奥托昆普闪速炉

奥托昆普闪速炉

摘要闪速熔炼是当今铜冶金中最具有竞争力的熔炼技术，被认为是标准的清洁炼铜工艺。闪速炉是闪速熔炼的主体设备，本文以铜冶金为例，结合金隆工程详细介绍了闪速炉的结构特点、技术参数，并对其发展趋势做了展望。

关键词闪速炉；铜冶金

一、产生与发展

随着环境保护的日益严格，铜冶金工业面临着严峻挑战。当今世界铜冶金方法主要有火法和湿法两种，其中火法占主导地位。火法冶金种类较多，目前国际上存在的主要火法炼铜设备有闪速炉、反射炉、鼓风炉、诺兰达炉、艾萨炉(奥斯麦特炉)、瓦纽可夫炉、三菱炉、特尼恩特炉、电炉、白银炉等十几种冶炼设备。大部分工艺存在能力低、成本高、能耗大、污染严重等问题，严重制约着铜冶金工业的发展。20世纪60年代前，反射炉和鼓风炉占统治地位。70年代，发达国家的环保运动对铜冶金工业冲击很大。美国1970年颁布了《空气净化法令》，迫使美国铜冶炼企业在较短时间内将传统的反射炉熔炼改造成闪速熔炼。日本在70年代，几乎是一夜之间将国内的十几台鼓风炉全部改为7座闪速炉，仅留下1座三菱炉。闪速熔炼自1949年芬兰奥托昆普问世以来，经过不断改进、完善和发展，逐步取代了反射炉和鼓风炉的地位。今天它已成为当今铜冶金所采用最具有竞争力的熔炼技术，被普遍认为是标准的清洁炼铜工艺。目前，全球粗铜产量的50%以上是采用这项技术生产的。中国80年代至今，引进开发了贵冶、金隆两座炼铜闪速炉。由于闪速熔炼工艺成熟，自动化程度高，生产能力大，能源消耗低，环境保护好，目前世界上大部分新建或改扩建的铜冶炼企业均采用闪速熔炼工艺。[3]

二、闪速炉的结构

奥托昆普闪速熔炼是采用富氧空气或723~1273K的热风作为氧化气体。在反应塔顶部设置了下喷型精矿喷嘴。干燥的精矿和熔剂与富氧空气或热风高速喷入反应塔内，在塔内呈悬浮状态。物料在向下运动过程中，与气流中的氧发生氧化反应，放出大量的热，使反应塔中的温度维持在1673K以上。在高温下物料迅速反应(2~3s)，产生的熔体沉降到沉淀池内，完成造冰铜和造渣反应，并进行澄清分离。

奥托昆普闪速熔炼设备[2]

图1 芬兰奥托昆普闪速炉

奥托昆普闪速熔炼炉的自动控制：主要用计算机来控制闪速炉产出的冰铜品位、冰铜温度和炉渣中Fe/SiO2比。它们分别由控制反应塔送风量、重油量和炉料中石英溶剂的比率来实现。

奥托昆普闪速炉由精矿喷嘴、反应塔、沉淀池及上升烟道等四个主要部分组成，在此结合金隆工程对闪速炉的结构进行了详细介绍，结构如图2所示。

1.精矿喷嘴

目前闪速炉上使用的精矿喷嘴一般有两种:一是文丘里式；一是中央喷射扩散式。文丘里式精矿喷嘴烟尘发生率较高、容易产生生料，而且单个喷嘴的能力较低，需安装多个精矿喷嘴，由于安装位置距反应塔内壁较近，造成反应塔内壁冲刷严重。而中央喷射扩散式精矿喷嘴由于它特有的结构，不但能适应高投人量、高富氧熔炼的要求，而且由于其中央有氧管，提高了中央氧量，增加了与精矿的接触面积，使化学反应更加彻底，因此生料不容易生成，另外，在反应塔顶中心部位只需安装一台精矿喷嘴，因此对反应塔内壁冲刷较小。在设计时充分考虑了

图2闪速炉总图

规模扩大的需要，选用的是变量中央喷射扩散式精矿喷嘴。该种精矿喷嘴空气腔采用内、外环双层结构，可根据风量的大小分别选择内环、外环或内外环同时使用，达到最佳喷出速度。

