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：1007-7545（2018）08-0000-00Improvement and Pra
2、ctice of Flash Furnace Cooling System in Jinlong SmelterHE 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 kt/a. Improvement of furnace cooling system, w
3、hich 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 and raised S/Cu concentrate. The development
4、 and improvement in furnace cooling system is presented.Key words：flash furnace; cooling system; improvement1 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
5、 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 furnac
6、e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：2018-03-16doi：10.3969/j.issn.1007-7545.2018 .08.017作者简介：何建平(1986-)，男，安徽怀宁人，工程师 .2.2 各阶段冷却单元存在的问题生产初期，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
7、 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 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
8、，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、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
9、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
10、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
11、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。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.
12、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 Structure and volume of R/S时间 改造内容 反应塔容积/m 32000 年 拱顶改平顶，高度下降 320 mm 127.12005 年 内径增至 5 530 mm 154.62012 年 反应塔高度提升 600 mm 171.12015 年 增加锯齿水套高度 174.03.2 冷却单元的演变在产能挖潜与改造
13、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
14、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
15、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
16、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 units4 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.
