曾慶康，金澤志

（銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司，安徽 銅陵 244000）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

銅陵有色金昌冶煉廠（原銅陵有色第二冶煉廠）為銅陵有色的全資分公司，1978年建成投產(chǎn)，采用鼓風(fēng)爐熔煉工藝。2006年改造后采用“奧爐熔煉—PS轉(zhuǎn)爐吹煉—固定反射式陽(yáng)極爐精煉—小極板常規(guī)電解”生產(chǎn)工藝，規(guī)模為礦銅產(chǎn)量15萬(wàn)噸/年，硫酸產(chǎn)量56.55萬(wàn)噸/年。

為提升銅冶煉工藝技術(shù)水平，促進(jìn)節(jié)能減排，更好地適應(yīng)環(huán)境保護(hù)法更加嚴(yán)格的環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)要求，滿足社會(huì)對(duì)“綠水青山就是金山銀山”的期許，銅陵有色金昌冶煉廠技術(shù)升級(jí)改造項(xiàng)目“奧爐改造工程”（以下簡(jiǎn)稱“本項(xiàng)目”）于2013年11月29日經(jīng)銅陵有色集團(tuán)公司董事會(huì)批準(zhǔn)通過(guò)，2014年6月19日獲銅陵市發(fā)展和改革委員會(huì)關(guān)于本項(xiàng)目的備案文件（銅發(fā)改工業(yè)[2014]206號(hào)），2016年3月18日破土動(dòng)工，歷經(jīng)2年建設(shè)期，于2018年3月18日點(diǎn)火生產(chǎn)。

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)規(guī)模為陰極銅200kt/年，以銅精礦為原料，采用“倉(cāng)式配料—頂吹爐熔煉—電爐沉降貧化—智能數(shù)控吹煉爐吹煉—回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉”冶煉工藝。

2 陽(yáng)極爐工序簡(jiǎn)介

陽(yáng)極爐工序配有兩臺(tái)550噸回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐和一套能力為100t/h的雙圓盤澆鑄機(jī)，每臺(tái)陽(yáng)極爐每批次可處理2爐吹煉爐粗銅。陽(yáng)極爐一端配有稀氧燃燒裝置，采用天然氣為燃料，為爐體提供熱量；每臺(tái)爐體設(shè)有4個(gè)氧化還原風(fēng)口，氧化期鼓入壓縮空氣，還原期鼓入天然氣+氮?dú)猓粻t口逸出少量煙氣由環(huán)集煙罩收集后進(jìn)入環(huán)集脫硫處理；澆鑄時(shí)，銅水經(jīng)溜槽進(jìn)入澆鑄系統(tǒng)，溜槽上方設(shè)有保溫?zé)?；雙圓盤產(chǎn)出的合格銅陽(yáng)極板用叉車送電解車間。[1]

陽(yáng)極爐工序工藝流程如下圖所示：

圖1 陽(yáng)極爐工序工藝流程圖

3 設(shè)計(jì)優(yōu)化

3.1 陽(yáng)極爐集煙裝置

回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐為臥式圓形爐體，根據(jù)工藝需求，開設(shè)有爐口、出銅口、出煙口、氧化還原口、燒嘴安裝口等工藝管口。在火法精煉過(guò)程中，因爐內(nèi)氣壓波動(dòng)或調(diào)整，會(huì)產(chǎn)生大量煙氣從爐口逸出，逸出煙氣經(jīng)環(huán)集煙罩收集后進(jìn)入環(huán)集脫硫系統(tǒng)，煙氣處理達(dá)標(biāo)后排放。

