1、金隆闪速炉 炉体 冷却系统 改进 与实践 何建平 ， 谢剑才 ， 黄辉荣 （金隆铜业有限公司，安徽 铜陵 244100） 摘要 ： 金隆闪速炉初始设计精矿处理量 44 万 t，目前已达到 130 万 t 以上 。 随着精矿处理能力的加大， 以及受原料市场精矿 S/Cu 比 的不断提高， 炉体 反应塔、三角区、沉淀池 顶与侧墙 等部位 热负荷不断提升，维持炉体系统的高负荷生产与热平衡 的 炉体 冷却系统 成为历次改造的工作重点。本文介绍了金隆闪速炉自投产后炉体冷却单元的改进与优化。 关 键词： 闪速炉 ； 冷却 系统 ； 改进 中图分类号： TF811 文献标志码： A 文章编号： 1007-7
2、545（ 2018） 08-0000-00 Improvement and Practice of Flash Furnace Cooling System in Jinlong Smelter HE Jian-ping, XIE Jian-cai, HUANG Hui-rong (Jinlong Copper Co., Ltd, Tongling 244100, Anhui, China) Abstract： Copper concentrate capacity is improved from original design capacity of 440 kt/a to 1 300 k
3、t/a. Improvement of furnace cooling system, which supports the balance between high concentrate load and furnace heat loads in reaction shaft, settler roof and side wall, R/S-settler joint area, is of significance in every plant repair periods, as a result of increased concentrate treatment capacity
4、 and raised S/Cu concentrate. The development and improvement in furnace cooling system is presented. Key words： flash furnace; cooling system; improvement 1 金隆 冶炼工艺 概况 金隆铜业有限公司（下称金隆） 采用闪速熔炼 PS 转炉吹炼 回转式阳极炉精炼的火法冶炼工艺， 1997年 4 月 投产 ，初始设计阴极铜年产量 10 万 t。 经过 2000年 15万 t、 2005年 21万 t、 2007 年 35 万 t、 2010 年竖
5、炉 投产 45 万 t 的历程 ， 2016 年，阴极铜产量达到 46.49万 t， 闪速炉 混合 精矿处理量 超过 130 万 t/a。 2 炉体 冷却系统 改造 前 存在的问题 金隆闪速炉铜精矿投料量初始设计为 1 352 t/d1，目前已 增加至 3 600 t/d 以上， 随着生产能力的提升， 初始设计的闪速炉在 炉体结构、炉体冷却能力、冷却元件设计等 方面 已经难于适应高热负荷、高投料量、高冰铜品位、高富氧浓度等生产技术控制需要，炉体过热、铜水套漏水频繁发生等问题日趋突出， 炉体安全问题逐步显 现。 2.1 炉体冷却系统初始设计 金隆闪速炉初始设计精矿处理量 56 t/h，反应塔规格
6、为 5 m7 m（拱顶） ，闪速炉各部位冷却设计 见 表 1。 表 1 炉体各部位冷却单元 Table 1 Cooling units in flash furnace 部位 冷却元件 反应塔顶 H梁铜管 反应塔壁 水平水套 +铜管 反应塔连接部 翅片铜管 三角区 H梁铜管 沉淀池侧墙（ R/S 下部） 平板水套 沉淀池顶 H梁铜管 上升烟道连接部 翅片铜管 上升烟道顶 H梁铜管 收稿日期 ： 2018-03-16 作者简介： 何建平 (1986-)，男，安徽怀宁人，工程师 . doi： 10.3969/j.issn.1007-7545.2018.08.017 2.2 各阶段冷却单元存在的问题
