貧化電爐

貧化電爐以貧化閃速爐渣為主要目的，但同時還要處理大量的固體冰銅。從其結構和作用上看屬於礦熱電爐，在礦熱電爐中，電流由一個電極通過爐渣和冰銅導向另一個電極，其中大部分電能直接在渣層中轉換為熱能，使爐渣得到較大程度的過熱而把爐渣的溫度提高到1500 ～ 1700℃，然後這些強烈過熱的爐渣作為載熱體，使爐料受熱熔化。

基本介紹

• 中文名：貧化電爐
• 外文名：Dilution furnace
• 學科：冶金工程
• 領域：鋼鐵
• 作用：貧化閃速爐渣
• 結構：礦熱電爐

簡介

江銅集團貴溪冶煉廠( 以下簡稱貴冶) 閃速熔煉所產生的爐渣進入貧化電爐進一步反應，在生產過程中不可避免地產生大量的煙氣，大部分的煙氣由電爐排風機導入硫酸系統，但是不少煙氣仍會從電爐的電極周圍和固鈹下料管上竄，造成嚴重的低空污染。其中從固鈹下料管上竄的煙氣首先進入到固鈹裝入系統，高溫的煙氣極容易燒損梭車皮帶，上行的煙氣再經過電爐電收塵降低煙氣含塵量後排空，煙氣對周邊環境造成一定的污染。

貧化電爐的工作原理

電爐是利用通入爐內的強大電能轉換為熱能，使爐內獲得高溫，以達到熔煉的目的。

按電能轉換為熱能的方式不同，電爐分為電阻爐、電弧爐、感應爐和複合式電爐。熔煉銅精礦的電爐屬於電阻、電弧、複合式電爐，因為這種電爐多用於熔煉礦石和精礦，故又稱礦熱電爐。我廠貧化電爐以貧化閃速爐渣為主要目的，但同時還要處理大量的固體冰銅。從其結構和作用上看屬於礦熱電爐，在礦熱電爐中，電流由一個電極通過爐渣和冰銅導向另一個電極，其中大部分電能直接在渣層中轉換為熱能，使爐渣得到較大程度的過熱而把爐渣的溫度提高到1500 ～ 1700℃，然後這些強烈過熱的爐渣作為載熱體，使爐料受熱熔化。

電能的轉變

礦熱電爐通常用3 根或6 根電極向爐內輸入三相交流電，電極插入渣層中。由於電極與渣層界面的氣袋和爐渣本身都具有一定的電阻，所以電流通過時，電能就轉換為熱能，電極與渣層界面的氣袋是由於在電子流的機械壓力作用下，熔渣脫離電極後產生的。因為這時電極和渣層之間形成一個間隙，而電極燃燒產生的氣體和熔渣層中逸出的氣體便充入其中從而形成一個氣體層。該氣體層具有很高的電阻，所以，電流在這裡以大量質點放電形式，即以微電弧形式通過這個氣袋，產生很大的電壓降，放出相應的熱量。

電能和溫度的分布

電極通電後，在電極周圍布滿著電力線，而電力線大部分集中分布在距電極中心線2 倍電極直徑區域內。隨著離開電極中心線的距離增大，電力線減弱，電場強度隨之減弱。例如，距電極中心線1 個直徑遠的地方相電壓降值為75． 8%，在1． 5 個直徑遠的地方相電壓降值達83． 8% 以上，在2 個電極直徑遠的地方相電壓降值達92% 以上。可見，在距電極中心線2 個直徑遠的區域內，是熔池導電部分，在這個區域內，電能轉變為熱能，遠離電極中心線2 個電極直徑以外的地方，基本上無電流通過，也不會產生熱量。所以電爐的高溫區集中在電極附近。

爐渣的對流和熱交換

由於電極周圍熔體溫度高，遠離電極的熔體溫度較低，溶池溫度分布不均勻，從而使接近電極表面的熔渣強烈過熱，密度降低，不斷上浮到溶池表面，並沿此表面向四方流動，在流動的過程中，與漂浮在渣層中的爐料相遇，將熱量對流傳給爐料，同時高溫爐渣也通過輻射將熱量傳給爐料，使爐料熔化，並發生各種物理化學變化，完成熔煉過程。熔煉產生的爐渣及放熱後的爐渣溫度低密度較大而下沉，至電極末端的渣層上，再向電極方向移動，於是形成了循環。

貧化電爐的工藝流程

渣貧化電爐工序主要由貧化電爐本體，供電系統，固體冰銅及塊煤加入系統，貧化電爐渣水淬系統，排煙系統等組成。主要功能有:

1) 貧化處理閃速爐爐渣。

2) 熔化處理閃速爐及貧化電爐產生的固體冰銅。

3) 當閃速爐冰銅產量大或閃速爐爐況不穩定或轉爐處理冰銅的能力因故而達不到正常要求時，起平衡、緩衝、貯備冰銅的保溫及緩衝爐作用。閃速爐爐渣經過流槽直接排入貧化電爐，經貧化電爐貧化處理後由渣口溢流排出，再經過水淬後成為水淬渣而廢棄。貧化電爐產生的冰銅與閃速爐冰銅一道送轉爐吹煉。

貧化爐產生的低濃度SO2煙氣經排煙系統進入閃速爐煙氣沉降室，與閃速爐煙氣匯合後送入硫酸車間制酸。

貧化電爐為三相電阻式電爐，自焙式電極。在工藝操作上，根據爐渣與冰銅和固體物料的性狀與數量設定一定的電功率和二次電壓，使電極自動浸沒於熔體內一定的深度而通電加熱並進行生產控制。為了防止電爐頂部加冷料時產生的粉塵污染，設定了貧化電爐電收塵器。

