奥斯麦特炉铜水套挂渣操作生产实践.pdf

奥斯麦特炉铜水套挂渣操作生产实践 ① 李景峰 （吉林吉恩镍业股份有限公司， 吉林 磐石 １３２３１１） 摘 要 叙述了吉林吉恩镍业股份有限公司冶炼厂奥斯麦特炉铜水套挂渣操作技术，介绍了该技术在使用过程中遇到的问题及其 解决方法，总结了铜水套挂渣操作的宝贵经验。 关键词 奥斯麦特炉； 铜水套； 耐火砖； 喷枪； 挂渣 中图分类号 ＴＦ８０６文献标识码 Ａｄｏｉ１０．３９６９／ ｊ．ｉｓｓｎ．０２５３－６０９９．２０１４．０４．０２５ 文章编号 ０２５３－６０９９（２０１４）０４－０１０８－０３ Ｐｒａｃｔｉｃｅｓ ｏｆ Ａｄｈｅｒｉｎｇ Ｓｌａｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏｐｐｅｒ Ｗａｔｅｒ Ｊａｃｋｅｔ ｏｆ Ａｕｓｍｅｌｔ Ｆｕｒｎａｃｅ ＬＩ Ｊｉｎｇ⁃ｆｅｎｇ （Ｊｉｌｉｎ Ｊｉｅｎ Ｎｉｃｋｅｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， Ｐａｎｓｈｉ １３２３１１， Ｊｉｌｉｎ， Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｂｒｉｅｆ ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｗａｓ ｍａｄｅ ｔｏ ｔｈｅ ａｄｈｅｒｉｎｇ ｓｌａｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｃｏｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ ｊａｃｋｅｔ ｏｆ Ａｕｓｍｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ ｏｆ Ｊｉｌｉｎ Ｊｉｅｎ Ｎｉｃｋｅｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ Ｃｏ Ｌｔｄ， ａｓ ｗｅｌｌ ａｓ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｃｃｕｒｒｉｎｇ ｉｎ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ ａｎｄ ｔｈｅｉｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ． Ｔｈｅ ｖａｌｕａｂｌｅ ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ ｏｆ ａｄｈｅｒｉｎｇ ｓｌａｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｏｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ ｊａｃｋｅｔ ｗａｓ ｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ Ａｕｓｍｅｌｔ ｆｕｒｎａｃｅ； ｃｏｐｐｅｒ ｗａｔｅｒ ｊａｃｋｅｔ； ｆｉｒｅｂｒｉｃｋ； ｓｐｒａｙ ｇｕｎ； ａｄｈｅｒｉｎｇ ｓｌａｇ １ 概 述 吉林镍业股份有限公司（以下简称公司）成功引 进了目前世界上最先进的炼镍强化熔炼技术 奥斯 麦特技术，代替了原有矿热电炉冶炼技术。 公司冶炼 厂奥斯麦特熔炼炉体为竖式圆筒形，内有耐火材料衬 里，耐火材料为锦州长城公司的铬铝尖晶石耐火砖，厚 度为 ４６０ ｍｍ。 为提高耐火材料和熔炼炉的寿命和作 业率，在炉子侧墙使用了水冷铜水套，以便在操作期间 使耐火砖表面形成一层冻渣层。 铜水套总高度为 ６ ０００ ｍｍ（从炉底中心平面以上 ５４０ ｍｍ 开始），由炉 子钢结构支撑，共有 ４８ 块水冷铜水套排成 ３ 排 １６ 组 （从上至下排列），铜水套内部铸有铜管，通水冷却炉 内耐火砖，铜水套外表面带有凸台。 