馮治兵，潘小龍

（白銀有色集團股份有限公司銅業(yè)公司，甘肅 白銀 730900）

“白銀煉銅法”是我國唯一原創(chuàng)具有自主知識產(chǎn)權的雙側吹熔池熔煉工藝，1972年開始研發(fā)，1980年投入工業(yè)生產(chǎn)，已完成從空氣熔煉到富氧熔煉、富氧自熱熔煉的過渡；爐型結構由單室爐發(fā)展為雙室爐；結粗銅產(chǎn)能由原設計32.1kt/a持續(xù)提升至150kt/a，并具備200kt/a生產(chǎn)能力及技術條件；通過不斷探索、改進，“白銀煉銅法”具有指標先進、節(jié)能環(huán)保、經(jīng)濟適用等優(yōu)點。

1 “白銀煉銅法”工藝發(fā)展歷程

“白銀煉銅法”工藝發(fā)展主要歷程詳見表1。

表1 “白銀煉銅法”工藝發(fā)展歷程

2 “白銀煉銅法”技術創(chuàng)新

2.1 開發(fā)白銀熔煉爐爐體新結構

白銀熔煉爐爐體新結構見圖1。

圖1 白銀熔煉爐爐體新結構

2.1.1 爐體本體結構

構建熔池熔煉傾斜式爐型結構，取代原上下同寬垂直L型結構，提高爐體的穩(wěn)定性、減輕爐內(nèi)氣流對爐墻的沖刷，增大爐內(nèi)氣體與熔體的傳熱面積。

2.1.2 爐體鋼結構

運用計算機模擬技術和有限元分析方法模擬構建白銀爐整體框架、柔性連接爐體結構，取代原整體剛性框架結構，使爐體具有自動調(diào)節(jié)膨脹伸縮變形的能力，避免因爐膛溫度波動產(chǎn)生不均勻膨脹而造成的變形坍塌，消除了爐體安全隱患。

2.1.3 熔池爐墻結構

自主創(chuàng)新開發(fā)出與白銀熔池熔煉高富氧濃度生產(chǎn)熱工負荷相匹配，具有特殊結構水冷掛渣冷卻保護的白銀爐熔池側墻，取代原水套+內(nèi)襯耐火材料爐墻結構，克服高富氧濃度技術開發(fā)及應用后，因熔體溫度升高，熔池側墻耐火材料蝕損加劇，影響爐體安全運行的問題。

2.1.4 水冷風口裝置

自主研發(fā)設計水冷風口裝置及專用鎖風口工具，取代原紫銅管+外包耐火磚風口結構，目的強化冷卻效果，克服高溫熔體對風口紫銅管的侵蝕，提高氣體利用率，以及頻繁清風口作業(yè)，降低員工勞動強度。

2.2 調(diào)整、優(yōu)化爐體結構關鍵工藝參數(shù)，提高熔煉效率

與高等院校、科研院所合作，應用數(shù)值模擬和物理模擬技術，如圖2所示，調(diào)整、優(yōu)化風口角度、高度、間距及爐寬，強化熔體側吹的“乳化”效果，為熔煉過程氣、液、固三相間的反應創(chuàng)造良好的動力學條件，促使物料的加熱、分解、熔化、氧化、造渣與造锍速度加快，提升熔煉效率。

圖2 數(shù)值模擬和物理模擬試驗

2.3 開發(fā)余熱鍋爐高效運行新技術

白銀爐配套余熱鍋爐是按100kt/a生產(chǎn)能力設計，隨著白銀爐產(chǎn)能提升，因余熱鍋爐實際生產(chǎn)負荷高于設計負荷，鍋爐粘結頻繁，影響白銀爐長周期、穩(wěn)定運行。白銀爐產(chǎn)能與作業(yè)率關系曲線，如圖3所示。

圖3 白銀爐產(chǎn)能與作業(yè)率關系曲線

為有效解決余熱鍋爐頻繁粘結，以計算機模擬仿真試驗為依據(jù)，通過合理調(diào)整爐拱高度優(yōu)化爐內(nèi)氣流條件，在爐膛適當位置加裝煙氣集塵擋板，如圖4所示，以及余熱鍋爐設置鹽化氣封，增強了大顆粒煙塵捕集效果，煙塵率降低，解決了余熱鍋爐頻繁粘結而影響生產(chǎn)的問題。

圖4 煙氣集塵擋板布置圖

2.4 構建白銀熔池熔煉煉銅機理理論模型，完善工藝理論

在深入分析白銀熔煉爐內(nèi)流體動力學特性和熔煉體系中不同空間位點多相多組分在界面間傳質(zhì)行為的基礎上，結合銅冶金過程熱力學，構建了白銀熔池熔煉反應理論機理模型，完善了煉銅機理，使工藝過程控制更趨于合理，從而實現(xiàn)強化造渣、造锍熔煉過程，有效控制銅锍品位，降低渣含銅，提高熔煉能力。

2.4.1 白銀爐熔池熔煉縱向機理模型及多相界面?zhèn)髻|(zhì)行為

在模型中，爐體反應區(qū)橫截面由上到下分為四個主級層，分別為煙氣層、礦料分解過渡層、造渣過渡層、造硫過渡層，氧化反應界相分為弱氧化區(qū)、強氧化區(qū)，如圖5所示。

