禚響亮， 祁茂剛， 戴 曦

(1.中南大學(xué)冶金學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083； 2.陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司, 山東 陽(yáng)谷 252300)

豎爐—保溫爐連續(xù)化銅工藝生產(chǎn)應(yīng)用實(shí)踐

禚響亮1,2， 祁茂剛2， 戴 曦1

(1.中南大學(xué)冶金學(xué)院， 湖南 長(zhǎng)沙 410083； 2.陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司, 山東 陽(yáng)谷 252300)

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)有限公司對(duì)豎爐耐火材料和保溫爐加料口進(jìn)行改造后，實(shí)現(xiàn)了連續(xù)生產(chǎn)，提高了保溫爐的作業(yè)率，增大了殘極處理量，減少了耐火材料和天然氣的消耗。

豎爐； 保溫爐； 碳化硅磚； 半圓管； 加料口

豎爐工藝用于熔化處理電解殘極、不良陽(yáng)極，豎爐設(shè)備的特點(diǎn)是燒嘴設(shè)置在豎爐底部的周圍，物料在底部熔化后料柱不斷下降，同時(shí)熱煙氣在上升過(guò)程中持續(xù)預(yù)熱料柱。熱煙氣的大部分熱量傳遞給料柱，從而有效降低能耗，節(jié)約生產(chǎn)成本[1]。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)的原料為電解殘極和陽(yáng)極爐澆鑄時(shí)產(chǎn)生的不合格陽(yáng)極板，雜質(zhì)含量少，不需氧化還原操作，但是由于豎爐的熔化能力為40 t/h ，不能滿足澆鑄能力為110 t/h澆鑄機(jī)連續(xù)供給的要求，必須設(shè)置保溫爐。所以陽(yáng)谷祥光銅業(yè)采用豎爐—保溫爐化銅技術(shù)。熔化后的銅液經(jīng)出銅口經(jīng)過(guò)溜槽流進(jìn)保溫爐升溫儲(chǔ)存，適時(shí)與陽(yáng)極爐共用雙圓盤澆鑄機(jī)澆鑄成合格的陽(yáng)極板。

1 豎爐的基本構(gòu)造

豎爐的爐型為立式圓筒形，高度達(dá)37 m，豎爐的爐型為立式圓筒形，主要由豎爐加料系統(tǒng)、豎爐本體、豎爐加料門、豎爐水冷煙道、煙囪組成，詳見(jiàn)圖1。

圖1 豎爐的基本構(gòu)造圖

為了防止?fàn)t料撞擊爐子，在進(jìn)料區(qū)上部筒體的上部設(shè)置了一圈的防撞銅塊，由于煙氣溫度高達(dá)500 ℃，為了提高防撞銅塊的強(qiáng)度，在防撞銅塊與鋼殼之間設(shè)置一圈風(fēng)管，在風(fēng)管上部開(kāi)設(shè)了24個(gè)小孔，冷卻風(fēng)從小孔噴出，冷卻防撞銅塊，以保護(hù)防撞銅塊。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)在開(kāi)始生產(chǎn)時(shí)在下部筒體上設(shè)計(jì)了三排燒嘴, 最下層(A層)7個(gè)、中層(B層)、上層(C層)各8個(gè)。熔化的銅液從放銅口放出，經(jīng)流槽流進(jìn)保溫爐。

豎爐工作層選用碳化硅磚,由于碳化硅磚具有優(yōu)異的耐酸性或堿性熔渣、抗金屬熔液侵蝕的能力和耐磨性能,在高溫下具有強(qiáng)度大、熱膨脹系數(shù)小、抗熱沖擊性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),其特性是安全使用溫度高達(dá)1 600 ℃，導(dǎo)熱系數(shù)為粘土質(zhì)耐火磚的10～14倍，耐熱沖擊性能良好，耐磨性能好，高溫強(qiáng)度大和化學(xué)性能穩(wěn)定[2]。并且由于碳化硅磚的結(jié)構(gòu)比鎂鉻磚致密,銅熔液滲入少,廢磚中含銅的回收處理方法簡(jiǎn)單,因此銅的損失小。鑒于豎爐的工作條件,工作層選用碳化硅磚較合適,而不選用鎂鉻磚,緊靠工作層的耐火材料由于不接觸熔體,選用價(jià)格便宜的粘土磚即可滿足使用要求。為了提高豎爐爐體的保溫性能,緊貼粘土磚選用輕質(zhì)粘土質(zhì)填料,該耐火材料不僅重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)小,而且易于施工。同樣,為了提高爐體的保溫效果,減少爐殼的熱損失,節(jié)約能源,防止?fàn)t殼鋼板溫度過(guò)高,保護(hù)爐殼,緊貼爐殼設(shè)置了硅酸鋁耐火纖維板[3]。

