CN111020213A - 一种无结瘤铜冶炼侧吹炉及冶炼工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一种无结瘤铜冶炼侧吹炉及冶炼工艺方法，属于火法冶炼技术领域，经过对结瘤生长位置及成因进行分析，提出炉顶设置二次风口及斜烟道改造的优化措施，并限定二次风眼特殊的尺寸及设置位置，以及斜烟道的结构形式，有效解决了二次风室结瘤，消除工艺隐患，保证生产的连续性。同时，对烟道结瘤物质的演变过程、结瘤机理及烟道内烟气走向动力学模型进行研究，提出带有弧度的流线型烟道口结构和水冷膜式壁优化措施。结果表明，烟道温度不再超过150℃，全部趋于平稳，满足侧吹炉生产需求。

Description

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉及冶炼工艺方法

技术领域：

本发明属于火法冶炼技术领域，具体涉及一种无结瘤铜冶炼侧吹炉及冶炼工艺方法。

背景技术：

侧吹冶炼技术广泛应用于金、银、铜、铅、锡等金属的精炼或提取过程。铜富氧侧吹是将物料连续加入至温度为1200～1500℃的强烈搅拌熔融炉渣的熔池中，物料在炉渣中反应生成冰铜或铜液滴。由于相界面积大，气体给予熔池搅拌能，促进侧吹炉内的传质和传热进行，使各相组成趋于平衡，容易分离。在炉子上方形成铜锍乳化相，一次风口以下区域熔体流动小，相对上层比较平静。在上层因强烈搅拌，硫化物和金属微粒相互碰撞合并，当微粒凝结成大小为0.5～5mm大小时，从上层落入底相，形成冰铜。

生产运行中，由于原料成分波动、工艺控制不足等原因，易造成侧吹炉内和烟道处结瘤，堵塞下料口或掉落至熔池内造成停炉，严重影响侧吹炉的平稳运行，造成生产运营系统停滞、成本居高不下。虽加强人工捅打二次风眼次数，增加投入挥发分较高的燃料可提升二次风室的温度，从而融化结瘤。但其耗能较高，且需长期操作。为解决侧吹炉结瘤的行业共性问题，许多冶金工作者进行了细致研究。刘长东等针对富氧侧吹熔炼炉烟道结构容易损坏和内部结瘤问题，采取抗热震性耐火材料和物料成分控制、用氧制度优化等措施，改进后成效显著。刘清漓研究了侧吹炉砌体结构损坏的原因，并对其改造，改善了侧吹炉结瘤问题。但上述研究未对结瘤机理进行深入分析，不能根本解决侧吹炉结瘤问题。

发明内容：

本发明的目的是克服上述现有技术存在的不足，提供一种无结瘤铜冶炼侧吹炉及冶炼工艺方法，针对侧吹炉结瘤共性问题，通过对结瘤生长位置的多次试验分析后，提出一种新型的二次风眼设计。同时，对烟道结瘤物质的演变过程、烟道结瘤机理、烟道内烟气走向动力学仿真进行了研究及优化。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，所述的侧吹炉结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，其中，所述的一次风眼设置在炉身底部，所述的二次风眼设置于炉顶上，所述的烟道为斜烟道。

所述的二次风眼设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm。

所述的斜烟道包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道中，斜烟道段入口倾斜角度为25°，斜烟道段管径为

斜烟道出口夹角为30°。

所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉。

所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

所述的炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入75-85t/h的铜精矿，向炉顶二次风眼内鼓入二次风，风流量为1000-2000Nm³/h，补充富氧量1000-2000Nm³/h；一次风风流量3500-4500Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤。

所述的方法中，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu 18.16-20.39％，S 22.35-23.96％，Fe 21.46-22.23％，SiO₂ 22.12-24.47％，Al₂O₃ 5.49-6.18％，CaO 1.5-1.8％，MgO 0.85-1.2％，Pb 0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他。

所述的方法中，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu 18.16％，S 23.96％，Fe22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb 0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他。

所述的方法中，二次风为常温空气。

所述的方法中，冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，温度为68-141℃。

所述的方法中，采用顶部二次风眼鼓入二次风，获得烟气中包括组分及质量百分含量为＜0.5g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.3-1.7％。

