某銅冶煉廠緩冷場工藝設(shè)計(jì)淺談

何峰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌 330031)

某銅冶煉廠緩冷場工藝設(shè)計(jì)淺談

何峰

(中國瑞林工程技術(shù)有限公司,江西南昌 330031)

渣緩冷場作用在于將熔融態(tài)的爐渣冷卻為固態(tài)爐渣再送選礦處理，處于熔煉車間和渣選車間承上啟下的位置。緩冷場的設(shè)計(jì)主要需要考慮渣包數(shù)量、渣包車數(shù)量及安全生產(chǎn)等方面，本文以某海外銅冶煉廠改造設(shè)計(jì)為實(shí)例，簡單總結(jié)了緩冷場設(shè)計(jì)的一些設(shè)計(jì)原則和注意事項(xiàng)，并淺述了該廠緩冷場設(shè)計(jì)的一些內(nèi)容。

緩冷場；渣包；渣包車；安全

銅冶煉廠熔煉爐渣處理一般分為兩種方法，一種是經(jīng)過電爐貧化后水淬外賣或堆存，一種是通過緩冷后磨浮回收渣中的銅。電爐貧化得到的棄渣通常含銅在0.5%~0.8%之間，而采用緩冷—磨浮工藝的棄渣含銅不會超過0.35%，通常在0.2%~0.3%之間，因此緩冷—磨浮工藝能更多地回收渣中的銅。隨著銅價(jià)的上升及各廠精細(xì)化管理的要求，國內(nèi)大型銅冶煉廠越來越傾向于采用爐渣緩冷—磨浮的流程處理爐渣，回收其中的銅[1-2]。

熔煉過程均為高溫過程，爐渣以熔融態(tài)存在，因此在送磨浮之前需要配備相應(yīng)的緩冷場地以進(jìn)行爐渣的緩冷。目前銅爐渣冷卻方式一般有自然冷卻、水淬冷卻、噴淋緩冷三種。如果完全采用自然冷卻，占用的場地和渣包數(shù)量過多，經(jīng)濟(jì)上不劃算，而采用水淬冷卻爐渣由于急劇的冷卻方式，晶體顆粒細(xì)小導(dǎo)致選礦困難，因此從工業(yè)生產(chǎn)角度考慮，采用噴淋緩冷最有利于選礦[3]。海外某銅冶煉廠改造項(xiàng)目設(shè)計(jì)產(chǎn)能為300 kt，采用的是閃速爐加轉(zhuǎn)爐工藝流程，閃速爐渣及轉(zhuǎn)爐渣都送緩冷再選礦處理。本文擬以該項(xiàng)目為例，從渣包及渣包車數(shù)量選擇、噴淋系統(tǒng)、功能區(qū)劃分及安全措施等方面闡述渣緩冷場在設(shè)計(jì)方面需要重點(diǎn)考慮的問題。

1　渣包數(shù)量的選擇

隨著規(guī)模擴(kuò)大，該廠產(chǎn)生的爐渣量也大幅增加，每天產(chǎn)生的熔煉渣2.5 kt，轉(zhuǎn)爐渣0.4 kt，因此必須配備足夠的渣包維持緩冷場的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，否則將影響到整個(gè)工廠的正常運(yùn)行。通常來說，爐渣緩冷分為兩步，一步是自然冷卻，爐渣通過渣包車運(yùn)輸?shù)骄徖鋱龊笫紫确胖迷谠簧线M(jìn)行自然緩冷，然后開始進(jìn)行第二步噴淋冷卻。對于熔煉渣，設(shè)計(jì)考慮的自然冷卻時(shí)間為4~6 h，噴淋冷卻時(shí)間48~50 h；對于轉(zhuǎn)爐渣，設(shè)計(jì)考慮的自然冷卻時(shí)間為20 h，噴淋冷卻時(shí)間44 h。渣包數(shù)量的選擇采用如下公式進(jìn)行計(jì)算：

式中：Q為渣包數(shù)；Q渣為每天需處理的爐渣量，t/d；V為渣包有效容積，m3；ρ為爐渣密度，t/m3；t1為空冷時(shí)間，h；t2為噴淋冷卻時(shí)間，h；a為富余系數(shù)。其中，富余系數(shù)主要是考慮到可能需要維修,因此設(shè)計(jì)中需要考慮適當(dāng)?shù)母挥啵駝t將出現(xiàn)實(shí)際生產(chǎn)渣包數(shù)量不夠的情況。

