陳興發(fā)，戚 平，連華林

（1.東江環(huán)保股份有限公司，廣東 深圳 518057；2.廣西防城港滬港金屬有限公司，廣西 防城港 538004）

我國是世界銅消費(fèi)第一大國，相對于銅產(chǎn)能，我國銅精礦自給能力僅為30%左右。銅資源嚴(yán)重不足將是制約我國銅冶煉工業(yè)發(fā)展的主要因素之一，廢雜銅冶煉成為彌補(bǔ)銅精礦產(chǎn)能不足的重要途徑[1,2]。

1 再生銅冶煉主要設(shè)備及優(yōu)缺點

用于火法精煉再生的原料主要有以下幾種：

①鼓風(fēng)爐還原熔煉高鋅雜銅和精煉爐渣產(chǎn)出的黑銅；②轉(zhuǎn)爐吹煉高鉛、錫雜銅產(chǎn)生的次粗銅；③含銅92%～98.5%的漆包線、電線電纜、電器含銅原件等廢雜銅；④電解車間的返回品殘極、海綿銅等。用于再生銅火法精煉的主要設(shè)備有：固定式反射爐、回轉(zhuǎn)式陽極爐、傾動爐、卡爾多爐等，幾種精煉爐各有優(yōu)缺點。

1.1 固定式反射爐

優(yōu)點：①建設(shè)周期短，投資省，見效快。②原料適應(yīng)性強(qiáng)，可處理含銅品位80%～98.5%的各類黑銅、次粗銅、廢雜銅。③操作簡單，各階段操作容易實現(xiàn)按要求控制。④精煉渣含銅低，約在15%左右。⑤兩加料口，加料方便，布料均勻。

缺點：①熱效率較低。②機(jī)械化程度不高，勞動強(qiáng)度較大。③作業(yè)環(huán)境相對較差。

1.2 回轉(zhuǎn)式陽極爐

優(yōu)點：①爐子密閉性好，熱效率高。②機(jī)械化程度高，工人勞動強(qiáng)度小。③作業(yè)環(huán)境相對較好。

缺點：①單爐口加料，加料困難，冷料適應(yīng)性差。②對原料要求較高，處理低雜粗原料難度大，一般僅處理含銅98.5以上的礦粗銅。③渣含銅偏高，約30%～40%。④投資較大。

1.3 傾動爐

優(yōu)點：①機(jī)械化程度高，工人勞動強(qiáng)度小。②爐體密閉性好，作業(yè)環(huán)境相對較好。③兩個加料口加料，加料方便，布料均勻。④爐內(nèi)傳熱好，熱效率高。

缺點：①渣含銅偏高，約30%～40%。②還原劑消耗較大。③爐體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備投資大，引進(jìn)費(fèi)用高。

近年來，固定式反射爐在機(jī)械化程度、環(huán)保除塵以及節(jié)能等方面得到了較大的發(fā)展，固定式反射爐以較寬泛的低雜粗原料適應(yīng)性、容易操作、低渣含銅、低投入等優(yōu)勢得到了大多數(shù)冶煉企業(yè)的認(rèn)可，目前，國內(nèi)大部分再生銅精煉企業(yè)所選工藝仍以固定式反射爐精煉為主流，固定式反射爐在作業(yè)環(huán)境、機(jī)械化程度、節(jié)能等方面仍有較大的空間可以挖掘，因此，對于固定式反射爐節(jié)能等關(guān)鍵技術(shù)的研究對于推動再生銅精煉及銅工業(yè)發(fā)展具有重大的意義[3]。

