金隆閃速爐爐體冷卻系統(tǒng)改進(jìn)與實(shí)踐

1、doi：金隆閃速爐爐體冷卻系統(tǒng)改進(jìn)與實(shí)踐何建平，謝劍才，黃輝榮（金隆銅業(yè)有限公司，安徽銅陵244100）摘要 ：金隆閃速爐初始設(shè)計(jì)精礦處理量44 萬(wàn) t，目前已達(dá)到130 萬(wàn) t 以上。隨著精礦處理能力的加大，以及受原料市場(chǎng)精礦S/Cu 比的不斷提高，爐體反應(yīng)塔、三角區(qū)、 沉淀池頂與側(cè)墻等部位熱負(fù)荷不斷提升，維持爐體系統(tǒng)的高負(fù)荷生產(chǎn)與熱平衡的爐體冷卻系統(tǒng)成為歷次改造的工作重點(diǎn)。本文介紹了金隆閃速爐自投產(chǎn)后爐體冷卻單元的改進(jìn)與優(yōu)化。關(guān)鍵詞： 閃速爐；冷卻系統(tǒng)；改進(jìn)中圖分類(lèi)號(hào)：TF811文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)： 1007-7545（ 2018） 08-0000-00Improvement and

2、Practice of Flash Furnace Cooling System in Jinlong SmelterHE Jian-ping, XIE Jian-cai, HUANG Hui-rong(Jinlong Copper Co., Ltd, Tongling 244100, Anhui, China)Abstract ： Copper concentrate capacity is improved from original design capacity of 440 kt/a to 1 300 kt/a. Improvement of furnace cooling syst

3、em, which supports the balance between high concentrate load and furnace heat loads in reaction shaft, settler roof and side wall, R/S-settler joint area, is of significance in every plant repair periods,as a result of increased concentrate treatment capacity and raised S/Cu concentrate. The develop

4、ment and improvement in furnace cooling system is presented.Key words ： flash furnace; cooling system; improvement1 金隆冶煉工藝概況金隆銅業(yè)有限公司（下稱(chēng)金隆）采用閃速熔煉PS 轉(zhuǎn)爐吹煉回轉(zhuǎn)式陽(yáng)極爐精煉的火法冶煉工藝，1997年 4 月投產(chǎn)，初始設(shè)計(jì)陰極銅年產(chǎn)量10 萬(wàn) t。經(jīng)過(guò) 2000 年 15 萬(wàn) t、2005 年 21 萬(wàn) t、2007 年 35 萬(wàn) t、2010 年豎爐投產(chǎn) 45 萬(wàn) t 的歷程， 2016 年，陰極銅產(chǎn)量達(dá)到46.49 萬(wàn) t，閃速爐混合精礦處理量超過(guò)

5、130 萬(wàn) t/a。2 爐體冷卻系統(tǒng)改造前存在的問(wèn)題金隆閃速爐銅精礦投料量初始設(shè)計(jì)為1 352 t/d 1 ，目前已增加至3 600 t/d 以上，隨著生產(chǎn)能力的提升，初始設(shè)計(jì)的閃速爐在爐體結(jié)構(gòu)、爐體冷卻能力、冷卻元件設(shè)計(jì)等方面已經(jīng)難于適應(yīng)高熱負(fù)荷、高投料量、高冰銅品位、高富氧濃度等生產(chǎn)技術(shù)控制需要，爐體過(guò)熱、銅水套漏水頻繁發(fā)生等問(wèn)題日趨突出，爐體安全問(wèn)題逐步顯現(xiàn)。2.1 爐體冷卻系統(tǒng)初始設(shè)計(jì)金隆閃速爐初始設(shè)計(jì)精礦處理量56 t/h，反應(yīng)塔規(guī)格為5 m×7 m（拱頂），閃速爐各部位冷卻設(shè)計(jì)見(jiàn)表表 1 爐體各部位冷卻單元1。Table 1 Cooling units in flash

