文/張正國(guó)

低耗連續(xù)生產(chǎn)的銅熔煉豎平爐

文/張正國(guó)

目前，國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)問題日益關(guān)注，要求企業(yè)進(jìn)行節(jié)能減排，而再生銅行業(yè)對(duì)減少能耗和污染的需求極為迫切，特別是在熔煉設(shè)備和技術(shù)水平上參差不齊，銅熔煉豎平爐較好地提高了爐子的熱效率，降低了銅熔煉的燃料單耗，還實(shí)現(xiàn)了銅的連續(xù)性生產(chǎn)。

結(jié)合豎爐與平爐的優(yōu)點(diǎn)

反射爐即平爐在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里在熔煉銅、鋁行業(yè)中被廣泛采用。其優(yōu)點(diǎn)是：由于長(zhǎng)期被使用，所以工藝成熟、操作簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高、生產(chǎn)能力大，所以反射爐目前在行業(yè)中仍被廣泛使用。但它也存在著致命的缺點(diǎn)：主要是工藝落后、污染嚴(yán)重、熱效率低，周期性操作造成無法連續(xù)生產(chǎn)。

為了克服上述缺點(diǎn)，六十年代，美國(guó)阿薩科公司豎爐取代反射爐熔煉純銅的新技術(shù)研制成功，在世界上很快得到承認(rèn)和推廣。該技術(shù)的最大優(yōu)點(diǎn)是大大提高了爐子的熱效率和產(chǎn)量，國(guó)外大型豎爐的熱效率可達(dá)70%。

爐料在豎爐內(nèi)至上而下的運(yùn)動(dòng)中，被由下而上的爐氣加熱與預(yù)熱，當(dāng)爐料運(yùn)行至底部時(shí)被熔化，經(jīng)過流槽進(jìn)入保溫爐，進(jìn)行儲(chǔ)存、保溫，必要時(shí)進(jìn)行還原以控制含氧量，使銅水的氧化率降低，同時(shí)改善了環(huán)境，提高了銅桿的品位。該爐近年來在我國(guó)部分企業(yè)有所引進(jìn)，并將其翻版。但由于是新工藝，而且密封性比較強(qiáng)，所以操作比較困難，尤其是對(duì)銅的含氧量難以控制，使生產(chǎn)出的銅桿電阻大（銅的含氧量過大），或抗拉強(qiáng)度降低（銅的含氧量過低），產(chǎn)品質(zhì)量難以保證。

反射爐和豎爐各有所長(zhǎng)，也各有所短，如果把兩種爐型結(jié)合在一起，使其發(fā)揮各自的長(zhǎng)處，將能大大改善銅的冶煉水平。筆者于1982年在蕪湖建成了我國(guó)第一臺(tái)8t熔鋁豎平爐，獲得了較好的經(jīng)濟(jì)效益。單耗由136kg/ t鋁降至66kg/t鋁（燃料為柴油），經(jīng)測(cè)定熱效率達(dá)到59%，當(dāng)時(shí)被譽(yù)為鋁行業(yè)的發(fā)展方向。之后，西德、日本在鋁行業(yè)的壓鑄行業(yè)中均廣泛地采用豎平爐替換了原來的坩堝爐。

近些年，隨著循環(huán)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，有色金屬再生得到了迅猛發(fā)展。筆者在九十年代成功地將豎平爐用于廢銅的熔煉和精煉，即豎爐裝料。銅廢料在豎爐內(nèi)由上而下的運(yùn)動(dòng)中，被預(yù)熱、加熱和熔化。銅水通過豎爐與平爐的爐內(nèi)連接通道流入平爐，進(jìn)行氧化造渣與脫氧精煉，即豎爐作為銅的熔化爐，而平爐作為銅液的精煉爐。其優(yōu)點(diǎn)是：1.平爐的燃燒產(chǎn)物流經(jīng)豎爐排出爐外，比單純的豎爐還節(jié)能，一般比反射爐節(jié)能10%～15%，經(jīng)初步測(cè)試豎平爐的熱效益接近60%；2.由于熔煉與精煉在同一爐體內(nèi)完成，銅液與空氣接觸的機(jī)會(huì)大為減少，所以銅液氧化減少；3.該爐與分體爐比較占地面積小，可以減少基建投資。

