側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉工藝

2.1 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉法原理

中國恩菲側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉法是以多通道側(cè)吹噴槍以亞音速向熔池內(nèi)噴入富氧空氣和燃料(天然氣、發(fā)生爐煤氣、粉煤)以激烈攪動熔體和直接燃燒向熔體補熱為特征的。不同于其它類型側(cè)吹爐僅適用于銅精礦冶煉和液態(tài)渣還原，中國恩菲SSL工藝物料適應(yīng)廣泛，特別適應(yīng)于不發(fā)熱物料的處理。當(dāng)爐料加入熔煉區(qū)后，碳酸鹽或硫酸鹽物料立即隨熔體的攪動散布于熔體之中，與周圍熔體發(fā)生快速傳熱，進行爐料的加熱、分解、熔化等過程。同時，側(cè)吹噴槍噴入燃料又為物料提供熱源。可知SSL爐系統(tǒng)為一個近似理想的熱技術(shù)系統(tǒng)。

2.2 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐結(jié)構(gòu)

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐采用橢圓型爐型結(jié)構(gòu)，放置混凝土條形基礎(chǔ)上，由爐缸，爐身，爐頂構(gòu)成;爐缸外圍鋼板，內(nèi)襯耐火材料，在爐缸的一側(cè)開有上渣口和下渣口，在爐缸最底部設(shè)有底排放口;爐身側(cè)墻由銅水套內(nèi)襯耐火磚構(gòu)成，銅水套和鋼水套采用循環(huán)水水冷保護。爐體兩側(cè)熔池區(qū)設(shè)置有多通道富氧空氣與燃料側(cè)吹噴槍，爐頂出煙口直接與鍋爐膜式壁連接，鍋爐上升煙道開設(shè)有三次風(fēng)口，用于將再燃燒風(fēng)鼓入燒掉產(chǎn)生的一氧化碳;爐頂設(shè)有若干加料口，在爐子另一側(cè)設(shè)有虹吸井。

2.3 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐的特點

2.3.1 工藝操作特點

(1)通過側(cè)吹噴槍直接向熔體內(nèi)部補熱。燃料直接在熔體內(nèi)燃燒，放出熱量全部被熔體吸收，加熱速度快，熱量利用率高，可以快速有效調(diào)節(jié)熔池溫度。

(2)可以通過燃料和氧氣的相對量的調(diào)節(jié)，有效控制參與冶煉反應(yīng)的氧氣的氧勢，熔池內(nèi)部氧化和還原氛圍可控，嚴(yán)格控制四氧化三鐵的生成，杜絕泡沫渣、噴爐等不利爐況的發(fā)生。

從上可知，側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐工藝操作與其它類型側(cè)吹爐采用銅水套直接掛渣噴嘴不進燃料有明顯的區(qū)別。

后者存在的問題是：

1)熔體溫度不易維持，風(fēng)口易產(chǎn)生爐結(jié)，需要頻繁更換風(fēng)口進行清理，影響正常生產(chǎn);

2)從風(fēng)口吹入的氧氣與熔體反應(yīng)容易發(fā)生局部過氧化，而過氧化則會導(dǎo)致泡沫渣，嚴(yán)重時造成噴濺威脅安全生產(chǎn);

3)爐體由水套拼合而成，燃氣或熔體容易從水套縫隙處溢出，操作環(huán)境較差;

4)銅水套直接掛渣在工作時，通過水套的水冷作用使熔體在水套表面掛渣，但這種掛渣并不穩(wěn)定，與所處理的物料的性質(zhì)和操作控制有關(guān)，銅水套缺少保護可能造成損壞，將危及生產(chǎn)安全。

2.3.2 結(jié)構(gòu)方面

(1)噴槍

中國恩菲側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐噴槍則采用了一種多功能多通道噴槍或多層套管噴槍。該噴槍為浸沒式噴槍，多通道或多層套管的結(jié)構(gòu)形式，噴槍的一些通道噴入壓縮空氣或富氧的同時，另一些通道可以噴入燃料，燃料為粉煤或天然氣。

側(cè)吹噴槍為高速噴槍，根據(jù)火焰?zhèn)鞑ピ?，?dāng)天然氣或煤氣傳播速度大于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧纬擅摶瓞F(xiàn)象，當(dāng)天然氣或煤氣傳播速度小于火焰?zhèn)鞑ニ俣葧纬苫鼗瓞F(xiàn)象，無論是脫火、回火都會對噴槍、爐襯壽命帶來不利影響，噴槍流速至關(guān)重要?？刂茋姌屃魉訇P(guān)鍵是穩(wěn)定天然氣或煤氣、氧氣供應(yīng)壓力。

側(cè)吹浸沒噴槍為中國恩菲自主zhuanli。在已投產(chǎn)項目中，馳宏會澤冶煉廠液態(tài)渣側(cè)吹還原爐(18m2)、濟源金利液態(tài)渣側(cè)吹還原爐(13m2)、湖南華信液態(tài)渣側(cè)吹還原爐(18m2)以及湖北金洋處理再生鉛膏連續(xù)熔化還原爐(32m2)噴槍均采用該類型噴槍。