根據(jù)上述公式及渣量，計(jì)算得到該廠新建緩冷場中熔煉渣需要包子數(shù)為160個(gè)，考慮1.1的富余系數(shù)則為177個(gè)；轉(zhuǎn)爐渣需30個(gè)，考慮富余系數(shù)1.1則為33個(gè)；共計(jì)需207個(gè)渣包。緩冷場渣包位按231個(gè)設(shè)計(jì)，主要是考慮到備用部分渣包位作為周轉(zhuǎn)使用。

2　渣包車數(shù)量的選擇

在相當(dāng)長一段時(shí)期內(nèi)，渣包車都是國外進(jìn)口的，雖然目前國內(nèi)數(shù)個(gè)廠家已經(jīng)開始生產(chǎn)渣包車，但渣包車價(jià)格依然不菲。選擇合適數(shù)量的渣包車既可以維持工廠正常生產(chǎn)，又不會造成資金浪費(fèi)，因此渣包車數(shù)量的選擇是工藝設(shè)計(jì)中不可或缺的一部分。本項(xiàng)目考慮的渣包車由中國制造。在設(shè)計(jì)中，渣包車數(shù)量采用如下公式進(jìn)行計(jì)算:

式中：Q為渣包車數(shù)量；Q渣為每天需處理的爐渣量，t/d；V為渣包有效容積，m3；ρ為爐渣密度，t/m3；L1為熔煉車間至緩冷場距離，m；L2為緩冷場至渣堆場距離，m；v為渣包車運(yùn)行速度，m/min；t1為渣包車舉包時(shí)間，min；t2為渣包車放包時(shí)間，min；t3為渣包車倒渣時(shí)間，min；A為渣包車作業(yè)率，%。

根據(jù)上述公式，可以計(jì)算得到正常生產(chǎn)時(shí)需要的渣包車數(shù)量。但渣包車也存在維修等情況，且通常需要專業(yè)廠家方可進(jìn)行維修，周期長。因此在設(shè)計(jì)中通?？紤]富余一臺渣包車作為備用及周轉(zhuǎn)，防止由于設(shè)備出現(xiàn)故障影響生產(chǎn)。該廠總爐渣量為2.9 kt，渣包有效容積10 m3，熔煉車間至緩冷場距離平均為800 m，緩冷場至渣堆場距離平均為200 m，渣包車運(yùn)行速度15 km/h，渣包車舉包和放包時(shí)間~2 min，渣包車倒渣時(shí)間~5 min,作業(yè)率考慮50%。因此，根據(jù)公式計(jì)算，渣包車需要1.49臺，取整2臺，另外考慮備用1臺，總共選用3臺。

3　渣包噴淋水的設(shè)計(jì)

通常而言，噴淋水管均位于渣包頂部，水裝滿渣包后會溢出并順著渣包外壁流至地面，實(shí)際帶走的熱量難以考量，因此進(jìn)行理論熱平衡計(jì)算往往與實(shí)際生產(chǎn)出入較大。通過國內(nèi)數(shù)個(gè)冶煉廠的使用情況，每個(gè)工廠實(shí)際冷卻水量常常需要3~4 m3/h；另外在管徑選擇上需要考慮到長期使用后管道內(nèi)結(jié)垢等情況，因此在設(shè)計(jì)中宜適當(dāng)放大管徑。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中每個(gè)渣包位上的噴淋水管考慮選用DN32管徑的鋼管。整個(gè)緩冷場考慮同時(shí)進(jìn)行噴淋冷卻的渣包數(shù)量為200個(gè)，因此選用的水泵能力達(dá)到600~800 m3/h。

緩冷場存在噴濺的隱患，且緩冷場需要重復(fù)地開停噴淋水，國內(nèi)眾多老廠還是采用人工開啟閥門的形式，存在一定安全隱患。本項(xiàng)目中，考慮到安全原因，在噴淋系統(tǒng)中采用了自動噴淋裝置。該裝置在國內(nèi)某些大型銅冶煉廠也有采用，主要是利用氣動閥控制每個(gè)渣包位噴淋水的啟閉，另外設(shè)計(jì)了一套專門用于緩冷場渣包冷卻控制的軟件，使操作人員可以在中控室對緩冷場噴淋系統(tǒng)進(jìn)行操作。根據(jù)冷卻的工藝要求，設(shè)置好每個(gè)渣包的空冷時(shí)間和噴淋冷卻時(shí)間，從渣包車司機(jī)將渣包就位到緩冷場開始，即可使程序開始運(yùn)行，并按預(yù)先設(shè)置好的程序進(jìn)行空冷和噴淋冷卻，到達(dá)冷卻終點(diǎn)，該系統(tǒng)會自動停止噴淋水。采用自動噴淋系統(tǒng)后，可大幅減少人員到現(xiàn)場開關(guān)閥門的次數(shù)，減少人渣接觸的機(jī)會，另外由于采用電腦自動控制冷卻過程，可更精確地控制緩冷時(shí)間，并減少工人工作強(qiáng)度[4]。