2 傳統(tǒng)大型固定式反射爐現(xiàn)狀及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

固定式反射爐主要是對粗銅和再生銅進(jìn)行精煉操作，進(jìn)一步除掉銅中的有害雜質(zhì)，以滿足電解精煉對陽極板化學(xué)成分的要求，火法精煉在固定式反射爐中進(jìn)行?；鸱ň珶掃^程分加料熔化期、氧化期和還原期和保溫澆鑄期，氧化期往銅熔體中鼓入壓縮空氣，使其中的鉛、砷、銻、鉍等雜質(zhì)氧化與二氧化硅、氧化鈣等造渣進(jìn)入精煉渣中。氧化期結(jié)束后除掉浮在銅液上部氧化產(chǎn)生的精煉渣，接著進(jìn)入還原期，還原期是將氧化期銅液中產(chǎn)生的氧化亞銅還原成銅，還原期往銅液中加入碳基還原劑。反射爐產(chǎn)物有陽極銅、精煉渣和煙氣。反射爐煙氣經(jīng)余熱鍋爐、換熱器和布袋收塵器除塵后，與環(huán)保通風(fēng)煙氣混合后經(jīng)環(huán)保煙囪排空。為了滿足電解精煉對陽極板的物理性能要求，火法精煉產(chǎn)出的銅液在圓盤澆鑄機(jī)鑄模中澆鑄成陽極板。

圖1 冷態(tài)雜銅反射爐精煉工藝流程圖

國內(nèi)以再生銅為原料的固定式反射爐占再生銅精煉產(chǎn)能的90%以上，中小企業(yè)居多[4-6]。這些中小企業(yè)所選用的固定式反射爐產(chǎn)能基本是單爐精煉銅60t、80t、100t三種規(guī)格，由于企業(yè)自身經(jīng)濟(jì)、技術(shù)力量限制，這些企業(yè)的固定式反射爐呈現(xiàn)出：

①單爐產(chǎn)能低，動力、人工、管理成本較高；②機(jī)械化程度低，工人勞動強(qiáng)度大；③環(huán)保設(shè)施投入不足，作業(yè)環(huán)境惡劣等缺陷，這一些列的問題對再生銅回收、安全、環(huán)保、規(guī)范化生產(chǎn)帶來了諸多不利因素。

近年來，為規(guī)范再生銅的回收、提高再生銅利用效率、降低再生銅精煉成本、降低再生銅冶煉帶來的環(huán)保影響，江西銅業(yè)、云南銅業(yè)、廣西有色等大型國有企業(yè)紛紛在各地投資建設(shè)再生銅冶煉基地，固定式反射爐均朝著大型化、機(jī)械化、節(jié)能環(huán)保三大方面發(fā)展。

但由于對大型反射爐結(jié)構(gòu)、熱力學(xué)條件、動力學(xué)條件等方面經(jīng)驗數(shù)據(jù)不足，各家所建成的大型反射爐在能耗方面遠(yuǎn)低于期望。筆者現(xiàn)以江西銅業(yè)集團(tuán)清遠(yuǎn)市分公司（清遠(yuǎn)江銅長盈銅業(yè)有限公司），云南銅業(yè)集團(tuán)清遠(yuǎn)分公司（廣東清遠(yuǎn)云銅有色金屬有限公司）兩家企業(yè)240噸固定式反射爐和幾家60t產(chǎn)能的固定式反射爐各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比來闡述現(xiàn)有大型固定式反射爐存在的問題。

表1 傳統(tǒng)大型反射爐與小型反射爐各項經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比

上表數(shù)據(jù)江銅長盈和清遠(yuǎn)云銅240噸/單爐大型固定式反射爐各主要經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比80噸/單爐的小型固定式反射爐均存在較大的差距。

3 傳統(tǒng)大型固定式反射爐存在的問題

對比分析，小型雜銅反射爐在技術(shù)指標(biāo)較大型雜銅反射爐均有著較為明顯的優(yōu)勢。反射爐熔煉技術(shù)指標(biāo)影響因素是多方面的，本文針對爐型結(jié)構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)的關(guān)系進(jìn)行研究，通過筆者四年多的生產(chǎn)實踐和調(diào)研分析，大型雜銅反射爐結(jié)構(gòu)方面存在待優(yōu)化關(guān)鍵技術(shù)點。