所述的方法中，采用顶部二次风眼鼓入二次风，经检测，烟气入烟道速度为1.89-1.93m/S，出烟道速度为1.95-1.99m/S。

当采用常规侧吹炉，进行冶炼，二次风眼设置在三层水套部位时，设置个数为20个，尺寸为

采用侧部二次风眼鼓入总二次风流量为1000-2000Nm³/h，补充富氧量1000-2000Nm³/h，侧吹炉内、烟道内和烟道出口均出现结瘤，其中：

侧吹炉内结瘤包括组分及质量百分含量为Cu 16.92％-18.51％，S 1.94％-3.45％，Fe 19.76％-26.54％，SiO₂ 20.48-22.05％，Al₂O₃ 4.22-6.88％，CaO 2.23-4.20％，MgO 11.87-20.13％，Pb 0.05％-0.09％，Zn 0.42％-1.87％，As 0.064％-0.30％，Sb 0.036％-0.038％，Bi 0.023％-0.027％；

烟道内结瘤外表层包括磁铁矿50-55％，白冰铜18％-23％，烟道内结瘤里层磁铁矿55-65％，赤铜铁矿10-20％，白冰铜8-15％；

烟道出口结瘤外表层包括磁铁矿10％，白冰铜10-20％，烟道出口结瘤中间层包括磁铁矿20-25％，赤铜铁矿30％，烟道出口结瘤里层包括磁铁矿10-15％，白冰铜5-10％。

当采用常规侧吹炉，采用侧部二次风眼鼓入二次风，获得烟气中包括组分及质量百分含量为单体硫0.5-3.2g/m³，CO 0.01-0.02％，烟尘发生率1.7-2.1％。

当采用常规侧吹炉的侧部二次风眼设置于三层水套上方，目的在于将未充分燃烧的煤反应掉，保证氧气充足，避免一氧化碳和单质硫的生成。

当采用常规侧吹炉，侧部二次风眼冶炼时，经检测，烟气入烟道速度为0.35-0.4m/S，出烟道速度为0.99-1.05m/S。

本发明的有益效果：

(1)本发明通过二次风结瘤分析研究，将二次风眼开设于侧吹炉顶盖，有效解决了二次风结瘤问题，消除工艺隐患，保证生产的连续性，每年可挽回损失3763万元。

(2)本发明基于烟道结瘤机理，通过采用特定弧度的流线型烟道口结构，和水冷膜式壁优化措施，使斜烟道表面温度不再超过141℃，满足了侧吹炉生产需求。

附图说明：

图1为现有技术中侧吹炉冶炼产生烟气在烟道内动力学模型；

图2为对比例中烟道出口结瘤中间层的赤铁矿反光×160，沿磁铁矿八面体分布图；

图3为对比例中烟道出口结瘤中间层的赤铜矿渗人磁铁矿裂隙呈脉状分布的反光×160，Cu₂O(C)-CuFeO₂(D)-Fe₂O₃(H)的反应边结构显微图；

图4改造前后原有二次风眼全关炉内结瘤分布，其中：图4(a)为改造前获得的炉内结瘤分布图，图4(b)为改造后获得的炉内结瘤分布图；

图5为改造后顶部二次风眼开启，侧部原有二次风眼开启和关闭原有二次风眼处炉内结瘤分布，其中，图5(a)为风眼开启，图5(b)为风眼关闭；

图6为对比例1中侧吹炉装置结构示意图；

图7为对比例1中侧吹炉装置左视图；

图8对比例1中侧吹炉炉结位置示意图：

图9为本发明实施例1侧吹炉二次风眼开启位置局部结构示意图；

图10对比例1中的侧吹炉斜烟道结构参数示意图；

图11为实施例1中的侧吹炉斜斜烟道流线型结构示意图，其中：

01-炉基础，02-炉支架，03-烟道口，04-炉顶进料口，05-铜水套，06-一次风口，06-连接杆，08-二次风口；A-炉缸；B-层铜水套；C-二层铜水套；D-三层铜水套；E-耐火砖；H-炉结；a-炉顶二次风眼；b-1^#下料口；c-2^#下料口；d-3^#下料口；e-斜烟道入口。

具体实施方式：

下面结合实施例对本发明作进一步的详细说明。

根据某铜冶炼厂生产数据(表1)分析发现，因侧吹炉结瘤堵塞下料口和掉落至熔池内造成停炉的时间合计4116分钟，占侧吹炉自身故障停炉6384分钟的64.47％，严重影响产量，增加运行成本。

