孔祥辉，谢华有，蔡加武

（江西华赣瑞林稀贵金属科技有限公司，江西丰城331100）

我国有色冶炼行业年产多金属固体废物超过千万吨，历年堆存量达数亿吨，利用率却不超过60%。固体废物堆存不仅占用大量土地，而且其中含有砷、镉、铬、铅等具有高迁移性的重金属有毒元素，对环境造成了极大污染和潜在威胁。

为提高电子废料、低品位杂铜、工业污泥、工业废渣等多源有色固体废物协同冶炼原料的适应性，进一步降低综合能耗，江西华赣瑞林稀贵金属科技有限公司（以下简称“稀贵公司”）与中国瑞林工程技术股份有限公司合作研究开发了NRTC炉富氧侧吹工艺及装备。通过控制多元气氛下的梯级反应，充分利用电子废物中有机可燃物的热值和玻璃纤维，以及多金属固废中的造渣元素，完成冶炼过程，实现多源有色冶炼固体废物无害化处理与资源化利用。

1 NRTC炉工艺简介

NRTC炉工艺主要是以电子废料等多金属固体废物为原料，通过对稀贵金属的火法富集，实现电子废弃物的无害化处理与资源化利用。该工艺是通过控制氧气、还原煤、送风、天然气等的加入量对NRTC炉内的氧化或还原气氛进行调节，以满足冶炼工艺要求的条件。

NRTC炉主工艺流程为原料预处理—配料—NRTC炉熔炼，产出的粗铜浇铸后外售，炉渣水淬，烟尘送稀贵系统处理。

炉料从炉顶加料口加入炉内，在一次风的搅拌下，混合物料在渣层完成造铜造渣反应，反应生成的熔体在炉内分离成粗铜和炉渣。炉体一端设粗铜虹吸排放口和炉渣溢流排放口。采用NRTC炉排铜口和排渣口环集烟气作为二次风和三次风，二次风吹入炉膛内空间，三次风吹入上部烟道，用于燃烧有机物和可能存在的一氧化碳。NRTC炉产出的烟气经余热锅炉回收余热后，烟气温度降至800℃左右，烟气中的烟尘大量沉降下来。随后，烟气进入烟气处理系统，收集的烟尘送入稀贵系统处理。

2 NRTC炉设计组成

NRTC炉是本工艺的关键设备。炉体采用固定式矩形炉型，由铜水套、耐火材料和钢结构组合而成[1-3]。炉体自下而上分为炉缸、炉身、炉顶和烟道4个部分，如图1所示，采用自然通风冷却型条形基础，支撑炉体的全部重量。

图1 NRTC炉示意

2.1 炉缸

炉缸用于存储分离反应产生的粗铜和炉渣分离。炉缸由炉底梁支撑在结构混凝土基础上，并通过在封闭型炉壳内砌筑耐火材料构成。底部耐火砖砌筑为斜底结构。在炉缸两侧炉宽方向设置若干固定在炉体立柱上的弹簧，在炉长方向设置上下拉杆形成稳定的框架结构；同时考虑渣线区、铜虹吸口、渣口区域可能为易损区，对其采用冷却铜水套来强化保护，延长炉缸整体寿命。

炉缸端部设置渣室，渣室内设有石墨电极保温。渣室端部设置2个粗铜排放口、1个渣排放口，排放口可通过垫砖调整；渣室侧面设有1个紧急排放口，保证紧急状况下能及时将炉体熔体高度降到一次风口以下，以排空炉内熔体。

2.2 炉身

炉身分为反应区和烟气区。反应区由铜水套和一次风口组成，其中一次风口设置在铜水套组成的反应区两侧，用于向炉内送入富氧。反应区所有铜水套均采用不锈钢堆焊，避免反应区内粗铜与铜水套直接接触。炉身烟气区由便于挂渣保护的开槽铜水套和二次风口组成。通过二次风口鼓入的二次燃烧风对炉内的有机挥发物和一氧化碳进行二次燃烧。整个炉身铜水套通过支撑杆与炉体钢结构连接。

2.3 炉顶

炉顶采用钢水套，设有加料口和排烟口。钢水套与烟气的接触面设有浇注料。原料从加料口加入，反应烟气由炉顶排烟口排出，进入烟道，排烟口两侧设置炉门，以便生产操作和开炉。

