艾萨喷枪改造对使用寿命延长与单质硫抑制效果

王江素

（谦比希铜冶炼有限公司，山西 长治 046000）

艾萨炉溶池熔炼的核心技术均是对垂直浸没于溶池中的喷枪进行控制。艾萨熔化槽的基本技术是基于对垂直浸入熔化槽中的长枪的控制。艾萨喷枪对物料和操作气氛的适应性很强，可在氧化性气氛中熔炼镍、铜、硫化铅矿；在还原性气氛中熔炼锡精矿和高铅渣，也可熔炼含锡、铅、锌的炉，还可应用该技术从渣中回收贵金属。所有熔化的物理、化学反应都必须在长枪供气、供氧、供油的强烈搅拌下完成，才能完成传热、传质的过程，长枪的寿命直接影响到作业率和供油率，而长枪的自动控制技术直接影响到长枪的寿命。

1 艾萨喷枪简介

1.1 喷枪结构与材料

艾萨喷枪的筒身结构一般由三根同心圆管组成，从内到外依次为燃料管、内氧管、外风（炉筒风道）。燃料管送重油或煤粉，有的铸造厂洗炉时只送重油，熔体则送煤粉。艾莎喷枪的工作原理，第一层也是燃料管的中心，输送燃料（煤或燃料油），以平衡冶炼过程中的温度波动，达到所需的冶炼温度，同时也输送氮气或携带煤的压缩空气，吹出残余燃料，从而使燃料得到充分利用；氧气管：氧气管输送氧气，以满足冶炼过程中的氧气需求。枪管携带风或氧气，提供一定流量的风或氧气参与反应，并用于开挖搅拌盆，使制渣的物理、化学反应得以顺利进行，同时对枪壁产生冷却作用，有利于枪渣的悬浮。根据结构优化谦比希铜冶炼有限公司筒体结构为三层，最内层为燃料管，其次为压缩空气管，外层为富氧混合空气。

喷枪筒体材质一般为碳钢和不锈钢，筒头材质为不锈钢，不锈钢型号主要是按Ni和Cr含量的多少不同而定。枪头所采用的不锈钢材质优于304、316、310等非感应不锈钢型号。目前，铜矿冶炼采用的是最好的燃烧柴油艾萨喷枪，枪头材质为310S不锈钢。其余为316L。

图1 艾萨喷枪结构示意图

图2 艾萨喷枪枪头示意图

1.2 喷枪使用寿命

喷枪的寿命是指枪身的生命，二是指枪头，即枪头的生命。枪体的寿命一般较长，如果枪体弯曲、拉直，可以重复使用，如果枪体起皱、断裂、严重烧毁，就会被废弃。枪头浸入溶液槽中的渣层中，合理的插入深度为200-400mm，枪头必须耐高温灼烧、溶液侵蚀和化学腐蚀，枪头在旋风中容易烧伤、裂纹、刺穿和烧毁等。导致频繁更换武器。目前，在枪头的生产中，枪头的寿命等于枪的寿命，但枪身的寿命和枪头的寿命是相互影响的

2 艾萨喷枪使用寿命影响因素

2.1 温度控制

从Fe-SiO2体系的相图可以看出，强氧化熔炼过程的平均渣中约含有23%-28%的SiO2，其熔炼温度应低于1208℃。但由于强氧化熔炼体系中氧势较高，熔体中磁铁矿含量较高，其熔点高达1550℃以上，因此，为使铁橄榄石渣保持均匀的熔相，目前渣的熔化温度应高于1200℃。如果炉温过高，过热度过大，喷枪挂渣就会比较薄，而主要用于冷却喷枪的枪体空气温度就会升高。如果炉温过高，长枪无法挂渣，筒体空气温度较高，长枪就会失去对挂渣的保护依赖，必然导致燃烧。谦比希铜冶炼有限公司吹风炉根据炉渣种类和工艺特点，将炉温控制在1180-1190℃。

