周 嘉

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西 南昌 330000）

側(cè)吹加工技術(shù)廣泛應(yīng)用于金、銀、銅、鉛、錫等有色金屬的原料精煉加工過程。由于材料相界流動面積大，材料側(cè)爐在1200℃～1500℃的加熱溫度下不斷將氣加入浴缸爐渣中，氣體加熱使其與浴缸爐渣能夠完全混合，為了防止刺激使用側(cè)爐的材料傳熱流動過程，在強烈的熱攪拌下，在配料爐頂上會形成一個銅鏡狀的乳液相，在側(cè)爐風口底部還會形成小的玻璃熔體防止流動，在側(cè)爐生產(chǎn)工藝過程中，上部金屬硫化物與側(cè)爐金屬配料顆粒中的熔體混合后會形成一個上下相，由于側(cè)爐配料溫度波動和生產(chǎn)工藝溫度控制能力不足，直徑厚度在0.5mm～5.0mm之間的金屬顆粒連續(xù)凝結(jié)，容易在配料側(cè)爐和煙道內(nèi)熔體凝結(jié)而形成結(jié)瘤，堵塞下部孔或在側(cè)爐內(nèi)熔體脫落，導致浴缸停爐，嚴重的還影響到了側(cè)爐的平穩(wěn)生產(chǎn)運行，造成側(cè)爐生產(chǎn)管理系統(tǒng)運行停滯，成本高。雖然通過加入第二個燃燒孔和大量使用揮發(fā)性高的燃料溶劑可以有效提高二次氧化空氣的燃燒溫度，從而可以促進燃燒結(jié)瘤的完全熔化，但其燃料消耗量非常高，需要長期連續(xù)使用，許多冶金專業(yè)人士對此進行了詳細的研究。劉長東等人已采取措施控制爐膛煙囪結(jié)構(gòu)和內(nèi)部動脈瘤的損傷，對于熱震耐火構(gòu)件的控制和氧氣系統(tǒng)的優(yōu)化，劉慶林研究了側(cè)吹砌體結(jié)構(gòu)損傷的原因，然而，這些研究沒有深入分析結(jié)瘤的產(chǎn)生原因，也沒有解決結(jié)瘤的問題。因此，本文針對側(cè)壁爐膛平流動結(jié)瘤常見問題，通過對結(jié)瘤生長部位的多次實驗分析，提出了一種新的眼形二次型[1]。

1 側(cè)吹爐結(jié)瘤成因分析

根據(jù)某銅冶煉廠的實際情況，其銅產(chǎn)量約為100萬噸。據(jù)編譯人員分析，該爐因工作故障停機4116分鐘，占爐膛故障的64.47%，嚴重影響了性能，提高了運行成本。

1.1 爐墻結(jié)構(gòu)及爐內(nèi)結(jié)瘤的成因

爐邊上的墻體可分為兩個大部分，爐底由耐火材料涂層制成，中間層由三層均為銅質(zhì)的水和油組成，包括第一層中的氣水相互接觸層和渣層，渣層是生產(chǎn)線在下層的氣水接觸涂層，渣厚600-800mm，全部在一層的氣水接觸涂層中，是側(cè)風水吹爐的主要煙氣反應(yīng)處理區(qū)，第二、三水套之間是主要對角線，爐內(nèi)的煙氣相反應(yīng)主要在這個反應(yīng)區(qū)域，還有均一氧化硫等不完全煙氣氧化反應(yīng)組分的層層堆積，如按照CO的原始設(shè)計想法，考慮使用側(cè)風水吹爐的二次氣通風主要由三層的銅水和油套的二次氣進風口和主噴嘴層層覆蓋，以便于去除爐內(nèi)煙氣反應(yīng)中的部分CO氧化和均一硫。隨著廢氣排放量的不斷增加，二次進風口在ESP進出時無法達到懸浮溫度和煙氣燃燒，當爐膛停止時，在熱膨脹和冷卻作用下，爐膛部分凝固，爐渣從爐壁剝離到熔池中，使爐渣進入渣室，然后從渣口剝離；不均勻的爐結(jié)會長大并熔合成團塊，堵塞爐料的下降通道[2,3]。

1.2 煙道結(jié)瘤成因分析

目前，它是國內(nèi)冶煉爐的主要瓶頸之一，導致許多冶煉爐停產(chǎn)，對生產(chǎn)造成巨大影響。傾斜煙囪技術(shù)改造前，煙囪直徑存在諸多問題，甚至煙囪出口堵塞，導致煙氣被抽走，側(cè)吹后部分鍋爐房遺留，通過對側(cè)吹爐煙道動力學模型的分析，指出傾斜煙囪技術(shù)改造后，煙囪直徑存在較大的問題，筆者發(fā)現(xiàn)，該爐嚴重過熱，導致爐體失效，傾斜煙囪的頂部和底部被濃煙嚴重沖刷。當實際測量溫度時，這里的溫度較高，局部發(fā)紅強烈。當濃煙到達頂部時，由于需要改變轉(zhuǎn)向和煙速，溫度較高，進入鍋爐前，阻力大，煙氣迅速下降，形成結(jié)瘤。