加料系統(tǒng)的運(yùn)行過(guò)程是提升斗放置在底部時(shí)，由叉車將殘極或者廢板裝進(jìn)提升斗內(nèi),由驅(qū)動(dòng)卷?yè)P(yáng)裝置通過(guò)鋼絲繩將提升斗沿軌道提升至頂部,將料斗內(nèi)的物料傾入豎爐,然后提升斗原來(lái)軌跡返回底部。

2 豎爐的運(yùn)行情況

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)豎爐在長(zhǎng)時(shí)間的生產(chǎn)過(guò)程中，出現(xiàn)過(guò)一些問(wèn)題，祥光銅業(yè)科研人員，圍繞制約豎爐生產(chǎn)瓶頸問(wèn)題進(jìn)行攻關(guān)，通過(guò)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，系統(tǒng)已正常高效運(yùn)行。

豎爐加料時(shí)，料斗提升速度為25 m/min,所以加料一次為2 min。而放殘極和廢板的區(qū)域有時(shí)候離加料區(qū)域很遠(yuǎn)或者殘極出現(xiàn)零散現(xiàn)象，此時(shí)操作人員就需要更多時(shí)間來(lái)準(zhǔn)備加料。豎爐開(kāi)始的設(shè)計(jì)能力是40 t/h，但是實(shí)際生產(chǎn)時(shí)熔化能力達(dá)到25 t/h時(shí)，豎爐的上料裝置已經(jīng)達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。化料速度很快，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)等第二次加料的時(shí)候，原料已經(jīng)落到防撞銅塊以下。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，再次加入的原料很容易導(dǎo)致防撞銅塊以下的大磚脫落。所以開(kāi)始的時(shí)候，經(jīng)常會(huì)因?yàn)榉雷层~塊下面爐體大磚脫落，堵塞出銅口而導(dǎo)致停爐檢修。另一方面，如果三排燒嘴同時(shí)開(kāi)啟，電解供應(yīng)的殘極量也達(dá)不到豎爐化銅所需，后來(lái)技術(shù)人員根據(jù)原料供應(yīng)情況和操作人員的操作情況，取消C排燒嘴，用耐火磚堵死。這樣控制了加料速度和化銅速度，減少了豎爐停爐檢修時(shí)間，同時(shí)也減少豎爐本體和耐火材料損耗。但是豎爐化銅能力從40 t/h減少到15 t/h。

在把豎爐C排停掉后，雖然保證了豎爐的加料和化銅速度，防撞銅塊以下大磚的損耗也有所減少，但是在燒嘴附近的過(guò)渡磚損耗還是比較大，經(jīng)常因?yàn)檫^(guò)渡磚的損耗和部分磚脫落導(dǎo)致燒嘴發(fā)紅而停爐檢修。每次對(duì)豎爐進(jìn)行挖補(bǔ)后，根據(jù)挖補(bǔ)面積大小而定烘爐時(shí)間；在進(jìn)行烘爐時(shí)每個(gè)燒嘴保持13 m3/h的流量烘烤約4～5 h，然后每個(gè)燒嘴天然氣流量增大到15 m3/h繼續(xù)烘烤約3～4 h。保溫爐在豎爐停爐期間燃燒天然氣流量保持在220 m3/h進(jìn)行保溫，因豎爐需要進(jìn)行冷卻，然后進(jìn)行檢修，所以保溫爐保溫時(shí)間一般需要5～6天。在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間觀察和實(shí)踐后，陽(yáng)谷祥光銅業(yè)技術(shù)人員決定把爐底以上的過(guò)渡磚加寬一倍，取消里層粘土磚，這樣即使銅液沖刷到原來(lái)磚的厚度，也不會(huì)導(dǎo)致燒嘴磚脫落，從而延長(zhǎng)豎爐化銅時(shí)間，減少停爐檢修時(shí)間，同時(shí)磚型從原來(lái)50種減少到30種，降低了修爐人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，縮短了修爐時(shí)間，提高了豎爐作業(yè)率。經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)踐，豎爐檢修時(shí)間從原來(lái)的18～22天/次，延長(zhǎng)到55～65天/次。天然氣消耗量也減少了26 500 m3/h～33 000 m3/h。

