金隆铜冶炼设备改造及技术进步.pdf

1 6有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 金隆铜冶炼设备改造及技术进步 昂正同 盎隆铜业有限公司，安徽铜陵2 4 4 0 2 1 摘要介绍金隆公司投产以来整个生产系统主要设备改造情况，重点介绍2 0 0 5 年闪速炉和辅助设施的 改造，以及通过不断技术进步，使生产能力和各项技术经济指标有了大幅度提高。 关健词闪速炼铜；技术进步；年修；改造 中围分类号T F 8 1 1文献标识码A文章编号1 0 0 7 7 5 4 5 2 0 0 5 0 4 0 0 1 6 0 4 T e c h n o l o g yP r o g r e s sa n dE q u i p m e n tR e c o n s t r u c t i o no fJ i n l o n g C o p p e rF l a s hS m e l t i n g A N GZ h e n g t o n g J i a l o n gC o p p e rc 。L t d ．．T o n g l i n g ．A n h u i2 4 4 0 2 1 ，C h i n a A b s t r a c t T h em a i nt e c h n o l o g yp r o g r e s sa n de q u i p m e n tr e c o n s t r u c t i o no ft h ew h o l ep r o d u c t i o nl i n es i n c et h e s t a r t u po fJ i n l o n gs m e l t e ra rei n t r o d u c e di nd e t a i l ．a n dt h ee q u i p m e n tr e c o n s t r u c t i o no fF l a s hF u r n a c ea n da s s i s t a n te s t a b l i s h m e n ta r ea l s oe m p h a s i z e d ．B yt h ec o n t i n u o u st e c h n o l o g yp r o g r e s sa n ds e l f i n n o v a t i o n ，b o t ht h ep r o d u c t i o nc a p a b i l i t ya n dt e c h n i c a la n de c o n o m i c a li n d e xa r eg r e a t l yi m p r o v e d ． K e y w o r d s C o p p e rf l a s hs m e l t i n g ；T e c h n o l o g yp r o g r e s s ；A n n u a l l yr e p a i r ；R e c o n s t r u c t i o n 金隆铜业有限公司是我国自行设计、建造的第 一座闪速炼铜冶炼厂。采用奥托昆普中央喷射扩散 型 C J D 型 精矿喷嘴，于1 9 9 7 年4 月一次投产成 功。主工艺采用常温富氧闪速熔炼、P S 转炉吹炼、 回转式阳极炉精炼、大极板电解精炼、烟气动力波洗 涤净化、两转两吸制酸工艺。设计规模为年产高纯 阴极铜1 0 万t 、硫酸3 7 万t 以及金银和冶炼副产 品[ 1 ] 。 1 9 9 9 ～2 0 0 1 年，在充分挖掘主体设备潜力的基 础上，改造薄弱或不适应的环节和设备，将生产规模 提高到1 5 0k t ／a 阴极铜。2 0 0 5 年3 月1 日至4 月 1 0 日，停炉4 1 天，首次对闪速炉进行冷修改造，使 改造后的闪速炉矿铜能力超过3 0 0k t ／a 阴极铜。 鉴于其它配套工序还没改造完，冷修结束后，闪速炉 投产的装入量，暂时满足2 1 0k t ／a 阴极铜的能力。 