侧吹浸没燃烧熔池熔炼工艺

2.1 侧吹浸没燃烧熔池熔炼法原理

中国恩菲侧吹浸没燃烧熔池熔炼法是以多通道侧吹喷枪以亚音速向熔池内喷入富氧空气和燃料(天然气、发生炉煤气、粉煤)以激烈搅动熔体和直接燃烧向熔体补热为特征的。不同于其它类型侧吹炉仅适用于铜精矿冶炼和液态渣还原，中国恩菲SSL工艺物料适应广泛，特别适应于不发热物料的处理。当炉料加入熔炼区后，碳酸盐或硫酸盐物料立即随熔体的搅动散布于熔体之中，与周围熔体发生快速传热，进行炉料的加热、分解、熔化等过程。同时，侧吹喷枪喷入燃料又为物料提供热源。可知SSL炉系统为一个近似理想的热技术系统。

2.2 侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉结构

侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉采用椭圆型炉型结构，放置混凝土条形基础上，由炉缸，炉身，炉顶构成;炉缸外围钢板，内衬耐火材料，在炉缸的一侧开有上渣口和下渣口，在炉缸最底部设有底排放口;炉身侧墙由铜水套内衬耐火砖构成，铜水套和钢水套采用循环水水冷保护。炉体两侧熔池区设置有多通道富氧空气与燃料侧吹喷枪，炉顶出烟口直接与锅炉膜式壁连接，锅炉上升烟道开设有三次风口，用于将再燃烧风鼓入烧掉产生的一氧化碳;炉顶设有若干加料口，在炉子另一侧设有虹吸井。

2.3 侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉的特点

2.3.1 工艺操作特点

(1)通过侧吹喷枪直接向熔体内部补热。燃料直接在熔体内燃烧，放出热量全部被熔体吸收，加热速度快，热量利用率高，可以快速有效调节熔池温度。

(2)可以通过燃料和氧气的相对量的调节，有效控制参与冶炼反应的氧气的氧势，熔池内部氧化和还原氛围可控，严格控制四氧化三铁的生成，杜绝泡沫渣、喷炉等不利炉况的发生。

从上可知，侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉工艺操作与其它类型侧吹炉采用铜水套直接挂渣喷嘴不进燃料有明显的区别。

后者存在的问题是：

1)熔体温度不易维持，风口易产生炉结，需要频繁更换风口进行清理，影响正常生产;

2)从风口吹入的氧气与熔体反应容易发生局部过氧化，而过氧化则会导致泡沫渣，严重时造成喷溅威胁安全生产;

3)炉体由水套拼合而成，燃气或熔体容易从水套缝隙处溢出，操作环境较差;

4)铜水套直接挂渣在工作时，通过水套的水冷作用使熔体在水套表面挂渣，但这种挂渣并不稳定，与所处理的物料的性质和操作控制有关，铜水套缺少保护可能造成损坏，将危及生产安全。

2.3.2 结构方面

(1)喷枪

中国恩菲侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉喷枪则采用了一种多功能多通道喷枪或多层套管喷枪。该喷枪为浸没式喷枪，多通道或多层套管的结构形式，喷枪的一些通道喷入压缩空气或富氧的同时，另一些通道可以喷入燃料，燃料为粉煤或天然气。

侧吹喷枪为高速喷枪，根据火焰传播原理，当天然气或煤气传播速度大于火焰传播速度会形成脱火现象，当天然气或煤气传播速度小于火焰传播速度会形成回火现象，无论是脱火、回火都会对喷枪、炉衬寿命带来不利影响，喷枪流速至关重要。控制喷枪流速关键是稳定天然气或煤气、氧气供应压力。

侧吹浸没喷枪为中国恩菲自主zhuanli。在已投产项目中，驰宏会泽冶炼厂液态渣侧吹还原炉(18m2)、济源金利液态渣侧吹还原炉(13m2)、湖南华信液态渣侧吹还原炉(18m2)以及湖北金洋处理再生铅膏连续熔化还原炉(32m2)喷枪均采用该类型喷枪。