表2 傳統(tǒng)大型固定式反射爐與小型固定式反射爐結(jié)構(gòu)參數(shù)對比分析

結(jié)合傳統(tǒng)大型固定式反射爐與小型反射爐結(jié)構(gòu)差異及經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)差異對比，通過長期的生產(chǎn)實踐經(jīng)驗及理論分析，筆者對傳統(tǒng)大型反射爐在結(jié)構(gòu)方面存在的問題總結(jié)如下：

（1）長寬比取值過大，爐長過長，重油燃燒器火焰覆蓋面積為靠近燃燒器位置4.5米范圍，這個區(qū)間爐膛溫度高，物料熔化速度快，隨著溫度場延4.5米至爐尾位置分布，溫度逐漸下降，物料熔化速度減慢，這種延爐長方向物料熔化速度的差異導(dǎo)致熔化周期拉長，油耗大幅增加。

（2）反射爐下壓爐頂有利于高溫?zé)煔庠跔t內(nèi)卷吸，增加煙氣停留時間，下壓爐頂高度取值過大，導(dǎo)致大量高溫?zé)煔饪焖購臒煹懒魇?，這也是造成大型反射爐能耗過高的原因。

（3）熔池深度取值過大，反射爐加熱爐料主要依靠輻射間接傳熱至熔體表面，熱量再由熔體表面向內(nèi)進(jìn)行傳遞，氧化過程亦如此，深度過深對于熔體熔化和氧化都帶來較大的難度，為實現(xiàn)熔體熔化必須延長熔化周期以及氧化時間，從而導(dǎo)致了重油單耗及還原劑單耗、渣含銅升高等聯(lián)鎖反應(yīng)。

（4）由于爐頭、爐尾熔化速度的不均勻性，為強(qiáng)化熔池內(nèi)熱傳遞，常使用吹氧作業(yè)進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，強(qiáng)化熱傳遞的過程同時也導(dǎo)致Cu氧化深度過大,這既是造成還原劑單耗增加的因素也是造成爐渣含銅過高的主要因素。

（5）溜槽長度過長，在進(jìn)行銅水澆鑄過程中溜槽散熱損失較大，為確保銅水溫度滿足澆鑄要求，澆鑄過程必須燃燒重油彌補(bǔ)散熱損失。

表3 傳統(tǒng)大型固定式反射爐與小型固定式反射爐各生產(chǎn)周期耗時對比對比分析

從生產(chǎn)周期來看，傳統(tǒng)大型反射爐單爐作業(yè)時間比小型固定式反射爐長很多，具體差異主要集中于加料與熔化階段，尤其是熔化速度差異更加明顯。

華清天恒和廣州翔俊兩家80噸/單爐小型固定式反射爐對比大型固定式反射爐主要優(yōu)點如下：

（1）爐長6.6m，重油燃燒火焰基本可以完全覆蓋整個爐膛，爐頭、爐尾物料熔化速度均衡，熔化時間短，油耗低。

（2）物料熔化速度快，也間接縮短了吹氧強(qiáng)制熱交換的時間，銅水氧化深度滿足除雜要求即可，后期還原劑單耗，精煉渣含銅品位自然也得到較大的優(yōu)化。

