升烟道顶膨胀厉害且易烧损等问题，严重制约了闪速炉炉体的安全运行。为确保炉体改造一次性成功，通过详细严谨地技术论证，制订出科学合理的措施，并联合设计院进一步论证闪速炉炉体改造可行性，经充分论证后可以满足当前生产需求，进一步确保恢复设备健康，保障炉窑运行稳健，是确保工厂实现三年长周期安全生产的必要条件。通过上述的分析及论证，一系统闪速炉渣直排缓冷改造是可行的！

4 闪速炉渣直排缓冷优化与改造

贵冶一系统闪速炉渣直排缓冷优化改造肩负着闪速炉主工艺优化、电炉退出生产序列的一次重大的革新变化，总工期45 天，其中多项首创技术空白已植入贵冶，屹立于世界之巅，开拓了贵冶历史先河。

4.1 炉体结构优化改进

（1）在反应塔基本结构不变的基础上［3］，设计具有冷却效果更佳、结构更稳定的E 型铜水套替代倒F 水套，解决了反应塔裙部过热、冷却强度不足、耐火材料消耗快等问题。其次，在充分考虑反应塔三角区热负荷变化的基础上，设计水套内砌砖的“BIC 水套”替代原有水冷H 梁，解决了三角区受热不均匀、膨胀大、使用周期短，维护难度大、出现故障难判断危及炉体安全的问题。

（2）自主设计沉淀池熔体区相互搭接的立面水套，加强了冷却强度，减少了年修耐火材料的更换量，同时进一步延长了年修周期、确保了炉体安全。另外，铜渣口结构由原来的钢套嵌入水套模式改成水套与水套的零配合安装，解决了铜渣口周边温度变化大，热胀冷缩频繁、砖体间易出现缝隙危及炉体安全的问题。

（3）自主设计沉淀池拱顶吊挂弧形铜水套替代水冷钢梁模式，减少拱顶耐火砖轴向变形、脱落，以延长其使用寿命。优化设计炉体冷却水系统模式［4］，不仅使管路走向及水量分布更加合理规范，而且操作维护简单，进一步降低维护成本。

（4）上升烟道顶铜水套及吊挂方式优化改进，解决了上升烟道结构不稳定，容易受热变形的问题，延长耐火砖使用寿命。事故烟道口及水套优化设计，改善了通烟状况，并在生产过程中便于快速清理及烟气切换。

4.2 检修模式优化改进

（1）采用爆破技术及破除装备设施，使拆除电炉仅耗时15 天，创世界最短耗时纪录。

（2）自主选定闪速炉炉底检修方法［5］，并制定了新老耐火砖搭接砌筑办法，打破了外方专家认为炉底最多只能使用两个炉役（约20 年）的技术壁垒，贵冶1#闪速炉的炉底服役期在世界最长的基础上再次迈进新征程。炉底检修面积减少到原有的十分之一，大幅降低了检修时间和年修成本。

（3）采用新型钢砖铺设技术，打破传统混泥土浇筑检修模式，不仅节约了检修时间，而且提高了渣包车通道的使用寿命。

（4）联合多专业协同实施工法，开创贵冶大型设备检修的新局面。在保障质量前提下，渣直排项目的施工周期为29 天（剔除炉体降升温时间16天），与国内外同行相比，同行业最短的施工周期为60 天，已然创世界之最。

4.3 给料系统优化改进

（1）烟尘失重技术应用及控制优化，使烟尘计量会更精确，且可抑制料量波动，这些对闪速炉炉况的改善有着重大意义。

（2）在失重给料系统、精矿喷嘴主体结构不变的基础上，充分利用现场空间、引进奥托泰技术、重新设计风动溜槽替代振动布料器技术方案，使精矿进入炉内更加均匀稳定，改善了闪速炉炉况。

（3）精矿失重给料系统及精矿喷嘴的优化改进，使布料更加均匀，解决反应塔局部过热现象及炉况波动因素［6］，保证了系统的控制精度，为系统适应高作业率、高精度提供强有力保证。

5 实施效果

作为世界产能最大的炼铜工厂,贵冶将继续在铜冶炼科技创新、装备智能化的道路上不断实践探索，引领中国铜冶炼技术不断发展进步。目前贵冶一系统闪速炉渣直排缓冷改造在世界上尚属首例，该项目成果在技术和管理上具有新颖性的创新成果，不仅达到了深度节能降耗、减员增效的目的，每年成本节约高达866 万元，而且根治了低空烟气外逸的现象，助力贵冶早日实现国家级绿色工厂建设。