表1.停炉数据统计

Table 1 Stop furnace data statistics

对比例1

本对比例中采用的侧吹炉，结构示意图如图6所示，左视图如图7所示，结构包括炉基础01，炉支架02，炉缸A，顶部设有耐火砖E，炉身内包括有炉结H，炉身顶部设置烟道口03，炉身顶部还包括炉顶进料口04，炉身侧壁设有一次风口06，连接杆07，二次风口08，铜水套05，铜水套05包括一层铜水套B，二层铜水套C和三层铜水套D；炉结位置示意图如图8所示；所述的斜烟道中，斜烟道段入口倾斜角度为22°，斜烟道段管径为

斜烟道出口夹角为45°。

二次风眼设置在三层水套部位时，设置个数为20个，尺寸为

在冶炼过程中，持续加入75-85t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu 18.16％，S 23.96％，Fe 22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb 0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他；向侧部二次风眼内鼓入二次风，风流量为1000-2000Nm³/h，补充富氧量1000-2000Nm³/h；一次风风流量3500-4500Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，侧吹炉内、烟道内和烟道出口均出现结瘤，其中：

侧吹炉内结瘤包括组分及质量百分含量为Cu 16.92％-18.51％，S 1.94％-3.45％，Fe 19.76％-26.54％，SiO₂ 20.48-22.05％，Al₂O₃ 4.22-6.88％，CaO 2.23-4.20％，MgO 11.87-20.13％，Pb 0.05％-0..09％，Zn 0.42％-1.87％，As 0.064％-0.30％，Sb 0.036％-0.038％，Bi 0.023％-0.027％。

烟道内结瘤外表层包括磁铁矿50-55％，白冰铜18％-23％，烟道内结瘤里层磁铁矿55-65％，赤铜铁矿10-20％，白冰铜8-15％；

烟道出口结瘤外表层包括磁铁矿10％，白冰铜10-20％，烟道出口结瘤中间层包括磁铁矿20-25％，赤铜铁矿30％，烟道出口结瘤里层包括磁铁矿10-15％，白冰铜5-10％。

采用侧部二次风眼鼓入二次风，获得烟气中包括组分及质量百分含量为单体硫0.5-3.2g/m³，CO 0.01-0.02％，烟尘发生率1.7-2.1％。

侧吹炉常规将二次风眼设置于三层水套上方，目的在于将未充分燃烧的煤反应掉，保证氧气充足，避免一氧化碳和单质硫的生成。

采用侧部二次风眼，经检测，烟气入烟道速度为0.35-0.4m/S，出烟道速度为0.99-1.05m/S。

1、炉墙结构及炉内结瘤的成因分析

上述侧吹炉炉墙分为两部分，底部炉缸使用耐火材料，与炉内冰铜接触。中间是三层铜水套，其中一次风水套接触渣层，渣线在一层水套层下部，渣层厚600～800mm，全部在一层水套层，是侧吹炉炉内反应的主要区域，二层水套和三层水套为斜水套，炉内气相反应主要在此区域进行，此处也是单质硫和CO等未完全氧化组成聚集区域。

侧吹炉二次风主要从三层水套的二次风口补入，用于烟气中CO和单体S的氧化消除。随着投料量的增加，出现二次风补入量无法保证电收尘进出口温度倒挂以及烟尘燃烧等现象，致使大量炉结粘附在二次风区域的炉墙上。开停炉时，部分炉结在热涨冷缩作用下从炉墙脱落掉入熔池，使得炉渣涌入渣室，再从渣口涌出；且未掉落的炉结可能长大并连成一片，堵塞炉料下落通道。

2、烟道结瘤成因分析

斜烟道结瘤目前是国内冶金炉一大瓶颈，很多熔炼炉因其导致停炉甚至死炉，对生产影响巨大。在斜烟道技改前，烟道出现孔径发生多次变小问题，甚至发生烟道出口部分被堵死，造成烟气偏流，极易引发侧吹炉余热锅炉部分区域过烧，从而导致大停炉故障。

根据图1的侧吹炉烟道动力学模型分析发现，斜烟道脊梁处、顶部和底部被烟气冲刷严重。在实际检测温度时，此处温度较高，局部发红严重。烟气到达顶部后，由于涉及弯道变换方向和烟气速度，导致在进入锅炉前，阻力大，烟气降速，从而出现结瘤(图1)。

