周 嘉

（中國(guó)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(guò)程。由于材料相界流動(dòng)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(dòng)過(guò)程，在強(qiáng)烈的熱攪拌下，在配料爐頂上會(huì)形成一個(gè)銅鏡狀的乳液相，在側(cè)爐風(fēng)口底部還會(huì)形成小的玻璃熔體防止流動(dòng)，在側(cè)爐生產(chǎn)工藝過(guò)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(huì)形成一個(gè)上下相，由于側(cè)爐配料溫度波動(dòng)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(dǎo)致浴缸停爐，嚴(yán)重的還影響到了側(cè)爐的平穩(wěn)生產(chǎn)運(yùn)行，造成側(cè)爐生產(chǎn)管理系統(tǒng)運(yùn)行停滯，成本高。雖然通過(guò)加入第二個(gè)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(jìn)燃燒結(jié)瘤的完全熔化，但其燃料消耗量非常高，需要長(zhǎng)期連續(xù)使用，許多冶金專業(yè)人士對(duì)此進(jìn)行了詳細(xì)的研究。劉長(zhǎng)東等人已采取措施控制爐膛煙囪結(jié)構(gòu)和內(nèi)部動(dòng)脈瘤的損傷，對(duì)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(méi)有深入分析結(jié)瘤的產(chǎn)生原因，也沒(méi)有解決結(jié)瘤的問(wèn)題。因此，本文針對(duì)側(cè)壁爐膛平流動(dòng)結(jié)瘤常見問(wèn)題，通過(guò)對(duì)結(jié)瘤生長(zhǎng)部位的多次實(shí)驗(yàn)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(shí)際情況，其銅產(chǎn)量約為100萬(wàn)噸。據(jù)編譯人員分析，該爐因工作故障停機(jī)4116分鐘，占爐膛故障的64.47%，嚴(yán)重影響了性能，提高了運(yùn)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(gè)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(fēng)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(duì)角線，爐內(nèi)的煙氣相反應(yīng)主要在這個(gè)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(jì)想法，考慮使用側(cè)風(fēng)水吹爐的二次氣通風(fēng)主要由三層的銅水和油套的二次氣進(jìn)風(fēng)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(jìn)風(fēng)口在ESP進(jìn)出時(shí)無(wú)法達(dá)到懸浮溫度和煙氣燃燒，當(dāng)爐膛停止時(shí)，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?fàn)t渣進(jìn)入渣室，然后從渣口剝離；不均勻的爐結(jié)會(huì)長(zhǎng)大并熔合成團(tuán)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(guó)內(nèi)冶煉爐的主要瓶頸之一，導(dǎo)致許多冶煉爐停產(chǎn)，對(duì)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(wèn)題，甚至煙囪出口堵塞，導(dǎo)致煙氣被抽走，側(cè)吹后部分鍋爐房遺留，通過(guò)對(duì)側(cè)吹爐煙道動(dòng)力學(xué)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(wèn)題，筆者發(fā)現(xiàn)，該爐嚴(yán)重過(guò)熱，導(dǎo)致爐體失效，傾斜煙囪的頂部和底部被濃煙嚴(yán)重沖刷。當(dāng)實(shí)際測(cè)量溫度時(shí)，這里的溫度較高，局部發(fā)紅強(qiáng)烈。當(dāng)濃煙到達(dá)頂部時(shí)，由于需要改變轉(zhuǎn)向和煙速，溫度較高，進(jìn)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(jī)理分析

2.1 二次風(fēng)室結(jié)瘤分析

通過(guò)對(duì)二次爐膛落料節(jié)點(diǎn)和實(shí)際熔煉生產(chǎn)過(guò)程結(jié)果的綜合分析，有三種熔煉爐源：二次爐熱風(fēng)冷爐來(lái)自高溫大氣，一般溫度為20℃，熔煉生產(chǎn)過(guò)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(jìn)風(fēng)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(gè)窯體的初始落料節(jié)點(diǎn)；噴槍進(jìn)爐噴出的小顆粒熔體與整個(gè)原爐爐壁相撞時(shí)，容易被高溫?zé)熅戆饋?lái)并粘在整個(gè)原爐上；在連續(xù)落料熔煉過(guò)程中，細(xì)小氣體顆粒容易進(jìn)入高溫氣體地帶，與最初節(jié)點(diǎn)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(jī)理研究

