浅谈结焦抑制剂在奥炉的工业应用

代 杰， 金泽志， 盛柏青

(铜陵有色集团金昌冶炼厂， 安徽 铜陵 244010)

浅谈结焦抑制剂在奥炉的工业应用

代 杰， 金泽志， 盛柏青

(铜陵有色集团金昌冶炼厂， 安徽 铜陵 244010)

本文简述了结焦抑制剂在奥炉的工业应用及效果，使用化学药剂处理奥炉烟道及余热锅炉结焦，为解决烟道及锅炉结焦提供了新思路。

结焦抑制剂；奥炉；烟道；余热锅炉；原料成分

0 概述

近几十年来，世界铜冶炼技术有了很大的发展。但随着环境保护的日益严格，铜冶金工业面临着严峻挑战。铜冶炼方法较多，概括起来有火法和湿法两大类[1]。

火法炼铜是当今世界生产铜的主要方法，世界上80%的铜是用火法从硫化铜精矿中提取的[2]。火法冶金种类较多，目前国际上存在的主要火法炼铜工艺有闪速炉、反射炉、鼓风炉、诺兰达炉、奥斯麦特炉(艾萨炉)、三菱炉、特尼恩特炉、电炉等十几种冶炼工艺[3]。

奥斯麦特工艺自问世以来，由于其工艺的适应性和灵活性，加上经过不断改进、完善和发展，已经成为一套相当成熟的工艺，并广泛应用于各国的铜冶金领域[4]。

奥斯麦特技术是在20世纪70年代由约翰·弗洛伊德博士及其团队发明和开发的，是由最初的顶吹浸没喷枪(TSL)技术演变而来。该技术首先用于锡渣还原，弗洛伊德博士在1981年组建奥斯麦特公司后，推进该技术的商业化并将其应用范围扩展到了其它工艺，主要是有色金属领域。近年来，该技术也用于废料处理和炼铁。1984年，奥斯麦特公司开始涉足铜的生产。从此开始了TSL和奥斯麦特技术在铜冶金领域的应用[5]。

用于铜生产的奥斯麦特顶吹浸没喷枪(TSL)技术已被证明是一种低成本的技术，目前主要应用于熔炼过程。顶吹浸没熔炼属于熔池熔炼范畴，近年来发展较快[6]。该技术在精矿熔炼的应用中得到了普遍的认可，成为一种成熟及优选的熔炼方法。这一技术在吹炼中的应用也具有同样的优点，并且TSL吹炼现已成为了在铜冶金领域引人注目的新技术[7]。

奥斯麦特铜冶炼是以奥斯麦特炉为核心的火法炼铜工艺，可分为熔炼炉和吹炼炉。奥斯麦特炉是氧气顶吹浸没式熔池熔炼的代表炉型之一(另一种是艾萨炉)[8]。其示意图如图1所示。

图1 奥斯麦特炉示意图

奥斯麦特炉为圆柱型炉体结构，内衬铜水套和耐火材料[9]。喷枪直接插入到炉渣中200～300 mm(初期渣层厚度为500 mm)，把燃料和压缩空气自接送入熔体形成激烈的搅拌，在约1300 ℃高温下发生高强度的熔炼反应。通过炉渣传递氧势，这是与其他熔池熔炼不同之处。由于压缩空气与燃料在喷枪嘴处混介并燃烧，并以强大的压力搅动熔渣，加快了化学反应速度，同时搅动过程中产生喷溅，喷溅的炉渣挂在喷枪外，起到保护喷枪的作用[10]。

奥斯麦特炉主要设备包括加料设备、炉体、喷枪、除尘系统以及其他辅助设备，比如原料测定设备和运输系统，产品转移系统，空气输送系统，运输工具和测定系统，燃料传送和测定系统，水冷系统，产品操作系统，包括余热锅炉的气体回收系统以及烟尘回收系统等[11-12]。

1 结焦抑制剂的工业应用背景

金昌冶炼厂熔炼主工艺采用顶吹浸没式喷枪熔炼(AUSMELT熔池熔炼)工艺，配套贫化电炉，项目于2003年建成投产。设计能力为年处理铜精矿量33万t，经过技术升级和工艺改造，目前年处理铜精矿量达到70万t以上。

