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    《中国有色金属报》:东营方圆:做新时代科技创新的排头兵

    《中国有色金属报》:东营方圆:做新时代科技创新的排头兵

    作者:
    来源:
    《中国有色金属报》
    2018/07/26 10:07
    评论:
    【摘要】:
    做时代科技创新的排头兵

      

      “今年上半年,生产时率达97.5%,平均加料量200t/h以上,精矿处理量完成进度计划的112%,生产费用达到历史同期最低……”这是世界首条“两步炼铜工艺”示范生产线投产运行两年多来的亮眼表现。

      当记者看到山东东营方圆有色金属集团上半年生产不仅实现稳定增长,而且成绩如此斐然时,不免有些兴奋,但欣喜之余也有不少疑问。两步炼铜法,自落地以来,终究突破了哪些技术瓶颈?该工艺技术为行业解决了哪些共性难题?在炼铜过程中如何实现了将吹炼和精炼工序“合二为一”……近日,记者带着这些疑问来到“两步炼铜工艺”的发源地——东营方圆有色金属集团,与该公司董事长、“两步炼铜工艺之父”崔志祥进行了深入交流,同时采访了以总工程师王智为代表的众多科技精英,并到生产现场近距离观摩了两步炼铜工艺示范生产线的运行情况。
     
      两步炼铜法的优势
      崔志祥在接受采访时,对两步炼铜法工艺运行机理、技术优势、创新点等都进行了分析阐释。那么,两步法到底是怎样的工艺?
      现代火法炼铜工艺为铜精矿经历熔炼炉—吹炼炉—精炼炉,产出阳极铜,即三步炼铜工艺;方圆的两步炼铜工艺采用更强化的熔炼装置——多元炉制得高品位冰铜,冰铜连续流入火精炉,两台火精炉智能切换、交替连续作业,确保在同一炉体内通过切换不同气体完成吹炼和精炼过程,直接产出阳极铜。
     
      两步炼铜法的优势在哪里?
      从工艺来说,一是突破了三步炼铜工艺流程长、能耗损失大等弊端,两步法不仅实现了全热料连续生产,而且只需通过切换不同气体,即可在同一炉体内高效完成吹炼和精炼过程,实现了炉料生产循环的连续性和效率的最大化;二是多元炉与火精炉之间,热态冰铜经封闭式导锍管流入火精炉,最大限度杜绝了烟气逸散问题,同时两台火精炉交替作业确保了工艺烟气的流量和成分稳定,通俗来讲,即短流程,环保过程好控制,从而真正达到了清洁生产的目的。
      从投资上来说,两步炼铜法厂房配置高度与三步连续炼铜工艺相比较低,投资省,同时由于三步炼铜工艺厂房配置高,熔炼炉放渣操作安全性差;另外,两步法短流程省去了阳极炉工序,减少了2-3台阳极炉及配套烟气收尘系统的投资,由此减少岗位操作人员,用人成本相应降低,劳动生产率得到大幅度提高。
      从生产成本来说,与三步炼铜工艺相比,两步法可利用放铜浇铸期更换氧枪,从而避免了因更换氧枪而引起的烟气波动,进而提高了生产效率;由“单一”进料升级为混合“多元”智能化进料,实现了热料连续加入,不需要将冰铜冷却,大大节约了能耗,与传统工艺相比吨铜生产费用降低20%左右。
      当记者对两步炼铜有了简单的理论认知后,随即置身热火朝天的生产现场,眼前呈现的是庞大的多元炉体,多金属混合矿料正在炉体内进行物相转换、铜渣分离等过程;并排摆布、交替作业的火精炉内,吹炼和精炼有序作业,滚滚铜水自炉内喷薄而出浇铸成型。面对两步炼铜气势恢弘的壮观生产,记者被通红的炉水所震撼,被这些常年与实验相伴、与炉子为伍而终将热爱与坚守等情缘杂糅在一线的科技工作者所吸引。
     
