艾萨炉导料管的研究与生产实践应用

任永专，葸 军，赵 璧，张宇云

（凉山矿业股份有限公司，四川 会理 615100）

关键字：艾萨炉；导料管；烟尘率；水分

凉山矿业股份有限公司艾萨炼铜法熔炼生产，艾萨炉是一种顶吹浸没熔池熔炼法，通过喷枪把富氧空气强制鼓入熔池，氧化物料内的铁、硫元素放热进行熔炼，产出高品位冰铜。艾萨炉炉膛高13.656m，熔池区在2.1m以下，下料口设置在艾萨炉顶，下料口底部与艾萨炉顶处于同一平面，在熔炼过程中，物料从炉顶至熔池内，大约需要1.14s，在艾萨炉内运行时间较长，且由于炉内反应伴随脱硫过程，会产生大量高温二氧化硫烟气，烟气在上升过程中会带走部分粉状物料进入电收尘系统，造成烟气含尘率较高的情况。

目前生产过程中，为了保证艾萨炉口烟气零排放，增大艾萨炉内负压控制，而较高的负压控制会造成部分原料进入烟气系统，导致烟气含尘量上升，增加电收尘负荷。大量的烟尘返回配料流程的进行二次熔炼，影响了原料的熔炼效率，降低了金属直收率，增加了生产成本。通过提高负压控制炉口烟气会导致炉顶漏风率增大，锅炉烟道低温腐蚀严重，且物料被抽入烟道后在烟道内烧结造成烟道结渣。

为控制烟气含尘率，要求原料在入炉前必须经过制粒，制粒过程中，原料中需加入水以保证原料成球率，大量的水分进入到艾萨炉内不仅会造成原料熔炼过程中能耗增加，降低生产效率，而且会造成烟气的露点温度提高，烟气在管道运输过程中析出硫酸腐蚀沿程设备及管道，造成现场的跑冒滴漏情况发生。

通过对现有艾萨炉下料口存在的缺点进行评估，初期在艾萨炉炉口增设长度为2m的导料管进行试验，但经过一段时间的实验后，效果不明显，后又将导料管长度加长至4米，使的导料管下沿接触到艾萨高温区，经过一段时间的试验，艾萨烟尘率有明显下降趋势，现将导料管设计参数、运行原理及使用效果分析如下。

1 导料管材质及设计参数

（1）材质：因艾萨炉内熔炼温度接近1200℃，炉顶上部温度接近600℃，为防止导料管在高温作用下发生变形或侵蚀，采用强度大、耐高温的310S不锈钢制作。

（2）组成部分：该部分分为收料口与下料管两部分，主要考虑到生产中磨损的关键部位为下料管，在更换导料管时，只需更换下料管部分。

收料口设计为天方地圆形，主要考虑原料经皮带落入收料口，方形的收料口能保证原料全部落入下料管内，避免漏料产生。

图1 导料管及安装示意图

（3）总长度设计为4.5m，其中收料口为0.5m主要考虑与炉顶加料皮带高度相匹配，保证收料率，下料管长度为4m，主要考虑物料在进入炉内4m后，该位置下方配有一定的燃烧风，有利于物料在炉内的二次燃烧，可有效减少粉状物料进入烟道的几率。

（4）直径方面的设计主要考虑到艾萨炉体下料口自身尺寸的匹配，艾萨炉下料口直径为800mm。

2 艾萨炉导料管投入的理论性分析

2.1 导料管形成的文丘里效应

艾萨炉导料管就像一个文丘里管，精矿等物料从加料皮带进入导料管口，这时的精矿等物料等同于进入A口的压缩空气。进入导料管的精矿等物料靠自重向下运动，对导料管内的空气产生压缩和推动作用，使导料管内的部分空气进入艾萨炉，这时就在导料管上端部（D吸附腔）产生了一个真空度，从而形成导料管上部处于负压状态，可有效控制炉顶烟气外逸情况。

图2 文丘里管示意图

在没有导料管的状况下，艾萨炉加料口的入口和出口高差较小（几乎等同于在一个平面上），文丘里效应不明显。当精矿等物料进入加料口时，被物料带入的空气很快就进入艾萨炉内，体积增大，流速降低，在加料口入口处形成的负压很小。正常生产过程中，加料口负压主要靠高排风机的抽力来保持微负压状态。如果艾萨炉内烟气压力发生变化，就会打破加料口的压力平衡状态，从而出现烟气外逸情况。导料管利用了文丘里效应，导料管上端形成较大的负压，即便艾萨炉内烟气压力发生波动，艾萨炉内烟气也不易外逸。这样在高排风机降低转速的情况下，艾萨炉的负压也更加容易控制。

2.2 导料管形成的倒烟囱模型

因外部空气进入炉内的流向发生变化，导料管形成了一个倒烟囱模型，艾萨炉漏风率下降。由于导料管相对艾萨炉形成了一个“倒烟囱”模型，导料管上部处于负压状态，烟气不易外逸，降低了高温风机转速，艾萨炉内烟气流速下降，也进一步减少了漏风量。

通过导料管进入到艾萨炉内的空气基本在艾萨炉中部位置，该处艾萨炉温较高，在1000℃左右，冷态空气与高温热态烟气混合后进入锅炉烟道，相当于对冷态空气进行了加热，减少了冷空气对锅炉管壁的腐蚀以及冷空气进入烟道造成的管壁结渣。

2.3 导料管的输送物料作用

在不加导料管的情况下，在艾萨炉负压状况下，进入艾萨炉的精矿细微粉尘悬浮在烟气中，立即随烟气进入了锅炉。这些精矿粉尘部分在锅炉内壁形成结渣，部分随烟气进入余热锅炉或电收尘器形成烟尘。

加装导料管后，精矿等物料进入艾萨炉内4.0m后才进入了艾萨炉炉膛空间，进入艾萨炉的精矿细微粉尘悬浮在烟气中，随高温烟气往上运动。由于导料管增加了粉状物料在艾萨炉内的行程，在烟气温度1000℃左右的状况下，悬浮在高温烟气中的部分粉尘得于熔化，熔化的小颗粒又有可能粘附烟气中的粉尘不断长大，最后重新落入熔池中，从而使得烟尘率下降。

3 艾萨炉导料管投入后的使用效果分析

凉山矿业股份有限公司在投入4米导料管后，在相同原料成分的情况下，由于艾萨粗尘量明显减少，降低了对原料制粒的粒径要求，从之前的6mm～10mm，降低至3mm～6mm，与此同时，艾萨炉入炉原料的补加水量得以控制，减少了进入艾萨炉的水量，减少了炉内能耗，增加了艾萨炉小时下料量，提高了生产负荷率。具体使用效果情况如下所示。

表1 导料管投入前后数据对比

通过对比凉山矿业股份有限公司在导料管生产实践过程的各项参数对比发现，烟尘率得到了很好的控制，其降幅达到了30%以上，同时降低了烟气出口含尘，降低了硫酸分厂的污酸产出量，进一步降低了生产成本。

由于降低了入炉原料的制粒标准，入炉原料水分也得到了很好的控制，在保证艾萨炉口不冒烟的情况下，艾萨炉收尘负压得以降低，减少了风机运行负荷，收尘负荷得到控制。

4 结论

（1）导料管利用文丘里效应、巧妙运用倒烟囱原理以及其输送物料作用，在艾萨炉试验运用效果显著。

（2）导料管投入后，生产系统中烟尘率下降明显，硫酸系统的污酸产出量大幅下降，且有效降低了入炉原料水分，对节约生产成本效益明显。