投产9 年来，经过不断地设备改造和技术进步， 作者简介昂正同 1 9 6 8 一 ，男，安徽合肥人，高级工程师 推动金隆炼铜技术不断向前发展。阴极铜产品质量 2 0 0 0 年通过L M E 注册，各项技术指标已达到甚至 超过设计水平[ ⋯。 1 主要设备改造 1 ．1 闪速炉系统 1 ．1 ．1 气流干燥系统 1 振动筛原气流干燥系统设计能力7 0t ／h ， 2 0 0 1 年5 月年修期间将振动筛原聚氨脂筛网改为 0 8m m 的圆不锈钢编织网，筛网支撑结构由平面支 撑改为弧形支撑；加大轴承径向游隙，降低轴承摩擦 力矩，提高轴承寿命；2 0 0 3 年修在振动筛料斗增加 高分子聚乙烯衬板，解决了料斗结料问题。 2 热风炉2 0 0 0 年5 月，我们对夹套式热风炉 进行改造，将热风炉原设计稀释风由前端切向引人 夹套，经过夹套从炉膛后部的1 2 个风口吹出，改向 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 - 1 7 为从夹套后部引人，经夹套后从热风炉前端吹入炉 膛，以降低炉膛温度；同时，将终点气固比由每k g 干 矿1 ．2 m 3 降至1 ．0 m 3 。改造后，热风炉炉膛温度可稳 定控制在9 5 0 ℃以下，干燥窑人口烟气温度可提高至 5 8 0 ℃，吨干矿干燥油耗也因此降低0 ．5 - 1k 。 3 回转干燥窑2 0 0 0 年5 月和2 0 0 1 年5 月的 年修，分2 次将回转干燥窑内扬板长度由21 2 1 增加 到9m ，干燥窑园筒仍保持m 1 ．8 5m 1 2m ，使回转 干燥窑热容量系数由14 6 5 k J ／ 1 T , t 3 h t ℃ 增加到 17 7 3 k J ／ m 3 h ℃ ，最大可达26 3 2 k J ／ 1 3 1 3 h ℃ ；2 0 0 5 年利用闪速炉冷修机会，增大回转干燥 窑电机功率，以提高干燥窑的转速。 气流干燥经过改造后，干燥系统能力由7 0t ／h 增大到1 2 0t ／h ，收到了明显的改造效果。 1 ．1 ．2 闪速炉 1 精矿喷嘴金隆闪速炉采用的是中央喷射型 精矿喷嘴，原设计精矿喷嘴有2 个下料管，每台埋刮 板给料机给一个下料管供料，由于两台埋刮板机是 独立控制给料，容易造成布料不均，反应状况不好， 闪速炉下生料。为了提高精矿喷嘴性能，1 9 9 9 年大 修时，将精矿下料管由对称式改为十字交叉式，即由 原来2 支下料管改为4 支下料管，每台埋刮板机同 时平均给对称的2 支下料管供料。改造后喷嘴实际 装入量高于设计值，下料对称均匀，精矿反应效果改 善，闪速炉炉况良好，特别是当一台埋刮机故障被迫 单边作业时，生产仍能够长时间连续运行。 2 0 0 5 年闪速炉冷修更换新的精矿喷嘴，新精矿 喷嘴仍使用奥托昆普中央喷射扩散型，和旧精矿喷 嘴比较，新喷嘴结构、性能参数有较大改进，最大装 入量由原来的8 6t ／h 提高到2 0 0t ／h ；下料溜槽增加 2 台振动给料器，取消喷嘴振打装置；工艺空气采用 自动调速，分布板由风冷改为水冷。 2 反应塔反应塔顶原设计为拱顶结构，中间 以3 圈水冷H 梁为骨架砌砖而成。1 9 9 8 年6 月开 始，因反应塔顶部过热，中内环H 梁水冷铜管相继 漏水，H 梁被烧坏。为此，金隆利用2 0 0 0 年5 月份 大修，热态下将反应塔拱顶改造成吊挂平顶，这属世 界首次，该结构运行至今稳定。2 0 0 5 年3 月玲修 时，反应塔顶再次改造，仍采用平顶吊挂形式，改造 后的反应塔顶3 个氧油烧嘴孔由原来的预制块改成 铜水套，精矿喷嘴周围也增加铜水套，保护耐火砖不 受烧损。吊挂形式也进行改变，由原来的砖内吊挂 改成砖外吊挂，以防吊挂片的高温熔断、腐蚀。 原反应塔塔壁上部5 圈2 0 根冷却铜管漏水数 量较多，2 0 0 5 年改造时，不再使用铜管，而是改为1 6 块”．{ ”型铜水套；原反应塔裙部是由4 8 根铜管和捣 打料组成，由于铜管漏水频率较大，本次改造为4 6 块锯齿形水套。 