通過(guò)對(duì)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(jī)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(jìn)一步氧化得到的氧氣濃度僅為0，根據(jù)熱力學(xué)分析，上述反應(yīng)可以進(jìn)行，但由于氧氣濃度較低，傳播速度有限，當(dāng)SQG的氧壓很低時(shí)，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?yàn)橹虚g沉淀時(shí)間長(zhǎng)。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(biāo)本認(rèn)為是產(chǎn)后加工過(guò)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(diǎn)下的礦物，每次都無(wú)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(guò)程環(huán)境中的這種高溫強(qiáng)彈性氧化反應(yīng)氣氛為所有金屬化學(xué)反應(yīng)過(guò)程提供了良好的氣體熱力學(xué)和物理動(dòng)力學(xué)反應(yīng)條件，有助于高溫低熔點(diǎn)金屬礦物的進(jìn)一步氧化形成、富集和分解再結(jié)晶，導(dǎo)致其化學(xué)組成結(jié)構(gòu)發(fā)生一系列彈性變化。熔點(diǎn)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(guò)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(shí)間最長(zhǎng)，從爐初到煙囪第一次焙燒的時(shí)間為100d，因此，它與表層的礦物組成不同，在瘤的形成過(guò)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(chǎng)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(guò)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(guò)對(duì)側(cè)爐結(jié)瘤的分析重建二次風(fēng)，根據(jù)煙囪動(dòng)力學(xué)模型，優(yōu)化煙囪結(jié)構(gòu)，消除側(cè)爐結(jié)瘤。

3.1 二次風(fēng)改造

由于新型熔體直噴機(jī)在生產(chǎn)出爐過(guò)程中難以直接到達(dá)鍋內(nèi)爐頂，決定在爐內(nèi)頂部安裝二次式通風(fēng)口?？紤]到原來(lái)側(cè)爐頂部的返修，打開頂部通風(fēng)口頂部進(jìn)入第二干的通風(fēng)道，省下原來(lái)三層臥式水箱管套的第二干通風(fēng)口，完全可以打開第二干通風(fēng)口頂部，有意無(wú)選擇地再次打開原來(lái)的第二干通風(fēng)口，不同于原來(lái)錐爐第二孔的通氣開度，第二次打開通氣口并無(wú)明顯結(jié)塊，每小時(shí)注入1000nm氧氣，二次空氣供氧24000萬(wàn)N立方米，標(biāo)準(zhǔn)立方米1.8元，每天只需添加兩次2400萬(wàn)立方米氧氣。據(jù)估計(jì)，大概需要花費(fèi)432000萬(wàn)元。在這方面，實(shí)際使用中，按每天10美元計(jì)算，年支出為51.84億美元。由于技術(shù)回收后不補(bǔ)充氧氣，如果關(guān)閉出風(fēng)口，可節(jié)約51.84億元，加上天然氣強(qiáng)制加熱，需要使用400N立方米每小時(shí)。按照3.0元的標(biāo)準(zhǔn)立方米，每天消耗2.8萬(wàn)元。據(jù)統(tǒng)計(jì)處統(tǒng)計(jì)，香港實(shí)際用地面積約為每年1億元。以每月12天為單位，實(shí)際土地面積為每年1472萬(wàn)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(dòng)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(fēng)恢復(fù)后，側(cè)吹爐水箱完全控制，年補(bǔ)償1763萬(wàn)元。

3.2 煙道優(yōu)化

煙道動(dòng)力優(yōu)化的主要技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法是：通過(guò)鍋爐動(dòng)態(tài)模型分析模擬建筑鍋爐段內(nèi)的傾斜進(jìn)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(jì)，逐步有效減小建筑鍋爐傾斜煙道的進(jìn)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(shí)有效降低系統(tǒng)的進(jìn)氣阻力和熱損失；同時(shí)根據(jù)鍋爐動(dòng)力優(yōu)化模型的自動(dòng)計(jì)算分析結(jié)果和建筑煙囪鍋爐內(nèi)熱處理負(fù)荷的自動(dòng)分布，對(duì)建筑煙囪的鍋爐傾角和進(jìn)口弧度大小進(jìn)行了自動(dòng)修正，以有效提高建筑煙囪的受熱穩(wěn)定性，鍋爐煙氣進(jìn)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(jìn)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(fēng)機(jī)20小時(shí)以上易造成局部過(guò)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(shí)耐火材料腐蝕嚴(yán)重時(shí)，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(guò)對(duì)結(jié)瘤的研究，在側(cè)通風(fēng)罩上設(shè)置兩個(gè)通風(fēng)口，有效地解決了二次結(jié)瘤的問(wèn)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(bǔ)損失1763萬(wàn)美元。根據(jù)煙囪的失效機(jī)理，采用氣體流量曲線結(jié)構(gòu)和水冷壁優(yōu)化設(shè)計(jì)，傾斜煙囪的溫度不宜超過(guò)200℃足側(cè)爐的生產(chǎn)需要。