      起步遭遇困境 求索创新之路
        东营方圆刚起步时,杂铜是企业生存和发展的唯一原料,一旦杂铜紧缺,企业就将面临原料供应的制约。所以东营方圆力求开辟精矿原料多元生产,而原料多元生产,需要配套新的工艺和装备。崔志祥的理念即是:“与其花费巨资引进国外技术和工艺,不如在国内选择较为合适的技术,只有通过生产和实践,遇到问题不断突破,技术才能引领行业向前发展。”
      2004年,当方圆公司进行冶炼工艺选型时,我国自主研发的氧气底吹技术已经尘封十多年,停留在实验室研究层面,却一直未能实现工业化应用。在崔志祥看来:“这个工艺不仅是我们国家的自主知识产权,而且是一个为国争光的好技术,东营方圆有责任有义务使其尽快产业化运行。”就这样,崔志祥大胆尝试做了“吃螃蟹的第一人”,他说,“就让我们来承担试验风险吧”。2008年,东营方圆将氧气底吹炼铜实验,扩展成为实实在在的产业化生产,从年产3000吨粗铜的半工业化实验一下扩大到年产10万吨规模。
      崔志祥告诉记者,当时所担责任和所冒风险是常人难以想象的,数亿元的资金投入产业化实验,如果实验不成功,这些资金弄不好就打了水漂。在众多的不确定因素面前,崔志祥顶着压力没有放弃,他坚持以为国争光为理念,想为国家为社会做些力所能及的事情。也就是从那时开始,他带领东营方圆真正走上了一条持续探索的创新之路。
      2008年8月,东营方圆氧气底吹炼铜项目顺利点火,点火仪式的隆重和喜悦让方圆人沉浸在幸福之中,但很快各类生产技术问题接踵而至,如氧枪易堵、氧气难送、炉子寿命短、渣含铜高、分离不彻底......困难面前,怎么办?
      那段时间,崔志祥和众多科技精英一宿一宿蹲守炉旁,面对挑战与压力,他们一点一点来摸索,着力探索科技与工艺相结合的新思路;他们一点点去琢磨,解决了国内外许多业内专家都没攻克的难关。用崔志祥的话来说:“病痛长在自己身上,只有自己知道哪里出了问题,而企业的技术人员就如同良医一般,立足现场、现状、现况,望闻问切,才能有效解决问题。”
      当一个个问题迎刃而解时,东营方圆可以说已经站上了从未有过的高端平台,以完全自主知识产权的铜冶炼技术和工艺体系,与诸多世界顶级“选手”开始角逐全球市场;并且在攻克这些问题的过程中,东营方圆承担起国家“十一五”科技支撑计划,借助承担国家重大项目的契机,实施“走出去、请进来”等开放战略,与中南大学、东北大学、澳大利亚昆士兰大学、美国普渡大学、智利康塞普西翁大学、中科院等高校院所开展联合攻关研究,聘请业内专家学者提供技术支撑,走上了产学研深度合作的创新之路。
     
      攻克废杂铜冶炼技术  火精炉工艺初现
      实际上,专注于行业技术与生产实际对接的东营方圆,此时通过大大小小的创新活动,已经尝到了科技创新带来的方方面面的变化和甜头。
      长期以来,行业内采用反射式精炼炉处理粗铜和废杂铜普遍面临生产条件差、效率低等问题,东营方圆原料更杂,含砷、含硫高的黑铜等也在静待处理,采用传统精炼炉根本不能将这些原料炼出好铜来。对此,方圆人立足原料现况,针对反射式精炼炉冶炼周期长、环保效果差、能源消耗高等问题,决定开发多功能冶炼炉替代传统工艺。
      为了把多元的杂料吃干榨尽,方圆人不知道经历了多少次大大小小的实验。每一次实验,都面对巨大的压力,但一次次成功又都在痛苦中破题而出,单说为了实现一次性产出阳极板,炉子大型改造不下4次,仅大型实验就做了6次,并且持续两年时间。通过不断的自我加压和创新积累,最终成功研发“方圆法废杂铜一步冶炼新技术”——这就是崔志祥常常挂在嘴边的“一元炉”。
      该工艺技术于2013年成功实现产业化,与传统反射炉比较,优势凸显:一是改变了传统的加热方式,由原来“烤着炼”变成“烧着炼”,氧枪直接浸入熔体,大大提高了化料速度;二是供气方式发生改变,反射炉中曾经仅为21%左右的氧浓,在一元炉中达到65%,不仅效率翻了几番,而且烟气量大幅下降;三是一元炉中由于氧气、天然气、氮气等多种气体相互切换使用,打破了反射炉加料后先升温,化了料再吹氧,氧化后再扒渣等还原时间长的周期化作业模式,新工艺实现了边加料边化料,氧化还原通过气体精准控制快速实现,一步完成上述多个生产环节,提高了生产效率。
    每每谈起最初的创新之路,方圆人难以忘怀的是,当初公司力争打破原料单一的制约性,在国内采购了一批含硫、含铁较高同时价格低廉的粗铜锭,可是采用反射炉精炼时,每炉180吨的炉料只能添加两块粗铜锭,如果添多了,无法炼出品位达标的阳极铜,无奈之下,这些粗铜锭像小山一样在企业堆放了5年有余。可是当堆积如山的粗铜锭“遭遇”新问世的“一元炉”时,奇迹发生了:因采用浸没式燃烧,熔体动力学条件好,再加上加入氧浓高,热效率高,很短时间内炉料就完成了熔化,并实现了快速除杂,解决了传统精炼炉无法解决的问题。
      看到这样的成果,一线的科技工作者们眼眶都湿润了,在成功和喜悦的背后,这群科技工作者们承担着多少别样的“坚守”。通过不懈的追求和努力,该成果得到了行业专家的高度认可,以中国工程院院士邱定蕃为代表的科技成果评审专家组一致表示,这是企业自主研发的具有完全自主知识产权的新一代铜火法精炼技术,相比于当前国内外广泛应用的固定式反射炉、回转式阳极炉和倾动式阳极炉等工艺,具有生产成本低、环境污染小、综合回收率高、自动化程度高、劳动条件好等优势。
     
