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氧气底吹技术,中国恩菲的冶炼名片 ——记中国恩菲设计的世界首条全底吹连续炼铜生产线投产运行

来源:中国www.bifa1357.com金属报 日期:2019年09月11日 08:45:16 人气:

2019年7月2日,中国恩菲工程技术有限公司(以下简称“中国恩菲”)设计的包头华鼎铜业发展有限公司(以下简称“华鼎铜业”)三期工程底吹精炼炉一次顺利投产并产出合格阳极铜,这标志着世界首条全底吹全热态三连炉连续炼铜生产线全线贯通投入运行。

华鼎铜业三期工程投产,距离中国恩菲开启华鼎铜业一期工程建设整整十年。这十年,中国恩菲不断探索和突破,拥有自主知识产权的“氧气底吹技术”如今已成为国家铜、铅等基础金属产业转型发展的关键支撑技术,也是提升国家www.bifa1357.com金属产业国际竞争力的核心保障技术,可以说,氧气底吹技术不仅是中国恩菲的一张冶炼名片,也成为中国冶炼工艺走向世界的“主打牌”。

十年磨一剑:底吹技术的改造升级之路

2009年,华鼎铜业为淘汰鼓风炉炼铜落后产能,委托中国恩菲采用中国恩菲自主研发的“富氧底吹熔炼+PS转炉吹炼工艺”替代原有的鼓风炉炼铜工艺。两年后,华鼎铜业一期工程投产,成为国内第三家底吹炼铜工厂。

2015年,伴随国家和行业对环保要求进一步提高和“恩菲品牌”铜冶炼技术持续突破,为提高市场竞争力,华鼎铜业经过充分的调研、论证,最终选用当时最为先进的氧气底吹连续炼铜技术对原厂进行改造升级。中国恩菲责无旁贷,再次承担重任。项目于2015年10月开始设计,新建底吹熔炼炉于2016年6月底正式投料,由原底吹熔炼炉改造的底吹吹炼炉于2016年11月投入运行,使企业在原有工艺基础上产能提升20%,直接生产成本降低20%。

这是在全国乃至全世界范围内,氧气底吹连续吹炼技术改造传统P-S转炉的首次成功,充分展现了氧气底吹连续吹炼工艺的可靠性、先进性及其在改造方面的强大技术、经济优势。随后,华鼎铜业获得包头市政府授予的环保工作和安全工作先进单位,并通过国家工信部《铜冶炼行业规范条件》公告,在2017年跃升为国家高新技术企业。更加重要的是,该项目的成功投产,为铜冶炼行业今后改造老旧系统、新建大型洁净铜冶炼厂树立了标杆。

二期改造的完美效果让华鼎铜业深深体会到新技术的魅力,但也留下了一点遗憾:现有系统中,从氧气底吹连续吹炼炉生产的粗铜通过包子吊运至原有反射炉进行火法精炼,并浇铸成阳极板,其中粗铜吊运,会造成低空污染等问题。旧有的固定式反射炉因作业效率低、出铜操作安全性差、氧化还原效率低等缺点,已不适应当前铜冶炼技术的发展--粗铜精炼系统已成为整个华鼎铜冶炼系统的水桶短板。

2018年,为彻底解决高温粗铜熔体吊包子和固定式反射精炼炉的能耗、环保问题,华鼎铜业毫不犹豫地再次委托中国恩菲采用最新的底吹精炼技术对该系统进行升级改造。

华鼎铜业三期工程世界首次采用“氧气底吹熔炼+氧气底吹连续吹炼+底吹精炼” 的全底吹连续炼铜生产工艺,以底吹精炼替代固定式反射炉精炼,氧化还原枪从炉体底部送气,单支枪气量大,熔体搅动效果好,省去昂贵的透气砖系统,提高了氧化还原效率,大大缩短了氧化还原时间。该工艺实现了底吹精炼炉与底吹熔炼炉、底吹吹炼炉的结合,具有更节能、更安全、更环保、自动化水平更高的显著优势。

华鼎铜业三期工程全部建成后,设备布置紧凑,在宽21米、长100米的原熔炼主厂房内(原熔炼主厂房总长200米,厂房长度节省一半)布置有1台底吹熔炼炉、1台底吹吹炼炉、2台底吹精炼炉和1台双圆盘浇铸机等核心设备,均采用台阶布置,热态铜锍和粗铜分别通过炉体间连接流槽自流到相应的炉体内,环保条件好,安全性高,能耗低,是国际先进甚至领先的炼铜技术。

华鼎铜业全部三期工程采用“十年分三步完成,三年一小步、十年一大步”,十年磨一剑,恩菲人不断利用自主研发的新技术和组织优秀的项目团队为业主创造出最大价值的同时,也打造出了炼铜技术的新标杆。

匠心独具:中国恩菲的铜冶炼技术研发之路

包头华鼎项目,成为恩菲人氧气底吹技术研发和应用的新的丰碑,也开启了铜冶炼技术的新纪元。令人振奋的是,如今,氧气底吹技术不仅已经成为中国恩菲的一张冶炼名片,也成为中国冶炼工艺走向世界的“主打牌”。