3 保溫爐的受料和澆鑄

因?yàn)樨Q爐熔化后的銅熔液溫度僅為1 130～1 160 ℃，保溫爐和圓盤澆鑄機(jī)之間的溜槽約長(zhǎng)19 m，為了保持保溫爐內(nèi)熔融狀態(tài)的銅水的溫度，需要對(duì)保溫爐內(nèi)的銅熔液進(jìn)行升溫和保溫。操作人員通過(guò)觀察保溫爐內(nèi)銅熔液液位，定時(shí)對(duì)銅熔液測(cè)溫，并對(duì)爐內(nèi)銅熔液進(jìn)行取樣。保溫爐內(nèi)銅液溫度達(dá)到1 230～1 300 ℃時(shí)，就可以單獨(dú)或者與陽(yáng)極爐同時(shí)連續(xù)進(jìn)行澆鑄。保溫爐采用天然氣為原料，利用保溫爐上的燒嘴對(duì)爐內(nèi)銅水進(jìn)行加熱和保溫。但是保溫爐沒(méi)有氧化還原系統(tǒng)，所以在豎爐化銅時(shí)，爐內(nèi)要保持還原氣氛。在銅液流出豎爐時(shí)，又要經(jīng)過(guò)約10 m長(zhǎng)的溜槽才能進(jìn)入保溫爐，銅液與空氣接觸面積增大，很容易導(dǎo)致澆鑄出來(lái)的陽(yáng)極板含氧高。在改進(jìn)過(guò)程中，取消了原來(lái)自制的溜槽蓋板，為了加強(qiáng)溜槽密封性，使用澆鑄料制作定型磚，取代用剛玉尖晶石耐火料充當(dāng)流槽蓋板，燒嘴用低壓燒嘴(共11個(gè))，始終保持溜槽內(nèi)為還原氣氛，使銅液與外界空氣保持隔絕，同時(shí)燒嘴提供的熱量，可保持銅液的溫度。使溜槽烘烤天然氣用量從240～260 m3/h降低到180～220 m3/h。

傳統(tǒng)的豎爐—保溫爐化銅工藝是：豎爐承擔(dān)“進(jìn)料、熔化”功能, 保溫爐承擔(dān)“氧化、還原、澆鑄”功能。在生產(chǎn)過(guò)程中，豎爐運(yùn)行6～8 h 后, 提供給反射爐的銅水量就達(dá)到了保溫爐容量, 此時(shí), 豎爐不得不停爐, 等到保溫爐完成“氧化、還原、澆鑄”作業(yè)后( 一般用時(shí)6～8 h), 豎爐重新開(kāi)爐, 向保溫爐提供銅水[4]。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)開(kāi)始設(shè)計(jì)的保溫爐加料口，成簸箕型，從豎爐化出的銅液，經(jīng)過(guò)溜槽進(jìn)入加料口，流入保溫爐。加料口嚴(yán)重制約了豎爐的化銅速度，因?yàn)槊看伪貭t加滿料后，在進(jìn)行澆鑄的時(shí)候，爐位轉(zhuǎn)到-25°時(shí)，如果豎爐仍然繼續(xù)化銅，銅液就會(huì)流到加料口外面。所以每次保溫爐加滿準(zhǔn)備澆鑄時(shí)，豎爐都要停爐，這樣會(huì)導(dǎo)致豎爐內(nèi)的溫度驟冷驟熱，對(duì)豎爐內(nèi)耐火材料傷害比較大，也會(huì)增加豎爐的檢修次數(shù)，同時(shí)也影響了豎爐的作業(yè)率。陽(yáng)谷祥光銅業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)摸索后，去掉簸箕型加料口，用耐火料做內(nèi)襯，外面用鋼板做成圓形加料口，在溜槽和加料口間增加一段半圓管(材質(zhì)為碳化硅)進(jìn)行連接，半圓管的中心和加料口的中心在同一中心線上，半圓管向爐內(nèi)深入一段，半圓管底部離加料口約2 cm。這樣在保溫爐化滿銅液后，就可以進(jìn)行澆鑄，保溫爐可搖到-56°澆鑄位，豎爐可在澆鑄的同時(shí)繼續(xù)化銅。在對(duì)保溫爐加料口進(jìn)行改進(jìn)后，實(shí)現(xiàn)豎爐連續(xù)化銅，保溫爐可以隨時(shí)澆鑄陽(yáng)極板或銅模，不再受豎爐化銅的影響，減少了豎爐的停爐次數(shù)，這樣使單爐產(chǎn)出的陽(yáng)極板量比未進(jìn)行改造前多30～50 t，單爐產(chǎn)量達(dá)到140～160 t, 單爐增產(chǎn)幅度達(dá)78.6%～81.3%, 從而提高保溫爐的作業(yè)率，同時(shí)也減少了因停爐而引起的爐內(nèi)溫度變化，降低了對(duì)爐內(nèi)耐火材料的傷害。

