黃 斌

(廣西有色再生金屬有限公司， 廣西 梧州 543103)

設(shè)備及自動(dòng)化

再生銅設(shè)備
——精煉搖爐

黃 斌

(廣西有色再生金屬有限公司， 廣西 梧州 543103)

針對(duì)國(guó)內(nèi)外廢雜銅冶煉裝備的不足，自主研發(fā)了精煉搖爐設(shè)備。通過(guò)闡述精煉搖爐設(shè)備構(gòu)造、工藝優(yōu)點(diǎn)及自動(dòng)化控制，論述了精煉搖爐操作過(guò)程及機(jī)理，對(duì)精煉搖爐生產(chǎn)實(shí)踐數(shù)據(jù)及爐壽進(jìn)行了分析，總結(jié)了精煉搖爐技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)、優(yōu)點(diǎn)，并提出精煉搖爐需要改進(jìn)的地方。

精煉搖爐； 余熱鍋爐； 耐火材料； 氧化； 還原

目前國(guó)內(nèi)廢雜銅冶煉的主要裝備為反射爐、鼓風(fēng)爐及豎爐，大多數(shù)利用重油為燃料，煤作為還原劑，處理規(guī)模偏小，工人操作勞動(dòng)強(qiáng)度大，存在環(huán)境污染及節(jié)能減排效果差的缺點(diǎn)，與世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比明顯落后。

廣西有色再生金屬有限公司在新建項(xiàng)目“年產(chǎn)30萬(wàn)t再生銅冶煉工程”建設(shè)過(guò)程中，成功自主研發(fā)了精煉搖爐設(shè)備，應(yīng)用于廢雜銅高品位熔煉系統(tǒng)，“一步法”即可以把90%以上的廢雜銅轉(zhuǎn)化為用于電解生產(chǎn)的陽(yáng)極銅。

1 精煉搖爐特點(diǎn)

1.1 設(shè)備構(gòu)造、工藝優(yōu)點(diǎn)及自動(dòng)化控制

精煉搖爐工序主要由精煉搖爐本體、余熱鍋爐系統(tǒng)、煙氣收塵系統(tǒng)等組成。精煉搖爐設(shè)備主體為一個(gè)臥式異形水平筒體，主要由爐體、液壓驅(qū)動(dòng)裝置及富氧燒嘴、透氣磚組成。液壓驅(qū)動(dòng)裝置由液壓油缸、液壓站及其控制部分的支撐元件、液壓驅(qū)動(dòng)元件組成；富氧燒嘴從精煉搖爐前端插入，透氣磚裝置由安裝在精煉搖爐底板的透氣磚及控制部分組成；精煉搖爐正面設(shè)2個(gè)1 780×1 300 mm廢雜銅加料口、1個(gè)750×500 mm精煉渣出渣口，背面設(shè)置一個(gè)陽(yáng)極銅出銅口。

余熱鍋爐系統(tǒng)由安徽金鼎鍋爐股份有限公司設(shè)計(jì)、制造，主要包括鍋筒和內(nèi)部裝置、水冷爐膛、凝渣管、對(duì)流管束、省煤器、爐墻、灰斗、鋼架和平臺(tái)、各種管道。余熱鍋爐輔助設(shè)備包括1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、6臺(tái)壓縮空氣吹灰器、2臺(tái)取樣冷卻器及1臺(tái)蒸汽消音器。余熱鍋爐型號(hào)為QZ28.5 /1200- 16.8- 1.25，其中Q: 氣體；Z：渣量；28.5:煙氣量；1 200:進(jìn)口煙氣溫度； 16.8：鍋爐設(shè)計(jì)蒸發(fā)量；1.25：鍋爐設(shè)計(jì)壓力。余熱鍋爐的熱源來(lái)自帶有塵顆粒的腐蝕性高溫氣體、廢料或廢渣中余熱。