原反应塔简体直径为5m ，矿铜能力能够达到 3 0 0k t ／a ，但反应塔热负荷高达21 1 3 M J ／ m 3 I h ， 闪速炉没有富余能力，一旦生产出现不均衡或由于 其它工序原因造成闪速炉作业率降低，产量就难以 保证。此次反应塔改造，冷却元件的结构形式、规 格、数量、分布等进行了重新优化设计，反应塔直径 由5m 扩太到5 ．5 3m 。反应塔铜水平水套由7 层 每层2 4 块改为1 3 层 其中上部1 2 层，每层2 3 块， 下部一层4 6 块水平水套 。 改造后的反应塔，极大地提高了冷却强度，减少 了耐火材料的冲刷，对炉体保护起到积极的作用，同 时避免了铜管漏水时查漏的难判断和打水压的费时 而影响生产。 3 沉淀池由于生产能力增加，要求沉淀池储 存冰铜能力也相应增加，以满足转炉冰铜量的需求。 此次改造，把沉淀池渣线区上移1 0 0m m ，同时沉淀 池侧墙耐火砖按外倾斜1 0 。 设计砌筑，使沉淀池 渣线区面积由原来的1 4 2m 2 增加到1 5 0m 2 ，冰铜储 存能力增加了9 0t 左右。因渣线区耐火砖消耗较 多，最薄处不足2 0 0m i l l ，此次沉淀池四周侧墙耐火 砖进行更换，同时，在R ／S 下部沉淀池区域增加一 层倾斜水套，其它区域增加2 层水平水套，以保护炉 体，满足热负荷增大的要求。原沉淀池顶三角区的 4 根中圈H 型水玲粱和4 根外圈H 型水冷梁的8 根铜管全部烧坏，此8 根H 型粱全部更换，三角区 耐火砖同时全部更换。 4 上升烟道改造原先的上升烟道顶设计有5 根H 型梁，在使用过程中，靠废热锅炉侧的2 根已 烧损，1 5 根铜管已漏水7 根；上升烟道顶部耐火砖 烧损严重，东西两侧墙和三面基墙耐火砖砖衬变薄， 烧嘴区外壳钢板发红；上升烟道和沉淀池连接部1 4 根铜管已漏水3 根。因此，对上升烟道顶部5 根H 型梁和耐火砖全部更换，同时东西两侧墙和三面基 墙耐火砖也更换，东侧墙增加到3 层水平水套。沉淀 池连接部改用1 5 块锯齿型水套。 1 ．2 转炉系统 金隆有3 台P S 转炉，原设计尺寸为叫1 “ 1 3 ． 1 0 ．7m ，能力为1 6 0 t ／ , 萨，两端采用平形封头。为了 提高生产能力，从1 9 9 8 年开始，分别将每台转炉平 形封头改为球形封头并进行加长改造，同时更换了 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 与之配套的驱动装置和转炉送风机。改造后，转炉 尺寸为蚪m 1 3 ．6r 1 2 ，风眼5 9 个，能力2 3 0 t ／ 炉，转 炉送风机能力由3 60 0 0m 3 ／t l 提到4 50 0 0m 3 ／h 。 此外，经过多次试验，转炉风口砖材质由原来的电熔 再结合镁铬砖改为现在的半再结合镁铬砖，提高了 转炉生产能力和炉寿命。 1 ．3 阳极炉系统 阳极炉原设计为d 9 4 ．31 1 1 1 0 ．4m ，平形端头， 能力为3 0 0t ／炉，2 0 0 1 年对阳极炉进行加长改造， 并将平形端头改为球形端头，改造后，阳极炉尺寸为 蚪．3 m X l 3m ，能力为4 5 0t 侈，是目前中国最大 的回转式阳极炉。此外，将阳极炉炉r l 盖由液压式 改为卷扬式，耐火材料由电熔镁铬砖改为半再结台 镁铬砖和直接结合镁铬砖，炉寿命达1 8 个月。 1 ．4 硫酸系统 1 ．4 ．1 换热器改造 转化系统有4 台传统的光管式换热器，2 0 0 0 年 因换热能力不足，将I v 热交换器改造为空心环缩 放管式换热器，这种换热器的特点是将折流板改为 空心环网状板，将光列管改为缩放管，其优点是传热 系数高、阻力小以及不易结垢，该换热器运行至今效 果良好，没有结垢堵塞变形情况，结构完好如初。 1 ．4 ．2 干吸、转化工序 2 0 0 5 年新增一套制酸装置，仍采用一级干燥、 二级吸收、循环酸泵后冷却与接触转化工艺。 新增一套转化装置，仍采用四段“3 l ”式双接 触工艺。新增二氧化硫鼓风机1 台，采用前置导向 叶片自动控制装置调节风量。新增转化器材质采用 不锈钢，全部选用进口触媒；转化工序设置了由不锈 钢波纹补偿器、弹簧座及拉杆组成的柔性管系。 