但是,时间回到二、三十年前,国内几乎所有现代化冶炼技术都依靠国外引进,对国外技术严重依赖导致中国www.bifa1357.com冶金行业长期受制于人,甚至有“世界冶炼技术的展览馆”之称。

1990年,为解决水口山矿务局康家湾含金黄铁矿回收金的瓶颈,中国恩菲牵头组织专家团队在原有底吹炉内进行铜精矿与含金黄铁矿1∶1的混矿熔炼试验,即“造锍捕金”。经过长达217天的连续试验,氧枪与炉衬仍完好无损,且熔炼富氧浓度达到70%以上,为当时世界最高水平,标志着试验的成功,为中国恩菲底吹炼铜和造锍捕金技术的产业化开发应用打下坚实基础。

1992年,中国恩菲成功将氧气底吹技术引入铜冶炼领域,获得“底吹熔池炼铜法及其装置”专利授权。

2006年,中国恩菲技术团队提出“铜锍底吹连续吹炼技术”并申请专利,其核心是将氧气底吹熔炼炉产出的熔融铜锍通过溜槽直接送入底吹吹炼炉进行连续吹炼,彻底取消周期性工作的PS转炉。

2008年年初,中国恩菲设计的世界首个氧气底吹炼铜项目--越南生权项目大龙冶炼厂顺利投产。同年年底,国内第一条氧气底吹生产线在东营方圆建成投产,标志着中国恩菲底吹炼铜技术真正实现大规模工业化应用,继顶吹、侧吹、闪速熔炼之后,再次改变世界铜金冶炼技术格局。

2009年,在国家科技部的大力支持下,中国恩菲牵头组织开展国家863计划课题“氧气底吹连续炼铜清洁生产工艺关键技术及装备研究”。

2010年,世界第一条底吹造锍捕金生产线在山东恒邦投产,中国恩菲首次将氧气底吹冶炼技术成功应用于黄金冶炼领域。该技术利用铜锍是稀贵金属良好捕集剂的特性,实现金铜同时冶炼回收,金银回收率高,综合效益好,采用底吹造锍捕金技术,处理金铜复杂矿,具有原料适应性强、绿色环保、投资省、安全可靠等优势。

2011年,包头华鼎铜业富氧熔池熔炼技术改造工程(即华鼎铜业一期)投产, 中国恩菲成功采用氧气底吹铜熔炼技术改造传统鼓风炉炼铜冶炼厂,成为淘汰落后产能的典范。

2012年5月-6月,中国恩菲牵头组织的冷铜锍底吹连续吹炼半工业试验在豫光金铅取得成功。随后,中国恩菲在东营方圆组织热铜锍底吹连续吹炼工业试验也得到很好验证。

2014年,中国恩菲研发设计的世界上首条双底吹连续炼铜工业化示范生产线在豫光金铅全线拉通,标志着“氧气底吹连续炼铜清洁生产工艺关键技术及装备研究”863课题圆满完成,并成功应用于工业化生产,世界铜冶炼技术水平再攀新高。

2015年,中国恩菲总体设计的世界上最大单系列底吹炼铜生产线在河南中原黄金冶炼厂建成投产,年处理精矿量150万吨以上。

2018年,采用中国恩菲自主研发的双底吹冷铜锍连续炼铜生产线在青海铜业顺利投产。同年,中国恩菲自主研发的双底吹热态三连炉连续炼铜生产线在灵宝金城成功投产。

2019年,中国恩菲设计的全世界首条全底吹连续炼铜生产线在华鼎铜业顺利投产。

……

中国恩菲不断进行技术创新,自主研发的第一代底吹炼铜技术于2008年投入运行,主要采取“氧气底吹熔炼+转炉吹炼+回转式阳极炉精炼”工艺流程,解决了复杂铜矿处理难题,节省了铜冶炼投资及生产成本。第二代底吹炼铜技术于2014年投入运行,主要采用“氧气底吹熔炼+氧气底吹吹炼+回转式阳极炉精炼”工艺流程,在进一步提高原料适应性,减少投资生产成本的同时,解决了转炉的低空污染问题,消除了吊运包子安全隐患。目前,中恩恩菲的专家团队正致力于“一担挑”炼铜法研究,该工艺主要由熔炼炉、造铜炉、CR炉组成,具有流程短、能耗更低、原料适应性更强、投资更省等特点。

中国恩菲进行铜冶炼技术创新的过程中,不断完善升级自有知识产权的氧气底吹炼铜技术,我国也逐渐成为世界范围内炼铜工艺技术最全、设计能力最强、运营效益最高、环保效果最佳的国家,真正实现了从追赶到引领的重大跨越,摆脱了“世界冶炼技术展览馆”长期受制于人的被动局面,实现了华丽转身。

