φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的設計

李 棟， 崔大韡

(中國恩菲工程技術有限公司， 北京 100038)

0 引言

廣西金川40萬t/a銅冶煉工程于2011年啟動詳細設計工作，2013年11月熔煉系統投產，2014年初吹煉和精煉系統投產。該工程采用奧圖泰的閃速熔煉+閃速吹煉工藝，其中閃速吹煉爐由奧圖泰公司負責詳細設計并部分供貨；閃速熔煉爐詳細設計由中國恩菲工程技術有限公司完成，全部國內制造安裝。中國恩菲曾設計了金川鎳合成閃速爐、銅合成閃速爐，在總結以往經驗的基礎上，對φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐進行了創新設計，該爐順利建成投產后，經過三年多的生產運行取得了良好的使用效果。本文重點介紹該閃速熔煉爐的結構設計特點。

1 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐基本概況

φ7 m×8 m閃速熔煉爐由反應塔、沉淀池和上升煙道組成。爐料在反應塔的高溫空間內迅速完成熔煉反應。反應生成液態銅锍和爐渣落入反應塔下部的沉淀池中，在沉淀池繼續完成造渣及沉淀分離過程。銅锍放出經水淬、脫水、磨礦后送至吹煉爐吹煉。熔煉爐渣經渣包車送渣緩冷場進行緩冷，緩冷后的爐渣送渣選礦廠進行選礦。熔煉爐產出的煙氣經上升煙道進入余熱鍋爐回收余熱、電收塵凈化后送酸廠制酸。φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的主要技術性能參數見表1，結構簡圖見圖1。

表1 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的主要技術性能參數

圖1 φ7 m×8 m閃速熔煉爐簡圖

2 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的創新設計

2.1 反應塔

反應塔是閃速爐的核心。由于反應塔內溫度高，熱強度大又有氣流沖刷，為保證其壽命，除采用優質鎂鉻磚砌筑外，還加大了反應塔的冷卻強度。塔身設有1層T形水套、15層平水套和1環齒形水套。T形水套應用于反應塔上部塔壁，加強反應塔上部塔壁的冷卻，消除了此處冷卻的薄弱環節。反應塔上部5層平水套間距390 mm，之間鑲嵌3層磚，中下部10層平水套間距287 mm，僅鑲嵌2層磚，加密的平水套加大了反應塔中下部的冷卻強度。反應塔中部鋼殼，托水套的法蘭不再伸入爐殼內部，增加了反應塔平水套與磚體的接觸面積，增強銅水套對耐火磚的冷卻強度。反應塔最下部是1圈吊掛齒形水套，受煙氣沖刷的半圈齒形水套在下部表面增加噴涂耐磨、耐高溫合金，加強了此區域齒形水套的抗沖刷磨損的能力；齒形水套高約1 670 mm，較以往的設計加高了約300 mm，不僅提高該區段的冷卻強度，同時也方便齒形水套的檢修與更換。反應塔頂采用平頂吊掛磚結構，熔煉爐采用這種結構，維護檢修方便，使用壽命也能滿足要求。反應塔整體仍采用上部八角梁支撐結構，塔身處于懸吊狀態，可以向下自由膨脹。

2.2 沉淀池

沉淀池渣線長度～26 m，渣線寬度～9.2 m，熔池深度1.2 m，上部爐膛高度1.8 m，爐底厚度1.55 m。沉淀池采用恩菲專利技術的外傾10°角斜爐墻，這種結構有利于磚體穩定、磚體與水套的貼緊、磚體的膨脹。渣線以下熔池部分采用立水套冷卻，立水套緊貼爐殼，由三角鐵支撐；新設計的立水套互相之間搭接40 mm，實現了對熔池區域爐墻耐火磚的全冷卻保護，避免水套之間預留安裝間隙造成熔體滲漏的隱患；同時，水套的搭接設計考慮了立水套安裝及拆卸便利性。渣線以上的爐墻，前段反應塔周邊上爐墻新設計了特殊的E形水套，其他區段布置了3層平水套，E形水套不僅冷卻強度大，而且可承托磚體。實踐也證明了E形水套在此區域能夠起到抗氣流強烈沖刷的作用。沉淀池骨架采用恩菲專利技術整體彈性結構，由底梁、立柱、上下夾持梁、拉桿、渦卷彈簧組成。整體彈性骨架可以保證磚體所需的夾緊力，使磚體同步、均勻的膨脹。整體彈性骨架結構廣泛應用于中國恩菲設計的各種矩形爐，該技術成熟可靠，調整彈簧預緊及受力大小，在烘爐及投料生產過程中能夠將爐子縱橫兩方向的膨脹量控制在合理范圍之內，既能保證磚體處于均勻擠緊狀態，又能保證磚體受力不會過大，是延長爐體的重要條件。底梁采用工字鋼制作的雙層網狀結構，只承受沉淀池及熔體的重量，單獨設計直通的縱向拉桿和橫向拉桿，承受爐體的夾緊力。拉桿通過整根的夾持梁夾緊立柱，夾持梁起平衡和保持爐體同步膨脹的作用。

2.3 上升煙道

在反應塔和上升煙道之間的沉淀池爐頂采用拱頂結構，無“H”形水冷梁，以吊掛銅水套梁代替。水套梁之間是吊掛磚，吊掛銅水套起冷卻吊掛磚的作用，并防止磚的軸向移動。從反應塔來的煙氣流至拱頂時，由于截面積增大煙氣流速減小，有利于煙塵的降低，而且拱頂煙氣的密封性也比較好。在沉淀池爐頂反應塔下方周圍平頂區域，是吊掛銅水套，以

防止反應塔煙氣沖刷損壞。上升煙道與反應塔的中心距為19.5 m，上升煙道由兩側墻、端墻、喉口部斜墻、上升煙道頂和出煙口裝置構成。上升煙道采用上部懸吊的結構形式，除出煙口裝置外的整個上升煙道的重量通過27根吊桿轉換至承重梁上，出煙口裝置單獨由另外4根吊桿懸吊。兩側墻、端墻有若干排平水套。出煙口裝置設計特殊，是銅水套組合體，水套用厚銅板鉆孔制作。這種結構可以耐高溫、抗高塵煙氣的沖刷。上升煙道兩側墻下部是齒形水套，抗煙氣進入上升煙道時的沖刷。上升煙道頂采用鋼架固定銅水套梁支撐的整體澆注料結構，密封性比吊掛磚結構大大增強；副煙道座和副煙道蓋為銅水套結構，降低煙氣對副煙道口的沖刷，減少煙塵粘結。

3 φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐投產運行情況

φ7 m×8 m閃速熔煉爐于2013年11月底正式投料，進入生產運行狀態。截止2017年5月底，該閃速爐已安全、穩定運行了三年半，期間整個爐體結構穩定，爐體膨脹狀況良好，爐體橫向兩側合計膨脹～20 mm，爐體縱向兩端合計膨脹～40 mm，完全符合設計預期。

4 結語

φ7 m×8 m煉銅閃速熔煉爐的設計創新點包括：反應塔大冷卻強度、恩菲專利的斜爐墻結構、熔池部分優化設計的立水套結構、渣線以上爐墻重點沖刷區域的的E形水套結構、恩菲專利的整體彈性骨架結構、反應塔和上升煙道之間的沉淀池拱頂結構、上升煙道頂整體澆注料結構等。恩菲設計的鎳閃速爐第一爐期運行了18年，設計的銅合成閃速爐投產到現在也已安全運行近12年?？偨Y以往的實踐經驗、并有所創新設計的φ7 m×8 m煉銅閃速爐一定會成為一座更先進的閃速爐。