6、furnace部位反應(yīng)塔頂反應(yīng)塔壁反應(yīng)塔連接部三角區(qū)沉淀池側(cè)墻（ R/S 下部）沉淀池頂上升煙道連接部上升煙道頂冷卻元件H 梁銅管水平水套 +銅管翅片銅管H 梁銅管平板水套H 梁銅管翅片銅管H 梁銅管收稿日期 ： 2018-03-16作者簡(jiǎn)介： 何建平 (1986-) ，男，安徽懷寧人，工程師.2.2 各階段冷卻單元存在的問(wèn)題生產(chǎn)初期，反應(yīng)塔燃燒重油量700 kg/h，富氧風(fēng)氧濃50%，塔頂和塔壁過(guò)熱，耐火磚大面積發(fā)紅。1998 年6 月，塔頂 H 梁漏水， 1999 年 1 月，反應(yīng)塔連接部漏水，1999 年 9 月，反應(yīng)塔頂內(nèi)環(huán)、中環(huán)H梁中 8根銅管漏水，反應(yīng)塔頂狀況異常惡化，存在垮塌的危

7、險(xiǎn)。1999-2001 年連續(xù)的年度檢修改造后，生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到15 萬(wàn) t，到 2004 年，投料量達(dá)到95t/h 時(shí)，反應(yīng)塔計(jì)算熱負(fù)荷最高已經(jīng)超過(guò)1 760 MJ/(m 3·h)，超過(guò)反應(yīng)塔設(shè)計(jì)的可承受的最高負(fù)荷的上限1 560 MJ/(m 3·h)2 ，此時(shí)反應(yīng)塔上部銅管 5 圈 20 根燒損 18根、連接部 48 根銅管25 根燒損， 反應(yīng)塔水平水套20 塊燒損， 三角區(qū) 4 根中圈 H 梁、 4 根外圈 H 梁 8 根銅管全部燒損 3 。2005 年 35 萬(wàn) t 改造項(xiàng)目一步 21 萬(wàn) t 改造工程實(shí)施，閃速爐反應(yīng)塔內(nèi)徑由5 m 加大至 5.53 m ，閃速爐具備每

8、年 30 萬(wàn) t 礦銅所對(duì)應(yīng)精礦處理能力4 。投料量設(shè)計(jì)值 162 t/h，實(shí)際運(yùn)行時(shí)提高至165 t/h，由于內(nèi)徑擴(kuò)大，以及水平水套的增加，反應(yīng)塔熱負(fù)荷下降，掛渣較厚，需要提高煙氣溫度改善，造成初始設(shè)計(jì)的上升煙道冷卻能力不足，上升煙道頂5 根 H 梁靠近 FFB 側(cè) 2 根燒損、與沉淀池連接部15 根銅管 7 根漏水，耐火磚燒損嚴(yán)重。2007 年 35 萬(wàn) t 改造配套設(shè)施完成后，精礦設(shè)計(jì)處理量為3 680 t/d ，反應(yīng)塔正常熱負(fù)荷為31 840 MJ/(h m·)，反應(yīng)塔熱負(fù)荷最高達(dá)到32 302 MJ/(h35，2 160 MJ/(h m· )，但 2009 年 9

9、 月份反應(yīng)塔熱負(fù)荷在線運(yùn)行數(shù)據(jù)達(dá)到m·)投料量的增加及相應(yīng)熱負(fù)荷的上升，氣流及顆粒對(duì)耐火磚沖刷加劇，特別是反應(yīng)塔下部三角區(qū)，三角區(qū)H 梁燒損，耐火磚發(fā)紅，沉淀池頂H 梁燒損， 2008 年大修在三角區(qū)增加吊掛平板水套，保護(hù)H 梁。 2009 年大修在反應(yīng)塔出口三角區(qū)增加3 列 L 型吊掛平板水套保護(hù) H 梁。2010 年，閃速爐投料量由 160 t/h 提高至 170 t/h 的過(guò)程中，爐體過(guò)熱，沉淀池頂29 根水冷 H 梁中有 16 根漏水，反應(yīng)塔底南側(cè)矩形H 梁和東南弧形 H 梁完全燒損，反應(yīng)塔裙部蓋磚、三角區(qū)耐火磚發(fā)紅。2012 年沉淀池頂共計(jì)18 根拱形梁， 16 根 H 梁

