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“奧爐改造工程”工藝流程與冶煉技術

時間:2020-01-22 來源:世界有色金屬 作者:金澤志,曾慶康 本文字數:6686字
冶金技術論文第五篇:“奧爐改造工程”工藝流程與冶煉技術
 
  摘要:銅陵有色奧爐改造工程是銅陵有色金昌冶煉廠技術升級改造和環保工程的一部分, 是一個年產20萬t礦產陰極銅的新型冶煉廠, 采用奧斯麥特頂吹熔煉爐和智能數控吹煉爐工藝。本文簡要介紹了該工程的主要技術和設備配置。
 
  關鍵詞:銅冶金;奧爐熔煉;冰銅吹煉;銅精煉;
 
  Overview of Tongling Ausmelt Furnace Smelting Technology Upgrade Project
 
  JIN Ze-zhiZENG Qing-kang
 
  Tongling Nonferrous Metals Group Co., Ltd.
 
  Abstract:Tongling Ausmelt furnace reconstruction project is part of the technical upgrading and environmental protection project of Jinchang Smelter. It is a new smelter with an annual output of 200, 000 tons of copper cathode. It uses Ausmelt top-blown melting furnace and intelligent CNC blowing Furnace process. This article briefly introduces the main technology and equipment configuration of the project.
 
  1 工程概況
 
  銅陵有色銅冶煉工藝技術升級改造項目由“雙閃工程”和“奧爐改造工程”兩部分組成。其中“雙閃工程”系指采用當今世界最先進的閃速熔煉和閃速吹煉 (簡稱“雙閃”) 工藝在異地新建礦銅處理廠;“奧爐改造工程”主要是對現有金昌冶煉廠奧斯麥特爐 (簡稱奧爐) 改造, 從而實現銅冶煉老企業技術大幅提升和節能減排的目的。“雙閃工程”已于2012年12月28日建成投入試生產。“奧爐改造工程”主要是對現有金昌冶煉廠奧爐系統通過轉型改造, 從而實現銅冶煉老企業技術大幅提升和節能減排的目的。
 
  金昌冶煉廠1978年建成投產, 2006年實施完成了“金昌冶煉廠熔煉工藝改造及環境治理工程”, 改造后, 金昌冶煉廠采用“奧爐熔煉—PS轉爐吹煉—固定式陽極爐精煉—小極板電解”工藝。2008年7月, “金昌冶煉廠熔煉工藝改造及環境治理工程”通過環境保護部組織的竣工環保驗收。金昌冶煉廠奧爐銅精礦熔煉技術的應用, 已取得良好業績, 積累了豐富的生產操作和管理經驗, 為奧爐技術的發展與推廣應用作出了突出貢獻, 奧爐熔煉技術已成為目前國內外新建和改造中小型銅冶煉廠可資選擇的主要工藝之一。雖然奧爐本體仍有挖潛余地, 不失為先進的中小型銅精礦熔煉工藝, 但是, 因為金昌冶煉廠是較早采用該技術進行改造的銅冶煉廠, 在配套設施和生產的系統性上存在大量歷史“欠帳”, 近年來也不斷挖潛和技術攻關, 但收效甚微, 積累了制約金昌冶煉廠進一步發展的諸多客觀障礙, 突出表現為:工廠裝備水平低、環保壓力依然嚴峻、銅酸加工成本高、市場競爭能力弱。
 
  “奧爐改造工程”目標定位依托銅陵有色60多年銅冶煉文化與理念沉積, 以銅陵有色奧爐熔煉技術為核心, 在獲得國家環保部對銅陵有色銅冶煉工藝技術升級改造項目總體環評變更備案的前提下, 處理銅陵有色內部“二次資源”和復雜精礦為主, 并處理部分進口銅精礦, 打造銅陵有色銅冶煉核心技術樣板工廠, 促進中國銅冶煉工藝進步, 項目的建設是集團本部建設技術、管理及原料處理差異化銅冶煉基地的重要組成部分與環節。“奧爐改造工程”毗鄰“雙閃工程”建設, 實現“奧爐改造工程”與“雙閃工程”互補。按照“奧爐熔煉+智能數控吹煉+陽極精煉+大極板PC電解”冶煉主工藝及其配套設施建設。“奧爐改造工程”于2016年3月18日開工建設, 2018年3月18日投料試生產。
 