喷枪从炉顶中心 插入炉内，喷枪头部浸没在熔体的渣层内，冶炼工艺所 需要的空气、氧气、燃料通过喷枪喷入熔池。 精矿从炉 顶加料口加入，在喷枪末端的高速气流作用下，熔池剧 烈搅动，物料迅速的熔化和反应，熔炼产物有镍锍、炉 渣、烟气。 镍锍和炉渣以混合熔体的形式进入沉降电 炉实现镍渣分离，镍锍经过转炉吹炼成高镍锍。 烟气 经余热锅炉余热回收、收尘后制酸。 ２ 问题的提出 公司奥斯麦特炉于 ２００９ 年 １０ 月 ８ 日开始试生 产，经过了 ３ 个月的热试车，生产系统才得以顺利拉 通。 整个试车过程中经历了 ５ 次开停炉，虽然每次开 停炉都采用备用燃烧器并严格按照升温曲线进行操 作，但是温度的变化也是比较大的。 尤其是余热锅炉 爆管事故，少量的水漏到了炉子部分耐火砖表面，对耐 火砖的损害比较大。 奥斯麦特炉系统正式生产于 ２０１０ 年 １ 月开始，到 ２０１０ 年 ２ 月 ５ 日耐火材料开始脱落，开始脱落面积为 ２～３ ｍ２，几天后大面积脱落，整个熔池面以上耐火砖 全部脱落。 公司冶炼厂奥炉生产面临前所未有的困 难，铜水套温度及出口水温出现了异常升高。 铜水套 前后温度对比情况见表 １。 表 １ 耐火砖脱落前后铜水套温度对比 序号铜水套 温度（平均温度） ／ ℃ 耐火砖脱落前耐火砖脱落后 １８ 组 Ｂ 排２９．１５９ ２１０ 组 Ｂ 排２２．５６１ ３１１ 组 Ｂ 排２５．２６０．６ ４１２ 组 Ｂ 排２３７０．６ ５１６ 组 Ｂ 排２６８０ 从２０１０ 年２ 月５ 日至４ 月６ 日，在奥炉熔池面１􀆱５ ｍ 高度以上耐火材料脱落的困难条件下，采用挂渣技术 生产了整整 ２ 个月时间，期间 ３ 月份达到了奥炉试生 ①收稿日期 ２０１４－０２－２３ 作者简介 李景峰（１９６６－），男，吉林德惠人，高级工程师，主要从事冶金专业技术及管理工作。 第 ３４ 卷第 ４ 期 ２０１４ 年 ０８ 月 矿 冶 工 程矿 冶 工 程 ＭＩＮＩＮＧ ＡＮＤ ＭＥＴＡＬＬＵＲＧＩＣＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ Ｖｏｌ．３４ №４ Ａｕｇｕｓｔ ２０１４ 产来的最高产量，镍含量达到 １ ００４ 吨／ 月。 ３ 奥炉铜水套挂渣操作的生产实践 奥炉耐火砖脱落后，铜水套 Ｃ、Ｂ、Ａ 排温度大幅度 提高，铜水套出口水温逐渐升高。 公司冶炼厂非常重 视，召开技术会议，探讨铜水套耐火砖脱落后继续生产 的可行性，聘请奥斯麦特公司有挂渣经验的技术人员 前来进行技术指导。 奥方技术人员介绍铜水套最初设 计意图为挂渣操作。 规定铜水套 Ｃ、Ｂ 排温度控制在 ９０ ℃以下，Ｂ、Ｃ 排距离冰镍面较远，Ａ 排距离冰镍面 较近，所以 Ａ 排温度需要更加注意。 Ａ 排温度控制在 ８０ ℃以下，如果达到以上温度，采取相应措施降低铜 水套温度。 降低奥炉铜水套温度的主要措施有① 喷枪提出熔 池面进行挂渣操作。 ② 适当降低粉煤用量，降低奥炉炉 内温度；③ 如果降低粉煤还不能把铜水套温度降低，可以 适当降低加料量，这样可以大幅度降低粉煤用量。 ３．１ 正常奥炉操作生产实践 奥炉正常加料加入的物料为公司自产的朝阳低冰 镍及自产精矿，成分分别见表 ２～３。 表 ２ 朝阳低冰镍成分（质量分数） ／ ％ ＮｉＣｕＣｏＦｅＳＦｅ３Ｏ４Ｈ２Ｏ １２．４５０．１６９０．１２９５８．１３２４．３５３５．９１ 表 ３ 自产镍精矿成分（质量分数） ／ ％ ＮｉＣｕＣｏＦｅＳＣａＯＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３ ７．２１．８６０．２２６２６．３３１９．４４２．３９８．２２３．０７２．６８ 通过配料计算，加入一定量的石英石，调节渣型，使 渣的流动性好，易于排放，Ｆｅ／ ＳｉＯ２控制在 １．１～１．