為了防止電爐熔體排放時的煙氣污染，設定了環境集煙吸風口。

低空污染煙氣的種類與危害

排放的煙氣產生大量的有害化合物，主要有:

1) SOX: 硫氧化物，主要為SO2( 二氧化硫) 。生產中要使用燃料，這些燃料中含有大量的硫化物，在空氣中燃燒後與氧氣發生反應最終形成SO2。這些氧化硫物質排放到空氣當中，遇到水後會發生化學反應( SO2 + H2O→H2SO3) ，形成亞硫酸，最終就變成了酸雨，造成環境危害。

2) NOX: 氮氧化物，主要為NO2( 二氧化氮或過氧化氮) 。產生於高溫燃燒，呈紅棕色氣體狀態，帶有刺鼻氣味，是空氣污染的一種主要污染源。

3) CO: 一氧化碳，一種無色無味，卻帶有劇毒的危險氣體。生產中煤炭、木柴、石油等燃料的不完全燃燒都會產生一氧化碳。

4) CO2: 二氧化碳，一種無色無味也無毒的溫室氣體，產生於各種工業步驟，如完全的燃燒。

5) 顆粒物: 包括可吸入顆粒物( PM10) 及細顆粒物( PM2． 5) 。在生產中，燃燒硫氧化物、氮氧化物以及煤炭都可以放出大量的顆粒物。這些顆粒物在排入空氣中後能在空中停留很長的時間，而且容易被陸空生物的呼吸行為吸入肺部，當肺部堆積的顆粒物過多時會對生物體的健康造成影響。

治理前存在的問題

貧化電爐系統生產過程中產生的低空污染主要源於以下幾個方面:

1) 貧化電爐產生的高溫煙氣沿著錮鈹下料管上竄到敞開的錮鈹裝入系統，部分煙氣外逸，造成一定的低空污染。

2) 經過貧化電爐電收塵器收塵後的煙氣直接外排( 含有一定的粉塵和SO2) ，造成一定的低空污染。

3) 貧化電爐電收塵器排風機能力不足，導致系統負壓不足，電收塵器絕緣子室瓷瓶受污染，降低了貧化電爐電收塵器的收塵效果，最終導致排煙含塵濃度偏高。

4) 貧化電爐電極密封圈處密封不夠嚴密，煙氣沿著密封圈處外冒，污染作業環境。

5) 電爐排渣溜槽密封蓋子密封不嚴，煙氣比較大，現場崗位粉塵濃度經常檢測超標。

6) 熔煉車間一系統主環集系統能力不足，同時由於電爐2 個渣口環集煙罩閥門為手動插板，排渣時溫度高，插板不便於及時關閉，環集系統抽力沒有得到充分的利用，導致部分煙氣從渣口處外逸，污染作業環境。

治理方案

為回響國家對環保的要求，保證職工的身心健康，降低周邊環境的污染，貧化電爐低空污染治理勢在必行，其主要改造內容如下:

1) 在錮鈹下料管上方引入1 根雜用風管，往6個錮鈹下料管內鼓入低壓雜用風，壓住上竄的煙氣，以減少煙氣進入錮鈹裝入系統，使煙氣儘量通過貧化電爐排風機送往硫酸車間制酸。

2) 在貧化電爐電收塵器出口處增加1 條排煙管道，提高系統吸力，使煙氣進入環集煙道，最後通往CF 脫硫系統。同時保留原來的管道，在環集、脫硫系統檢修的情況下使煙氣放空。

3) 貧化電爐電極密封圈的改進，由原來的普通密封圈，改成珞剛玉密封圈。提高了密封圈的密封性和耐高溫性能，從而延長了使用周期，由原來的2 個月提高到12 個月，並且大大減少了從密封圈處外冒的煙氣量。

4) 貧化電爐電收塵器排風機的改進。隨著FF產量的提升，整個系統負荷增加，原來的排風機能力不足，導致貧化電爐電收塵器系統負壓不足，含塵煙氣污染電收塵器絕緣子室瓷瓶，降低了貧化電爐電收塵器的收塵效果。更換1 台功率較大的排風機，確保了電收塵器的系統負壓，提高了收塵效果。

5) 貧化電爐電收塵器依據閃速爐電收塵器的良好改造經驗，將陰極線全部改為芒刺線，大大提高了收塵效率，由此減少了外排煙氣的含塵量。

6) 將電爐渣溜槽蓋板進行了改型。原來的1條渣溜槽有7 節短蓋板，蓋板與蓋板之間的密封性不好，容易漏煙，現在改為1 條渣溜槽3 節長蓋板，增加了溜槽蓋的密封性，防止煙氣外泄。

7) 將電爐渣口的環集閥門由原來的手動閥門改成電動閥門，使閥門的密封性有所提高，減少了漏風和煙氣外泄，並且易於操作。

通過以上改造措施，貧化電爐系統的低空污染問題得到了較好的治理，大大改善了現場的作業環境，降低了周邊環境的污染，受到廣大職工的讚許。

總結

當前國內外貧化電爐的低空污染問題都比較突出，這與國際環保形勢及國家環保要求都不相容。貴冶熔煉車間充分利用工程技術人員技術優勢，對一些造成貧化電爐系統低空污染的難點問題逐個突破，在國內外同類技術中處於領先地位。

通過這次對貧化電爐煙氣治理，有效地解決了貧化電爐周圍的低空污染問題，使現場環境改善達到了質的飛躍，職工的身心健康得到了保障，創造的社會效益與經濟效益不可估量。