1 ．4 ．3 废酸、废水处理 将现有的分步硫化改为3 个系列并联的一步硫 化，砷压滤机板框采用S M O 材质，以增加废酸处理 能力。 随着生产能力的扩大，全厂需要处理的废水增 加2 5 0m 3 ／d 。废水处理工艺为先硫化后石膏、再处 理排放，现有石膏及中和设备各2 套。新增1 套石 膏制造设施。 全厂增加生产外排水量15 0 0m 3 ／d 。增加部分 排水支管，现有厂区排水系统及3 个总排出口，可以 满足扩建后新增生产外排废水量的要求。 1 ．5 电解系统 对老系统硅整流器进行更换，铜母排截面电流 密度提高至1 ．2A ／m m 2 ，通过提高电流密度增加产 量，为了使电铜产量达到2 1 0k t ／a 阴极铜的能力， 2 0 0 4 年生产系统新增1 4 4 个生产槽。 1 ．6 辅助设施 1 ．6 ．1 制氧站 金隆原设计1 套1 00 0 0m 3 ／h 深冷制氧机组， 满足年产1 0 0k t ／a 电铜的闪速炉，2 0 0 1 年，增加一 套32 0 0m 3 ／hV P S A 制氧机满足年产1 5 0k t ／a 电 铜的闪速炉的要求，2 0 0 5 年新增加一套35 0 0m 3 ／h V P S A 制氧机满足年产2 1 0k t ／a 电铜的闪速炉的要求。 1 ．6 ．2 循环水系统 ①闪速炉循环水原设计供水能力9 1 4r l l 3 ／h ， 采用机械通风冷却塔循环供水工艺。2 0 0 5 年增加 能力为13 0 0t ／h 的冷水泵和能力为6 0 0t ／h 的热水 泵各3 台，保证炉体冷却水循环的要求；增加6 0 0t 高位水塔一座，事故时可供水3 0r a i n ；增加一台能 力10 0 0m 3 ／h 的冷却塔后，使供水能力达到20 4 0 i n 3 ／h ；更换一台能力为27 0 0t ／h 的事故柴油泵，保 证全厂事故总用水量26 4 0 t ／h 。 ②水淬渣循环水新增1 台循环水泵。 ⑧硫酸循环水现有硫酸循环水设计供水能力 61 9 2m 3 ／h ，设置的6 台10 0 0I T l 3 ／h 冷却塔钢支架 腐蚀严重，喷头效果不佳。将现有的6 台冷却塔就 地更换为6 台15 0 0 m 3 ／h 冷却塔。 ④阳极炉工段循环水阳极炉循环水原设计供 水能力3 8 0m 3 ／h ，更换冷热水泵，使循环供水能达 1 05 5 0 m ’／h 。 ⑤制氧站循环水将原泵房内3 台循环泵的叶 轮、电机更换，同时增加1 台2 0 0r n 3 ／h 冷却塔，并改 造部分管线，使循环水供水能力达到11 0 0m 3 ／h ，以 满足3 台制氧机的要求。 ⑥动力中心循环水动力中心循环水实际生产 供水量3 5 0m 3 ／h ，2 1 0k t ／a 扩建后，存在夏季冷却塔 能力不足，冷却水温降达不到要求，为此，增设1 台 35 0 0m 3 ／h 冷却塔。 ⑦电解循环水现有循环水系统新增1 台2 0 0 m 3 ／h 冷却塔。 1 ．7 尾气脱硫 金隆硫酸尾气排放s o ，浓度2 6 8 1 0 ～，低于 现行国家标准，但公司考虑到可持续发展以及鼢 排放总量的控制，并保证烟气条件异常波动以及开 停车不对环境造成负面影响，2 0 0 2 年新增了硫酸尾 气脱硫装置，其工艺为石灰法 钙法 和烧碱法 钠 法 并用流程，脱硫效率达9 5 ％～9 8 ％，脱硫后的最 终排放尾气s 0 2 浓度基本保证在1 0 0 1 0 “以下， 万方数据 有色金属 冶炼部分 2 0 0 5 年4 期 1 9 最低能达1 0 x 1 0 “以下。 2 0 0 5 年对熔炼系统环境集烟管道进行改造，新 增一台3 ．8m 3 ／h 环境集烟风机，将环境烟气按S 0 2 浓度高低不同分为两部分，S O l 浓度高的环境烟气 增设一套镁法脱硫装置，将低空烟气收集处理，使排 放烟气S C h 浓度低于1 0 0 1 0 6 0 2 主要技术进步 2 ．1 熔炼系统 2 ．1 ．