3、侧吹炉结瘤机理分析

(1)二次风室结瘤分析

经对炉结化验结果及生产实际分析，炉结成因有三点：①二次风来自常温空气，一般在20℃，熔体在炉内不断搅动，使部分喷溅到二次风口附近，遇冷急速冷凝粘附在炉墙上，形成最初炉结；②喷溅起来的细小熔体容易被烟气夹带上升，碰撞到最初形成的炉结便粘附在其上；③炉料中细小颗粒在下落过程中受烟气夹带，飘落或碰撞在最初形成的炉结上，不断长大。

表2炉内结瘤多元素分析结果

Table 2 Analysis results of nodulation in furnace

(2)烟道结瘤机理研究：

对烟道炉结进行矿物组成及其嵌布特征等分析发现，烟道结瘤的外表层中赤铜铁矿和赤铜矿含量极少，而磁铁矿含量大于50％。磁铁矿的来源除原始喷溅物和机械尘带来的外，主要由下列反应产生：

3FeS+5O₂＝Fe₃O₄+3SO₂ (1)

3Fe₂SiO₄+O₂＝2Fe₃O₄+3SiO₂ (2)

3Fe₂SiO₄+3CaO+O₂＝2Fe₃O₄+3CaSiO₃ (3)

此外，结瘤的外表层存在10-20％的白冰铜，它是由原始物质中的贫冰铜进一步氧化而生成的。侧吹熔炼出炉烟气含氧浓度仅为0.5％。根据热力学分析，上述反应尚能进行。但是，由于氧浓度较低，扩散速度受限，使得反应速度较小。在这样低的氧分压下，SO₂、CO₂便可作为氧化剂而发生如下反应：

6FeS+4SO₂＝2Fe₃O₄+5S₂ (4)

S₂+2O₂＝2SO₂ (5)

烟道出口结瘤表层的矿物成分与斜烟道结瘤表层近似，故可认为它们所经历的化学变化过程大体相同。由于出口温度较低，造成反应速度缓慢，因此磁铁矿含量较少。此外，还可发现结瘤的中间层磁铁矿含量较少，而赤铜铁矿含量却大幅增加。这是因为中间层停留时间较长，部分磁铁矿得以氧化而变为赤铁矿。与此同时，白冰铜发生氧化，其氧化产物Cu₂O视相邻矿物不同，继而发生如下反应：

2Cu₂O+Cu₂S＝6CO+5SO₂ (6)

Cu₂O+Fe₂O₃＝2CuFeO₄ (7)

显微鉴定中，常见赤铁矿和赤铜铁矿沿磁铁矿八面体解理分布如图2所示，金属铜与辉铜矿同时出现。凡金属铜出现在孔洞边缘者，常有赤铜矿镶边。赤铜矿或在硅酸盐基体上呈乳滴状，或渗人磁铁矿裂隙呈脉状分布。凡属后一种情况，均可见到Cu₂O-CuFeO₂-Fe₂O₃(或Fe₃O₄)的反应边结构(图3)。

本研究的斜烟道结瘤试样是达产后的结瘤过程的最终产物。整个生产过程经六次烧烟道处理，但每次都末能把结瘤完全消除。其原因是处理温度不足以使磁铁矿等高熔点矿物全部熔化。相反烧烟道时的高温和较强的氧化气氛则为实现诸种化学反应提供了良好的热力学和动力条件，促进了高熔点矿物的进一步生成、富集和重结晶作用，致使矿物组成发生一系列的变化。

首先是白冰铜等较低熔点矿物被熔离出来，因此在当时结瘤的表面形成较单一的磁铁矿外壳。Fe₃O₄继而氧化成Fe₂O₃，后者又进而生成CuFeO₂(D)。

然而，局部出现金属铜从磁铁矿八面体解理析出而形成典型的固溶体分离结构，说明该磁铁矿曾经呈熔融状态。

3SiO₂+2CaO+Fe₂SiO₄＝2CaFeSi₂O₆ (8)

2CaO+2SiO₂＝2CaO·SiO₂ (9)