2007年筆者為臺(tái)灣某公司設(shè)計(jì)制造了30t熔銅豎平爐，試生產(chǎn)中，銅水全部合格，生產(chǎn)出φ8的銅桿；2008年為浙江某廠設(shè)計(jì)制造了75t廢銅熔煉豎平爐，在國(guó)內(nèi)第一次成功地熔煉出合格的銅水。圖1為75t廢銅熔煉爐結(jié)構(gòu)圖。圖2為正在建設(shè)的熔銅豎平爐。

如何實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)

在豎平爐的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中，采用豎爐前后加一臺(tái)平爐的結(jié)構(gòu)具有很多優(yōu)點(diǎn)，但在實(shí)際生產(chǎn)中也無法實(shí)現(xiàn)連續(xù)作業(yè)。雖然豎爐可以連續(xù)生產(chǎn)，但當(dāng)平爐的銅水到了額定噸位后就要開始做銅的操作，而此時(shí)豎爐就要保溫停止熔化，只有待平爐作銅并澆鑄完畢后，豎爐才能重新熔化，再開始向平爐注入銅水。設(shè)想如果使豎爐連續(xù)地工作，只要再增加一個(gè)平爐，并使2個(gè)平爐的噸位相同，且在第一個(gè)平爐開始做銅時(shí)，豎爐的銅水開始注入第二個(gè)平爐。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)平爐做銅和連鑄完成后（ 即第一個(gè)平爐為空爐），第二個(gè)平爐的銅水正好注到額定噸位。就這樣輪流循環(huán)操作，使生產(chǎn)得以連續(xù)進(jìn)行。也就是說控制好豎爐的熔化、平爐的做銅及連續(xù)澆鑄、軋制等各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)節(jié)拍就可實(shí)現(xiàn)連續(xù)生產(chǎn)，就可以大大提高爐子的生產(chǎn)能力，同時(shí)又提高爐子的熱效率，降低銅熔煉的燃料單耗。

這種思路在我們的設(shè)計(jì)中得到貫徹，并得到了廠家的認(rèn)可和歡迎。圖3為連續(xù)生產(chǎn)的實(shí)例，即一個(gè)豎爐（帶小前爐）+兩個(gè)相同噸位的精煉爐。

1.爐型的選擇

從豎爐來講，越高廢氣預(yù)熱路線就越長(zhǎng)，預(yù)熱效果越好，料的預(yù)熱溫度越高，熔化耗能越低。所以在選用高度和直徑的關(guān)系時(shí)，在保證不擱料的前提下，內(nèi)膽是越高越好；另外，曲線豎爐爐腔是我們首先選用的方式。因?yàn)楹线m的曲線，能保證豎爐爐料順利地由上而下運(yùn)行，從而保證爐子的正常生產(chǎn)，一般高度是直徑的4～7倍。

在爐型上，豎爐底部的斜度也是另外一個(gè)需合理處理的問題，一般采用15°～13°斜度為好。

2.燒嘴的選擇

圖2 建設(shè)中的熔銅豎平爐

圖3 6萬噸/年廢鋁熔煉生產(chǎn)線

燒嘴的選擇也是個(gè)很重要的問題，特別是豎爐底部由于爐料堆實(shí)了底部空間，會(huì)使擴(kuò)散燃燒的穩(wěn)定性降低。為此，我們選用了高速燒嘴來克服此問題。

3.銅爐的耐材

銅爐的耐材不同于普通的廢料爐，它的工作條件差，要認(rèn)真對(duì)待合理地選材。目前，大多數(shù)選用鎂質(zhì)耐材為主要爐料材，此材質(zhì)價(jià)格昂貴。

book=78,ebook=358