２ 之 间，但是由于加入低冰镍含铁高，生产中渣的 Ｆｅ／ ＳｉＯ２ 有时能达到 １．４～１．６，如果出现此高值，及时加入石英 石来降低铁硅比。 生产过程中渣成分见表 ４。 表 ４ 生产过程中渣成分（质量分数） ／ ％ 序号ＮｉＣｕＣｏＦｅＳＣａＯＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ３Ｏ４ １１．２９０．０７４ ０．０７１ ３５．３８２．２７１．２２．８２４．１２２．９４５．７ ２１．２５０．０７１ ０．０６４ ３４．０８ ０．３２８１．４２．７１２７．９８３．８８５．５ ３１．４９０．３５１ ０．１２３ ３２．９４ ０．５２６２．０６３．３７２７．２８４．５８４．４５ ４１．８５０．２５３ ０．０８７ ３３．８４ ０．４７６１．６５２．８９２７．５６４．１７５．３ ５１．９８０．４３３ ０．１２９ ３３．２６ ０．３３３２．０９３．４３２８．５４４．６６５．６ 从表 ４ 可知，渣中 Ｆｅ／ ＳｉＯ２比在 １．２０ 左右，磁性铁 在 ５．５％左右。 ３．２ 耐火砖脱落后操作的生产实践 奥炉耐火砖存在时操作正常，奥炉温度可以按照 炉温的高低控制，铜水套的温度稳定在一个比较低的 值，但是耐火砖脱落后，正常的生产操作受到影响，主 要表现在以下几个方面 １） 奥炉正常熔炼操作过程中，铜水套温度升高，如 果喷枪不提出熔体面，温度升高速度非常快。 出口水温 也高于正常操作。 频繁的提枪造成炉况的不稳定。 ２） 奥炉耐火砖的大面积脱落，砖落入熔体中，由 于耐火砖的密度介于冰镍和渣之间，所以排放时砖会 堵住排放口，影响排放，也就影响奥炉处理量。 ３） 烟道粘接较严重，而且烟道粘接渣频繁落入熔 池中，增加了熔化难度，取样杆无法下到液面中，给奥 炉连续稳定生产带来了困难。 公司冶炼厂果断决策，奥炉生产仍然要继续，并及 时邀请奥斯麦特有经验的专家到公司冶炼厂现场指 导，公司冶炼厂的技术人员及现场操作人员按照奥方 的指导逐渐学习掌握了关键铜水套挂渣操作技术。 奥炉铜水套挂渣操作过程中铜水套温度变化趋势 曲线如图 １ 所示。 图 １ 铜水套温度变化趋势 当某组铜水套温度升高接近 ９０ ℃时，可以把喷枪 提高至熔池表面处进行挂渣，挂渣时为了防止熔池过 氧化，可以适当降低富氧浓度和粉煤量，挂渣时间可以 根据铜水套温度变化情况来决定，在挂渣的过程中可 以继续加料，当铜水套温度开始降低时，停止挂渣，喷 枪进入熔池 ２００～３００ ｍｍ 继续正常熔炼。 因为频繁的 进行挂渣操作，熔池表面的磁性铁含量比较高，必须经 常下取样杆，观察熔池渣样，防止熔池过氧化。 公司冶 炼厂一开始挂渣操作，由于操作人员不熟练，挂渣效果 不好，铜水套温度没有明显下降。 操作过程中还需要 不断提枪在保温位置、停止加料来降低温度，当温度降 低到 ４０～５０ ℃，下枪继续加料。 采用此种模式操作一 段时间后，在奥方技术人员的指导下，掌握了不停止加 料，提枪保温的条件下，把喷枪提出液面进行挂渣，挂 渣后，当水套温度不再有上升趋势时，停止挂渣，继续 下枪加料。 ９０１第 ４ 期李景峰 奥斯麦特炉铜水套挂渣操作生产实践 当某组铜水套温度达到 ８０ ℃以上并且还在继续 上升时，停止加料挂渣操作，温度有下降趋势时，停止 挂渣，继续正常生产。 采用此种操作方法一直生产 ４０ 天时间。 奥炉生产中，奥方设计人员坚持铜水套设计成凸 台结构即为挂渣结构，而且铜水套温度最高可以达到 １５０ ℃，可以保证安全生产。 公司冶炼厂考虑到铜水 套冷却水循环水水质问题，生产操作过程中，当铜水套 温度达到 ９０ ℃ 时即采取相应措施，降低铜水套的温 度。 在耐火砖脱落后的生产过程中，由于担心 Ａ 排铜 水套在冰镍面下，可能会存在危险，挂渣不能进行，所 以对 Ａ 排铜水套的温度特别注意。 关于烟道粘接问题，通过现场观察，及时调节低冰 镍与自产精矿的配比，降低了低冰镍的加入量，改善了 炉顶烟道的粘接情况。 