同时还出现少量的黄长石、莫来石和埃及蓝等。取样时还发现大块金属铜，这是烧烟道时流动的熔体受到阻碍而集中形成的。

里层即与斜烟道内衬耐热浇注料层接触的结瘤样品中，磁铁矿含量最高，其次为赤铜铁矿，白冰铜甚微。此层结瘤在烟道内停留时间最长，但它紧贴耐火材料壁，温度最低，况且该炉期开始至第一次烧烟道时隔100天之久，所以与中层和表层的矿物成分不同。然而，在结瘤形成过程中，硫化物的氧化以及铁酸盐的生成和重结晶作用依然存在。各收尘漏斗产生的粗尘块表层有一定量的硫酸盐等，这是由于Cu以及Pb、Zn等易挥发成分在该处温度(600～800℃)和气氛条件下生成的。

硫酸盐正是使烟尘粘结的物质基础。由于返烟前后之烟道系统温度发生变化，因此在各收尘漏斗硫酸盐的分布亦随之变化。至于砷酸盐的生成，来源于炉料中含砷矿物如FeAsS、Cu₁₂(As、Sb)S₁₃、Cu₃AsS₄等。它们分解氧化后，产生易挥发的As₂O₃，并进而氧化为As₂O₅。后者与CuO、ZnO等反应而形成复式砷酸盐。反烟后，粗尘中出现的球粒状结构表明，在烟道出口烟气温度迅速降低，熔融尘粒骤然遇冷凝固而形成比表面最小的球形。又由于烟气流量增大，流速增加，使烟尘粒度组成变大。

前期斜烟道及天圆地方部位采用填充浇筑料的砌筑形式，运行3个月会出现浇筑料脱落、局部烧穿等问题。就此问题将侧吹炉炉斜烟道进行多方位全面优化：

(1)结合动力学模型对进入锅炉段的斜烟道进行模拟计算，设计流线型烟道结构型式。使进入锅炉的烟气流速逐渐降低，减少因烟气流速急剧下降而引发的烟道结瘤和锅炉结瘤，同时降低系统阻力损失；

(2)结合烟道内部热负荷分布，设计烟道倾斜角度、弧度。使烟气进入锅炉的角度降低，减少对锅炉顶部水冷壁的冲刷，提高锅炉薄弱环节的使用寿命；

(3)烟道外壳改为镶嵌式扣管冷却。及时带走热量，同时在耐火材料侵蚀严重处实施挂渣，提升烟道整体寿命；

(4)改天圆地方、斜烟道顶部铝铬浇筑料为高温抗热震性更好的铬刚玉浇筑料，V型铆钉替代U型。

通过优化，使斜烟道使用寿命由0.5年延长至2.5年，侧吹炉作业率由91％提升到99％，大大降低了维修成本；为提高高硅铜精矿配比，侧吹炉处理矿量由1150t/d提升至2000t/d打下基础。

实施例

进行新型二次风眼设计，解决二次风结瘤：

为解决二次风区域熔体粘结造成的：①电收尘进出口温度偏低，炉内负压异常，排烟不畅；②炉内结瘤反复脱落使排渣口涌渣、堵塞等问题。经过对炉结生长位置的多次试验分析，重新设计二次风室组成，将二次风口置于炉顶。这种新型二次风眼设计，完美地解决二次风结瘤问题，消除工艺隐患，保证生产连续性。

新型二次风眼设置于距离斜烟道位置的该项改造特点如下：炉顶二次风口位置设有两个开口，人工定期清理，炉结不再长大，改造后至今未出现因炉结而影响生产的状况；二次风量可随意调整，烟气中残氧稳定在3.5％～4％，检修时检查制酸净化系统，未出现单体硫；烟尘率降低，从之前1.5％降低到目前的0.98％，分析其原因是二次风鼓人炉内后形成一道气幕墙，避免了烟气夹带炉料中细小颗粒直接进入余热锅炉上升烟道。

通过对侧吹炉结瘤分析对二次风进行改造，同时依据烟道动力学模型，对烟道设计结构进行优化，以此达到消除侧吹炉结瘤的目的。

由于生产过程中熔体喷溅难以到达炉顶附近，因此决定在炉顶设置二次风口。首先考虑到将侧吹炉顶盖进行重新制作，在顶部开设送风口，并接到原有二次风总管道上。

二次风改造后，三层水套原有二次风口保留，全开顶部二次风口，选择性的开启原有二次风口，对比发现，开启的二次风口处炉内出现凸出结瘤，未开启的二次风处未见明显结瘤；关闭内部结瘤处的二次风口，半个月后发现原有结瘤减小，无凸出现象，如图4和图5所示。