  2 工藝流程簡介
 
  “奧爐改造工程”工藝流程圖如圖1所示。
 
  圖1 奧爐改造工程流程圖   
 
  銅精礦來源分為進口礦和國產礦, 進口銅精礦水運至銅陵有色長江碼頭, 與雙閃廠區共用碼頭計量與運輸設備, 在進入雙閃1#精礦庫之前設置一條1000t/h能力的膠帶運輸機送至“奧爐改造工程”項目精礦庫, 國產礦則通過自卸汽車、平板車等運至奧爐廠區的精礦庫。
 
  精礦庫有4臺抓斗行車, 精礦庫貯存國產銅精礦, 按照貯存3萬噸精礦量設計, 精礦庫采用由抓斗起重機配料、倒礦、上礦運輸。各配料倉的給料量由計算機控制, 配料倉出來的物料在集合皮帶機上混合, 經過3臺圓盤制粒機制粒后由皮帶運送至奧斯麥特爐爐頂, 通過梭式皮帶運送至加料口拋入爐內, 在高溫下劇烈反應, 氧化成冰銅、爐渣、SO2煙氣及煙塵。一部分冰銅通過冰銅溢流堰排放口和冰銅溜槽流入11m3的冰銅包內, 由包子吊車吊運至智能數控吹煉爐 (以下簡稱吹煉爐) 吹煉;剩余的冰銅和熔煉爐渣以混合熔體的形式, 通過渣溢流堰排放口和溜槽流入沉降電爐沉降分離, 根據吹煉爐作業周期, 采用打眼排放, 冰銅定期排放至約11m3的冰銅包內, 再經包子吊車送往吹煉工序。分離后的電爐渣采用打眼排放, 通過溜槽排放至水淬池再經撈渣機撈至渣倉內, 瀝水后外售。
 
  奧爐出爐煙氣經奧爐余熱鍋爐回收余熱和煙氣凈化系統處理, 處理后的煙氣與吹煉爐的凈化煙氣混合送制酸系統制酸, 鍋爐煙塵經破碎后返回奧斯麥特熔煉爐。電爐煙氣經沉塵室處理后, 送至奧爐余熱鍋爐出口的沉塵室與奧爐煙氣混合后送奧爐電收塵器, 最終進入煙氣制酸系統。
 
  冰銅由包子吊車裝入智能數控吹煉爐后, 通過富氧鼓風進行吹煉, 吹煉過程中通過運輸皮帶與活動溜槽加入適量經破碎的冰銅包殼和石英石熔劑進行造渣, 反應生成白冰銅、硅基爐渣及含塵SO2煙氣;造渣反應結束后, 停止送風, 從爐口將吹煉爐渣倒入渣包, 經渣包傾翻裝置將爐渣傾翻至12m3渣緩冷包內, 再用渣包車運輸至渣緩冷區域, 留在爐內的白冰銅與鼓入的富氧空氣中的氧反應, 生成品位為98.5%以上的粗銅, 產出的粗銅倒入約8m3粗銅包內, 再經包子吊車送往陽極精煉工序。吹煉產出的煙氣經余熱鍋爐回收余熱后, 進入沉塵室及電收塵器進一步捕集煙塵, 使出口煙氣含塵濃度降至0.3g/Nm3以下, 由高溫風機送制酸系統制酸, 鍋爐煙塵經破碎后返回奧斯麥特熔煉爐和吹煉爐。
 