7、 生产初期， 反应塔燃烧重油量 700 kg/h，富氧风氧浓 50%，塔顶和塔壁过热，耐火砖大面积发红。 1998 年6 月，塔顶 H梁漏水， 1999 年 1 月，反应塔连接部 漏水 ， 1999 年 9 月，反应塔顶内环、中环 H梁中 8 根铜管漏水，反应塔顶状况异常恶化，存在垮塌的危险 。 1999-2001 年 连续的年度检修 改造后，生产规模达到 15 万 t， 到 2004 年，投料量达到 95 t/h 时，反应塔计算热负荷最高已经超过 1 760 MJ/(m3h)，超过反应塔设计的可承受的最高负荷的上限 1 560 MJ/(m3h)2，此时反应塔上部铜管 5 圈 20 根 烧损
8、18 根 、 连接部 48 根铜管 25 根烧损 ，反应塔水平水套 20 块烧损， 三角区 4 根中圈 H梁、 4 根外圈 H梁 8 根铜管全部烧损 3。 2005 年 35万 t 改 造 项目 一步 21 万 t 改造 工程实施 ， 闪速炉反应塔 内径 由 5 m 加大至 5.53 m，闪速炉具备每 年 30 万 t 矿铜 所对应 精矿 处理能力 4。投料量 设计值 162 t/h，实际运行时 提高至 165 t/h，由于内径扩大，以及水平水套的增加，反应塔热负荷下降，挂渣较厚，需要提高烟气温度改善，造成初始设计的上升烟道冷却能力不足， 上升烟道顶 5 根 H梁靠近 FFB侧 2 根烧损、
9、与沉淀池连接部 15 根铜管 7根漏水，耐火砖烧损严重 。 2007 年 35万 t 改造 配套设施完成后 ，精矿设计处理量为 3 680 t/d， 反应塔正常热负荷为 1 840 MJ/(hm3)，反应塔热负荷 最高 达到 2 160 MJ/(hm3)，但 2009年 9 月份 反应塔热负荷在线运行数据达到 2 302 MJ/(hm3)5，投料量的增加及相应热负荷的上升，气流及 颗粒对耐火砖冲刷加剧，特别是反应塔下部三角区， 三角区 H梁烧损， 耐火砖发红，沉淀池顶 H梁 烧损， 2008 年大修在三角区增加吊挂平板水套，保护 H梁。 2009 年大修在反应塔出口三角区增加 3 列 L型吊挂
10、平板水套 保护 H梁 。 2010 年，闪速炉投料量由 160 t/h 提高至 170 t/h 的过程中，炉体过热，沉淀池顶 29 根水冷 H梁中有 16 根漏水 ，反应塔底南侧矩形 H梁和东南弧形 H梁完全烧损，反应塔裙部盖砖、三角区耐火砖发红。 2012 年沉淀池顶共计 18 根拱形梁， 16 根 H梁其下铜管烧损，仅其上水槽通水。沉淀池南北侧墙 4#、 10#烧嘴孔向东的烟气区发红严重。反应塔顶东南侧发红，烧损严重。 反应塔第 25 层水平水套被冲刷侵蚀严重，铜管已经裸露，冷修时采取临时补救措施，在反应塔相邻两层水平水套之间增加一层环形立式水套（共计增加11 层）。 2015 年大修，反
11、应塔第 18 层水平水套有 54 块水平水套漏水， 3 块本体开裂 。 3 炉体 结构与 冷却系统改造 金隆闪速炉按 年产 10 万 t 阴极铜产能设 计，作为一个买矿型冶炼厂，原料波动大，实际配料与设计值存在较大 偏 差，配料 S/Cu 比变化大，同时随着投料量的提升，反应塔容积 成为制约热平衡的重要因素之一。 通过改造， 增大 反应塔容积、强化炉体冷却，实现炉体安全与热平衡。 3.1 炉体结构演变 反应塔是熔炼 反应 主要区域，精矿在入炉瞬间分解、氧化、造渣，承受物化反应的巨大热负荷，同时产生的高温烟气、熔体、烟尘离子冲刷反应塔内部耐火材料，因此对反应塔的保护是闪速熔炼的必须关注的重点问题
12、。 投产初期，出现塔顶发红、存在垮塌的危险， 2000 年将反应 塔拱顶结构改 造 为平顶结构，取消 H梁，反应塔高度由 7.0 m 下降至 6.68 m。 2005 年，反应塔内径通过上部外壳外扩 200 mm、取消内衬捣打料、侧壁铜管和 20 mm 波纹管，内衬 375 mm 变为 290 mm， 内径增至 5.53 m。 2012 年，反应塔高度 提升 600 mm，高度达到7 280 mm。 2015 年，反应塔原 18 层水平水套 改造 为 3 层锯齿水套， 直径 5 602 mm 区域增加，炉容积增加 。反应塔结构与容积变化情况见表 2。 表 2 反应塔结构与容积 Table 2