自二次风改造完成后，炉内结瘤完全在控制合理范围内，两侧水套仅小范围出现挂屏，结瘤无长大趋势，未出现堵料情况，更未出现过二次风结瘤引起的停炉事故。

通过对比分析，改造前处理炉内结瘤每小时通入氧气1000Nm³，则二次风补入氧气2.4万Nm³/d，以每标方1.8元计算，每天仅二次风补入氧气2.4万Nm³，每天花费4.32万元，每月按照实际使用10天每年花费518.4万元，由于技改后不再补氧，将节约成本518.4万元/a。

若下料口堵塞，用天然气强制升温融化烧开下料口，使用天然气400Nm³/小时，每标方3.0元计算，每天花费2.88万元，每月实际使用12天，每年花费414.72万元，由于技改后不再使用天然气，节约成本414.72万元/a(表3)。

表3侧吹炉热平衡表

Table 3Heat Balance Table of Side Blowing Furnace

因二次风室结瘤导致的停炉事故共停风6384min，每停风1min造成损失1300元，二次风改造前1年，共造成直接损失829.92万元。

二次风改造后，侧吹炉炉内结瘤彻底得到控制，每年可挽回损失1763万元。

对烟道优化主要通过以下方法：

(1)采用动力学模型对进入锅炉段的斜烟道进行模拟计算，研究设计流线型烟道结构，使烟气以逐渐降低的流速进入锅炉，减少因烟气流速急剧降低而引发的烟道结瘤和锅炉结瘤，同时降低系统阻力损失。

(2)根据动力学模型计算结果，结合烟道内部热负荷分布，重新设计烟道倾斜角度及弧度，使烟气进入锅炉的角度降低，减少对锅炉顶部水冷壁的冲刷，提高锅炉薄弱环节的使用寿命。

(3)水冷膜式壁为目前国内较为先进的烟气冷却系统，其成本低，热能利用率高，但其容易发生局部过烧内漏等事故，考虑到侧吹炉特有的性质，其停炉影响较大，且停炉时间超过20小时，容易造成死炉事故，故仍采用耐火材料模式进行砌筑，烟道外壳增加镶嵌式扣管冷却盘管，延长耐火材料使用寿命，同时在耐火材料侵蚀严重时还可以挂渣维持运行，进而提升烟道的整体寿命。

改进后形成技术方案如下：

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，所述的侧吹炉结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，其中，所述的一次风眼设置在炉身底部，所述的二次风眼设置于炉顶上，所述的烟道为斜烟道。

所述的二次风眼设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm。

所述的斜烟道包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道中，斜烟道段入口倾斜角度为25°，斜烟道段管径为

斜烟道出口夹角为30°。

所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉。

所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

所述的炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入75-85t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu 18.16-20.39％，S 22.35-23.96％，Fe 18.07-19.33％，SiO₂ 22.12-24.47％，Al₂O₃5.49-6.18％，CaO 1.5-1.8％，MgO 0.85-1.2％，余量其他；向炉顶二次风眼内鼓入常温空气二次风，风流量为1000-2000Nm³/h，补充富氧量1000-2000Nm³/h；一次风风流量3500-4500Nm³/h，冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，温度为68-141℃，完成冶炼后，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤，获得烟气中包括组分及质量百分含量为＜0.5g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.3-1.7％，烟气入烟道速度为1.89-1.93m/S，出烟道速度为1.95-1.99m/S。

实施例1

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，本实施例中的侧吹炉结构同对比例1，结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，一次风眼设置在炉身底部，所述的烟道为斜烟道；区别在于：

炉身侧壁不设置二次风眼，在炉顶设置二次风眼，本实施例侧吹炉二次风眼开启位置局部结构示意图如图9所示，设置炉顶二次风眼a，距离斜烟道入口e距离为300mm，尺寸

调整新型炉顶二次风眼a与1^#下料口b间距离，确保其中心线距离1^#下料口b中心线为1650mm，距离2^#下料口c中心线为3100mm，距离3^#下料口d中心线为4550mm，3个下料口尺寸均为

炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

所述的炉顶二次风眼a设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm，所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道装置结构示意图如图11所示，包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，尺寸数据同对比例1，区别在于：