(2)噴槍布置方式

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐噴槍布置采用方式為對吹，可有效減緩噴槍對對面?zhèn)葔Φ臎_刷，選擇合理噴槍流速和工作壓力，噴槍壽命可達半年以上。有些側(cè)吹爐型的噴嘴或風(fēng)口需每隔3-8小時一次頻繁的進行風(fēng)口堵口更換操作。

因此側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐免去了頻繁的更換風(fēng)口的操作，從而提高了自動化操作水平，減輕了工人勞動強度。

(3)爐缸

爐缸采用三層結(jié)構(gòu)形式。

底層為黏土磚或高鋁磚，中間層采用搗打料搗制成反拱，反拱上設(shè)置一到兩層鎂鉻磚工作層。采用復(fù)合爐底結(jié)構(gòu)后，可大大增加爐底壽命，有效保障了冶煉爐整體作業(yè)周期。目前生產(chǎn)實踐已表明，該種爐底結(jié)構(gòu)壽命已超兩年，至今未損壞。

(4)爐墻

側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐是一種強化熔煉設(shè)備，冶煉過程中，溫度可達1100-1250℃。使用單一的耐火磚是抵抗不了高溫流體的沖刷與腐蝕。對側(cè)墻耐火材料必須采取冷卻措施，這對高冶煉強度的現(xiàn)代冶煉爐尤為重要。耐火材料及其冷卻成為能否采用高富氧濃度、高投料量、和高溫度操作的關(guān)鍵。

中國恩菲發(fā)明的側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐爐體，采用20-50mm厚的鋼板圍合而成，水套則通過高強螺栓安裝在鋼板內(nèi)側(cè)，水套內(nèi)側(cè)再鑲嵌耐火磚。銅水套通過爐外橫梁固定于爐殼內(nèi)側(cè)，中間設(shè)有隔熱材料緩沖。爐體密封性好，從而避免了銅水套拼接造成接縫處頻繁冒火，影響安全的風(fēng)險。

熔池內(nèi)與熔渣接觸的耐火材料受到熔渣的侵蝕，這種侵蝕要持續(xù)直到耐火材料由于冷卻而使其表面結(jié)成一層固體渣殼為止。此后，這一層渣殼就起到了保護耐火磚和銅水套的作用。實際生產(chǎn)中，最重要的是被冷卻耐火磚受熔體侵蝕后的殘余厚度，在爐子運行后期，該磚層的厚度還有100mm，形成穩(wěn)定掛渣，并一直穩(wěn)定在此，不再腐蝕。氣相區(qū)爐墻為單一的鎂鉻磚砌筑。會澤冶煉廠液態(tài)渣側(cè)吹還原爐爐墻壽命根據(jù)目前運行情況來看，從2013年11月投產(chǎn)到現(xiàn)在，持續(xù)生產(chǎn)已超過20個月，預(yù)期大修壽命可達兩年以上。期間有過兩次側(cè)墻局部修補，每次耗時約2周，側(cè)吹爐實際生產(chǎn)有效作業(yè)時間達330天，當(dāng)銅水套加強水冷后，至少可連續(xù)生產(chǎn)一年以上，才需進行類似的修補。

(5)爐體框架結(jié)構(gòu)

爐子的鋼結(jié)構(gòu)采用先進成熟的“約束構(gòu)架”，避免了剛性約束結(jié)構(gòu)無法自由膨脹的缺點。采用約束構(gòu)架對爐體整體穩(wěn)定性至關(guān)重要 。同時對爐體冷卻效果也有著影響。側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐采用整體“約束構(gòu)架”結(jié)構(gòu)，保持爐體鋼板整體膨脹均勻，可有效防止熔池熔煉時的爐體位移與晃動。

2.4 側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉爐配套系統(tǒng)

為保證側(cè)吹浸沒燃燒熔池熔煉工藝的整體順行，SSL爐配套有余熱鍋、高溫布袋等收塵設(shè)施，以及煙氣制酸或尾氣脫硫系統(tǒng)，DCS控制系統(tǒng)。

余熱鍋爐

余熱鍋爐可根據(jù)客戶需求按不同運行壓力進行設(shè)計。蒸汽需要余熱發(fā)電時，則配套余熱鍋爐以主產(chǎn)蒸汽為主，鍋爐設(shè)置有垂直段和水平輻射段，鍋爐出口控制在300-350℃;煙氣量小不作發(fā)電之用，余熱鍋爐可只設(shè)計垂直段以節(jié)約投資，煙氣出口控制在600℃，后接噴淋冷卻器及布袋收塵器。

爐體安全運行監(jiān)控系統(tǒng)

在爐底、銅水套表面，以及爐墻磚內(nèi)部平均分布設(shè)置有若干溫度測點。銅水套進出水管均設(shè)有流量計和溫度計，上述溫度、流量信號均進DCS控制系統(tǒng).