10、其下銅管燒損， 僅其上水槽通水。 沉淀池南北側(cè)墻4#、10#燒嘴孔向東的煙氣區(qū)發(fā)紅嚴(yán)重。反應(yīng)塔頂東南側(cè)發(fā)紅，燒損嚴(yán)重。反應(yīng)塔第25 層水平水套被沖刷侵蝕嚴(yán)重，銅管已經(jīng)裸露，冷修時(shí)采取臨時(shí)補(bǔ)救措施，在反應(yīng)塔相鄰兩層水平水套之間增加一層環(huán)形立式水套（共計(jì)增加11 層）。2015 年大修，反應(yīng)塔第18 層水平水套有54 塊水平水套漏水，3 塊本體開(kāi)裂。3 爐體結(jié)構(gòu)與冷卻系統(tǒng)改造金隆閃速爐按年產(chǎn) 10 萬(wàn) t 陰極銅產(chǎn)能設(shè)計(jì)，作為一個(gè)買(mǎi)礦型冶煉廠，原料波動(dòng)大，實(shí)際配料與設(shè)計(jì)值存在較大偏差， 配料 S/Cu 比變化大， 同時(shí)隨著投料量的提升， 反應(yīng)塔容積成為制約熱平衡的重要因素之一。通過(guò)改造，增大反應(yīng)塔

11、容積、強(qiáng)化爐體冷卻，實(shí)現(xiàn)爐體安全與熱平衡。3.1 爐體結(jié)構(gòu)演變反應(yīng)塔是熔煉反應(yīng)主要區(qū)域，精礦在入爐瞬間分解、氧化、造渣，承受物化反應(yīng)的巨大熱負(fù)荷，同時(shí)產(chǎn)生的高溫?zé)煔?、熔體、煙塵離子沖刷反應(yīng)塔內(nèi)部耐火材料，因此對(duì)反應(yīng)塔的保護(hù)是閃速熔煉的必須關(guān)注的重點(diǎn)問(wèn)題。投產(chǎn)初期，出現(xiàn)塔頂發(fā)紅、存在垮塌的危險(xiǎn)，2000 年將反應(yīng)塔拱頂結(jié)構(gòu)改造為平頂結(jié)構(gòu)，取消H 梁，反應(yīng)塔高度由 7.0 m 下降至 6.68m。 2005 年，反應(yīng)塔內(nèi)徑通過(guò)上部外殼外擴(kuò)200 mm 、取消內(nèi)襯搗打料、側(cè)壁銅管和 20 mm 波紋管，內(nèi)襯 375 mm 變?yōu)?290 mm ，內(nèi)徑增至 5.53 m。2012 年，反應(yīng)塔高度提升60

12、0 mm ，高度達(dá)到7 280 mm 。2015 年，反應(yīng)塔原18 層水平水套改造為 3 層鋸齒水套，直徑5 602 mm 區(qū)域增加，爐容積增加。反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)與容積變化情況見(jiàn)表2。表 2反應(yīng)塔結(jié)構(gòu)與容積Table 2 Structure and volume of R/S反應(yīng)塔容積 /m3時(shí)間改造內(nèi)容2000年拱頂改平頂，高度下降 320 mm127.12005年內(nèi)徑增至 5 530 mm154.62012年反應(yīng)塔高度提升 600 mm171.12015年增加鋸齒水套高度174.03.2 冷卻單元的演變?cè)诋a(chǎn)能挖潛與改造過(guò)程中，對(duì)各區(qū)域的冷卻元件進(jìn)行改進(jìn)與試用。2000 年，反應(yīng)塔頂H 梁燒蝕、