斜烟道段入口倾斜角度由22°调整为25°，斜烟道段管径由

调整为

斜烟道出口夹角由45°调整为30°；

所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉，所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入75t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu18.16％，S 23.96％，Fe 22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他，向炉顶二次风眼内鼓入常温空气，风流量为1000Nm³/h，补充富氧量1000Nm³/h；一次风风流量3500Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤；

并在冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层各部的温度如表所示。

经检测，获得烟气中包括组分及质量百分含量为0.3g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.3％，烟气入烟道速度为1.89m/S，出烟道速度为1.95m/S。

实施例2

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，本实施例中的侧吹炉结构同对比例1，结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，一次风眼设置在炉身底部，所述的烟道为斜烟道；区别在于：

炉身侧壁不设置二次风眼，在炉顶设置二次风眼，本实施例侧吹炉二次风眼开启位置局部结构示意图如图9所示，设置炉顶二次风眼a，距离斜烟道入口e距离为300mm，尺寸

调整新型炉顶二次风眼a与1^#下料口b间距离，确保其中心线距离1^#下料口b中心线为1650mm，距离2^#下料口c中心线为3100mm，距离3^#下料口d中心线为4550mm，3个下料口尺寸均为

炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

所述的炉顶二次风眼a设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm，所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道装置结构示意图如图11所示，包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，尺寸数据同对比例1，区别在于：

斜烟道段入口倾斜角度由22°调整为25°，斜烟道段管径由

调整为

斜烟道出口夹角由45°调整为30°；

所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉，所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入80t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu18.16％，S 23.96％，Fe 22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他；向炉顶二次风眼内鼓入常温空气，风流量为1400Nm³/h，补充富氧量1400Nm³/h；一次风风流量3800Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤，

并在冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层各部的温度如表所示。

经检测，获得烟气中包括组分及质量百分含量为0.35g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.5％，烟气入烟道速度为1.93m/S，出烟道速度为1.98m/S。

实施例3

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，本实施例中的侧吹炉结构同对比例1，结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，一次风眼设置在炉身底部，所述的烟道为斜烟道；区别在于：

炉身侧壁不设置二次风眼，在炉顶设置二次风眼，本实施例侧吹炉二次风眼开启位置局部结构示意图如图9所示，设置炉顶二次风眼a，距离斜烟道入口e距离为300mm，尺寸

调整新型炉顶二次风眼a与1^#下料口b间距离，确保其中心线距离1^#下料口b中心线为1650mm，距离2^#下料口c中心线为3100mm，距离3^#下料口d中心线为4550mm，3个下料口尺寸均为

炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

所述的炉顶二次风眼a设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm，所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道装置结构示意图如图11所示，包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，尺寸数据同对比例1，区别在于：

斜烟道段入口倾斜角度由22°调整为25°，斜烟道段管径由

调整为

斜烟道出口夹角由45°调整为30°；

所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉，所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入85t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu18.16％，S 23.96％，Fe 22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他；向炉顶二次风眼内鼓入常温空气，风流量为1600Nm³/h，补充富氧量1600Nm³/h；一次风风流量4000Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤；

并在冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层各部的温度如表所示。

经检测，获得烟气中包括组分及质量百分含量为0.35g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.6％，烟气入烟道速度为1.9m/S，出烟道速度为1.96m/S。

实施例4

一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，本实施例中的侧吹炉结构同对比例1，结构包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，一次风眼设置在炉身底部，所述的烟道为斜烟道；区别在于：

炉身侧壁不设置二次风眼，在炉顶设置二次风眼，本实施例侧吹炉二次风眼开启位置局部结构示意图如图9所示，设置炉顶二次风眼a，距离斜烟道入口e距离为300mm，尺寸

调整新型炉顶二次风眼a与1^#下料口b间距离，确保其中心线距离1^#下料口b中心线为1650mm，距离2^#下料口c中心线为3100mm，距离3^#下料口d中心线为4550mm，3个下料口尺寸均为

炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

所述的炉顶二次风眼a设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm，所述的二次风眼与二次风总管道连接。

所述的斜烟道装置结构示意图如图11所示，包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，尺寸数据同对比例1，区别在于：

