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        多元爐上升煙道結(jié)焦的分析與討論

        2018-12-27 05:59:50王智郭學(xué)益王海濱欒俊超
        世界有色金屬 2018年20期

        王智,郭學(xué)益,王海濱,欒俊超

        (中南大學(xué) 湖南 長沙 410083)

        東營魯方金屬材料有限公司(以下簡稱魯方公司)的多元爐生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的煙氣通過上升煙道進(jìn)入電收塵器。由于噴槍生產(chǎn)過程中渣與冰銅的噴濺以及熔融冰銅與渣氧化吸附等原因,往往會(huì)在煙道口結(jié)焦。結(jié)焦會(huì)導(dǎo)致煙道阻塞、爐子抽氣能力降低、煙氣溢出等問題,特別是結(jié)焦塊的頻繁掉落會(huì)影響爐子穩(wěn)定性,縮短爐體和噴槍壽命。因此,爐口與上升煙道結(jié)焦對多元爐的生產(chǎn)與環(huán)保有極大的負(fù)面影響。

        抑制上升煙道的結(jié)焦在有色金屬冶煉領(lǐng)域是一個(gè)世界性的難題。結(jié)焦的形成不僅會(huì)造成有價(jià)金屬的浪費(fèi),而且當(dāng)大型焦塊從多元爐中落下時(shí),會(huì)壓碎耐火磚,嚴(yán)重影響爐子的使用壽命。為了保證生產(chǎn)的安全與穩(wěn)定,很有必要抑制結(jié)焦的產(chǎn)生并尋找最佳的結(jié)焦解決方案,進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定生產(chǎn)、延長爐壽、安全環(huán)保以及提高效益之目的。

        1 多元爐結(jié)焦的組成

        今年8月份,魯方公司對多元爐煙道口的結(jié)焦進(jìn)行了取樣檢測,見圖1與圖2。

        通過對多元爐結(jié)焦FY271的取樣后檢測發(fā)現(xiàn),焦炭的主要相組成為大量渣相(硅含量高于渣中硅含量),冰銅相,鐵橄欖石相,四氧化三鐵相。從圖2中可以看出:-3中含有大量Cu2O存在。

        FY271相的組成見表1。

        圖1 多元爐結(jié)焦FY271

        圖2 多元爐結(jié)焦FY272

        由相組成可推測,該結(jié)焦為渣層噴濺后吸入滯留于煙道口,并緩慢冷卻而形成。另外,由其保留大量冰銅相可知,該樣品-1,-2部分的生成過程中,與氧氣接觸較少,可以推測可能位于結(jié)焦內(nèi)測;-3部分形成大量Cu2O,推測與氧氣接觸較多,并處在高溫區(qū)。另外,一定冰銅相的存在,使該結(jié)焦較為疏松。

        FY272相組成見表2。

        從表2可以看出:結(jié)焦樣品FY272的檢測結(jié)果顯示,樣品中存在大量的Cu2O,PbS,可推測,該結(jié)焦為冰銅(含少量渣)在煙道口而形成。Cu2O、PbO化合物的形成表明與氧氣接觸較多,并處在高溫區(qū)。

        2 結(jié)焦的形成原因

        結(jié)焦(結(jié)渣)是一種非常復(fù)雜的物理化學(xué)過程。它涉及燃燒、傳熱、傳質(zhì)、灰分的潛在結(jié)焦傾向,灰粒子在爐內(nèi)的運(yùn)動(dòng)以及灰份與管壁間的粘附等復(fù)雜過程。在銅冶煉行業(yè)里面,結(jié)焦受精礦投料量、成分、形狀等多種影響,燃燒不穩(wěn)定,產(chǎn)能擴(kuò)大,熱負(fù)荷增大,會(huì)加劇粘結(jié)[1]。

        魯方公司兩步煉銅工藝產(chǎn)業(yè)化示范項(xiàng)目于2015年10月投產(chǎn),至今多元爐已運(yùn)行3年1個(gè)月的時(shí)間。經(jīng)過三年多的生產(chǎn)實(shí)踐,以及通過對煙道結(jié)焦的相組成進(jìn)行分析,目前影響結(jié)焦產(chǎn)生的主要因素有以下幾個(gè)方面:冰銅噴濺、原料組成以及爐體漏風(fēng)等。