圖2 陽(yáng)極爐新型環(huán)集煙罩

圖3 陽(yáng)極爐爐口水套示意圖

目前國(guó)內(nèi)各大冶煉廠主要采用設(shè)置在爐口上方的固定式環(huán)集煙罩來(lái)進(jìn)行煙氣的收集，這種煙罩由于需要避讓大型銅包的加料動(dòng)作，外形及開口尺寸較大，導(dǎo)致漏風(fēng)率特別大且易變形，從而嚴(yán)重影響煙氣的收集效率，所收集的煙氣約90%以上是環(huán)境空氣，這樣帶來(lái)后續(xù)的煙氣處理成本較高；這種煙罩啟閉過(guò)程繞一側(cè)軸呈扇形旋轉(zhuǎn)，動(dòng)作空間需求較大；由于爐口或爐口上配置的爐口蓋結(jié)渣、變形等原因，爐蓋與爐口無(wú)法完全密封，特別是在銅精煉的還原期時(shí)有瞬時(shí)大量煙氣從爐蓋四周逸出，傳統(tǒng)煙罩無(wú)法滿足逸出煙氣的有效收集。

為降低無(wú)效空氣收集量、提高煙氣收集效率、降低后續(xù)煙氣處理成本，打造“綠色環(huán)保”型企業(yè)，在滿足回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐整個(gè)壽命周期內(nèi)各階段作業(yè)需求條件下，本項(xiàng)目集思廣益，大膽創(chuàng)新，最終發(fā)明了新式“回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐集煙裝置”，見圖2。該集煙裝置由回轉(zhuǎn)臂、煙罩、爐口蓋、其他集煙管件組成，其最大特點(diǎn)是能跟隨爐體轉(zhuǎn)動(dòng)，能滿足爐體各種角度及各種作業(yè)狀態(tài)下的集煙需求，漏風(fēng)率低，極大減少無(wú)效空氣的吸入，不僅能有效收集爐口逸出煙氣、改善現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)環(huán)境，同時(shí)極大降低陽(yáng)極爐工序環(huán)集氣量，降低后續(xù)煙氣處理成本。

3.2 爐口水套優(yōu)化

回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐爐口作為高溫熔融態(tài)粗銅、高溫液態(tài)爐渣及高溫?zé)煔馔ǖ?，反?fù)受到液體、氣體沖刷、洗蝕，同時(shí)會(huì)受到行車、爐口機(jī)等大型設(shè)備作業(yè)造成的外界機(jī)械沖擊力，作業(yè)環(huán)境極為惡劣，為延長(zhǎng)陽(yáng)極爐爐口使用壽命、提高作業(yè)效率，爐口四周一般配置鋼制水套。

本項(xiàng)目陽(yáng)極爐爐口水套初始設(shè)計(jì)除下爐口水套板厚100mm外其他三面水套板厚均為60mm?？紤]到粗銅常常夾帶少量吹煉渣，而本項(xiàng)目吹煉渣為FeO-SiO2渣型[2]，含有大量Fe3O4，具有強(qiáng)氧化性，容易侵蝕水套鋼殼；如前所述，陽(yáng)極爐進(jìn)料、清理爐口時(shí)，爐口可能會(huì)到粗銅包的撞擊以及爐口機(jī)的直接沖擊，容易造成水套彎曲變形，進(jìn)而可能造成爐口發(fā)紅、燒穿以及漏水放炮事故；本項(xiàng)目回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐一側(cè)端墻上配有稀氧燃燒裝置，采用天然氣作為燃料，99.6%的純氧作為助燃?xì)怏w，火焰中心溫度較高，水套受到熱對(duì)流、熱輻射影響不均，火焰沖擊面影響最為嚴(yán)重。

為提高水套抗高溫、抗侵蝕、抗外力、抗變形的能力，以提高水套使用壽命，將水套鋼殼厚度全部增加大100mm，并將水套內(nèi)部水道直徑由28mm增加至30mm，提高水套被冷卻效果。

圖4 優(yōu)化前爐前平臺(tái)布局

圖5 優(yōu)化后爐前平臺(tái)布局

3.3 爐前平臺(tái)布局優(yōu)化

本項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)能20萬(wàn)噸/年，陽(yáng)極爐配置2臺(tái)套，鏡像對(duì)稱布置，為合理利用空間，兩臺(tái)爐體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)均布置在兩臺(tái)爐體之間，驅(qū)動(dòng)上方為操作平臺(tái)和DCS控制室。

