φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉的设计

李 栋， 崔大韡

(中国恩菲工程技术有限公司， 北京 100038)

0 引言

广西金川40万t/a铜冶炼工程于2011年启动详细设计工作，2013年11月熔炼系统投产，2014年初吹炼和精炼系统投产。该工程采用奥图泰的闪速熔炼+闪速吹炼工艺，其中闪速吹炼炉由奥图泰公司负责详细设计并部分供货；闪速熔炼炉详细设计由中国恩菲工程技术有限公司完成，全部国内制造安装。中国恩菲曾设计了金川镍合成闪速炉、铜合成闪速炉，在总结以往经验的基础上，对φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉进行了创新设计，该炉顺利建成投产后，经过三年多的生产运行取得了良好的使用效果。本文重点介绍该闪速熔炼炉的结构设计特点。

1 φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉基本概况

φ7 m×8 m闪速熔炼炉由反应塔、沉淀池和上升烟道组成。炉料在反应塔的高温空间内迅速完成熔炼反应。反应生成液态铜锍和炉渣落入反应塔下部的沉淀池中，在沉淀池继续完成造渣及沉淀分离过程。铜锍放出经水淬、脱水、磨矿后送至吹炼炉吹炼。熔炼炉渣经渣包车送渣缓冷场进行缓冷，缓冷后的炉渣送渣选矿厂进行选矿。熔炼炉产出的烟气经上升烟道进入余热锅炉回收余热、电收尘净化后送酸厂制酸。φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉的主要技术性能参数见表1，结构简图见图1。

表1 φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉的主要技术性能参数

图1 φ7 m×8 m闪速熔炼炉简图

2 φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉的创新设计

2.1 反应塔

反应塔是闪速炉的核心。由于反应塔内温度高，热强度大又有气流冲刷，为保证其寿命，除采用优质镁铬砖砌筑外，还加大了反应塔的冷却强度。塔身设有1层T形水套、15层平水套和1环齿形水套。T形水套应用于反应塔上部塔壁，加强反应塔上部塔壁的冷却，消除了此处冷却的薄弱环节。反应塔上部5层平水套间距390 mm，之间镶嵌3层砖，中下部10层平水套间距287 mm，仅镶嵌2层砖，加密的平水套加大了反应塔中下部的冷却强度。反应塔中部钢壳，托水套的法兰不再伸入炉壳内部，增加了反应塔平水套与砖体的接触面积，增强铜水套对耐火砖的冷却强度。反应塔最下部是1圈吊挂齿形水套，受烟气冲刷的半圈齿形水套在下部表面增加喷涂耐磨、耐高温合金，加强了此区域齿形水套的抗冲刷磨损的能力；齿形水套高约1 670 mm，较以往的设计加高了约300 mm，不仅提高该区段的冷却强度，同时也方便齿形水套的检修与更换。反应塔顶采用平顶吊挂砖结构，熔炼炉采用这种结构，维护检修方便，使用寿命也能满足要求。反应塔整体仍采用上部八角梁支撑结构，塔身处于悬吊状态，可以向下自由膨胀。

2.2 沉淀池

沉淀池渣线长度～26 m，渣线宽度～9.2 m，熔池深度1.2 m，上部炉膛高度1.8 m，炉底厚度1.55 m。沉淀池采用恩菲专利技术的外倾10°角斜炉墙，这种结构有利于砖体稳定、砖体与水套的贴紧、砖体的膨胀。渣线以下熔池部分采用立水套冷却，立水套紧贴炉壳，由三角铁支撑；新设计的立水套互相之间搭接40 mm，实现了对熔池区域炉墙耐火砖的全冷却保护，避免水套之间预留安装间隙造成熔体渗漏的隐患；同时，水套的搭接设计考虑了立水套安装及拆卸便利性。渣线以上的炉墙，前段反应塔周边上炉墙新设计了特殊的E形水套，其他区段布置了3层平水套，E形水套不仅冷却强度大，而且可承托砖体。实践也证明了E形水套在此区域能够起到抗气流强烈冲刷的作用。沉淀池骨架采用恩菲专利技术整体弹性结构，由底梁、立柱、上下夹持梁、拉杆、涡卷弹簧组成。整体弹性骨架可以保证砖体所需的夹紧力，使砖体同步、均匀的膨胀。整体弹性骨架结构广泛应用于中国恩菲设计的各种矩形炉，该技术成熟可靠，调整弹簧预紧及受力大小，在烘炉及投料生产过程中能够将炉子纵横两方向的膨胀量控制在合理范围之内，既能保证砖体处于均匀挤紧状态，又能保证砖体受力不会过大，是延长炉体的重要条件。底梁采用工字钢制作的双层网状结构，只承受沉淀池及熔体的重量，单独设计直通的纵向拉杆和横向拉杆，承受炉体的夹紧力。拉杆通过整根的夹持梁夹紧立柱，夹持梁起平衡和保持炉体同步膨胀的作用。

2.3 上升烟道

在反应塔和上升烟道之间的沉淀池炉顶采用拱顶结构，无“H”形水冷梁，以吊挂铜水套梁代替。水套梁之间是吊挂砖，吊挂铜水套起冷却吊挂砖的作用，并防止砖的轴向移动。从反应塔来的烟气流至拱顶时，由于截面积增大烟气流速减小，有利于烟尘的降低，而且拱顶烟气的密封性也比较好。在沉淀池炉顶反应塔下方周围平顶区域，是吊挂铜水套，以

防止反应塔烟气冲刷损坏。上升烟道与反应塔的中心距为19.5 m，上升烟道由两侧墙、端墙、喉口部斜墙、上升烟道顶和出烟口装置构成。上升烟道采用上部悬吊的结构形式，除出烟口装置外的整个上升烟道的重量通过27根吊杆转换至承重梁上，出烟口装置单独由另外4根吊杆悬吊。两侧墙、端墙有若干排平水套。出烟口装置设计特殊，是铜水套组合体，水套用厚铜板钻孔制作。这种结构可以耐高温、抗高尘烟气的冲刷。上升烟道两侧墙下部是齿形水套，抗烟气进入上升烟道时的冲刷。上升烟道顶采用钢架固定铜水套梁支撑的整体浇注料结构，密封性比吊挂砖结构大大增强；副烟道座和副烟道盖为铜水套结构，降低烟气对副烟道口的冲刷，减少烟尘粘结。

3 φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉投产运行情况

φ7 m×8 m闪速熔炼炉于2013年11月底正式投料，进入生产运行状态。截止2017年5月底，该闪速炉已安全、稳定运行了三年半，期间整个炉体结构稳定，炉体膨胀状况良好，炉体横向两侧合计膨胀～20 mm，炉体纵向两端合计膨胀～40 mm，完全符合设计预期。

4 结语

φ7 m×8 m炼铜闪速熔炼炉的设计创新点包括：反应塔大冷却强度、恩菲专利的斜炉墙结构、熔池部分优化设计的立水套结构、渣线以上炉墙重点冲刷区域的的E形水套结构、恩菲专利的整体弹性骨架结构、反应塔和上升烟道之间的沉淀池拱顶结构、上升烟道顶整体浇注料结构等。恩菲设计的镍闪速炉第一炉期运行了18年，设计的铜合成闪速炉投产到现在也已安全运行近12年。总结以往的实践经验、并有所创新设计的φ7 m×8 m炼铜闪速炉一定会成为一座更先进的闪速炉。