陽極爐

目前，我國銅冶煉產能約500 萬t /年，世界銅冶煉產能總量約為2000 萬t /年，其中90%產量出自火法冶煉。然而，銅火法精煉工藝一直存在冶煉廢氣量大、能耗高、反應效率低的問題，主要是燃燒系統採用傳統常温大風量助燃燃料( 天然氣或重油等) ，大量含碳氧化物及氮氧化物煙氣帶走熱損失大，且重油粘度高，雜質高，霧化效果差，燃燒不完全，燃料消耗高; 另外，由於迴轉式陽極爐本身工藝條件決定了其反應動力學條件相對薄弱，導致作業週期較長。

氧氣燃燒和液體燃料在線乳化及透氣磚等節能技術發展迅速，但在粗銅火法精煉工藝國內鮮有應用實例。為實現銅精煉陽極爐的清潔高效節能生產目標，金隆公司進行了課題攻關，開發適合金隆公司陽極爐生產新技術 ^[1]  。

通過稀氧燃燒技術和重油乳化技術的研究，兩種技術分別在金隆一號陽極爐、三號陽極爐得以應用，提升了陽極爐的燃料燃燒效率，減少廢氣排放。

金隆公司與普萊克斯研究開發了稀氧燃燒技術，研製氧氣燃燒專用燒嘴，用純氧代替助燃風，利用爐內煙氣循環而降低火焰峯值温度，大幅度降低煙氣量，從而降低熱損失，減少碳氧化物及氮氧化物有害氣體的排放; 解決因氧燃燒造成爐膛熱負荷不均勻，熱量集中，損害爐襯世界性難題，確保爐壽命。等量燃料分別在兩種助燃氣體( 空氣和氧氣) 環境下，所產生的有效熱有非常明顯的區別，即純氧燃燒可以大大節約燃料的消耗和降低NOX的排放，且可提升75% 以上的有效熱。

理想空燃比下，利用純氧燃燒，其熱效率顯著提高。對比空氣下燃料燃燒，無論是在常温條件，或經加熱至1000℃燃燒，其燃燒的熱效率均低於純氧下燃燒。

陽極爐作為需要輔助加熱的生產設備，氧氣燃燒技術對比傳統的助燃風燃燒環保、經濟優勢明顯。但是傳統氧氣燃燒的主要問題是温度分佈的不均勻、高温的氧－ 燃火焰對加熱工藝和爐體的耐火材料會產生不利的影響，降低爐襯壽命、氧氣燃燒火焰峯值温度高。

稀氧燃燒的開發實現了高的燃料節約，效益分析對比，從投用到2009 年11 月使用情況，總體達到設計生產要求，燃燒充分，火焰有剛度並且長度可調，爐內温度滿足生產要求，出銅温度1200℃ ～ 1210℃，排煙温度比傳統降低100℃ 以上，排風機轉速降低100rpm 左右，停運燃燒風機，節約電耗，陽極銅質量合格，爐內壓控制穩定，操作簡單正常。

經過改進後，稀氧燃燒系統在一號陽極爐使用後，節能環保效果明顯，爐體耐材壽命與使用前一致，綜合對比測算，節能55% 以上，主要表現如下:

(1)採用氧氣取代空氣助燃劑，停運燃燒風機，送風量減少75% 以上，大大減少了煙氣排放量，排煙風機轉速降低，且爐內壓穩定。

(2)採用了稀氧燃燒技術，降低了火焰温度，減少耐材的消耗，且由於爐膛氮氣含量減少，間接減少了氮氧化物的排放; 同時，由於燃料的節約，可減少50%以上CO2排放，實現低碳經濟，節能效果顯現。

(3) 採用稀氧燃燒系統，能將碳黑在爐內進一步燃燒，減少黑煙。環保測試結果與傳統燃料燃燒相比，其煙氣量、煙塵及格林曼黑度均有所下降。

重油在線乳化技術是在重油中摻入一定比例的水，通過超聲乳化作用，形成外層由油膜形成外殼，內層包圍着極其微小的水粒子的乳化油，乳化油粒徑較小，油水混合均勻。該技術特色和創新突破點:

①獨特的超聲發生裝置;

②採用在線製備供給、循環乳化方式;

③純機械結構，無需使用添加劑。

重油在線乳化技術節能的主要原理:

①由於油的沸點比水高，水先達到沸點而蒸發，使油滴發生微爆，形成二次霧化，生成更小直徑的油滴，加速油滴燃盡，提高了能量的轉化速率，達到節能效果;

②每個乳化油滴中摻入了水，單位質量的純油與氧結合更充足，燃燒速率更快;