煙氣收塵系統(tǒng)由板式煙氣冷卻器、布袋收塵器、排煙風(fēng)機(jī)、煙囪及環(huán)集排煙組成。板式煙氣冷卻器是由一系列具有一定波紋形狀的金屬片疊裝而成的一種新型高效換熱器。布袋收塵器主要選擇耐濕、耐氯腐蝕材質(zhì)布袋。

精煉搖爐工藝實(shí)現(xiàn)了在一個(gè)設(shè)備中完成廢雜銅的熔化、氧化造渣、出渣及還原的短流程高效冶金過(guò)程，能極大地提高生產(chǎn)效率和系統(tǒng)安全性、節(jié)能降耗。精煉搖爐既可以處理熱料，又可以處理冷料，爐膛具有較大的熱交換面積，爐體密封性能好，操作環(huán)境好，爐子壽命長(zhǎng)，機(jī)械化自動(dòng)化程度較高，特點(diǎn)包括：

(1)原料的適應(yīng)性更強(qiáng)。廢雜銅原料的物理規(guī)格和化學(xué)成分變化很大，特別是形形色色的冷料、塊料，如光亮銅、水箱銅、銅米、電腦銅、銅片、粗銅、漆包線、水洗銅、銅條、銅粉、馬達(dá)銅、水表黃銅、黃銅銷件、黃銅齒輪、美國(guó)1號(hào)銅、美國(guó)2號(hào)銅等，但是精煉搖爐不受影響。

(2)一套透氣磚系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高。設(shè)備操作過(guò)程實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化，氧化、排渣、還原作業(yè)均無(wú)需人工操作，維修方便，降低操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

(3)使用天然氣為燃?xì)饧斑€原劑，低碳清潔生產(chǎn)，改善操作環(huán)境，煙氣余熱充分回收利用，每臺(tái)余熱鍋爐平均每h產(chǎn)生蒸汽12t，單位產(chǎn)品綜合能耗遠(yuǎn)低于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，比礦銅大幅度地節(jié)能減排。

精煉搖爐DCS控制系統(tǒng)包括以下幾個(gè)控制部分：精煉搖爐燃燒閥組、爐噴槍閥組、氧化還原閥組、爐內(nèi)負(fù)壓控制、余熱鍋爐爐膛煙氣含氧量控制、余熱鍋爐汽包液位調(diào)節(jié)、煙氣收塵旋風(fēng)收塵器入口壓力和混氣室出口溫度調(diào)節(jié)等。

在各個(gè)控制站所控制的各工藝流程中，配備可靠、先進(jìn)的檢測(cè)元件及執(zhí)行機(jī)構(gòu)，完成對(duì)車間生產(chǎn)過(guò)程及設(shè)備的監(jiān)控?？刂葡到y(tǒng)可對(duì)生產(chǎn)過(guò)程參數(shù)和設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行顯示、累積、記錄、調(diào)節(jié)、聯(lián)鎖和報(bào)警。同時(shí)，對(duì)部分設(shè)備可進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)操作。