斜烟道段入口倾斜角度由22°调整为25°，斜烟道段管径由

调整为

斜烟道出口夹角由45°调整为30°；

所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为

间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

所述的斜烟道连接有余热回收锅炉，所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

一种无结瘤铜冶炼工艺方法，采用上述侧吹炉进行，包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入85t/h的铜精矿，铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu18.16％，S 23.96％，Fe 22.23％，SiO₂ 22.27％，Al₂O₃ 5.5％，CaO 1.6％，MgO 1.2％，Pb0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他；向炉顶二次风眼内鼓入常温空气，风流量为1900Nm³/h，补充富氧量1900Nm³/h；一次风风流量4200Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤；

并在冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层各部的温度如表所示。

经检测，获得烟气中包括组分及质量百分含量为0.4g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.6％，烟气入烟道速度为1.91m/S，出烟道速度为1.96m/S。

上述实施例1-4中，烟道表面的加料皮带层、计量皮带层和中间仓层各部的温度数据如下表4所示。

表4实施例1-4斜烟道表面测温记录表

综合上述表4可见，通过技改，斜烟道表面温度不再超过150℃(表4)。更无发红现象，运行6个月后，全部趋于平稳，满足了侧吹炉生产需求。

Claims (10)

1.一种无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，包括炉缸，炉身和炉顶，所述的侧吹炉炉顶连接有烟道，所述的侧吹炉炉顶设有下料口，所述的侧吹炉设有一次风眼和二次风眼，其中，所述的一次风眼设置在炉身底部，所述的二次风眼设置于炉顶上，所述的烟道为斜烟道，其中：

所述的二次风眼设置个数为一个，所述的二次风眼尺寸

所述的烟道入口、二次风眼和下料口布置于同一轴线，二次风眼位置介于烟道入口与下料口之间，所述的下料口设置个数为三个，所述的二次风烟中心线距离临近的第一个下料口中心线为1650mm，距离烟道入口为300mm。

2.根据权利要求1所述的无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，所述的斜烟道包括天圆地方段，斜烟道段和烟道出口段，所述的天圆地方段和斜烟道段内壁表面均设有耐热浇注料层，具体设有冷却盘管，天圆地方段设置冷却盘管尺寸为φ32mm，间隙为300mm的紫铜冷却水管，冷却盘管间隙浇筑浇筑料，所述的浇筑料为铬刚玉；斜烟道段设置冷却扣管尺寸为80mm角钢，间隙为20mm。

3.根据权利要求1所述的无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，所述的斜烟道中，斜烟道段入口倾斜角度为25°，斜烟道段管径为φ3m，斜烟道出口夹角为30°。

4.根据权利要求1所述的无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，所述的二次风眼与二次风总管道连接。

5.根据权利要求1所述的无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，所述的斜烟道连接有余热回收锅炉，所述的斜烟道包括加料皮带层、计量皮带层和中间仓层。

6.根据权利要求1所述的无结瘤铜冶炼侧吹炉，其特征在于，所述的炉身内壁为嵌布式水冷膜式壁。

7.一种无结瘤铜冶炼工艺方法，其特征在于，采用权利要求1所述的侧吹炉进行，具体包括以下步骤：

在冶炼过程中，持续加入75-85t/h的铜精矿，向炉顶二次风眼内鼓入二次风，风流量为1000-2000Nm³/h，补充富氧量1000-2000Nm³/h；一次风风流量3500-4500Nm³/h，完成冶炼，获得冰铜和烟气，经检测，所述的侧吹炉炉身及烟道内壁均无结瘤。

8.根据权利要求7所述的无结瘤铜冶炼工艺方法，其特征在于，所述的铜精矿包括组分及质量百分含量为Cu 18.16-20.39％，S 22.35-23.96％，Fe 21.46-22.23％，SiO₂ 22.12-24.47％，Al₂O₃ 5.49-6.18％，CaO 1.5-1.8％，MgO 0.85-1.2％，Pb 0.12-0.2％，Zn 0.4％-0.6％，As＜0.3％，Sb＜0.01％，Bi＜0.01％，余量其他。

9.根据权利要求7所述的无结瘤铜冶炼工艺方法，其特征在于，冶炼过程中，对烟道表面温度进行检测，温度为68-141℃。

10.根据权利要求7所述的无结瘤铜冶炼工艺方法，其特征在于，获得烟气中包括组分及质量百分含量为＜0.5g/m³单体硫，0％CO，烟尘发生率1.3-1.7％，经检测，烟气入烟道速度为1.89-1.93m/S，出烟道速度为1.95-1.99m/S。

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