(2)喷枪布置方式

侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉喷枪布置采用方式为对吹，可有效减缓喷枪对对面侧墙的冲刷，选择合理喷枪流速和工作压力，喷枪寿命可达半年以上。有些侧吹炉型的喷嘴或风口需每隔3-8小时一次频繁的进行风口堵口更换操作。

因此侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉免去了频繁的更换风口的操作，从而提高了自动化操作水平，减轻了工人劳动强度。

(3)炉缸

炉缸采用三层结构形式。

底层为黏土砖或高铝砖，中间层采用捣打料捣制成反拱，反拱上设置一到两层镁铬砖工作层。采用复合炉底结构后，可大大增加炉底寿命，有效保障了冶炼炉整体作业周期。目前生产实践已表明，该种炉底结构寿命已超两年，至今未损坏。

(4)炉墙

侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉是一种强化熔炼设备，冶炼过程中，温度可达1100-1250℃。使用单一的耐火砖是抵抗不了高温流体的冲刷与腐蚀。对侧墙耐火材料必须采取冷却措施，这对高冶炼强度的现代冶炼炉尤为重要。耐火材料及其冷却成为能否采用高富氧浓度、高投料量、和高温度操作的关键。

中国恩菲发明的侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉炉体，采用20-50mm厚的钢板围合而成，水套则通过高强螺栓安装在钢板内侧，水套内侧再镶嵌耐火砖。铜水套通过炉外横梁固定于炉壳内侧，中间设有隔热材料缓冲。炉体密封性好，从而避免了铜水套拼接造成接缝处频繁冒火，影响安全的风险。

熔池内与熔渣接触的耐火材料受到熔渣的侵蚀，这种侵蚀要持续直到耐火材料由于冷却而使其表面结成一层固体渣壳为止。此后，这一层渣壳就起到了保护耐火砖和铜水套的作用。实际生产中，最重要的是被冷却耐火砖受熔体侵蚀后的残余厚度，在炉子运行后期，该砖层的厚度还有100mm，形成稳定挂渣，并一直稳定在此，不再腐蚀。气相区炉墙为单一的镁铬砖砌筑。会泽冶炼厂液态渣侧吹还原炉炉墙寿命根据目前运行情况来看，从2013年11月投产到现在，持续生产已超过20个月，预期大修寿命可达两年以上。期间有过两次侧墙局部修补，每次耗时约2周，侧吹炉实际生产有效作业时间达330天，当铜水套加强水冷后，至少可连续生产一年以上，才需进行类似的修补。

(5)炉体框架结构

炉子的钢结构采用先进成熟的“约束构架”，避免了刚性约束结构无法自由膨胀的缺点。采用约束构架对炉体整体稳定性至关重要 。同时对炉体冷却效果也有着影响。侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉采用整体“约束构架”结构，保持炉体钢板整体膨胀均匀，可有效防止熔池熔炼时的炉体位移与晃动。

2.4 侧吹浸没燃烧熔池熔炼炉配套系统

为保证侧吹浸没燃烧熔池熔炼工艺的整体顺行，SSL炉配套有余热锅、高温布袋等收尘设施，以及烟气制酸或尾气脱硫系统，DCS控制系统。

余热锅炉

余热锅炉可根据客户需求按不同运行压力进行设计。蒸汽需要余热发电时，则配套余热锅炉以主产蒸汽为主，锅炉设置有垂直段和水平辐射段，锅炉出口控制在300-350℃;烟气量小不作发电之用，余热锅炉可只设计垂直段以节约投资，烟气出口控制在600℃，后接喷淋冷却器及布袋收尘器。

炉体安全运行监控系统

在炉底、铜水套表面，以及炉墙砖内部平均分布设置有若干温度测点。铜水套进出水管均设有流量计和温度计，上述温度、流量信号均进DCS控制系统.