1 闪速炉仿真及操作优化 2 0 0 1 年同中南大学合作，联合对闪速炉仿真及 操作优化课题进行研究，重点对闪速炉温度场、流 场、浓度场和释热场进行耦合仿真，并结合生产实 践，提出了“三集中” 高温集中、氧量集中、颗粒群浓 度集中 理论，根据“三集中”理论，金隆摸索出了精 矿喷嘴最佳的工艺风氧浓、中央氧量、分散风量等控 制参数。通过操作优化，精矿喷嘴能力提高了一倍以 上阆速炉炉况稳定正常，烟尘率已降到5 ％以下。 2 ．1 ．2 转炉富氧吹炼 转炉吹炼原设计为空气吹炼，为了缩短吹炼时 间，提高转炉生产能力，投产半年后，利用制氧站富 余氧气，引进转炉进行富氧吹炼，S 期富氧浓度 2 5 ％，B 期富氧浓度2 3 ％，富氧后，吹炼时阅每炉缩 短了4 0r a i n ，并保证了无冷料积压。 2 ．1 ．3 火法精炼工艺 在阳极炉工艺改进上，金隆进行了大量试验研 究工作，如浅氧化浅还原试验、氮气代替空气氧化试 验、直接喷氮法试验、无氧化试验、无氧化混合气还 原法试验等等，经过2 年多不断试验研究，打破了铜 火法精炼传统的氧化还原法，首创了铜火法精炼新 工艺。实现新工艺后生产效率大大提高，L P G 单耗 明显降低。此外，由于新工艺大幅度提高了阳极炉 生产能力，使现有的2 台阳极炉基本能满足金隆今 后3 0 万t 扩产改造需求。 2 ．2 硫酸系统 2 ．2 ．1 酸管道的阳极保护 金隆原循环酸管线分别采用了钢衬聚四氟乙烯 管道和低铬铸铁管，这种管线自运行后，泄漏故障率 较高，不仅时常造成全厂停产，而且对人身和设备安 全构成极大威胁。为此，1 9 9 9 年开始，利用2 年时 间将所有循环酸管道改为阳极保护不锈钢管道，改 造后，从未出现过因管道漏酸引起系统停车事故。 经测试，经阳极保护的3 1 6 L 不锈钢的腐蚀速率小 于0 ．0 5m m ／a 。 2 ．2 ．2 更换新型触媒 2 0 0 2 年将转化器四段上层原使用的L P 一1 1 0 型触媒更换为丹麦托普索开发的高钒含铯的V K 6 9 型触媒，更换量约5 3m 3 ，V K 6 9 触媒形状为9r i l l n 雏菊形，具有较大的比表面和空隙率，这种触媒优点 是可以提高S O z 转化率。 2 ．3 电解系统 2 ．3 ．1 种板系统改造 2 0 0 0 年以前，金隆所产始极片边缘不齐，单重 均匀性差，厚薄不均严重，加工后悬垂度在1 0 ～1 2 m m ，严重制约电流密度的提高和电锕质量的改善， 通过增大种板阳极、橡胶包边改为三菱夹条包边，调 整种板阳极周期化整为零等一系列改进，种板始极 片质量有了明显改善，始极片成片率由9 6 ％提高到 9 8 ．5 ％，加工后悬垂度也相应提高刭8 ～1 0m m ，为 生产系统提高电流密度提供了保证。 2 ．3 ．2 生产系统改进 为稳定电铜质量，主要做了以下几种改进 1 引入新型添加剂阿维通替代干络素； 2 取消电解液 和上清液过滤； 3 添加剂由高位槽加入改为低位槽 加入； 4 阳极炉加P b ，使阳极板含P b 控制在 3 0 0 - - 8 0 0 x 1 0 “； 5 槽头设立流量控制阀，解决了电 解槽流量不均偏差大问题； 6 每周进行霍耳试验， 以此调整添加剂配比。 通过改进，电流密度由设计的2 4 0A ／m 2 提高 到2 9 0 A ／m 2 。电铜产量由1 0 万t 提高到1 6 万t ，电 铜合格品率和优质品率皆达9 9 ％以上。 3 结束语 经过几年来不断设备改造、技术进步和自主创 新，加上金隆高效管理模式和日益提高的操作管理 水平，金隆生产一直处于安全稳定顺行状态，生产能 力和各项主要技术经济指标逐年上升，给企业带来 了可观的经济效益、环境效益以及社会效益。2 0 0 5 年闪速炉改造，是金隆公司承前启后的一项工程，为 公司的远景规划、进一步发展和提升公司的市场竞 争能力，奠定了坚实的基础。 参考文献 [ 1 ] 周俊，葛哲令优化闪速炉精矿配料的探讨[ J ] 有色金 属 冶炼部分 ，2 0 0 1 2 8 1 1 [ 2 j 周松林．金隆闪速练铜技术进步与发展[ J ] 有色金属 冶炼部分 ，2 0 0 5 1 1 9 2 1 万方数据