倾动炉还原过程掺氮技术研究及应用

徐革雄（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

倾动炉还原过程掺氮技术研究及应用

徐革雄
（江西铜业集团公司 贵溪冶炼厂，江西 贵溪 335424）

江西铜业集团公司贵溪冶炼厂（简称贵冶）倾动炉车间原还原过程掺氮技术无法达到工厂节能、减排的要求，在生产实践中积累大量的经验后，对倾动炉还原过程掺氮技术进行了优化与改进。通过该技术应用倾动炉吨铜液化石油气单耗大幅度下降，液化石油气利用率得到提高，同时解决了倾动炉在还原启动、结束过程冒黑烟的问题。

倾动炉；还原；掺氮；液化石油气；技术

1 引言

贵冶倾动炉于2003年8月建成投产，单炉处理杂铜的设计能力为350t，还原脱氧采用液化石油气（英文简称：LPG）作为还原介质，LPG的利用率设计值约为44%，但是随着国家节能减排要求的提高，倾动炉现有液化石油气还原工艺无法达到节能、环保的要求，贵冶倾动炉经过对掺氮技术及原有还原工艺及设备进行了研究，经过技术改造实现倾动炉还原过程掺氮［1］。

2 倾动炉还原原理

杂铜经过氧化造渣及排渣后，铜水中的杂质被大部分脱除，但是铜水中还含有约8%的氧，铜中含氧过多，会造成铜变脆、延展性和导电性降低，不利于阳极板浇铸及电解［2］。因此必须用还原剂还原脱氧，还原剂有多种，包括木材、重油、天然气、氨、液化石油气等，倾动炉是用液化气石油作为还原介质［3］。

还原过程中燃烧器停止烧重油，但是燃烧器仍然提供1500～3000m3/h燃烧风，和加料门、渣门缝隙进入的空气一起促进溢出铜水的部分液化石油气进行不充分燃烧，同时使得炉膛内气流层保持一个还原气氛。

3 倾动炉还原掺氮

3.1 还原掺氮技术改造

倾动炉还原系统［4］是由DCS控制系统、流量

图1 倾动炉掺氮技术改造后氧化还原系统

3.2

还原掺氮过程控制

由于倾动炉还原启动前为了避免6根风管由于铜水倒灌凝固睹塞,液化石油气流量控制阀门需要提前打开30%,此时倾动炉从零位开始倾转，6根风管口处在铜水液面以上，进入炉内的液化石油气未与铜水接触反应,在炉膛内发生不完全燃烧，从而造成大量黑烟从倾动炉两个加料门、一个渣门及激冷环处冒出，造成环境污染。为了避免这一问题倾动炉经过摸索将还原启动过程的液化石油气流量阀门的开度控制在15%，氮气流量控制在200m3/h，当倾动炉角度倾转到17.5°，再将液化石油气的流量调整到正常设定值：700m3/h，氮气流量关闭，经过实践倾动炉启动过程中炉体冒黑烟得到解决，同时节约了液化石油气［5］。

倾动炉还原1～1.5h后，铜水中大部分氧已经反应脱除，700m3/h的液化石油气流量相对开始阶段过剩，部分液化石油气未与氧发生反应就溢出了铜水，为了提高此后液化石油气的使用效率，减少溢出铜水的液化石油气，经过试验摸索在此过程中倾动炉将液化石油气的流量下调至500～600m3/h，氮气流量控制在100～200m3/h，同时液化石油气和控制阀组、风管阀组组成，用于还原用的液化石油气通过流量控制阀组、6根风管阀组输送到炉内。为了实现倾动炉还原过程掺氮，技术人员经过研究在流量控制阀组与风管阀组之间增设一个掺氮口，并且增加一组氮气控制阀组，实现倾动炉还原过程掺氮。掺氮技术改进后倾动炉氧化——还原系统流程（如图1所示）。氮气总流量仍然控制在700m3/h，经过实践在此阶段液化石油气的利用率提高到约50%，同时还原时间没有明显增长。

铜水含氧量经过液化石油气的还原达到阳极铜浇铸要求，需要结束还原操作。以前未实现倾动炉还原掺氮技术改进，炉体从17.5°倾转到0°过程中会造成液化石油气浪费，而且造成严重冒黑烟，但是经过掺氮技术应用后，倾动炉经过实践摸索在还原结束倾转炉体的过程中将液化石油气的流量控制在450m3/h，氮气流量控制在250m3/h，经过改进还原结束倾转炉体的过程中冒黑烟的现象得到解决，避免了黑烟污染环境，而且节约了液化石油气。

4 倾动炉还原掺氮效果

倾动炉还原过程实现掺氮技术应用，液化石油气吨铜单耗得到大幅度下降，具体情况见（表1所示）。

倾动炉还原掺氮以后液化石油气的利用率提高到约50%,还原过程溢出铜水的液化石油气量降低,这部分液化石油气燃烧产生的烟气量得到降低，避免了黑烟溢出炉体，从而保护了环境［6］。

表1 2010-2013年倾动炉液化石油气单耗对比统计表kg/t.Cu

由于氮气是惰性气体，在高温铜水中不与任何元素发生化学反应，倾动炉实现掺氮技术后阳极铜化学质量正常，掺氮对阳极铜质量无影响。

倾动炉掺氮过程氮气流量与液化石油气流量总和保持不变，仍为700m3/h，所以还原过程气体搅拌力度基本不变，液化石油气接触铜水的概率变大，所以掺氮后还原更加均匀、还原时间未明显延长。

5 结束语

倾动炉取得还原掺氮技术研究及应用的成功，降低了吨铜液化石油气的消耗，吨铜液化石油气消耗从设计值的9kg/t.Cu下降到6.65kg/t.Cu；提高了液化石油气的还原效率，从设计值得44%提高到50%；减少了还原过程未反应液化石油气燃烧产生的烟气量，实现了倾动炉还原过程节能减排的目的。

［1］彭国诚. 倾动炉生产实践[J]. 中国有色冶金, 2004, 26(6):5-6.

［2］曾力丁. 阳极炉还原用液化石油气掺氮试验研究及生产实践[J] .有色冶炼, 1993(2):15-18.

［3］杨永丰. 倾动炉精炼还原终点判断的改进与探讨[J]. 江西冶金, 2006, 26(6):8-24.

［4］贵溪冶炼厂倾动炉车间岗位培训教材, 2008:56-57.

［5］钟耀球. 倾动炉掺氧掺氮自动控制方案的实施[A]. 中国仪器仪表学会2008学术年会第二届智能检测控制技术及仪表装置发展研讨会论文集[C]. 2008.

［6］袁剑平. 倾动炉述评[J]. 铜业工程, 2004(2):20-24.

Research and Application of Nitrogen-doped Technology in Tilting Furnace Reduction Process

XU Ge-xiong
（Guixi Smelter, Jiangxi Copper Corporation, Guixi 335424, Jiangxi, China）

The Nitrogen-doped technology in Guixi Smelter's tilting Furnace workshop could not achieve energy saving and the emission reduction requirements. The Nitrogen-doped technology was optimized and improved after accumulated with a wealth of experience in the production practice. With the application of this technology, the unit LPG energy consumption of tilting furnace was significantly decreased, and LPG utilization rate was improved. And the problem of black smoke during reduction start and end procedure was also solved at the same time.

tilting furnace；reduction；doped with nitrogen；LPG；technology

TF806

B

1009-3842（2015）03-0004-03

2015-01-23

徐革雄（1977-），男，湖北徐水人，本科，工程师，主要从事杂铜冶炼工艺等方面的研究。E-mail: xugexiong2003_hero@163.com