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摘 要：2013年，四川煤田地质局141机械厂销售给安徽的第一条UL+Z-1800+255/12型全废铜连铸连轧机组，生产Φ8.0mm低氧铜杆，通过三个月的设备安装、调试，取得了圆满的成功。现结合近几年国内采用新设备、新工艺，探索纯氧燃烧技术在紫杂铜熔炼生产低氧铜杆中的应用。
关键词：低氧铜杆；铜杆连铸连轧；紫杂铜熔炼；纯氧燃烧技术
一、国内紫杂铜冶炼生产低氧铜杆技术现状
我国废铜连铸连轧生产线的研制约在90年代初。经过十年的艰辛努力，四川德阳东方电工机械有限责任公司技术人员，于2000年推出了我国第一条UL+Z-1800+255/14型全废铜连铸连轧机组生产线，该条生产线结合了美国、意大利等公司的先进经验，一经推出该生产线即制造出了符合相关国家标准的低氧光亮铜杆，年产量可达5万吨，141机械厂已为国内废铜冶炼厂家制造、安装、调试了十多条生产线。目前，国内紫杂铜精炼的设备主要为反射炉。
二、反射炉的燃烧方式
反射炉本世纪初开始用于炼铜，五十年代前它是占绝对优势的炼铜法，现在全世界仍有50%用此方法生产，但逐渐被新方法取代。
众所周知，反射炉最大的问题是燃料消耗大，热效率约25%，70年代，加拿大诺兰达冶炼厂反射炉供热一半改用顶吹氧气/燃料喷咀，一半仍用端部空气/燃料喷咀供热，二种方式并存。
氧气/燃料喷咀熔炼由于燃料能充分利用热效率提高40%，燃料消耗量节约55%，但是反射炉氧气/燃料喷咀熔炼毕竟不是一种彻底的改造方案，目前，国内最新的工艺是采用纯氧燃烧，即反射炉烧咀改用氧气/燃料喷咀，所用的燃料是重油或天然气。
三、纯氧燃烧方式的设备配套设施
纯氧燃烧，一般配套液氧储罐（通常50立方）、两台汽化器和调压系统、流量控制阀和点火装置，具体配套设施方案见下图1。
图1 纯氧燃烧配套设施
图2（纯氧燃烧颗粒排放图）
四、纯氧燃烧技术的优点
（一）纯氧燃烧的定义
传统的空气燃烧，就是烧咀燃料以空气为助燃的一种燃烧方式，共反应：
空气燃烧：CH4+2O2+8N2→2H2O+CO2+8N2
纯氧燃烧，就是烧咀燃料以纯氧气为助燃的一种燃烧方式，共反应：
纯氧燃烧：CH4+2O2→2H2O+CO2
（二）纯氧燃烧的优点
1.粒状物粉尘排放量减少
纯氧燃烧、空气燃烧-粒状物排放情形分别见图2、图3。
图3 空气燃烧颗粒图
从上图1、图2可以看出，采用纯氧燃烧方式，粒状物灰尘明显减少。
2.燃烧废气减量达80%、且NOx减至最低限度
空气中氮气的含量约78%，采用纯氧燃烧后，不但废气量减少了，NOx也减少到最低，采用空气助燃和纯氧助燃两种方式，废气中各种气体比例的分布见下图4。
图4 空气助燃和纯氧助燃两种方式，废气中各种气体比例分布图
NOx含量与助燃气体中O2%含量分布图见下图5-1。
图5-1 绝热平衡条件之NOx产量（CH4+预热空气）
3.纯氧燃烧具有最高燃烧效率、节省燃料
采用纯氧燃烧技术，具有提高火焰燃烧温度，增加热传导、热辐射效果，能取得最高的燃烧效率。这几个方面可以通过下图的图表体现出来。
图5-2 〔O2〕浓度V.S.可用热能百分比
图6 〔O2〕浓度V.S.热辐射
图7 〔O2〕浓度V.S.热传效果
五、纯氧烧咀安装图片及燃烧火焰图片、烧咀特点
纯氧燃烧技术已成功地安装在国内紫杂铜熔炼生产低氧铜杆领域，其安装图片、燃烧火焰图分别见下图8、图9。
图8 纯氧燃烧烧咀
图9 烧咀燃烧火焰图
从燃烧火焰图可以看到，黑烟、灰尘很少，大大地改善工人的操作环境。
此烧咀还具有下面特点：（1）不需要水冷；（2）可移动（进、出烧咀砖）；（3）烧咀角度可微調；（4）火焰辐射强；（5）双烧枪可交替使用，降低反射炉项部高温区温度，使项部耐火砖寿命更长。
六、国内紫杂铜反射炉生产低氧铜杆取得节能效果
国内目前利用紫杂铜熔炼，生产低氧铜杆，反射炉的吨位一般为100吨左右，这样，在氧化、还原过程中铜液都比较均匀，产品质量得到了保障；另外，也可以避免了在连铸连轧过程中对铜液的二次升温。
通过对国内相关厂家的考察，采用了纯氧燃烧方式后，燃料成本大大地下降，以天然气为例，100吨反射炉的能耗对比如下：
燃烧方式 熔炼能耗
（立方天然气/吨铜杆） 纯氧燃烧技术
设计、制造单位
空气助燃 115
氧气助燃 42 AP
七、结语