13、80%以上銅管漏水，取消H 梁，改為平頂?shù)鯍齑u，燒嘴套件由預(yù)制件改為水套。2005 年，反應(yīng)塔壁水平水套由7 層增加至13 層，上部 5 層銅管改為蘿卜型水套，下部7 層銅管改為鋸齒型水套。上升煙道連接部銅管改為15 塊立式鋸齒水套，上升煙道頂部5 根 H 梁更換，東、西墻增加3 層水平水套。三角區(qū)H 梁更換 8根。2010 年，三角區(qū)吊掛磚全部改為臥式吊掛鋸齒水套，反應(yīng)塔下沉淀池側(cè)墻氣流區(qū)改為立式鋸齒水套。2012 年，反應(yīng)塔增加11 層環(huán)形水套，反應(yīng)塔頂?shù)鯍齑u全部改為吊掛臥式水套，沉淀池頂H 梁改為吊掛條形水套，上升煙道頂H 梁改為 8 塊吊掛條形水套，增加點(diǎn)檢孔和閘門(mén)水套。2015 年，

14、反應(yīng)塔下部倒F 型水套與7 層水平水套改為3 層鋸齒水套。目前金隆閃速爐爐體冷卻單元見(jiàn)表3。通過(guò)多次改造，金隆閃速爐已經(jīng)成功升級(jí)為一種具有強(qiáng)制冷卻面積大、易于拼裝等技術(shù)優(yōu)勢(shì)的冷卻單元組裝型閃速爐。表 3 2016 年?duì)t體各部位冷卻單元Table 3 Cooling units in furnace in 2016部位冷卻元件反應(yīng)塔頂臥式水套反應(yīng)塔壁水平水套 +環(huán)形水套 +鋸齒水套反應(yīng)塔連接部鋸齒水套三角區(qū)臥式水套沉淀池側(cè)墻（ R/S 下部）鋸齒水套 +傾斜平板水套沉淀池頂條形水套上升煙道連接部水平水套 +鋸齒水套上升煙道頂條形水套3.3 爐體冷卻單元改造趨勢(shì)通過(guò)表 1 與表 3 的比較，初期設(shè)

15、計(jì)的水冷元件難以達(dá)到強(qiáng)化冶煉的要求，翅片銅管耐沖蝕性能、H 梁銅管冷卻能力等等逐步被異型水套取代。隨著冷卻單元設(shè)計(jì)與制造技術(shù)的提升，鋸齒形水套冷卻面積大、傳導(dǎo)效率高，應(yīng)用范圍逐步增大。同時(shí)隨著新技術(shù)與材料的開(kāi)發(fā)應(yīng)用，無(wú)埋管鑄造水套、蒙奈爾合金水套等的研發(fā)試用，解決目前軋制水套、埋管鑄造水套存在的堵頭、結(jié)合率、銅管易燒蝕等問(wèn)題，冷卻能力與應(yīng)用范圍將進(jìn)一步拓寬，冷卻單元效果將繼續(xù)提升。3.4 爐體冷卻單元管理1)日常班組人員巡檢，觀察現(xiàn)場(chǎng)冷卻單元、進(jìn)出水情況。2)儀表人員通過(guò)冷卻單元水點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)，對(duì)溫度異常情況進(jìn)行確認(rèn)、排查（圖1）。3)爐內(nèi)點(diǎn)檢對(duì)冷卻單元的掛渣情況檢查。圖 1 金隆閃速爐爐體冷卻單元溫度監(jiān)控系統(tǒng)Fig.1 Temperature monitoring system of furnace cooling units4 結(jié)語(yǔ)投產(chǎn) 20 年來(lái)，金隆閃速爐通過(guò)爐體局部改造與強(qiáng)化冷卻，熔煉產(chǎn)能不斷提升，2016 年精礦處理量達(dá)到130萬(wàn) t。后續(xù)將通過(guò)操作優(yōu)化、技術(shù)創(chuàng)新與支持，成為熔煉能力適度、技術(shù)指標(biāo)一流、成本最低的銅冶煉工廠。參考文獻(xiàn)1鮑先誠(chéng)， 宋修明， 周俊 .金隆銅閃速熔煉生產(chǎn)實(shí)踐 M/