③乳化油燃燒過程有水蒸氣的存在，析出的碳原子立即發生水煤氣反應，從而提高了油的化學能轉化為熱能的轉化速率，達到節能效果。

重油乳化並非摻水越多越好，摻水過多雖然仍能燃燒，過多的水在爐膛中蒸發要帶走大量的燃燒熱，反而需增加油量來補充浪費的能量，才能保證生產需要的爐温; 摻水過少，重油乳化不充分，燃燒時不能充分霧化，也就無法實現燃燒。金隆實驗表明，重油摻水最佳為12% 左右，其最好的節油率為14.0%。

2011 年1 月重油乳化系統在3#RF 投入使用，節油率達到設計值。根據重油乳化裝置使用前後正常生產狀態下的生產報表數據統計，與上述理論值較接近。

合適的温度能使溶於水的重油具有較好的活性，能使重油和水很好的結合。温度過高容易造成被重油包裹的水珠氣化析出，從而降低了乳化效果; 温度過低則重油粘度大，油水不能很好的結合，出現油水分離現象，且容易粘接管道，堵塞噴嘴。試驗表明，最佳配置温度為80℃左右。金隆公司應用山東廣澤節能公司提供的重油乳化系統，其穩定設定油温為74℃。

根據實際跟蹤數據統計，自應用重油乳化系統後，節油效果明顯，同等生產條件下，節油率達13.5%，預計年節油370t。每年每台爐預計淨增經濟效益至少600 萬元。

陽極爐作業時，由於混合氣是從爐側部吹入，熔體的攪拌性受到限制，冶煉反應效率不高，基於此，透氣磚率先於2006 年2 月開始投用。至今，透氣磚的使用已經為金隆公司的效應帶來不小的回報。

透氣磚技術就是在迴轉式陽極爐爐底部安裝數塊透氣磚及相關的配套裝置，其所通氣體為氮氣( N2) ，通過控制系統對氮氣的壓力和流量進行檢測並控制，從而達到最佳的熔體攪拌效果，以此來加強爐內的熔體的熱交換，進一步改善動力學條件，縮短作業時間，提高作業效率，降低能耗。

由於底吹攪拌性優於側吹，結合生產實際情況，在一號陽極爐應用透氣磚技術，優化冶煉反應動力學參數，以提高生產效率，降低燃料消耗，增加公司效益，實現清潔生產。

使用透氣磚後，還原升温速度快，這對冷料處理非常有利，反應出的氧化、排渣時間相對於未使用的效果也十分明顯。其優勢主要表現如下:

(1) 減少爐內“死角”，不會因局部温度低而造成爐內粘結，影響陽極爐的生產能力，避免爐內“結瘤”。

(2) 強化氧化效果，尤其是處理冷料時，優勢更是明顯。另外，由於氣體的攪拌，更有利精煉排渣。綜合對比使用前後，每爐減少作業時間85min，提高生產效率20%。

環保部門針對爐口及煙囱冒黑煙情況進行了檢測，分析結果表明，使用透氣磚後煙顏色顯灰色，林格曼黑度1.0，而未使用透氣磚的情況表明煙顏色較黑，林格曼黑度2.0，環保效益明顯 ^[2]  。

鑑於透氣磚技術明顯改善及加速氧化還原時間，因此，為增加陽極板產量，金隆一號陽極爐生產主要為熔化處理冷雜銅進行氧化還原操作，還原銅併入二號陽極爐或三號陽極爐由雙圓盤澆鑄取代老系統單圓盤澆鑄，提高效率。

金隆一號陽極爐燃燒天然氣，採用透氣磚處理的冷料原料為電解殘極或外購雜銅，處理能力為120 ～150t /d，與採用傳統的重油燃燒處理冷銅能力相當。通過調整轉爐與陽極爐生產計劃，縮短作業週期，提高作業率，可有利於發揮陽極爐精煉的潛能，有助於陽極爐出銅量的提高，有助於圓盤澆鑄產量的提高。通過調整陽極爐的作業方式，以提高陽極爐的冶煉作業率，進一步提高其產量。

理論出銅温度與並爐前後温度及質量變化有關。陽極爐出銅過程中通過兩爐銅水的幷包，其理論出銅温度與實測出銅温度數據稍許出入，主要原因是一號爐倒銅及包子熱輻射影響，但對圓盤澆鑄幾乎不產生影響，關鍵在於增加一次性熱電偶的測温。實踐表明，爐後澆鑄温度達到1150℃以上，即可完成圓盤澆鑄 ^[3]  。

稀氧燃燒技術及重油在線乳化技術在金隆銅陽極爐精煉生產中得以成功運用。實踐證明，無論是對礦產粗銅的精煉還是二次銅精煉，綜合節能明顯，廢氣量大大減少，燃料單耗達到了國內同行領先水平，成為有色冶煉行業節能減排有效手段之一，推廣應用前景廣闊，可應用於任何需熱量輸入的工藝過程中，以替代空氣－ 燃料燃燒系統; 透氣磚應用於銅陽極爐，強化攪拌，縮短反應操作時間，提高作業率，延長爐壽命，能有效改善銅精煉爐工藝操作，提高產量 ^[2]  。