奥炉运行多年来，烟道以及余热锅炉对流区的结焦问题一直是困扰金昌冶炼厂生产的难题，主要影响如下：

(1)危害生产运行：结焦沉积缩小烟道通、对流区堵塞，导致炉压升高，SO2烟气外溢。

(2)限制产能提升：严重时需要停炉清理烟道及对流区结焦，增加非作业时间。

(3)危害员工安全：自2003年开炉以来一直采用人工清理办法(含爆破方法)来解决，但现场操作环境狭小，清理工作异常艰巨。

结焦是个很复杂的物理化学过程，它涉及燃烧、传热传质、灰分的潜在结焦倾向、灰粒子在在炉内运动以及灰粒与管壁间的粘附等复杂过程灰与受热面的粘附等复杂过程，至今还没有能定量描述结渣过程的数学模型。为有效减轻奥炉烟道和余热锅炉的结焦粘结问题，提高锅炉运行效率，尝试采用化学辅助手段，使用结焦抑制剂。

2 结焦抑制剂的作用原理

2.1 主要组成元素

结焦抑制剂是一种高熔点的、含有助燃剂的燃料添加剂，有效成分见表1。

表1 结焦抑制剂有效成分表

2.2 作用原理

通过提高结渣物的熔点，可以得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔点的化合物。灰渣可以通过自身重力、振打或吹灰器轻易被去除掉。

通过与硫化物和其它灰渣成分反应，导致灰渣碎裂，或者从坚硬、致密、不渗水的形式变为柔软、膨胀、多孔渗透性好的粉末，这种粉末可能通过烟气或吹灰器吹灰过程得以去除。

3 工业应用过程

通过论证，选择在奥炉上升烟道(7楼)北侧工作门和上升烟道(10楼)东侧测温孔作为结焦抑制剂的喷吹点。结焦抑制剂的工业应用分为：结焦抑制剂的喷吹、对给料机的试剂供给、空压机及管道监测。喷吹时间每次20 min，频率为每天12次，每天药剂总量为80～100 kg。规定每天对压缩空气除水器排水一次，每班操作人员定时对药剂喷入点进行检查，发现管路堵塞及时清理，保证药剂定时定量喷吹。2012年10月10日上午开始进行结焦抑制剂试验，调量阶段，锅炉结焦严重，每天为120 kg。试验的第二天，清理下降烟道灰斗时，焦体量明显比前天(未加药)大约多5～6倍，焦体比较变松散、易碎，表面成蜂窝状，焦体颜色有变化(以前为黑色发亮，加药后边灰褐色)。13日换枪时，打开10楼工作门里面的观察，上升烟道，烟道顶部，下降烟道，水冷壁部分排管外露，对流区前三组对流管束基本干净，无挂焦现象。余热锅炉第四组对流区有少量松散挂焦，但易被清理。10月13～18日号正常试验阶段，18号锅炉爆管，停炉检修，观察上升烟道、下升烟道、烟道顶部、斜坡等，表面基本干净，局部区域有薄薄的结焦，但受冷极易脱落。

4 工业应用前后数据统计及分析

4.1 工业数据采集

采集了结焦抑制剂应用前后奥炉处理量、余热锅炉给水量等相关技术参数，并对结焦抑制剂应用前后的数据进行了统计，具体见表2。

表2 结焦抑制剂应用前后数据统计表

4.2 工业应用相关分析

结焦抑制剂10月10日开始试用，根据奥炉当班工长反映，11日早班巡检发现下降烟道有大量焦块下落。观测下降烟道灰斗现场，下落的并不是熔融物，而是表面受热的固体小颗粒(在管道上吸附的可能大大降低)，落到灰斗底部迅速冷却。中班清理下降烟道灰斗时，从烟道清理出大量焦块，具体见图2。