        2.1 冰銅噴濺

        表1 FY271相組成

        表2 FY272相組成

        為實(shí)現(xiàn)兩步煉銅工藝,多元爐采用底側(cè)復(fù)合吹的送氣方式,即底部噴槍噴入純氧和空氣,側(cè)槍噴入還原氣[2]。在多元爐反應(yīng)區(qū),物料從頂部加入,富氧氣體(氧濃73%左右、氧壓0.55-0.65MPa)從爐體底部噴入熔體,使熔體形成劇烈的攪動(dòng),物料瞬時(shí)被卷入熔體中,迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。由于氣體以射流狀態(tài)噴入熔體,動(dòng)力學(xué)條件好,熔煉強(qiáng)度大,導(dǎo)致冰銅熔體的劇烈噴濺,噴濺的冰銅熔體會(huì)裹挾部分渣吸附在煙道,被氧化后形成致密的氧化物結(jié)焦。

        2.2 原料組成

        銅精礦中若鉛、氧化鉀及氧化鈉成分增多,會(huì)與二氧化硅形成低熔點(diǎn)液態(tài),粘附銅精礦在煙道口上。對結(jié)焦樣品的檢測中,檢測到較多含PbO-化合物,形成低熔點(diǎn)化合物,起到粘結(jié)作用,形成結(jié)焦吸附在煙道上。

        銅精礦中含鋅物料的增加也會(huì)導(dǎo)致結(jié)焦的產(chǎn)生,這是因?yàn)閆nO的存在會(huì)促進(jìn)了尖晶石形成,尖晶石經(jīng)長期生長后,結(jié)成板塊狀大片尖晶石,密度高(不含鋅尖晶石:3.6 g*cm-3,含鋅尖晶石可達(dá)4.6 g*cm-3),硬度高(莫氏硬度8,金剛石為10),形成致密結(jié)焦[3]。

        通過研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)含硫化物高時(shí),結(jié)焦較為疏松;含氧化物高時(shí),結(jié)焦較為致密。多元爐熔煉過程中,銅精礦中的硫化銅與大量的空氣反應(yīng),氧化放熱,生成Cu、Cu2O等熔融粘結(jié)相;同時(shí)硫化鐵氧化后生成尖晶石,與Cu2O生成Cu2O.Fe2O3。

        2.3 爐體漏風(fēng)

        圖3 氧濃對物相的影響

        爐體漏風(fēng)提供大量的氧氣,同時(shí)會(huì)降低煙氣溫度,由下圖可知:氧氣濃度的增加會(huì)減少單質(zhì)硫的生成;但單質(zhì)硫的氧化放熱,有利銅精礦、冰銅的氧化,同時(shí)在銅精礦的熔煉過程中,低溫富氧下主要存在CuO,高溫富氧下主要存在Cu2O。溫度的降低可使銅精礦的保持在冰銅的狀態(tài),減少Cu2O的生成,有利于形成較疏松的結(jié)焦。

        3 控制結(jié)焦生成的方法

        3.1 減少冰銅噴濺

        噴濺問題,是目前銅冶煉過程中存在的共性問題,在多元爐的生產(chǎn)過程中,熔體會(huì)形成劇烈的攪動(dòng),必然會(huì)造成噴濺,無法避免,但可以嘗試從控制爐溫和適當(dāng)改變爐體結(jié)構(gòu)等方面減少冰銅噴濺的問題。

        氧槍的位置直接影響噴濺的程度與氧槍的壽命,將多元爐氧槍區(qū)遠(yuǎn)離煙道口或關(guān)閉靠近煙道口氧槍可減少冰銅噴濺。

        改變冷卻水套結(jié)構(gòu)。目前冷卻水套使煙道有大量凹槽,有利于吸附的發(fā)生。

        3.2 控制原料成分

        控制銅精礦中Pb的含量,減少高硅酸鉛低熔點(diǎn)粘結(jié)相生成;同時(shí)可以加入提高熔點(diǎn)低物料,使粘結(jié)相不宜生成;

        控制銅精礦中Zn的含量,減少尖晶石的生成;

        3.3 控制爐體漏風(fēng)量

        爐體漏風(fēng)會(huì)導(dǎo)致氣體快速流入,擊打煙道壁,使熔體更緊密吸附。但同時(shí)漏風(fēng)可使使銅精礦的保持在冰銅的狀態(tài),減少Cu2O的生成,有利于形成較疏松的結(jié)焦。所以爐體應(yīng)控制合適的漏風(fēng)量,改變漏風(fēng)的進(jìn)入方式,降低進(jìn)風(fēng)帶來的沖擊力。

        4 結(jié)論

        通過減少冰銅的噴濺和原料中Pb、Zn等組分的含量以及適當(dāng)控制爐體漏風(fēng)量等組合手段,爐口及上升煙道結(jié)焦得到了較好的控制。魯方公司多元爐煙道口的清焦頻率,有控制前的每周3次,降低為控制后的每周1次,顯著提高了生產(chǎn)效率。

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