4　緩冷場功能劃分及渣包位編號

在以往一些工程中，設(shè)計(jì)者往往忽略了對緩冷場功能的劃分，也忽略了渣包位編號的設(shè)置，給生產(chǎn)帶來一些麻煩。在生產(chǎn)過程中，緩冷場工作人員仍需要對緩冷場功能區(qū)進(jìn)行劃分，并對渣包位進(jìn)行編號。

4.1緩冷場功能的劃分

本項(xiàng)目中,考慮到轉(zhuǎn)爐渣含銅、渣型均有別于熔煉渣，會導(dǎo)致其緩冷時(shí)間與熔煉渣相比大幅度延長,另外在生產(chǎn)過程中,總會出現(xiàn)個(gè)別渣包由于排渣時(shí)夾帶冰銅或白冰銅,導(dǎo)致緩冷時(shí)間發(fā)生變化,因此在緩冷場設(shè)計(jì)中,明確劃分出了熔煉渣、轉(zhuǎn)爐渣、二次緩冷區(qū)域（圖1）。

圖1　緩冷場功能區(qū)劃分示例

從圖1中可以看到，明確劃分出不同爐渣緩冷區(qū)域有利于生產(chǎn)秩序的維護(hù)，如圖中的轉(zhuǎn)爐渣和二次緩冷區(qū)域。二次緩冷區(qū)域?qū)Ｓ糜谔幚韨€(gè)別不正常的渣包，例如渣含銅過高、渣裝載過滿等情況。二次緩冷區(qū)域應(yīng)設(shè)置得靠近緩冷場邊緣，以便不會影響到中間正常渣包的作業(yè)。

4.2渣包位編號及渣包間距的設(shè)置

由于緩冷場包位數(shù)量眾多，一方面應(yīng)對每個(gè)包位進(jìn)行編號以便于渣包車司機(jī)迅速尋找到目標(biāo)包位；另一方面由于采用了電腦自動控制噴淋水，也必然要求渣包位有編號。渣包編號牌應(yīng)該懸掛于渣包正上方醒目之處。設(shè)計(jì)中,需注意兩點(diǎn)：1）考慮到緩冷場水汽大，環(huán)境惡劣，渣包牌需具有較好的耐腐蝕性；2）考慮到渣包車司機(jī)是從較遠(yuǎn)處觀測，因此渣包牌應(yīng)尺寸合適,字體醒目。渣包牌采用的是鋁板，邊緣加筋考慮的是鍍鋅角鋼，螺栓采用不銹鋼，渣包牌焊接到水管支架上，當(dāng)然若采用桁架形式的管廊則可考慮吊掛在桁架上。

另外，還需要對渣包間距等空間設(shè)置進(jìn)行考慮。圖2為本項(xiàng)目使用的渣包車尺寸及運(yùn)行參數(shù)，在緩冷場布置上要考慮到渣包車能否順暢地運(yùn)行，特別是要充分考慮渣包車的拐彎半徑。本項(xiàng)目中，渣包中心間距為5.5 m,兩排渣包之間的間距為24.2 mm，以保證渣包車自如地轉(zhuǎn)彎及進(jìn)行裝卸操作。渣包外形如圖3。

圖2　渣包車外形

圖3　渣包外形

5　緩冷場的安全設(shè)計(jì)

緩冷場處理的原料是熱態(tài)熔融渣，若發(fā)生渣包傾翻或其它跑渣事故，后果將不可想象；另外，爐渣中含銅過高或自然冷卻時(shí)間不夠，也極易發(fā)生噴濺情況,這些都需要在設(shè)計(jì)中充分考慮相應(yīng)的防護(hù)措施。另外，由于外方是初次接觸渣緩冷工藝，對該工序不熟悉，因此在設(shè)計(jì)過程中更加需要進(jìn)行全面的安全考慮。