設(shè)計(jì)之初將稀氧燃燒閥組、氧化還原閥組均布于DCS控制室前方操作平臺(tái)上，以將設(shè)備均布于平臺(tái)各區(qū)域，條理清晰，管路布局簡(jiǎn)單；操作平臺(tái)南側(cè)設(shè)樓梯通往出銅溜槽區(qū)域，方便操作人員巡點(diǎn)檢爐體驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)及出銅溜槽區(qū)域各設(shè)備設(shè)施；爐前設(shè)氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)，進(jìn)出料時(shí)平臺(tái)抬起，爐前作業(yè)時(shí)平臺(tái)落下，方便人員爐前操作。

臨近投產(chǎn)前，設(shè)備、設(shè)施、工器具等各種材料逐步配置到位，原來(lái)平臺(tái)布局方案不適宜之處開始暴露：1、閥組布置位置占地過(guò)大，操作人員爐前取樣、拆裝燒嘴、燒氧均需要較大安全作業(yè)空間；2、爐前氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)故障率高，影響正常作業(yè)；3、南側(cè)樓梯占用出銅溜槽檢修空間，且處于出銅溜槽上方，屬高溫區(qū)域，上下樓梯存在安全隱患；

針對(duì)以上問(wèn)題，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及工藝操作需求，對(duì)爐前平臺(tái)進(jìn)行了局部?jī)?yōu)化：

（1）4套閥組重新選址布置，2套稀氧燃燒閥組布置于新增9米懸挑平臺(tái)上，2套氧化還原閥組布置于米平臺(tái)下方，讓出爐前作業(yè)空間；

圖6 出銅溜槽初步設(shè)計(jì)方案

圖7 出銅溜槽優(yōu)化后方案

圖8 溜槽活動(dòng)段及延伸方向示意圖

圖9 溜槽固定段及擴(kuò)大方向示意圖

圖10 優(yōu)化后溜槽活動(dòng)段及底部移動(dòng)小車

（2）取消氣動(dòng)翻轉(zhuǎn)平臺(tái)，改為活動(dòng)小車，徹底消除平臺(tái)翻轉(zhuǎn)故障對(duì)生產(chǎn)造成的影響；

（3）取消原南側(cè)出銅溜槽區(qū)域樓梯，改至平臺(tái)東南側(cè)，于平臺(tái)南側(cè)電氣室平臺(tái)聯(lián)通，在不影響正常點(diǎn)檢需求情況下，還可作為安全通道使用；

3.4 出銅溜槽及附屬設(shè)施優(yōu)化

出銅溜槽作為連接陽(yáng)極爐和圓盤澆鑄機(jī)的橋梁，負(fù)責(zé)將爐體出銅口處排出的高溫銅水引導(dǎo)至圓盤澆鑄系統(tǒng)，期間需維持銅水溫度穩(wěn)定，確保銅水在流動(dòng)過(guò)程不會(huì)與周邊空氣、溜槽內(nèi)耐火材料反應(yīng)或夾帶其他雜質(zhì)，以保證陽(yáng)極板化學(xué)成分及物理外觀符合電解精煉需求。

圖11 溜槽上方單軌葫蘆吊

回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐采用間斷式作業(yè)方式，每爐次澆鑄結(jié)束后，需對(duì)出銅溜槽活動(dòng)段和固定段進(jìn)行清理挖補(bǔ)?；顒?dòng)段因殘留較多冷銅必須更換后進(jìn)行清理挖補(bǔ)；固定段因設(shè)有保溫?zé)毂兀瑑H溜槽表面粘結(jié)少量渣和銅，人工現(xiàn)場(chǎng)清理后即可繼續(xù)使用。

設(shè)計(jì)之初，澆鑄結(jié)束后，出銅溜槽活動(dòng)段首先由其上方電動(dòng)葫蘆拉動(dòng)，使其與固定段分開，后由爐體前方的車輛或起重設(shè)備通過(guò)鋼絲繩等措施將活動(dòng)溜槽拉出，檢修后的活動(dòng)段溜槽由叉車倒運(yùn)至安裝位置后，再次通過(guò)活動(dòng)段上方電動(dòng)葫蘆調(diào)整位置。該辦法檢修過(guò)程繁瑣，且在爐體周邊作業(yè)時(shí)間較長(zhǎng)，存在安全隱患。