4 實(shí)施效果

加大燒嘴附近保護(hù)磚的寬度，增大了燒嘴磚的的耐沖刷力，延長(zhǎng)了燒嘴的使用壽命，提高了豎爐作業(yè)率。

減少磚型，減少了修爐時(shí)間和降低了修爐勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了耐火材料的使用費(fèi)用。

改造保溫爐加料口，在澆鑄的同時(shí)可以繼續(xù)化銅。同等產(chǎn)量時(shí)，放銅溜槽、中間包、澆鑄包砌筑、烘烤次數(shù)相應(yīng)減少，耐火材料消耗也大幅下降，原來(lái)生產(chǎn)每噸銅需要消耗耐火材料約0.68 kg，而改造后生產(chǎn)每噸銅需要消耗耐火材料為約0.31 kg, 同時(shí)降低了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。

經(jīng)過(guò)改進(jìn)后，保證了豎爐和保溫爐熱態(tài)連續(xù)化銅。在進(jìn)行改造前豎爐、保溫爐每噸銅單耗為122 km3/t～135 km3/t，改造后由于減少了啟動(dòng)和停爐時(shí)烘爐的能量損耗，噸銅單耗維持在80 km3/t～85 km3/t之間。

5 結(jié)語(yǔ)

陽(yáng)谷祥光銅業(yè)“豎爐—保溫爐連續(xù)化銅”新工藝的成功應(yīng)用，降低了職工的勞動(dòng)強(qiáng)度，大幅度提升了加料效率，有效提高了產(chǎn)能及作業(yè)率，極大地降低了生產(chǎn)能耗，最終降低了生產(chǎn)成本。產(chǎn)能穩(wěn)定，獲得了良好的收益。在以后的生產(chǎn)過(guò)程中將進(jìn)一步拓展其應(yīng)用領(lǐng)域，并創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益。

[1]廖文江.新型的豎爐工藝在銅冶煉中的應(yīng)用[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2011,(12)：14-16.

[2]李志堅(jiān).碳化硅耐火材料的生產(chǎn)[J].有色冶煉,1982,(9):20-27.

[3]袁精華.熔銅爐設(shè)計(jì)[J].有色設(shè)備,2007,(3):19-23.

[4]袁輔平.豎爐熔銅工藝的實(shí)踐[J].工業(yè)爐,2008,(5):22-24.

Practiceofcontinuoussmeltingcopperprocesswithshaftfurnace-holdingfurnaceanditsapplication

ZHUO Xiang-liang, QI Mao-gang, DAI Xi

A modification of refractory of shaft furnace and charging hole of holding furnace was carried out by Yanggu Xiangguang Copper Co., Ltd., continuous production is achieved and productivity of holding furnace is enhanced, handling capacity of reject is increased and refractory and natural gas are consumed less.

shaft furnace; holding furnace; SiC brick; U profile pipe; charging hole

禚響亮(1978—)，男，山東臨沂人，碩士研究生在讀，工程師，從事銅冶煉生產(chǎn)技術(shù)管理工作。

TF811

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