  粗銅在2臺陽極爐中精煉, 采用天然氣為燃料, 氧化期鼓入壓縮空氣, 還原期鼓入天然氣+氮氣, 稀氧燒嘴加熱, 產出的銅陽極板用叉車送電解車間。
 
  煙氣制酸采用國內技術先進、成熟可靠的“一級動力波-填料塔-二級動力波-兩級電霧”稀酸洗滌凈化、雙接觸“3+1”式四段轉化 (ⅢⅠ-ⅣⅡ換熱流程) 、兩次吸收的常壓接觸法制酸工藝。轉化采用進口觸媒, 進轉化SO2濃度控制在11%左右, 轉化率99.9%。
 
  硫酸尾氣采用離子液脫硫, 脫硫后煙氣送120m環集煙囪達標排放。硫酸尾氣脫硫與冶煉環集脫硫共用離子液再生系統。
 
  陽極板送至電解車間進行電解精煉, 采用永久不銹鋼陰極 (PC) 電解工藝, 配置2臺機器人剝片機組、2臺半自動專用行車、1臺陽極裝備機組、1臺殘極洗滌機組。電解液凈化采用電積脫銅、真空蒸發、水冷結晶、誘導法脫雜工藝;硫酸鎳回收采用冷凍結晶工藝。
 
  3 冶煉工藝技術要求
 
  3.1 熔煉系統
 
  (1) 精礦給料。配料工藝采用倉式配料。配料工序共有12臺容量為200噸的配料倉, 分別貯存銅精礦、石英砂、塊煤、混合后的渣精礦及煙塵。為保證配料精度, 采用計算機在線控制的自動稱重配料系統。各種銅精礦、石英砂、渣精礦及返回煙塵、塊煤按奧爐入爐混合物料成分要求自動配比后, 通過膠帶運輸機送至精礦制粒。配完料的精礦送入3臺?7000mm圓盤制粒機制成直徑5~8mm的小球, 以降低熔煉煙塵率。根據銅精礦原料含水率決定是否在制粒過程加水, 控制制粒后的物料含水<10%。制粒后的銅精礦經膠帶運輸機送至奧斯麥特爐爐頂, 通過爐頂可逆移動膠帶運輸機, 經奧爐爐頂的加料口加入爐內熔煉。
 
  (2) 奧斯麥特爐。熔煉工序建有一臺?5×16.5m的奧斯麥特爐, 采用鋼結構做爐體支撐, 爐體采用鋼板水套對爐內耐火材料進行冷卻, 冷卻水量為600t/h, 爐內熔體區和煙氣區均砌筑耐火材料, 爐頂采用鋼板水套+澆筑料構建。配置雙溢流堰口:冰銅溢流排放口和混合熔體溢流排放口。
 
  制粒后的精礦由移動加料皮帶通過加料口連續加入奧斯麥特爐, 熔煉工藝風為富氧空氣, 噴槍在奧爐熔池渣層中噴入大量空氣、氧氣、天然氣, 工藝風富氧濃度約63%, 熔池攪動非常劇烈, 迅速完成傳熱和傳質的過程, 設計給料量~140t/h。熔煉過程中的主要控制參數是熔池溫度和冰銅品位, 正常生產中維持熔池溫度所需熱量靠爐料熔煉反應熱、噴槍噴入的天然氣和爐料中配入的塊煤燃燒熱提供, 熔池溫度約為1230℃, 冰銅品位則通過料氧比控制來穩定。熔煉產物有冰銅、熔煉爐渣和煙氣。其中部分品位56%的冰銅通過奧爐底部的冰銅溢流堰排放口和冰銅溜槽流入主廠房的11m3冰銅包內, 由包子吊車吊運至吹煉爐吹煉。剩余的冰銅和熔煉爐渣以混合熔體的形式, 通過渣溢流堰排放口和溜槽流入沉降電爐沉降分離。
 