（3）熔池深度淺，熔體間熱交換快，熔化爐時和強(qiáng)制吹氧熔化時間短，還原劑單耗低，渣含銅低。

（4）中部排渣排銅，溜槽短，澆鑄過程延溜槽熱損失少。

4 新型大型固定式反射爐創(chuàng)新點

（1）在爐尾增設(shè)重油燃燒裝置，由爐頭供熱改為爐頭爐尾同時供熱，確保高溫火焰能基本覆蓋整個爐膛，消除爐頭、爐尾物料熔化速度不均衡帶來的不利影響。

（2）由爐尾排煙改為中部排煙。

（3）延爐長方向，以爐子中心為基準(zhǔn)，左右對稱布置下壓爐頂，確保高溫?zé)煔庠跔t膛內(nèi)停留時間。

（4）支撐中央煙道及兩下壓爐頂立柱均采用水冷循環(huán)立柱，并在水冷立柱內(nèi)側(cè)砌筑耐火材料。

（5）延爐長方向，以爐子中心為基線，在渣線位置敷設(shè)排渣孔。

（6）以爐子中心線為基線，兩出銅口近可能向中部靠攏。

（7）將兩出銅口爐墻厚度由860mm加厚至1160mm。

（8）將熔池深度由0.85m改為0.64m,力求縮短銅水熱交換時間，降低氧化深度，以達(dá)到降低熔化時間和降低渣含銅的目的。

（9）將原普通空氣助燃風(fēng)采用換熱器與煙氣進(jìn)行換熱，力求燃燒用空氣溫度≥200℃，以提高熱利用率。

（10）在出渣溜槽位置設(shè)置重金屬沉降鍋，以達(dá)到減少渣中機(jī)械損失的目的。

5 新型大型固定式反射爐綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

對傳統(tǒng)大型固定式反射爐結(jié)構(gòu)的改動，經(jīng)過長達(dá)二個月的生產(chǎn)實踐證明，改動后的新型固定式反射爐各經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均得到較大的提升，體現(xiàn)在生產(chǎn)成本上優(yōu)勢明顯。以下是傳統(tǒng)大型爐與新型爐各經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比。

表4 傳統(tǒng)大型固定式反射爐與新型大型固定反射爐綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)對比

6 新型大型固定式反射爐亟待經(jīng)濟(jì)的技術(shù)問題

雖然改動后的新型固定式反射爐各經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)均得到較大的提升，但仍存在一些關(guān)鍵技術(shù)問題亟待進(jìn)一步研究解決，具體體現(xiàn)在以下幾點：

①由于煙道由尾部改動至中部，中部左右兩側(cè)對稱下壓爐頂容易出現(xiàn)變形垮塌，在開爐后兩個月下壓爐頂垮塌導(dǎo)致生產(chǎn)無法繼續(xù)運(yùn)行。②煙道支撐及水平煙道高溫受高溫氣體的侵蝕導(dǎo)致變形嚴(yán)重。

7 經(jīng)濟(jì)效益分析

（1）節(jié)能效益：（按年產(chǎn)陽極銅100000噸，重油單價4800元/噸計）。

年節(jié)能效益：Q=100000×（84-59）÷1000×4800=12000000元。

（3）金屬回收效益（按一噸精煉渣加工至陽極銅的成本2000元計，入爐原料品位按90%計）

金屬回收效益：Q1=100000÷90%×（6%-3%）×2000=6666666.67元。

年產(chǎn)10萬噸陽極銅生產(chǎn)企業(yè)，通過對傳統(tǒng)固定式反射爐的技改，可實現(xiàn)生產(chǎn)成本的大幅降低，年成本結(jié)余=Q+Q1約為1867萬元，這對于打造企業(yè)核心競爭力，實現(xiàn)企業(yè)效益最大化起到積極的意義。

8 生態(tài)效益及社會效益分析

隨著該項技術(shù)的應(yīng)用不斷進(jìn)步和成熟，企業(yè)廢雜銅冶煉能耗逐年降低，節(jié)約了大量的能源，同時，原料回收率提高，大大二次生產(chǎn)成本，能耗的降低同時也可大大緩解地方及企業(yè)環(huán)保壓力，筆者已就新型大型反射爐結(jié)構(gòu)上亟待解決的問題進(jìn)行了闡述。

相信經(jīng)過廣大銅冶煉從業(yè)者的不斷深化研究，一定能在新型反射爐的壽命方面取得突破性進(jìn)展，這項新技術(shù)的研究和產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用將對未來廢雜銅冶煉提供一種更加節(jié)能、更加環(huán)保的方式，意義重大。