圖5 白銀熔池熔煉機理模型橫截面示意圖

2.4.2 白銀爐熔池熔煉橫向機理模型及多相界面?zhèn)髻|(zhì)行為

按照熔煉反應進程，在模型中沿橫向將白銀爐原有吹煉區(qū)、沉淀區(qū)結構優(yōu)化為反應區(qū)、緩沖區(qū)和沉淀區(qū)，如圖6所示。

圖6 白銀熔池熔煉機理模型縱截面示意圖

2.5 研發(fā)粉煤—純氧分級卷吸燃燒新技術

白銀爐外供熱燃燒系統(tǒng)原采用粉煤富氧燃燒，存在粉煤燃燒不充分、熱利用率低，熔體不能有效加熱等問題，鑒于此，研發(fā)出粉煤—純氧分級卷吸燃燒新技術，如圖7所示。該技術燃燒火焰均勻，穩(wěn)定性高，燃料燃燒充分，可有效控制、調(diào)節(jié)火焰長度、形狀和熱量分布。

圖7 粉煤—純氧分級卷吸燃燒技術示意圖

相比富氧燃燒，該技術燃料消耗降低60%，燃燒系統(tǒng)成本降低576.1元/h。兩種燃燒系統(tǒng)成本對比見表2。

表2 燃燒系統(tǒng)生產(chǎn)成本對比

2.6 開發(fā)高鐵渣生產(chǎn)技術，控制爐渣Fe/SiO2在1.5～1.7

為易于操作，控制白銀爐渣Fe/SiO2在1.0～1.1，因爐渣Fe/SiO2低，渣量大，能耗高，同時影響有價金屬回收率。為此，開發(fā)出白銀熔池熔煉高鐵渣生產(chǎn)技術。

圖8 白銀熔煉Cu-Fe-S-SiO2系氧勢-硫勢圖

在分析1250℃下白銀熔煉爐內(nèi)氧勢-硫勢在不同空間位點的梯度變化，如圖8所示；構建爐渣（SiO2）%、（Fe）%、（Cu）%組分復合因素關系圖，如圖9所示；找出白銀熔池熔煉高鐵渣生產(chǎn)理論依據(jù)，指導生產(chǎn)；同時發(fā)揮白銀熔煉爐風口位于銅硫-爐渣-物料混合層，強烈攪動熔體的動態(tài)熔煉優(yōu)勢，確保熔體中的FeS、SiO2及配入爐料中的煤與Fe3O4充分接觸，改善爐渣特性，從而實現(xiàn)控制爐渣Fe/SiO2在1.5～1.7、渣含銅0.8%以下。

圖9 爐渣（SiO2）%、（Fe）%、（Cu）%組分復合因素關系圖

表3 技術指標對比

3 “白銀煉銅法”的生產(chǎn)實踐

現(xiàn)100m2白銀爐于2015年11月投入運行，2018年3月停爐檢修，累計穩(wěn)定運行27個月，經(jīng)停爐測繪，除爐拱受火焰沖刷局部蝕損，其它部位情況良好，評估爐體運行情況，可穩(wěn)定運行30個月以上。

3.1 爐壽命

通過使用自主研發(fā)、設計熔池側墻吹風水套、水冷風口裝置及關鍵易損部位加裝水冷元件，白銀爐爐壽命達30個月以上，實現(xiàn)長周期穩(wěn)定安全運行。

3.2 產(chǎn)能

“白銀煉銅法”經(jīng)多年理論完善、技術創(chuàng)新，物料處理量達到2750t/d以上，礦產(chǎn)粗銅產(chǎn)能穩(wěn)定實現(xiàn)150kt/a，有效床能力提高至68.92t/m2·d，達到側吹熔池熔煉爐先進水平。

3.3 煙塵率

通過合理調(diào)整爐拱高度，加裝煙氣集塵擋板以及鹽化風的合理使用，使白銀爐煙塵率由4.65%降至1.06%，達到行業(yè)先進水平。

3.4 粗銅能耗

高富氧濃度、粉煤純氧燃燒等技術的開發(fā)及應用，使白銀煉銅法粗銅能耗由169kgce/t逐步降至114kgce/t。

3.5 經(jīng)濟技術指標

白銀煉銅法與其它煉銅法經(jīng)濟技術指標對比見表3。

3.6 現(xiàn)場環(huán)境

通過粉煤純氧燃燒等節(jié)能環(huán)保新技術的應用，及安裝加料環(huán)型氣封、完善環(huán)境集煙罩，從根本上杜絕了SO2煙氣外溢的現(xiàn)象，達到“清潔生產(chǎn)”的要求。

4 結語

“白銀煉銅法”經(jīng)多年不斷創(chuàng)新和生產(chǎn)實踐，工藝日趨完善，具有熔煉效率高、能耗低、原料適應強、燃料適用范圍廣、操作簡單易行、投資少等優(yōu)點，已發(fā)展成為一套較為成熟的、具有獨特優(yōu)點的、很有發(fā)展前途的煉銅方法，目前白銀公司新建200kt/a白銀爐項目正處于設計、施工階段，計劃于2019年10月份投入運行，預計200kt/a產(chǎn)能白銀爐投產(chǎn)后，“白銀煉銅法”整體技術水平將邁進當今世界煉銅技術的先進行列。