  正常生產中每15天更換一次噴槍, 每次更換噴槍與清理時間一般約2小時, 此期間不投料作業。當奧爐需要烘爐或保溫時, 采用噴槍燃燒天然氣進行補熱。
 
  (3) 沉降電爐。電爐工序設置了一臺88m?的沉降電爐, 奧斯麥特熔煉爐的混合熔體在沉降電爐內進行澄清分離, 沉降電爐熔池溫度控制在1300℃左右, 在電爐內主要完成兩個工藝過程:熔煉渣中夾雜的冰銅顆粒進行渣銅分離、奧爐內未反應完全的銅精礦繼續反應完全。電爐產出電爐渣和部分冰銅, 冰銅品位約為58%, 根據吹煉爐作業周期, 定期排放至約11m?的冰銅包內, 再經包子吊車送往吹煉工序。電爐渣中含銅量降至0.8%以下。分離后的電爐渣采用溢流排放, 排放至渣水碎系統, 水碎后的爐渣由汽車運輸外售。
 
  沉降電爐共設4個冰銅排放口和2個渣排放口, 每次2個冰銅排放口和1個渣排放口左右, 交替使用。
 
  (4) 排煙系統。由奧斯麥特爐產出的高溫煙氣, 經余熱鍋爐回收余熱生產蒸汽, 使煙氣降溫至360℃左右。與此同時, 煙氣中所帶煙塵也大量沉降下來。由電爐產出的煙氣, 與余熱鍋爐出口管道上混合后一起進入電收塵器進行凈化, 使其含塵濃度凈化至0.5g/Nm?以下, 凈化后的煙氣由高溫排風機送制酸工序。配置一套臥式水平流雙室四電場電收塵器, 奧爐余熱鍋爐及電收塵器第一、二電場收集的煙塵運往精礦庫, 與渣精礦混合后返回熔煉系統。電收塵器第三、四電場收集的煙塵運往廠區附近的新技術公司進一步處理, 回收其中的有價金屬。
 
  3.2 吹煉系統
 
  (1) 配置及作業參數。吹煉工序配置了三臺智能數控吹煉爐, 內尺寸為?4.49m×13m, 采取2H1B期交換作業, 一臺冷備。每臺吹煉爐配備有熔劑加料系統、殘極加料機、風眼清理機、智能數控吹煉系統等設備, 是國內首套智能數控吹煉爐。冰銅由包子吊車裝入吹煉爐后, 進行送風吹煉。吹煉爐吹煉為間斷作業, 分造渣期和造銅期。吹煉生成含銅4.5%左右的爐渣通過渣包傾翻裝置倒入12m3的渣緩冷包內, 通過電動平板車運送至渣緩冷場, 渣緩冷場配置一臺85t門式起重機進行吊運和翻渣作業。生成品位為98.5%的粗銅倒入8m?粗銅包內, 再經85包子吊車送往陽極精煉工序。吹煉爐送風時率為87.59%。“智能數控吹煉技術”重點解決了冰銅轉爐吹煉過程中的四個問題:1、造渣期終點智能判斷;2、造銅期終點智能判斷;3、爐溫在線監測;4、冷料和熔劑智能計算, 實現銅冶煉轉爐工藝過程的自動化控制。應用該系統后, 起到了以下效果:1、避免爐口開口觀察和頻繁轉爐, 大幅降低煙氣外溢;2、避免爐溫大幅波動提高爐壽;3、充分利用熱量提高冷料處理量;4、爐況穩定, 送風時率高, 與前后工序配合有序;5、造渣、造銅終點準確預判;6、杜絕噴爐事故。
 