烟道采用方形结构，耐火砖砌筑，耐火材料重量通过烟道钢壳的内侧托板支撑在烟道钢结构上，烟道钢结构通过吊挂梁吊挂在厂房的结构钢梁上。烟道顶部入锅炉前采用斜顶结构。该结构能调整入锅炉烟气路线。烟道空间尺寸根据烟气流速进行核算，保证烟气在烟道内停留时间在2 s以上。烟道下部设有三次风口。烟道出口部位设置了水冷闸板和事故烟道口，当余热锅炉处于事故状态时，可将烟气转入环集系统，不影响锅炉检修。

2.4 耐火材料

炉缸主要采用半再结合镁铬砖，渣室渣线位置采用电熔再结合镁铬砖，炉顶采用镁铬质浇注料，烟道采用直接结合镁铬砖。

3 NRTC炉炉体结构特点

NRTC炉炉体结构特点为：1）水套的安装与耐火砖的砌筑相互独立，不受干扰。将烟气区结构和炉中段的受力分别转移到炉体立柱上，保证了受力的独立性，缩短了大修或冷修的时间。2）炉缸区增加水套，提高了炉缸区耐火砖的寿命。3）炉体区为多层单独水套组合而成，检修时可单独更换，劳动强度低，检修时间短。4）加料口处增加了二次风，防止加料口漏烟。5）炉体水套供排水系统由供水主管、单元供水支管、单元回水支管、回水槽、回水主管组成。单元供水支管向该单元水冷元件供水，供水主管上设置流量计，单元回水支管设置回水水温检测装置。各冷却元件根据冷却强度大小，采用单元件供水或几个元件串联供水的方式。冷却元件的所有回水点均设置水温检测和报警系统，可及时掌握各冷却元件的工作状况。6）烟道整体吊挂，施工简单，烟道与炉本体自由膨胀，施工后可不考虑烘炉影响。

4 NRTC炉炉体安装关键技术

NRTC炉炉体钢构件、铜水套等规格数量多、安装工程量大，因此确定安装顺序和控制安装质量是关键。

4.1 确定安装顺序

NRTC炉安装顺序为：NRTC炉框架立柱→底梁→炉底板→炉缸钢结构→侧板→炉体框架三层横梁安装→托板→底平水套→1～4层水套安装→炉顶钢水套（同时进行炉体砌筑）→炉顶烟道安装（烟道钢结构、烟道水套）→烟道砌筑→烟道接口水套安装（同时进行风口安装→二次风管→NRTC炉其他小件→溜槽安装）。

4.2 控制安装质量关键技术

安装质量关键技术包括:1）找准定位基础，在炉体安装施工前以选定标准立柱为永久柱，标定水平、垂直方向，定位炉体中心线及烟道中心线，在此基础上展开施工。2）为方便运输和装配，减少焊接变形，采用适当分割部件法，将底梁分为两片，运至现场后分别进行装配焊接。采用CO2气体保护焊焊接工艺对底梁连接部位进行焊接，较长焊缝应采取分段、多次焊接以减小焊接应力和变形量，有效保证底梁的整个水平度和焊接质量。3）水平托板安装前，用红外线找标高线，找到四角拐点，保证侧板顶部与红外线平齐。如有偏差，在允许误差范围内可以用火泥进行调整，以保证托板的水平度，并且提前在托板底部加临时支撑保护。4）水套安装前都进行试压试验和通球试验，确保水套的安全可靠。预先将铜水套和水套连接板拼接成整体后再吊装，立式水套和水套框架组装完毕后，进行尺寸复测，检查螺栓孔是否匹配。如有偏差，安装前提前进行修整。5）每层水套施工完成后进行找平确认，并对水套的支撑杆进行满焊焊接固定。6）砌筑前在炉缸底板上标出炉体中心线和烟道中心线，侧板和端板上标出镁铬捣打料层高度厚度位置、每一层黏土砖高度位置、相应的次工作层耐火砖工作层耐火砖高度位置。

5 结语

多源有色冶炼固体废物综合利用是节能环保战略性新兴产业的重要组成部分，是为我国工业又快又好发展提供资源保障的重要途径，也是解决大宗工业固体废物不当处置与堆存所带来的环境污染和安全隐患的治本之策。本项目开发的NRTC炉具有原料适应性强、投资成本低、环保效果好的优势。随着工业实践的不断改进，以及设计理念的创新，NRTC工艺及装备将更加成熟完善，可大大提升我国电子废料等多金属综合利用工业整体技术装备水平和竞争力。