13、Structure and volume of R/S 时间 改造 内容 反应塔容积 /m3 2000 年 拱顶改平顶 ， 高度下降 320 mm 127.1 2005 年 内径增至 5 530 mm 154.6 2012 年 反应塔高度提升 600 mm 171.1 2015 年 增加锯齿水套高度 174.0 3.2 冷却单元的演变 在产能挖潜与改造过程中，对各区域的冷却元件进行改进与试用。 2000 年 ， 反应 塔顶 H梁 烧蚀、 80%以上铜管漏水 ，取消 H梁，改为平顶吊挂砖，烧嘴 套件由预制件改为水套。 2005 年， 反应塔 壁 水平水套由 7 层增加至 13 层，上部 5 层铜
14、管改为 萝卜型水套，下部 7 层铜管改为锯齿型水套。上升烟道连接部铜管改为 15 块立式锯齿水套，上升烟道顶部 5 根 H梁 更换，东、西墙增加 3 层水平水套 。 三角区 H梁更换 8 根。 2010 年 ， 三角区 吊挂砖全部改为卧式吊挂锯齿水套， 反应塔下 沉淀池侧墙气流区改为立式锯齿水套。 2012 年 ， 反应塔 增加 11 层环形水套， 反应塔顶吊挂砖全部改为吊挂卧式水套， 沉淀池顶 H梁改为吊挂条形水套，上升烟道顶 H梁改为 8 块 吊挂条形水套，增加点检孔和闸门水套。 2015 年 ， 反应塔下部倒 F 型水套与 7 层水平水套改为 3层锯齿水套。 目前金隆闪速炉炉体冷却单元
15、见 表 3。 通过多次 改造 ，金隆闪速炉已经成功升级为一种具有强制冷却面积大、易于拼装等技术优势的冷却单元组装型闪速炉。 表 3 2016 年炉体各部位冷却单元 Table 3 Cooling units in furnace in 2016 部位 冷却元件 反应塔顶 卧式水套 反应塔壁 水平水套 +环形水套 +锯齿水套 反应塔连接部 锯齿水套 三角区 卧式水套 沉淀池侧墙（ R/S 下部） 锯齿水套 +倾斜平板水套 沉淀池顶 条形水套 上升烟道连接部 水平水套 +锯齿水套 上升烟道顶 条形水套 3.3 炉体冷却单元 改造趋势 通过表 1 与表 3 的比较，初期设计的水冷元件难以达到强化冶炼
16、的要求，翅片铜管 耐冲蚀性能、 H梁铜管冷却能力等等逐步被异型水套取代 。 随着冷却 单元 设计与 制造技术的提升 ，锯齿形水套冷却面积大、传导效率高，应用范围逐步增大。同时随着新技术与材料的开发 应用 ，无埋管 铸造 水套、蒙奈尔合金水套等的研发试用，解决目前轧制水套、埋管铸造水套存在的堵头、结合率、铜管易烧蚀等 问题，冷却能力与应用范围将进一步拓宽，冷却单元效果将继续提升。 3.4 炉体冷却单元 管理 1)日常班组 人员 巡检，观察现场冷却单元、进出水情况 。 2)仪表 人员 通过 冷却单元水点温度监控系统，对温度异常情况进行确认、排查 （ 图 1） 。 3)炉内点检对冷却单元的挂渣情况检
17、查。 图 1 金隆闪速炉炉体冷却单元温度监控系统 Fig.1 Temperature monitoring system of furnace cooling units 4 结 语 投产 20 年来， 金隆闪速炉通过炉体局部改造与强化冷却， 熔炼产能不断提升， 2016 年精矿处理量 达到 130万 t。后续将通过操作优化、技术创新与支持， 成为 熔炼能力适度、技术指标一流、成本最低的 铜 冶炼工厂。 参考文献 1 鲍先诚 ， 宋修明 ， 周俊 . 金隆铜闪速熔炼生产实践 M/金隆铜业有限公司投产 10 周年成果论文集 ， 安徽铜陵， 2008： 96-104. 2 赵荣升 . 闪速炉设计优化和改造 J. 有色冶金设计与研究 ， 2010， 31（ 6）： 17-20. 3 昂正同 . 金隆铜冶炼设备改造及技术进步 J. 有色金属（冶炼部分） ， 2005（ 4）： 16-19. 4 于熙广 . 金隆公司 35 万吨 挖潜改造工程综述 J. 有色金属（冶炼部分） ， 2007（ 2）： 29-32. 5 刘安明 . 金隆闪速炉高热负荷生 产实践 J. 铜业工程 ， 2011（ 1） ： 38-42.