  表1 吹煉爐作業周期    
 
  (2) 排煙系統。吹煉爐產出的煙氣經吹煉爐余熱鍋爐回收余熱后, 煙氣溫度降至350℃左右, 同時煙氣中夾帶的煙塵也大量沉降下來, 鍋爐煙塵經破碎后返回奧斯麥特熔煉爐和吹煉爐, 從余熱鍋爐排出的煙氣進入球形煙道、沉塵室及電收塵器進一步捕集煙塵, 使出口煙氣含塵濃度降至0.3g/Nm3以下, 凈化后的煙氣與奧爐收塵系統的煙氣匯合后送制酸工序。配置一套臥式水平流雙室四電場電收塵器, 余熱鍋爐、球形煙道、沉塵室捕集的煙塵由煙塵罐盛裝, 由叉車運往精礦庫。電收塵器捕集的煙塵含砷等較高, 需開路處理, 通過埋刮板輸送機送至煙塵中間倉, 用煙塵罐盛裝, 進一步處理回收其中的有價金屬。
 
  (3) 環集系統。吹煉爐爐前環集煙罩傳統采用旋轉式, 煙罩在使用過程中存在受撞擊變形、下部結渣較多導致關閉不嚴逸散煙氣多的情況;同時傳統煙罩設計密封性差、漏風率高、環集煙氣量大, 因煙罩各收集點負壓不均勻導致煙氣溢散大, 低空污染嚴重。
 
  本項目自主研發一種平移對開門式水冷環集煙罩, 具有外觀好、密封效果好、占地小、對現場行車和爐口機作業影響小等優點, 同時可減少約30000Nm3/h環集氣量, 極大降低了環集脫硫成本, 低空污染少, 作業現場環境得到有效改善。
 
  3.3 精煉爐及澆鑄工序
 
  (1) 配置及作業參數。精煉工序有2臺550噸回轉式陽極爐, 內尺寸為?4.86m×13.7m, 配置一套國產雙18模圓盤澆鑄機, 澆鑄能力100t/h, 每臺陽極爐可處理2爐吹煉爐粗銅, 采用天然氣為燃料, 氧化期鼓入壓縮空氣, 還原期鼓入天然氣+氮氣。鑄出的合格陽極板用叉車運往電解車間。
 
  表2 陽極爐作業時序表    
 
  (2) 排煙系統。傳統回轉式陽極爐環集煙罩與爐口單獨設置, 占用空間大 (爐體前后需設立柱) 、漏風率高、環集煙氣量大、體積大影響行車操作視線, 受包體撞擊易變形, 進一步增大漏風率, 維修率高。實際環集效果不理想。本項目自主研發一種集煙罩與爐口蓋一體的新型環集煙罩, 煙罩與爐口貼合度高, 環保效果好?呻S爐體轉動, 煙罩與爐口蓋之間縫隙小, 僅5cm~10cm, 漏風率低、環集煙氣量小, 降低環集脫硫運行成本;拆裝簡便, 維修量小;煙罩和排煙管道沿爐體軸向布置, 爐口上方空間開闊, 視線好, 方便行車工操作, 同時可減少約30000Nm3/h環集氣量, 極大降低了環集脫硫成本, 低空污染得到有效緩解, 現場環境得到改善。
 
  圖2 新型陽極爐爐口蓋   
 
  陽極爐工藝煙氣與吹煉爐爐前環集煙氣混合后通過布袋除塵器凈化后送入化工脫硫設備處理, 達標后由120m煙囪排放。
 
  4 冶煉物料處理設施
 
  4.1 精礦庫
 
  奧爐廠區的精礦庫跨度33米, 長度174米, 礦倉為半地下式, 用于貯存國產銅精礦、奧爐用石英砂、塊煤、渣精礦及返回煙塵。物料通過自卸汽車、平板掛車等運輸車輛入庫, 入庫后用裝載機配合卸料, 其中國產銅精礦需進行混勻和取樣, 再通過抓斗起重機倒運至庫內指定位置貯存;物料出料則通過抓斗起重機抓入精礦給料倉內, 經膠帶輸送機轉運后送到配料工序, 進口銅精礦通過1#膠帶輸送機從江邊碼頭送至配料工序, 精礦庫的儲存能力為3萬噸。在精礦庫物流通道附近設置了路面精礦回收溝, 將灑落在路面的精礦經水沖洗后集中回收。
 