1.2 精煉搖爐工序耐火材料要求

精煉搖爐主體爐內(nèi)環(huán)砌鎂鉻磚，余熱鍋爐砌筑高鋁磚，其他使用粘土磚。精煉搖爐耐火材料技術(shù)要求見表1，精煉搖爐設(shè)備圖見圖1。

表1 精煉搖爐耐火材料技術(shù)要求

圖1 精煉搖爐設(shè)備圖

2 操作過(guò)程及機(jī)理

精煉搖爐設(shè)備操作過(guò)程分為熔化、氧化、還原、澆鑄四個(gè)作業(yè)階段。在精煉搖爐0°角度下，廢雜銅、石英石、石灰通過(guò)精煉搖爐的兩個(gè)加料門投入爐體內(nèi)，在高效富氧燒嘴供熱下，爐內(nèi)物體快速熔化；物料熔融狀態(tài)下，搖動(dòng)精煉搖爐角度，鼓入壓縮空氣進(jìn)行氧化作業(yè)，比銅活潑的雜質(zhì)氧化形成爐渣，脫除大部分氧化鉛等易揮發(fā)雜質(zhì)到煙塵，再搖至排渣角度從出渣口排出精煉渣；精煉搖爐再搖至還原角度，吹入CH4≥92%的天然氣作為還原劑進(jìn)行還原，直至陽(yáng)極銅含氧量≤0.2%；陽(yáng)極銅經(jīng)出銅口、溜槽、18模中心驅(qū)動(dòng)圓盤澆鑄機(jī)澆鑄成物理外觀符合要求的陽(yáng)極板。精煉渣送低品位熔煉系統(tǒng)，煙氣進(jìn)入余熱鍋爐回收余熱，收塵處理后排空。

天然氣(CH4≥92%)作為燃料及還原劑，導(dǎo)致煙塵水分較高。天然氣含氫是水分的主要來(lái)源，水分的另一個(gè)來(lái)源是廢雜銅中的碳?xì)浠衔?。甲烷在還原狀態(tài)下從700 ℃時(shí)開始離解?；瘜W(xué)反應(yīng)方程式：

CH4+2O2=CO2+2H2O

(1)

堿性氧化物CaO和FeO的存在會(huì)把錫還原入陽(yáng)極銅，金屬鐵對(duì)錫化合物的還原具有一定的意義。反應(yīng)在1 000 ℃以上的溫度下進(jìn)行。由于ZnO難還原，且在液態(tài)爐渣中的溶解度高。因此大部分氧化鋅轉(zhuǎn)入爐渣。

3 生產(chǎn)數(shù)據(jù)分析

3.1 精煉搖爐熔煉過(guò)程銅及主要雜質(zhì)分布見表2及圖2至圖5。

表2 F6- 2- 15爐生產(chǎn)數(shù)據(jù) %

圖2 精煉搖爐產(chǎn)出物中銅的分布

圖3 精煉搖爐產(chǎn)出物雜質(zhì)鋅的分布

圖4 精煉搖爐產(chǎn)出物雜質(zhì)鉛的分布

圖5 精煉搖爐產(chǎn)出物雜質(zhì)鎳的分布

由表2可見，較銅對(duì)氧親和力較大的金屬如鋅、鐵、鉛、錫、銻、鎳等容易發(fā)生氧化，并以氧化物的形態(tài)浮在銅液表面形成爐渣，或揮發(fā)進(jìn)入爐氣除去。

由圖2至圖5可以看出，廢雜銅通過(guò)精煉搖爐冶煉，銅絕大部分(98%)進(jìn)入陽(yáng)極銅；雜質(zhì)鋅大部分(91%)進(jìn)入精煉渣，少量進(jìn)入煙塵及陽(yáng)極銅(依次為6%、3%)；雜質(zhì)鉛大部分(77%)進(jìn)入精煉渣，部分(22%)進(jìn)入陽(yáng)極銅，極少量(1%)進(jìn)入煙塵；雜質(zhì)鎳基本上進(jìn)入陽(yáng)極銅及精煉渣(依次為61%、39%)；而二氧化硅、氧化鈣100%進(jìn)入精煉渣，氯100%進(jìn)入煙塵。

3.2 精煉搖爐爐壽分析

影響精煉搖爐爐壽主要因素為耐火材料的消耗。從耐火材料損耗情況來(lái)看，精煉搖爐側(cè)壁下部、側(cè)壁的渣線區(qū)、爐門處及連接余熱鍋爐煙道側(cè)壁周圍的耐火磚損耗嚴(yán)重，而爐頂及爐壁上部耐火磚相對(duì)損耗較輕。經(jīng)分析，由于爐頂及爐壁上部耐火磚沒(méi)有受到銅熔體及精煉渣的沖蝕，表面形成一層磁性氧化鐵保護(hù)層。但是精煉搖爐側(cè)壁下部、側(cè)壁的渣線區(qū)及連接余熱鍋爐煙道側(cè)壁周圍的耐火磚由于受高溫融熔銅及精煉渣侵蝕，損耗較大。