5.1渣包緩冷場選址

一般而言，渣包緩冷場選址應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：1）緩冷場選址周圍應(yīng)避開人員密集區(qū)域，而且由于緩冷后續(xù)的工藝選礦將產(chǎn)生大量的尾渣和渣精礦，故需考慮物流的通暢性。2）由于緩冷場環(huán)境較差，且有大量水霧產(chǎn)生，在總圖布置時(shí)一般選擇在廠區(qū)下風(fēng)向，且盡量布置在廠區(qū)邊緣，減少其對廠區(qū)環(huán)境的影響。3）還應(yīng)綜合考慮熔煉車間和緩冷車間的距離，盡可能縮短兩者的距離，有效提高渣包車運(yùn)輸能力。

本項(xiàng)目中，渣緩冷場靠近廠區(qū)邊緣，避開了物流通道，并且根據(jù)風(fēng)向避開了熔煉車間等人員較密集的區(qū)域；從熔煉車間到緩冷場平均距離是800 m。

5.2渣包緩冷場與道路的間距

由于緩冷噴淋有一定的概率發(fā)生噴濺，故渣包布置不應(yīng)緊貼道路，通常的設(shè)計(jì)應(yīng)盡可能遠(yuǎn)離主通道。本項(xiàng)目中，渣緩冷場距離周邊道路設(shè)置了綠化隔離帶，最窄處渣包據(jù)道路邊緣有10 m，最寬處達(dá)到27 m。

5.3渣包車專用通道的設(shè)置

因?yàn)樵圀w積較大，且在運(yùn)輸過程中由于渣包的影響，司機(jī)視線不好,建議設(shè)置專用的渣包車通道,通道周圍可采用固定的或活動的混凝土隔墻封閉。另外，由于渣包車轉(zhuǎn)彎半徑較大，在總圖布置時(shí)，應(yīng)盡可能減少專用通道的拐彎數(shù)量。本項(xiàng)目因?yàn)閷儆诶蠌S改造，無法建立真正意義上的專用通道，必然會有部分渣包車通道區(qū)域與現(xiàn)有路網(wǎng)發(fā)生干涉，因此設(shè)計(jì)時(shí)采取的措施是在路口設(shè)置專業(yè)崗位及臨時(shí)路障，當(dāng)渣包車作業(yè)時(shí)，對道路進(jìn)行臨時(shí)管制。

6　結(jié)論

綜上所述，渣緩冷場的正常運(yùn)行是保證冶煉廠正常生產(chǎn)的前提，設(shè)計(jì)中應(yīng)從設(shè)備選型、場地布置等多個(gè)方面進(jìn)行考慮，由于緩冷場處理的是熔融態(tài)爐渣，具有噴濺等危險(xiǎn)隱患，因此在設(shè)計(jì)階段必須全面考慮安全方面的因素。

[1]楊銀輝，馮國剛.國內(nèi)大型渣選礦緩冷場設(shè)備配置及選型探討[J].有色設(shè)備,2012(3):9-13.

[2]張海鑫.淺談銅冶煉渣緩冷工藝[J].中國有色冶金,2013(3):32-33,37.

[3]雷存友，余潯.銅冶煉爐渣選礦技術(shù)及研究方向[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2014,35(6):5-8.

[4]胡國軍.銅冶煉爐渣選礦自動化技術(shù)的現(xiàn)狀[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究,2014,35(6):51-53.

Brief Discussion on Process Design of Gradual Cooling Yard in a Certain Copper Smelter

HE Feng
(China Nerin Engineering Co.,Ltd.,Nanchang,Jiangxi 330031,China)

Slag gradual cooling yard is used to cool molten furnace slag to solid furnace slag and then send for mineral processing,which is served as a connecting link between the preceding and the following of smelting workshop and slag processing workshop.Design of gradual cooling yard should mainly considers quantities of slag ladles,quantities of slag ladles carriers and safety production and so on,taking modification design of overseas copper smelter as an example,the paper summarizes some design principles and matters needing attention of gradual cooling yard,and describes some contents of design of gradual cooling yard.

gradual cooling yard;slag ladle;slag ladle carrier;safety

TF811

B

1004-4345(2015)04-0030-03

2014-12-24

國家高技術(shù)發(fā)展研究計(jì)劃課題“新型閃速冶金關(guān)鍵技術(shù)與裝備”（項(xiàng)目號：2013AA064001）。

何峰（1983—），男，工程師，主要從事有色冶金工藝設(shè)計(jì)及研究工作。