采用纯氧燃烧技术，应用于紫杂铜熔炼生产低氧铜杆领域，不但节约了燃烧，还提高了熔炼速度，减少了黑烟、灰尘量，降低了NOx、黑烟、灰尘的排放，此项技术，相信在未来几年，会得到广大利用紫杂铜熔炼生产低氧铜杆制造商们的广泛利用。
关键词：低氧铜杆；铜杆连铸连轧；紫杂铜熔炼；纯氧燃烧技术
一、国内紫杂铜冶炼生产低氧铜杆技术现状
我国废铜连铸连轧生产线的研制约在90年代初。经过十年的艰辛努力，四川德阳东方电工机械有限责任公司技术人员，于2000年推出了我国第一条UL+Z-1800+255/14型全废铜连铸连轧机组生产线，该条生产线结合了美国、意大利等公司的先进经验，一经推出该生产线即制造出了符合相关国家标准的低氧光亮铜杆，年产量可达5万吨，141机械厂已为国内废铜冶炼厂家制造、安装、调试了十多条生产线。目前，国内紫杂铜精炼的设备主要为反射炉。
二、反射炉的燃烧方式
反射炉本世纪初开始用于炼铜，五十年代前它是占绝对优势的炼铜法，现在全世界仍有50%用此方法生产，但逐渐被新方法取代。
众所周知，反射炉最大的问题是燃料消耗大，热效率约25%，70年代，加拿大诺兰达冶炼厂反射炉供热一半改用顶吹氧气/燃料喷咀，一半仍用端部空气/燃料喷咀供热，二种方式并存。
氧气/燃料喷咀熔炼由于燃料能充分利用热效率提高40%，燃料消耗量节约55%，但是反射炉氧气/燃料喷咀熔炼毕竟不是一种彻底的改造方案，目前，国内最新的工艺是采用纯氧燃烧，即反射炉烧咀改用氧气/燃料喷咀，所用的燃料是重油或天然气。
三、纯氧燃烧方式的设备配套设施
纯氧燃烧，一般配套液氧储罐（通常50立方）、两台汽化器和调压系统、流量控制阀和点火装置，具体配套设施方案见下图1。
图1 纯氧燃烧配套设施
图2（纯氧燃烧颗粒排放图）
四、纯氧燃烧技术的优点
（一）纯氧燃烧的定义
传统的空气燃烧，就是烧咀燃料以空气为助燃的一种燃烧方式，共反应：
空气燃烧：CH4+2O2+8N2→2H2O+CO2+8N2
纯氧燃烧，就是烧咀燃料以纯氧气为助燃的一种燃烧方式，共反应：
纯氧燃烧：CH4+2O2→2H2O+CO2
（二）纯氧燃烧的优点
1.粒状物粉尘排放量减少
纯氧燃烧、空气燃烧-粒状物排放情形分别见图2、图3。
图3 空气燃烧颗粒图
从上图1、图2可以看出，采用纯氧燃烧方式，粒状物灰尘明显减少。
2.燃烧废气减量达80%、且NOx减至最低限度
空气中氮气的含量约78%，采用纯氧燃烧后，不但废气量减少了，NOx也减少到最低，采用空气助燃和纯氧助燃两种方式，废气中各种气体比例的分布见下图4。
图4 空气助燃和纯氧助燃两种方式，废气中各种气体比例分布图
NOx含量与助燃气体中O2%含量分布图见下图5-1。
图5-1 绝热平衡条件之NOx产量（CH4+预热空气）
3.纯氧燃烧具有最高燃烧效率、节省燃料
采用纯氧燃烧技术，具有提高火焰燃烧温度，增加热传导、热辐射效果，能取得最高的燃烧效率。这几个方面可以通过下图的图表体现出来。
图5-2 〔O2〕浓度V.S.可用热能百分比
图6 〔O2〕浓度V.S.热辐射
图7 〔O2〕浓度V.S.热传效果
五、纯氧烧咀安装图片及燃烧火焰图片、烧咀特点
纯氧燃烧技术已成功地安装在国内紫杂铜熔炼生产低氧铜杆领域，其安装图片、燃烧火焰图分别见下图8、图9。
图8 纯氧燃烧烧咀
图9 烧咀燃烧火焰图
从燃烧火焰图可以看到，黑烟、灰尘很少，大大地改善工人的操作环境。
此烧咀还具有下面特点：（1）不需要水冷；（2）可移动（进、出烧咀砖）；（3）烧咀角度可微調；（4）火焰辐射强；（5）双烧枪可交替使用，降低反射炉项部高温区温度，使项部耐火砖寿命更长。
六、国内紫杂铜反射炉生产低氧铜杆取得节能效果
国内目前利用紫杂铜熔炼，生产低氧铜杆，反射炉的吨位一般为100吨左右，这样，在氧化、还原过程中铜液都比较均匀，产品质量得到了保障；另外，也可以避免了在连铸连轧过程中对铜液的二次升温。
通过对国内相关厂家的考察，采用了纯氧燃烧方式后，燃料成本大大地下降，以天然气为例，100吨反射炉的能耗对比如下：
燃烧方式 熔炼能耗
（立方天然气/吨铜杆） 纯氧燃烧技术
设计、制造单位
空气助燃 115
氧气助燃 42 AP
七、结语
采用纯氧燃烧技术，应用于紫杂铜熔炼生产低氧铜杆领域，不但节约了燃烧，还提高了熔炼速度，减少了黑烟、灰尘量，降低了NOx、黑烟、灰尘的排放，此项技术，相信在未来几年，会得到广大利用紫杂铜熔炼生产低氧铜杆制造商们的广泛利用。