2.2 喷枪流量

生产实践中枪体风管由于上方有熔融物，容易导致吹炼过程中进入冷却风管出口处的熔渣而堵塞联动。随着清洗的进行打外管壁结渣必然会造成管壁变形，这些都会大大影响枪体的鼓风量在，导致达不到很好的冷却保护枪体的目的，容易导致枪体弯曲变形损坏和枪外管发生局部小爆裂。生产实践表明，枪体绕管的寿命可达半年以上，但必须随时进行检修，才能保持良好的性能。

2.3 用油量

艾萨喷枪在每个潜流熔池吹炼前都要进行必要的停渣操作，因为喷枪在吹炼过程中，安全操作主要靠停渣来实现保护。如果用油量过多或过少，会使喷枪受到冰块、高温等腐蚀而损坏，降低使用寿命。

2.4 喷枪结构

该喷枪由3层组成，最内层是燃料管，其次是端压空气管，外层是富养空气混合物。也是为了燃烧烟气中的硫磺等可燃成分，最外层以上为铸铁，不插入铸铁，枪头为310S不锈钢，枪身为316L不锈钢。在筒体与筒体之间加装双螺旋变距翅片，使筒体空气在环形路径上产生涡流，此涡流将加剧空气混合，提高对流传热系数，以降低筒体壁温。这样可以在枪壁外侧形成稳定的固渣层，使其不被液渣池浸出，保护喷枪，这也是保证伊萨喷枪长期安全运行的关键。

3 艾萨喷枪改造方案

3.1 针对硫酸单质硫的改造方案

在工艺控制要求许可的前提下，对喷枪进行其他方面结构的改进。针对硫酸单质硫方面，喷枪直径从Ø377mm加Ø426，加强熔池搅拌。使用Ø426喷枪，可以加强熔池径向搅动力，有利于减少熔池堆料。

3.2 针对余热锅炉蒸发量过大的改造方案

吹炼过程中依据进料量，尤其是准确判断热冰铜进炉速率来确定冰铜面的涨幅。降低KKK风机鼓风量，降低总风量，提高了ISA熔炼的富氧浓度，从而减少总烟气量。

3.3 针对生产协调的改造方案

在艾萨控制界面上添加转炉用氧量显示，加强艾萨-转炉之间用氧协调，减少艾萨因为氧气不够压料的时间；在电炉控制界面上添加铜面显示，要求电炉至少每小时测一次铜面，艾萨和转炉可以更直接了解电炉生产情况，从而主动调节生产节奏，避免因为电炉铜面高导致压料。

4 实施计划及完成情况

2019年1月3日使用Ø426喷枪，在一月份生产中不断实践摸索，把大料量生产时KKK风机鼓风量从14300Nm3/h降至10500m3/h，同样的生产料量与2018年相比，总空气量减少了近4000m3/h，富氧浓度也提高2%。余热锅炉蒸发量也得到了明显的控制，从生产中48-51t/h稳定到现在的44-46t/h。硫酸单质硫控制也取得成功，效果非常明显，以下是2018年和2019年各个月因单质硫影响而压料的时间。

表1 2018、2019因单质硫影响压料时间统计表

2019年1月份191分钟时间都是1月3日以前的，很明显更换Ø426喷枪后单质硫现象改善显著，可以说完全控制住了硫酸单质硫对艾萨生产的影响，重点是艾萨炉在2019年3月20号开始尝试加硫磺，来进一步提高硫酸产量，3月份单质硫影响时间也是加硫磺后出现的。

2019年在电炉控制界面加铜面高度，艾萨控制界面加转炉用氧量，很大程度上提高工段之间的联系，缩短了压料时间和转炉等料时间。

实施结果评估（结论和效益（量化）分析）。

表2 2018年和2019年1-10月份各月小时料量对比

5 结语

艾萨喷枪冶炼工艺是铜火冶炼工艺中较为先进的工艺，具有产能大、环保性好等优点，具有广阔的推广前景。如何提高长枪的使用寿命，特别是吹气过程中使用的长枪，是有必要讨论的。