為提高現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)安全性及工作效率，將出銅溜槽活動(dòng)段與固定溜槽連接位置由南北方向（圖6）改為東西方向（圖7）；同時(shí)為溜槽活動(dòng)段底部配置移動(dòng)小車（圖10），當(dāng)澆鑄結(jié)束后，直接通過(guò)遙控器遠(yuǎn)程操作將溜槽活動(dòng)段移動(dòng)到安全區(qū)域；調(diào)整后，考慮到爐體出銅初始位置較高，銅水流出距離較遠(yuǎn)，為防止銅水流出，將溜出活動(dòng)段南側(cè)增加0.5米（圖8），以擴(kuò)大活動(dòng)段有效作業(yè)范圍；為提高出銅溜槽保溫效果及使用壽命，溜槽固定段寬度由230/430 （底部/頂部）mm擴(kuò)大至360/560mm，高度由450mm增加至500mm（圖9），底部及邊緣砌筑鎂鉻磚，工作層砌筑碳化硅預(yù)制件，一方面提高溜槽保溫性能，同時(shí)能提高溜槽漏銅的抗風(fēng)險(xiǎn)能力；溜槽上部增設(shè)單軌葫蘆吊（圖11），軌道沿溜槽走向布置，溜槽檢修時(shí)，采用葫蘆吊將蓋板或溜槽預(yù)制件吊運(yùn)至行車作業(yè)區(qū)域，由行車吊運(yùn)至指定區(qū)域，該方案解決了溜槽預(yù)制件完全依賴人工更換而帶來(lái)的工作量大、檢修時(shí)間長(zhǎng)的弊端。

3.5 圓盤澆鑄機(jī)部分設(shè)施優(yōu)化

圓盤澆鑄機(jī)作為銅冶煉核心設(shè)備，負(fù)責(zé)將火法冶煉工藝生產(chǎn)出的熔融態(tài)陽(yáng)極銅轉(zhuǎn)變?yōu)橄掠喂ば蛩璧年?yáng)極板，其運(yùn)行穩(wěn)定性直接關(guān)系到陽(yáng)極板合格率和生產(chǎn)作業(yè)周期，進(jìn)而影響到陽(yáng)極板產(chǎn)量和噸銅成本，在整個(gè)銅冶煉工藝中占有重要地位。

按照陽(yáng)極板澆鑄流程，圓盤澆鑄機(jī)分為澆鑄系統(tǒng)、圓盤本體、噴淋水冷卻系統(tǒng)、廢板機(jī)系統(tǒng)、取板機(jī)系統(tǒng)、噴涂系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等。

自圓盤澆鑄機(jī)投入使用以來(lái)，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求，做出如下優(yōu)化改造：

（1）噴淋水系統(tǒng)分為下噴淋與上噴淋兩部分，下噴淋用于銅模的冷卻，上噴淋用于陽(yáng)極板成型及冷卻。圓盤使用初期，因下噴淋管道布局不夠理想，造成銅模中心區(qū)域溫度偏高，銅模內(nèi)部溫度分布不均造成局部變形，進(jìn)而造成陽(yáng)極板尺寸出現(xiàn)偏差，影響合格率及使用效果。后根據(jù)銅模溫度分布情況，結(jié)合圓盤本體框架布局，充分利用現(xiàn)場(chǎng)空間，重新設(shè)計(jì)制作噴淋管，提高冷卻效果和溫度分布均勻程度。