      开发二元炉  多元炉应运而生
      在一元炉建成投产后的一年时间里,受其启发,另一个大胆的想法在崔志祥的脑海中逐渐成型并快速落地。一元炉解决了低品位废杂铜一步冶炼的问题,但铜冶炼渣的高效回收利用问题仍困扰着东营方圆,如何将冶炼渣中的铜高效提取出来?此时,方圆人瞄准目标,决定开发新的炼渣炉,以替代落后的鼓风炉生产工艺。
      没有成熟的经验可供借鉴,方圆人把生产现场既作为实验室又当作产业化基地,他们找方法、求创新,以精益求精的工作态度力争将一段一段工艺打通,他们用锲而不舍的创新热情一遍一遍修改工艺流程图,历经艰辛万苦,方圆人俗称的“二元炉”最终宣告成功。该炉相对于氧气底吹炉而言,一是炉子既可处理氧化矿、精炼渣,实现一步炼铜,同时还能处理硫化矿,配上冶炼渣,可炼出75%左右的高品位冰铜,该炉相当于目前的多元炉;二是供热气体更加多元化,炉子在生产过程中只需切换不同气体就可达到一步冶炼的目的;三是可做渣贫化炉使用,经过实验,可把熔炼渣含铜降至0.3%。这项工艺技术产业化成功后,为企业开辟了一条新的原料渠道,不仅可以高效处理自身积压的高品位精炼渣,同时企业还可购买氧化矿、冶炼渣为生产所用。
      二元炉技术作为我国自主知识产权的铜熔炼渣新型贫化技术,其在国内外具有良好的市场推广价值,对提升我国在世界冶金领域的地位和竞争力意义重大而深远。
      实际上,二元炉的成功研发,为多元炉的诞生夯实了基础,因为多元炉在产出高品位冰铜的同时,要兼顾熔炼渣品位,还要确保选矿指标达标。最终,多元炉前期的模型在二元炉的基础上打造而成,所以,对于两步炼铜梦想,方圆人已经勾画出蓝图。
     