  4.2 精礦配料
 
  采用倉式配料進行配置。設置了12臺配料倉, 分別貯存銅精礦、石英砂、渣精礦、塊煤、返回煙塵。其中用于貯存銅精礦的配料倉有8臺 (國產礦4臺, 進口礦3臺, 備用1臺) , 貯存渣精礦及返回煙灰倉1臺、石英砂倉1臺、塊煤倉1臺、備用倉1臺。每臺配料倉下各配有一臺定計量給料膠帶機, 為保證配料精度, 采用了DCS控制的自動稱重配料系統。各種銅精礦、石英砂、渣精礦及返回煙塵、塊煤按奧爐入爐混合物料成分的要求自動配比后, 通過膠帶運輸機送至精礦制粒。
 
  4.3 精礦制粒
 
  采用3臺?7000mm的圓盤制粒機對進入奧爐的入爐物料進行制粒。來自配料工序的混合入爐物料, 經膠帶運輸機分別送往3臺圓盤制粒機。通過圓盤制粒機制成直徑5mm~8mm的小球, 以降低熔煉煙塵率。根據銅精礦原料的含水率決定是否在制粒過程加水, 控制制粒后的物料含水<10%。完成制粒的銅精礦經膠帶運輸機送至奧爐爐頂。
 
  4.4 吹煉渣緩冷系統
 
  (1) 渣緩冷及粗碎。吹煉爐渣含銅為4.5%。采用渣緩冷和選礦工藝回收渣中有價金屬:即用12m3渣包受渣, 由電動平板車運輸至渣緩冷場, 空冷48小時后噴水冷卻24小時, 緩冷后的渣包通過門式起重機倒出, 落入低處的渣粗碎場, 在重力作用下大部分爐渣粗碎到500mm以下, 約30%的爐渣粒度大于1000mm, 通過鑿巖機繼續破碎到500mm以下, 破碎后經汽車運輸至渣選礦車間。
 
  (2) 渣選礦。爐渣選礦由粗碎、磨浮、精尾礦脫水組成, 主要配置有粗礦倉、粗碎房、粉礦倉、磨浮廠房、精礦過濾廠房、精 (尾) 礦濃縮機、皮帶廊及轉運站等組成。
 
  (3) 煙塵處理系統。奧爐余熱鍋爐輻射部 (豎直段) 收集的大塊煙塵落入地面堆存一段時間后, 通過輪式裝載機送至精礦庫破碎處理后返回熔煉系統。奧爐余熱鍋爐對流部 (水平段) 、沉塵室、奧爐電收塵器第一、二電場收集的煙塵用煙塵罐盛裝, 由叉車運往精礦庫。奧爐電收塵器第三、四電場收集的煙塵由于含有較多對熔煉系統有害的成分, 特別是含砷高, 因此需開路處理。開路煙塵通過集中埋刮板輸送機送至煙塵中間倉, 用煙塵罐盛裝, 由叉車運往廠區附近的新技術公司進一步處理, 回收其中的有價金屬。余熱鍋爐、球形煙道、沉塵室捕集的煙塵由煙塵罐盛裝, 由叉車運往精礦庫。電收塵器捕集的煙塵含砷等較高, 需開路處理, 通過埋刮板輸送機送至煙塵中間倉, 用煙塵罐盛裝, 由叉車運往廠區附近的新技術公司進一步處理, 回收其中的有價金屬。
 
  5 結論
 
  “奧爐改造工程”作為銅陵有色銅冶煉技術升級改造項目的一個部分, 該項目設計充分汲取了全國銅行業的經驗, 在工藝配置、方案優化、設備選型等方面做出了眾多改進, 與“雙閃廠區”相互映襯, 差異化發展, 資源得到高效綜合利用, 旨在打造“綠色、環保、高效、先進”銅冶煉標桿企業。

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