（2）原設(shè)計(jì)時(shí)噴涂系統(tǒng)共4個(gè)噴嘴，其中1個(gè)固定噴嘴噴涂銅模頂針區(qū)域、2個(gè)噴嘴噴涂?jī)蓚?cè)耳部區(qū)域、1個(gè)擺動(dòng)噴嘴噴涂銅模模膛，因模膛區(qū)域面積大需要噴涂量大、耳部及頂針區(qū)域小需要噴涂量少，該噴嘴設(shè)計(jì)方式導(dǎo)致脫模劑噴涂量與實(shí)際需求量截然相反，導(dǎo)致脫模效果不佳。后將頂針處噴嘴取消，增加1個(gè)擺動(dòng)噴嘴，延長(zhǎng)擺動(dòng)噴嘴噴涂時(shí)間，減少耳部噴涂用量，提高脫模劑有效使用率及脫模效果。

（3）本項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初僅考慮到自用陽(yáng)極板澆鑄，取板機(jī)尺寸、水槽尺寸均按照該尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，由于生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)需要，除自用陽(yáng)極板外，還承擔(dān)其他單位不同規(guī)格陽(yáng)極板加工，在分析本廠及外部單位陽(yáng)極板尺寸存在的差異及共同點(diǎn)的基礎(chǔ)上，對(duì)取板機(jī)尺寸及水槽尺寸進(jìn)行了調(diào)整和改動(dòng)，使之滿足不同規(guī)格陽(yáng)極板生產(chǎn)需要。

（4）液壓站冷卻水管路改造。原設(shè)計(jì)圓盤澆鑄機(jī)液壓站冷卻水管路與陽(yáng)極爐排煙風(fēng)機(jī)共用同一根主管，設(shè)備調(diào)試期間，發(fā)現(xiàn)液壓站冷卻回水受風(fēng)機(jī)冷卻回水影響，無(wú)法正常循環(huán)流動(dòng)，導(dǎo)致圓盤澆鑄機(jī)頻頻因液壓油溫超過(guò)65度而跳車，后重新為液壓站重新輻射獨(dú)立給排水管路，該問(wèn)題未再出現(xiàn)。

（5）圓盤澆鑄機(jī)地溝增加格擋措施，本項(xiàng)目圓盤澆鑄機(jī)自5月份投入生產(chǎn)，至11月份，突然出現(xiàn)圓盤液壓系統(tǒng)跳車無(wú)法動(dòng)作問(wèn)題，經(jīng)查發(fā)現(xiàn)是由于地溝內(nèi)蒸汽沿地溝進(jìn)入液壓控制柜造成設(shè)備跳車，為防止該問(wèn)題對(duì)生產(chǎn)造成持續(xù)甚至更為嚴(yán)重影響，通過(guò)在地溝中間部位增加格擋措施，隔絕蒸汽影響，確保設(shè)備運(yùn)行安全。

（6）增加現(xiàn)場(chǎng)急停按鈕，因圓盤澆鑄機(jī)自動(dòng)化程度高、作業(yè)時(shí)間長(zhǎng)，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員長(zhǎng)時(shí)間處于高溫、高強(qiáng)度作業(yè)環(huán)境下，為防止作業(yè)人員在轉(zhuǎn)動(dòng)的圓盤澆鑄機(jī)區(qū)域及高溫區(qū)域出現(xiàn)意外，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)布局及人員作業(yè)區(qū)域范圍，在圓盤澆鑄機(jī)兩個(gè)噴涂罩立柱表面分別增加1個(gè)急停按鈕，當(dāng)突發(fā)情況出現(xiàn)時(shí)，可預(yù)防或防止事故的發(fā)生、擴(kuò)大。

4 使用效果及結(jié)論

本項(xiàng)目自2018年3月點(diǎn)火，經(jīng)過(guò)近一年的實(shí)踐驗(yàn)證，前述的優(yōu)化改造措施極為必要和成功，陽(yáng)極爐工序作為銅陵有色銅冶煉工藝技術(shù)升級(jí)改造項(xiàng)目“奧爐改造工程”的一個(gè)子項(xiàng)，其各項(xiàng)優(yōu)化改造措施為打造“安全、環(huán)保、高效”的銅冶煉企業(yè)奠定了一定的基礎(chǔ)。