2.反应塔

反应塔为竖式圆筒形，由塔顶和塔身构成。塔顶为球拱型结构，由厚度为400mm耐火砖和3圈水冷H型梁组成，水冷H型梁一方面固定炉顶，另一方面冷却耐火材料，由于塔顶承受高温热辐射和含尘烟气的冲刷，但无精矿冲刷，选用抗化学侵蚀、耐冲刷性好的半熔融再结合镁铬砖较为经济合理。塔身由外壳钢板、吊挂机构、砖体、钢板水套、铜水套组成。外壳钢板在吊挂机构区域厚度为50mm，其它部位厚度为28mm，主要用来通过砖体内托板支承耐火材料。吊挂机构为反应塔重要的受力构件，其内部必须进行水冷，反应塔整个重量通过它悬吊在反应塔框架上。由于主要的化学反应在反应塔内进行，反应塔容积热强度非常大，为了保护耐火材料，沿反应塔高度方向布置了7层铜水套，为了进一步加强冷却，在外层捣打料中还布置了冷却铜管。反应塔上部筒体冲刷较轻，用的是半熔融再结合镁铬砖，下部冲刷严重，用的是荷重软化温度高、显气孔率低、抗氧化还原以及抗化学侵蚀性能好的电铸砖。反应塔整个重量都悬吊在反应塔框架上，并与沉淀池是完全分开的，这样保证了塔体在高度方向的自由膨胀。

3.沉淀池

沉淀池是用来使冰铜、炉渣澄清分离、并适应转炉操作储存冰铜的部位。由

炉顶、池墙、炉底构成。炉顶主要承受高温含尘烟气的冲刷和渣面的热辐射，选用荷重软化温度高、耐冲刷较好的高温烧成镁铬砖，厚度为400mm，并采用拱形和吊挂相结合的砌筑方式。为了防止拱顶在长度方向上发生位移，在炉顶布置了多根水冷H型梁，为了吸收、调节拱顶在跨度方向的膨胀，在拱脚梁处安装了弹簧压紧装置。沉淀池四面池墙均向内倾斜10℃，以防耐火砖受损严重后池墙倒塌，沉淀池最容易损坏的地方是渣线区、反应塔下面的三面池墙、排渣口侧池墙，前者是由于闪速炉炉渣的侵蚀，后二者是由于烟气的冲刷，这几部份均选用半熔融再结合镁铬砖，厚度为450mm。为了保证耐火材料的使用强度和提高耐火材料对炉渣的抗侵蚀能力，在池墙四周设置了一圈倾斜铜水套和二层水平铜水套。沉淀池炉底厚度为1825mm，上面采用反拱结构，下面用捣打料找平后采用平砌，其反拱上面二层为工作层，由于接触的是冰铜，选用高温烧成镁铬砖就可满足要求，二层厚度共为685mm，下面一层拱底工作条件较好，选用直接结合镁铬砖。反拱下面则选用强度高、容重小的高强轻质保温砖，这样可大幅度降低炉底钢梁的载荷，并减少蓄热损失，有利于节约能源。为了补充沉淀池的散热损失和生成渣时吸收的热量，维持炉渣温度，促进冰铜和渣。分离，保持炉渣的良好的流动性，在沉淀池四周布置了13个重油烧嘴，其中出渣口对侧2个，锅炉侧5个，出铜口侧6个，这样合理的布置有利于加热炉渣，使排渣顺畅。为了使冰铜排出顺畅，不至于产生死角，需经常变换放出位置，因此，冰铜排出口设置了4个，并采用铜水套和保护水套的结构，以延长冰铜排出口的使用寿命。炉渣排出口在后端墙设置了2个，以满足交替使用的需要。由于炉渣的粘性较大，设计成水套的形式时，会造成排渣困难，因此，炉渣排出口采用砖砌结构。

4.上升烟道

上升烟道是烟气排出的通道，有垂直圆筒形及断面为长方形两种形式。前者设计、施工较为简单，并且炉墙不易倒塌。后者加工制造简单，设计、施工较为困难，因炉墙为直形，容易倒塌，以需设置托板及工字钢。断面为矩形结构，由侧墙、斜顶、平顶构成。侧墙长约8400mm，最高处达7500mm，厚度为460mm，沿其高度方向上设置了多层托板，以承担耐火砖的重量。为了提高整个侧墙的稳定性，侧墙在长度方向设计成弧形。由于上升烟道出渣口侧下部侧墙、后端墙烟气冲刷严重，选用半熔融再结合镁铬砖，其它侧墙选用高温烧成镁铬砖就可满足