图2 烟道焦块图

结焦抑制剂工业应用后，余热锅炉蒸发量明显上升并趋于稳定，换热效果比较良好，分析有以下三个因素：

(1)结焦抑制剂与烟灰中的低熔点物质反应，得到干燥的、易碎的、不易粘附的高熔点的化合物，有效降低了奥炉烟道内壁及余热锅炉管道的粘附物。

(2)奥炉自9月以来采用低风量操作，减轻了奥炉熔体喷溅，降低了奥炉烟气量(根据氮气换算，奥炉系统烟气量减少12000 m3)。

(3)奥炉入炉原料以进口矿为主(Pb、Zn含量比较低)，原料成分波动相对较小，烟灰成分相对稳定。

5 工业应用效果

5.1 奥炉焦块致密度情况

通过结焦抑制剂的工业试用，灰渣变得酥松易脆，没有形成结构紧密的焦块的渣块，具体见图3、图4。

图3 结焦抑制剂使用前的焦块

图4 结焦抑制剂使用后的焦块

5.2 奥炉烟道情况

使用结焦抑制剂以后，焦块一般会在正常生产期间由于自身重力自然落或被振打击落下来，奥炉烟道结焦状况得到了一定遏制，具体见图5、图6。

图5 上升烟道内壁

图6 上升烟道顶部

5.3 余热锅炉对流区管道情况

观察余热锅炉对流曲管束，对流区第1、2组仍有一定的粘结，但粘结烟灰的致密程度有一定改善——比较松散，容易清理，后3组基本干净，具体见图8。

图7 对流区前两组

图8 对流区后3组管道

6 结论

通过结焦抑制剂在奥炉的工业应用，上升、下降烟道焦块变得干燥、酥松，余热锅炉对流区管道粘附较试用前有明显改善，“结焦抑制剂”对缓解奥炉结焦问题起到了一定作用。但“结焦抑制剂”处理奥炉结焦问题只是一种手段，问题解决的根源主要依靠奥炉原料控制，生产工艺技术指标控制，铜酸系统平衡生产等等。下一步的主要研究是建立与奥炉料量、原料成分(主要Pb、Zn含量)紧密相连的喷吹方式：原料正常、炉体喷溅轻时，减少喷入量或者停止喷吹；原料成分复杂、炉体喷溅严重时，喷吹量适当提高。

[1] 陈国发.重金属冶金学[M].北京：冶金工业出版社，2010：9-10.

[2] 李明照，许并杜.铜冶炼工艺(第二版)[M].北京：化学工业出版社，2012：7-8.

[3] 陈淑萍，伍赠玲，蓝碧波，等.火法炼铜技术综述[J].铜业工程，2010，(4)：44-49.

[4] 云斯宁，蒋明学，刘建龙.奥斯麦特技术和艾萨技术[J].耐火材料，2002，36(增刊)：58-60.

[5] John Floyd.奥斯麦特技术[J].有色金属(冶炼部分)，2000，(02)：16-17.

[6] 蒋继穆.顶吹浸没熔炼技术在我国的进展[J].有色冶炼，2001，(5)：1-4.

[7] 李卫民摘译.奥斯麦特技术—铜吹炼的发展[J].中国有色冶金，2009，(1)：1-5.

[8] 唐谟堂.火法冶金设备[M].长沙：中南大学出版社，2011：211-215.

[9] 胡丕兴.提高奥斯麦特炉炉衬寿命的研究[D].江西理工大学，2011.

[10] 李样人.奥斯麦特工艺—21世纪的铜生产工艺[J].中国有色冶金，2008，(1)：6-11.

[11] 陈之若.奥斯麦特炉熔炼技术[A].第八届全国锡锑冶炼及加工生产技术交流会论文集[C].2006.

[12] 宋兴诚，黄书泽.奥斯麦特炉炼锡工艺与生产实践[J].有色冶炼，2003，(2)：15-21.

IntroductionofCokingInhibitorAppliedinAusmeltFurnace

DAI Jie， JIN Ze-zhi， SHENG Bai-qing
(Jinchang Smelting Factory, Tongling Nonferrous Metals Group, TongLing 244000, China)

This paper describes industrial application and effect of coking inhibitors in Ausmelt furnace, uses chemical agent to dispose baking coal in Ausmelt furnace and waste heat boiler flue, and puts forward a new idea of disposing baking coal in flue and waste heat boiler.

coking inhibitor； ausmelt furnace； flue； waste heat boiler； raw material ingredient

2014-09-26

代 杰(1982-)，男，安徽铜陵人，冶炼工程师，大学本科，主要从事铜火法冶炼和铜电解精炼工作，现任金昌冶炼厂电解车间副主任。

金泽志(1973-)，男，安徽桐城人，冶炼高级技师，大学专科，主要从事铜火法冶炼工作，现任金昌冶炼厂熔炼车间转炉值班长。

TF804

B

1003-8884(2014)06-0029-04

盛柏青(1963-)男，安徽桐城人，冶炼高级技师，大学专科，主要从事铜火法冶炼工作，现任金昌冶炼厂生产技术部部长。