具体的生产数据如下 加料方式为低冰镍 ∶自产精矿＝ ６ ∶ １或 ５ ∶ １，现在 改变为低冰镍 ∶自产精矿＝ ３ ∶ １或 ２ ∶ １，增加了精矿处 理量。 渣成分及磁性铁成分变化见表 ５。 表 ５ 渣成分及磁性铁成分变化（质量分数） ／ ％ 序号ＮｉＣｕＣｏＦｅＳＣａＯＭｇＯＳｉＯ２Ａｌ２Ｏ３Ｆｅ３Ｏ４ １１．５８０．４３０．１１ ３６．０８０．８６１．６９６．３３４．２４３．６３５．６９ ２１．４１０．４６０．１２ ３４．６８１．１３１．９８６．６５３５．５５４．１１３．９４ ３１．７３０．５８０．１３ ３３．６３１．２８２．１４６．８２３４．３４４．２５４．０３ ４１．７６０．５８０．１３ ３３．８７１．３４２．１４６．９４３５．０８４．３１３．９８ 生产中调整了 Ｆｅ／ ＳｉＯ２值为１．０ 左右，减少了烟道粘 接情况，提高了奥炉的作业率。 通过提高熔炼空气系数 及富氧浓度，提高奥炉出口镍的品位。 ２０１０ 年４ 月６ 日，奥炉停炉进行耐火砖的砌筑及其 他设备检修工作，４ 月 ８ 日公司冶炼厂相关人员进入奥 炉，发现奥炉熔池面范围内，包括冰镍面，铜水套的挂渣 情况比较好，最厚的渣层３０ ｍｍ，最薄的渣层也有２０ ｍｍ， 炉子熔池面１．５ ｍ 以下，包括排放口耐火砖情况比较好。 如果在以后的生产过程中，只要奥炉液面以下有耐火砖， 就有信心继续采用铜水套挂渣的操作模式继续生产。 ４ 挂渣操作经验 公司冶炼厂奥斯麦特熔炼炉挂渣操作技术在世界上 是第一次使用，是一个全新的尝试，通过挂渣操作总结出 以下宝贵经验 １） 在渣面以上铜水套没有耐火砖，完全可以控制 住铜水套及出水温度继续生产。 ２） 采用挂渣操作要合理控制好入炉物料的配比， 通过准确配料，调整控制合理渣型，避免因铁硅比过高 或过低造成渣型不好、渣流动性差、操作温度升高等情 况发生。 ３） 尽量降低奥斯麦特炉烟道粘接情况的发生。 由于微负压操作而引起的炉渣在奥炉顶部和烟道中形 成粘结，当粘结形成大型块状渣时，由于重力和温度的 变化造成脱落掉入炉内，随着喷枪的搅动在高温条件 下容易磨损铜水套。 ４） 延长连续作业时间。 更换喷枪或出现故障停 车时，由于炉内温度变低，铜水套冷却水的作用下，铜 水套内部保护层便会脱落，增加了高温熔体直接接触 铜水套的机会，这样会严重影响铜水套使用寿命。 ５） 采用挂渣操作，铜水套中冷却循环水的水质要 好，以便防止铜水套水管内结垢。 ５ 成本分析 采用铜水套挂渣前，奥斯麦特炉耐火砖使用寿命 为 ３ 个月，３ 个月后就要更换奥斯麦特炉耐火砖，更换 一炉次耐火砖费用耐火砖 ６０ ｔ，每吨价格 １８ ５００ 元， 共计 １１１ 万元；需要停产 １０～１５ ｄ 左右，按每天生产 ４０ ｔ 镍含量计算，少生产 ４００ ｔ 金属量，按每吨 １ 万元 利润计算，损失 ４００ 万元；两项费用总计将近 ５００ 多万 元。 因此使用挂渣操作技术，大大降低了奥斯麦特炉 的生产成本。 ６ 目前公司冶炼厂奥斯麦特炉铜水套 使用情况 通过此炉期停炉观察，奥斯麦特炉铜水套通过 ４ 年来的使用有所侵蚀，有些侵蚀严重的部位，铜水套挂 渣用的部分凸台（２５ ｍｍ）都已经侵蚀掉，铜水套表面 侵蚀严重处达到 １６．４ ｍｍ。 公司冶炼厂为了提高铜水 套使用寿命专门成立了项目组，深入研究铜水套使用 及侵蚀情况。 ７ 展 望 公司冶炼厂奥斯麦特炉铜水套挂渣操作技术，在 以下几个方面有待改进 １） 优化铜水套设备材质、结构，使铜水套更耐高 温腐蚀，铜水套水管与铜水套主体结合更紧密。 ２） 逐步降低奥斯麦特炉砌筑耐火材料高度，目前 砌砖基本上在熔池面，以后考虑能降低到熔池面以下。 ３） 逐步改善铜水套所用冷却水水质，提高冷却效 果，减少铜水套水管结垢。 奥斯麦特炉铜水套挂渣操作技术在公司冶炼厂得 到了成功应用，该技术操作安全，大幅度降低生产成 本，已经成功申报了专利。 该技术成功应用标志着公 司冶炼厂在奥斯麦特技术上取得了重大进步。 ０１１矿 冶 工 程第 ３４ 卷