綜合起來(lái)，影響精煉搖爐爐壽的主要因素為：

(1)廢雜銅原材料鐵氯含量。廢雜銅中鐵含量的升高，精煉渣增加，渣線區(qū)范圍擴(kuò)大；廢雜銅原材料含氯升高，布袋收塵灰含氯7%～10%，加快耐火材料腐蝕。

(2)耐火材料的質(zhì)量及砌筑方式。合乎技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的耐火磚、恰當(dāng)?shù)钠鲋绞?，將?huì)使精煉搖爐得爐壽延長(zhǎng)。

(3)工藝操作及設(shè)備維護(hù)。工藝操作溫度不能忽高忽低，對(duì)耐火材料影響很大。爐門由于操作工進(jìn)料不熟練，加料車磕碰現(xiàn)象也是耐火磚損耗的原因之一。嚴(yán)格按設(shè)備操作升溫曲線進(jìn)行點(diǎn)火，定時(shí)維護(hù)保養(yǎng)。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)精煉搖爐作業(yè)周期中，爐內(nèi)反應(yīng)溫度控制在1 100～1 300 ℃，氧化和還原時(shí)爐子傾轉(zhuǎn)角度為17°。作業(yè)周期用時(shí)最短的23.1 h，平均時(shí)間28～30 h。當(dāng)精煉搖爐渣率8%～10%時(shí)，每爐作業(yè)數(shù)據(jù)都較好；如果精煉搖爐渣率10%～14%，每爐作業(yè)數(shù)據(jù)略差；如果精煉搖爐渣率14%～18%，每爐作業(yè)數(shù)據(jù)不理想。

天然氣還原和燃燒單耗一般為72～82 m3/t陽(yáng)極銅，氧氣單耗一般為63～83 m3/t陽(yáng)極銅，相對(duì)于國(guó)內(nèi)的鼓風(fēng)爐和反射爐有極大的改善,裝備及技術(shù)達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平。

(2)精煉搖爐優(yōu)特點(diǎn)：“短流程”，原料的適應(yīng)性更強(qiáng)；有一套透氣磚系統(tǒng)，自動(dòng)化程度較高；使用天然氣為燃?xì)饧斑€原劑，低碳清潔生產(chǎn)。

(3)存在問(wèn)題：渣門排渣時(shí)，容易在渣門上結(jié)渣，堵塞渣流出通道。

[1]袁則平. 貴溪冶煉廠銅熔煉過(guò)程中主要雜質(zhì)分布及脫除探索[J].有色金屬(冶煉部分)，1997，(6)：2-5.

[2]樂(lè)頌光，魯君樂(lè).再生有色金屬生產(chǎn)[M].長(zhǎng)沙：中南工業(yè)大學(xué)出版社，1990.

[3]姚素平.NGL爐精煉廢雜銅工藝及其應(yīng)用[J].有色金屬(冶煉部分)，2010，(6)：13-15.

[4]朱祖澤,賀家齊.現(xiàn)代銅冶金學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2003.

[5]盧斗江.低品位廢雜銅火法熔煉技術(shù)述評(píng)[J].資源再生,2011，(7)：58-62.

Secondarycopperequipment——refiningrockingfurnace

HUANG Bin

In view of the shortages of scrap copper smelting equipments at home and abroad, the refining rocking furnace was independently researched and developed. Based on the introduce of structure, technological advantages and automation control of refining rocking furnace, its operation process and mechanism were presented, production practice data and service life were analyzed, technological and economic index and advantages were summarized, and the points that should be improved were put forward in this paper.

refining rocking furnace; waste heat boiler; refractory material; oxidation; reduction

黃斌，高級(jí)工程師， 現(xiàn)任廣西有色再生金屬有限公司總經(jīng)理。

TF811

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