圖1 煙道結(jié)瘤分析

2 側(cè)吹爐結(jié)瘤機理分析

2.1 二次風室結(jié)瘤分析

通過對二次爐膛落料節(jié)點和實際熔煉生產(chǎn)過程結(jié)果的綜合分析，有三種熔煉爐源：二次爐熱風冷爐來自高溫大氣，一般溫度為20℃，熔煉生產(chǎn)過程在爐內(nèi)連續(xù)加熱攪拌，使其大部分氣體噴至二次爐進風口附近，在寒冷高溫天氣下迅速加熱凝結(jié)并直接粘附在爐壁上，形成整個窯體的初始落料節(jié)點；噴槍進爐噴出的小顆粒熔體與整個原爐爐壁相撞時，容易被高溫煙卷包裹起來并粘在整個原爐上；在連續(xù)落料熔煉過程中，細小氣體顆粒容易進入高溫氣體地帶，與最初節(jié)點形成的二次爐結(jié)熔體發(fā)生連續(xù)落料或落氣碰撞，并持續(xù)增大。

2.2 煙道結(jié)瘤機理研究

通過對煙堿結(jié)核的礦物組成和鑲嵌組織特征的分析，發(fā)現(xiàn)煙堿結(jié)核外層的赤鐵礦和赤鐵礦含量不高，磁鐵礦含量在50%以上。除一次噴霧和機械粉塵外，磁鐵礦主要由以下反應(yīng)形成：

另外，黑色素瘤外層約有20%的白锍銅，原料中的貧锍進一步氧化得到的氧氣濃度僅為0，根據(jù)熱力學分析，上述反應(yīng)可以進行，但由于氧氣濃度較低，傳播速度有限，當SQG的氧壓很低時，用CO作氧化劑可能發(fā)生以下反應(yīng)：

煙道表層成分與結(jié)瘤相似，由于出口溫度低，反應(yīng)速度減慢，結(jié)果磁鐵礦含量低，黑色素瘤中間產(chǎn)物磁鐵礦含量低，赤鐵礦含量大大恢復(fù)，因為中間沉淀時間長。部分磁鐵礦被氧化成赤鐵礦，白锍銅被氧化成銅，根據(jù)附近的礦物，然后發(fā)生以下反應(yīng)：

在本文的研究中，斜角巖的結(jié)瘤標本認為是產(chǎn)后加工過程的最終融化產(chǎn)物，然而，由于原料加工后的溫度不足以完全融化這種高溫度熔點下的礦物，每次都無法完全清除石棺，就像磁鐵一樣。相反，煙囪氣體燃燒反應(yīng)過程環(huán)境中的這種高溫強彈性氧化反應(yīng)氣氛為所有金屬化學反應(yīng)過程提供了良好的氣體熱力學和物理動力學反應(yīng)條件，有助于高溫低熔點金屬礦物的進一步氧化形成、富集和分解再結(jié)晶，導致其化學組成結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列彈性變化。熔點較低的磁性礦物，如鐵和白冰銅被局部熔化，從而在磁性腫瘤礦物表面氧化形成更均勻的大型磁性固溶殼，然后在被局部氧化，然而，局部氧化形成的柔性磁鐵礦八面體和青銅礦，卻形成了典型的磁性固溶體和非分離礦物結(jié)構(gòu)。在取樣過程中還發(fā)現(xiàn)了大量的銅，這是由于熔融物濃縮、煙囪燃燒氣體泄漏造成的。

在傾斜煙道內(nèi)與阻燃澆注層接觸的接頭樣品中，磁鐵礦的含量最高，其次是赤鐵礦，還有少量的白銅冰。這種結(jié)在煙囪中存在的時間最長，從爐初到煙囪第一次焙燒的時間為100d，因此，它與表層的礦物組成不同，在瘤的形成過程中仍存在鐵素體的形成和再結(jié)晶。