问渠哪得清如许:氧气底吹技术的发展之路

“氧气底吹技术”如今已成为国家铜、铅等基础金属产业转型发展的关键支撑技术,也是提升国家www.bifa1357.com金属产业国际竞争力的核心保障技术,但该技术最早却应用于黑色冶炼行业--炼钢。

该技术自上世纪30年代开始研发,于60-70年代得以工业应用。氧气底吹技术具有高效、节能、环保等显著优点,随制氧技术的进步,在世界钢铁企业获得广泛应用,大幅度提升了钢铁冶炼的技术水平。

上世纪70年代,将氧气底吹技术应用于www.bifa1357.com冶炼领域的想法也随之产生。但事实上,氧气底吹技术应用在钢铁冶炼与应用在www.bifa1357.com金属冶炼领域中有较大差异:www.bifa1357.com金属冶炼过程多为连续作业,原料常为多金属共生矿,难以彻底分选,熔炼工艺需考虑多金属综合回收利用,冶炼反应机理复杂。因此,氧气底吹炼钢的成熟技术不能简单移植到www.bifa1357.com金属熔炼领域,需要针对www.bifa1357.com金属不同品种的冶炼特点一一进行开发。

1973年,两位美国教授提出将氧气底吹技术应用于铜冶炼领域,将之称为SL炼铜法,并进行小试,申请了专利,随后开展中试,但未取得成功。

1974年,德国鲁奇公司在SL炼铜法的启发下,申报了QSL氧气底吹一步炼铅专利,并于1984年进行了产业化示范试验。

上世纪80年代,国内外环保要求日趋严格,为淘汰传统的烧结-鼓风炉等传统炼铅工艺,中国恩菲的前身--北京www.bifa1357.com冶金设计研究总院提出了研发“氧气底吹熔炼-电热还原炼铅”新工艺的设想。1983年,经当时的国家科委批准,该课题被列入国家“六五”科技攻关计划,由中国恩菲牵头开展设计。1985年底,年产3000吨粗铅的底吹熔炼-电热还原炼铅成套半工业试验装置在湖南水口山建成。而后,国家决定由水口山矿务局及中国恩菲牵头,北京矿冶研究总院、北京钢铁研究总院、中南工业大学、中科院化冶所、西北矿冶研究院等单位参加,开展了近两年的艰苦研究。这期间,先后进行了17批次试验,共熔炼近900吨铅精矿,产出了340多吨粗铅。试验表明,氧气底吹熔炼炉除了存在氧枪寿命短这一突出问题外,其余指标均较为理想;电热还原系统受资金限制所建设施简陋,还原剂粉煤供给为临时措施,难以满足试验要求,无法产出合格弃渣。1987年11月,试验告一段落。

当时,为尽快解决我国铅冶炼严重的污染问题,我国引进了德国鲁奇公司QSL一步炼铅工艺,1994年在甘肃白银建成世界首家采用氧气底吹冶炼www.bifa1357.com金属的生产企业,但因部分技术不成熟,加上经济原因,投产不久便关闭。

在对水口山氧气底吹试验及白银公司引进QSL氧气底吹一步炼铅失败进行分析时,中国恩菲的专家团队发现,问题的关键在于还原阶段。1997年,中国恩菲提出了氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅新工艺。中国恩菲牵头组织河南豫光、安徽池州、浙江温州等3家冶炼厂,共同出资利用水口山的底吹试验装置与1.5m2的小型鼓风炉,进行炼铅新工艺半工业试验,一举成功。

在此基础上,中国恩菲于2002年分别在河南豫光和池州冶炼厂建成年产5万吨和3万吨粗铅的示范生产线,这标志着氧气底吹熔炼-鼓风炉还原炼铅技术实现了产业化。两条生产线操作稳定,且年产能很快提升至8万吨和5万粗铅。粗铅单位能耗比传统烧结-鼓风炉工艺降低一半,硫的回收率提高到96%以上,硫的捕集率超过99%,有效解决了传统工艺造成的SO2低空污染及含铅粉尘飞扬问题。

氧气底吹铅熔炼技术大大降低了能耗和焦炭使用量,有效解决了长期困扰冶炼企业的二氧化硫烟气和粉尘所带来的环保问题。该技术在2003年获中国www.bifa1357.com金属工业科技进步一等奖,2004年获国家科技进步二等奖,曾被国家九部委联合发文指定为我国首选炼铅工艺。

中国恩菲向着更低能耗、更高环保的方向迈进,持续研发氧气底吹熔炼-熔融渣侧吹还原法以及氧气底吹熔炼-熔融渣底吹电热还原法炼铅技术,其自主研发的“底吹熔炼-熔融还原-富氧挥发连续炼铅新技术及产业化应用”获得2016年度国家科技进步奖二等奖。

氧气底吹技术在铅冶炼行业得到广泛推广应用,为了更充分的挥它的优势,中国恩菲技术专家团队一步步将氧气底吹技术推广应用到铜等金属冶炼领域,并取得了一系列成功。如今,“氧气底吹技术”与中国恩菲紧紧联系在一起,已成为“恩菲品牌”的象征。