      改革创新 两步炼铜构想实现
      随着环保、成本等发展要素的不断强化,倒逼企业持续提升工艺技术水平,成为大势所趋。关键时期,崔志祥率先提出,新上年处理150万吨多金属矿项目采用两步炼铜法,即将一元炉和二元炉优化整合,用短流程去创新改变传统工艺。
      对这一想法,不仅业内存有质疑,企业内部也有反对意见。在很多人看来,方圆一期底吹项目经过六七年的实践和摸索,不论工艺技术还是生产操作都已轻车熟路,新上二期扩能项目采用成熟工艺似乎顺理成章。可是崔志祥并不这么认为,他看到的是,如果东营方圆二期选择与一期相同的传统工艺,竞争优势如何体现?而原料100%依赖进口首先就会成为制约企业发展的第一大难题,最重要的是一元炉和二元炉的有效创新,已经通过生产发挥了清洁环保降耗等效果,因此优化组合,能将风险降为零。
      在众多的质疑和反对声音中,2015年10月,世界首条“两步炼铜新工艺”示范生产线在东营方圆竣工点火。在方圆人看来,这只是创新的第一步,因为距离流程打通、顺利投产还有众多的“硬骨头”需要去啃。一线科技工作者告诉记者:“开发这项技术时,崔志祥经常去炉子现场观察,不是偶尔去,而是偶尔不去。”他们还说,董事长经常凌晨2点还和员工一起坚守,很多时候,他一边观察一边把想法写在小黑板上,以便让第二天上班的员工也要多动脑筋根据实践想问题。因为这种执着,后来让一些专家们也身感压力,有专家建议崔志祥不要去炉子现场了,而崔志祥回答:“我能不去吗,那里有我的魂。”
      从组建团队,到制定科研计划,崔志祥一刻没有松懈过,回忆项目投产之初的情景,大伙儿你一言,我一语,他们清楚的记得,项目投产之初,炉子放渣不顺畅、溜槽结壳、开眼堵眼等难题一个接一个,因为没有任何经验可借鉴,那种艰难、那种愁人可想而知;以董事长崔志祥为领队,当时不论公司副总经理、分厂厂长还是车间主任,大家轮流“战斗”,冰冷的机器,黑乎乎的渣子,每天大家的脸都像画了黑色的“油彩”;生产中多元炉由于工艺技术的改变,放渣呈间断性作业,但放铜仍是连续性,铜眼一旦被打开,冰铜源源不断向外溢出,第一次看到如此触目惊心的场面,要想将长度28.8米的大炉子驾驭起来,难度很大;放渣的时候,渣口一会儿堵了,一会儿打不开了,气体呼呼的吹渣,此时,危险程度、难度系数可想而知,稍有不慎,就会喷炉;为了抢救炉子不至于发生喷炉、死炉等状况,一线生产技术人员在现场几天几夜不敢合眼,不敢懈怠,实在困了累了,他们随即找一个装灰的干净袋子和衣而躺,即使身体暂时躺下了,脑海里的片段仍是炉子、仍是出铜口……因为大伙儿心里非常清楚,如果多元炉刚开车就发生“死炉”现象,可能半年都未必能再开起来。
      两步炼铜从无到有,在提升工艺能力的同时,实现了众多的创新和跨越。
    打破火精炉进料口易损之瓶颈。生产中火精炉进料口,由于处于连续进热料状态,生产不到两三炉,已经遭遇损坏,但在正常生产中,根本无法在短时间内完成修补,再加上温度高,熔体难清理,此问题不解决,严重影响生产连续作业,必须打通这一环节,解决这一问题。此时,崔志祥表示:“咱们的炉子既然是可以转动的,那就发挥炉子转动的优势。”于是技术人员不断摸索,根据同心圆原理,提出改进方案,经过一个多月的反复改良和摸索,实现火精炉在任何周期都能保证连续进料,进料口再也没有损坏过。
      围攻耐火砖寿命短之难题。刚开车试生产阶段,耐火砖寿命短是个问题,对此,方圆人首先从炉温控制上做些微调整,尽量让炉子保持热平衡,其次在耐火材料上下功夫做文章,主要是对氧枪部位耐火材料进行不断优化改进,目前通过两年实践,生产中遇到的问题基本摸索改进到位,至2017年6月大修发现,在高负荷运行的同时,耐火砖半年损耗低于60毫米,由此推算,寿命延至一年已经不是问题,短期目标向两年迈进是方向。
      发明了导锍管,实现了连续作业。刚开始溜槽在流料过程中敞口,3个小时就会结壳,生产过程中需要反复清理,非常被动,原来高温1200度的冰铜流入溜槽后,因液体与空气接触,温度降至1100多度时,流动性受到制约,连续生产变得不够连续,对此东营方圆集成创新发明了“导锍管”,让冰铜温度基本保持炉堂内温度,从而保证流动性不变。在方圆人看来,选择两个炉子连接,必须要达到连的目的和条件,必须保障多元炉连续生产,才能保证火精炉不仅有料可“吃”,还能实现整个生产线的连续性。
      两年多来,一个个技术难题,在广大生产技术人员的共同努力下,不断被攻克。王智表示,目前方圆人可以自豪的说,世界上首条流程最短、能耗最低、全热料连续生产的冶炼工艺产业化成功。
      通过20年的发展,东营方圆已经把创新主动权、发展主动权牢牢掌握在自己手中,公司现拥有国家认定企业技术中心、国家认可实验室等国家级科研平台4座,先后承担国家科技支撑计划、863科技攻关计划、国家火炬计划、国家国际合作重大专项等科研项目10余项,引进海外高层次科技创新人才5名,取得专利及专有技术180余项。
      一路走来,方圆人矢志不渝地坚持自主创新、引领创新、集成创新这一“创新引领发展”的战略思路不动摇,“以生产问题为研究课题”“以生产车间为实验场地”,每时每刻,随时随地,发现问题、研究问题、解决问题,正是这悠久的炼铜历史积淀与现代工艺装备的完美结合,成就了今天世界领先、誉满全球的方圆两步炼铜法。
      崔志祥始终相信,要成为梦想的缔造者,必先成为创新的实践者,东营方圆将以“打造国际一流铜企业”为使命坚守,向着世界冶金工业的至高点迈进。

     

     

     

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