粉塵體的表面含有大于一定量的鹽和硫酸鹽，在現(xiàn)場溫度(600-800℃)下，包含由Cu、pH等組成發(fā)揮性成分。由于爐內(nèi)煙氣燃料回流前后以及煙氣輸送系統(tǒng)環(huán)境溫度的較大變化，各燃料漏斗中富含硫酸鹽的礦物分布也因此發(fā)生了較大變化，產(chǎn)生的砷酸鹽礦物是由爐內(nèi)燃料漏斗中的多種砷酸鹽礦物組成feass、cup(as、(sb)sis、CuYAS分解成氧化物，生成As2O3，易揮發(fā)，然后通過CuO和ZnO反應(yīng)氧化成asgos球狀粉塵顆粒結(jié)構(gòu)，煙氣回流后的現(xiàn)象表明，由于煙氣流量和流速的增加，出口煙氣溫度迅速下降，熔融粉塵突然凝固形成球狀結(jié)構(gòu)，煙氣粒徑增大。

3 側(cè)吹爐結(jié)瘤消除

本研究通過對側(cè)爐結(jié)瘤的分析重建二次風，根據(jù)煙囪動力學模型，優(yōu)化煙囪結(jié)構(gòu)，消除側(cè)爐結(jié)瘤。

3.1 二次風改造

由于新型熔體直噴機在生產(chǎn)出爐過程中難以直接到達鍋內(nèi)爐頂，決定在爐內(nèi)頂部安裝二次式通風口?？紤]到原來側(cè)爐頂部的返修，打開頂部通風口頂部進入第二干的通風道，省下原來三層臥式水箱管套的第二干通風口，完全可以打開第二干通風口頂部，有意無選擇地再次打開原來的第二干通風口，不同于原來錐爐第二孔的通氣開度，第二次打開通氣口并無明顯結(jié)塊，每小時注入1000nm氧氣，二次空氣供氧24000萬N立方米，標準立方米1.8元，每天只需添加兩次2400萬立方米氧氣。據(jù)估計，大概需要花費432000萬元。在這方面，實際使用中，按每天10美元計算，年支出為51.84億美元。由于技術(shù)回收后不補充氧氣，如果關(guān)閉出風口，可節(jié)約51.84億元，加上天然氣強制加熱，需要使用400N立方米每小時。按照3.0元的標準立方米，每天消耗2.8萬元。據(jù)統(tǒng)計處統(tǒng)計，香港實際用地面積約為每年1億元。以每月12天為單位，實際土地面積為每年1472萬美元。由于技術(shù)改造中不使用天然氣，每年可節(jié)約414.72億元，因二次通氣關(guān)閉動脈瘤可節(jié)約6384分鐘。每停一次損失1300元，第二次改造前一年直接損失82992元。二次風恢復(fù)后，側(cè)吹爐水箱完全控制，年補償1763萬元。

3.2 煙道優(yōu)化

煙道動力優(yōu)化的主要技術(shù)實現(xiàn)方法是：通過鍋爐動態(tài)模型分析模擬建筑鍋爐段內(nèi)的傾斜進氣煙道，研究建筑煙囪兩側(cè)煙道傾斜線的結(jié)構(gòu)設(shè)計，逐步有效減小建筑鍋爐傾斜煙道的進氣流量，減少建筑鍋爐傾斜煙氣煙道流量的密度急劇下降，同時有效降低系統(tǒng)的進氣阻力和熱損失；同時根據(jù)鍋爐動力優(yōu)化模型的自動計算分析結(jié)果和建筑煙囪鍋爐內(nèi)熱處理負荷的自動分布，對建筑煙囪的鍋爐傾角和進口弧度大小進行了自動修正，以有效提高建筑煙囪的受熱穩(wěn)定性，鍋爐煙氣進口角減小可以有效減少建筑鍋爐上端下部以及水冷壁的受熱腐蝕，提高建筑鍋爐上部薄弱環(huán)節(jié)的鍋爐使用壽命；水冷煙氣網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是一種先進的建筑煙氣及鍋爐煙氣綜合冷卻系統(tǒng)，成本低，熱能源利用率高，但考慮到停爐的特殊性，在距鍋爐風機20小時以上易造成局部過熱和內(nèi)漏，容易造成事故，因此，該型耐火砌體仍采用，插入式螺旋冷卻盤管煙囪蓋加墊，同時耐火材料腐蝕嚴重時，爐渣可繼續(xù)使用，提高煙囪的整體使用壽命。

4 結(jié)論

通過對結(jié)瘤的研究，在側(cè)通風罩上設(shè)置兩個通風口，有效地解決了二次結(jié)瘤的問題，消除了工藝的不安全性，為保證生產(chǎn)的連續(xù)性，每年可彌補損失1763萬美元。根據(jù)煙囪的失效機理，采用氣體流量曲線結(jié)構(gòu)和水冷壁優(yōu)化設(shè)計，傾斜煙囪的溫度不宜超過200℃足側(cè)爐的生產(chǎn)需要。