——写在国家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”产业化示范项目圆满完成之际。

　　氧气底吹熔炼炉排放铜锍

　　氧气底吹连续吹炼工业化应用

　　2014年3月20日，中国恩菲工程技术有限公司（以下简称“中国恩菲”）开发的世界上首条氧气底吹连续炼铜工业化示范生产线全线拉通，产出第一批合格的阳极板，消息传出，引发了业内的关注和轰动。这意味着,中国恩菲承担的国家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”圆满完成；这意味着，中国恩菲发明的氧气底吹连续炼铜技术，自此将在世界范围内迈开产业化推广应用的脚步。从氧气底吹熔炼炼铅，到氧气底吹电热还原法炼铅，从氧气底吹炼铜，到氧气底吹连续炼铜，如果说，过去，“恩菲品牌”的氧气底吹技术凭借其环保效益和经济效益改写了世界铅冶炼、铜冶炼的历史，那么如今，中国恩菲正以低碳熔炼为方向，开启铜冶炼领域的新纪元。

　　研发：开底吹熔炼技术之先河
　　中国是金属生产、消费大国，也是冶炼古国。目前出土最早的铜器，来自仰韶文化时期，距今已有6000余年，司母戊鼎是目前发掘出的世界最大青铜器，源自青铜时代的炼铜法也传承至今——不论是用木炭作为燃料和还原剂，通过向熔炉里送风产生高温使孔雀石融化的“火法冶炼”，还是水法炼铜采用的金属元素置换方法，都能在当代的冶炼工艺中得到追溯。
　　进入现代社会，伴随工业化进程的推进，火法冶炼工艺技术水平不断提升，古时的熔炉早已被各式大规模冶炼炉取代，用来输送氧气的吹管也演变为氧枪，更加重要的是，在资源、能源趋紧的时代背景下，降低冶炼能耗和污染，已成为有色冶炼行业不断探求的目标。
　　在很长一段时间里，国内几乎全部现代强化冶炼技术都依靠国外引进，甚至有“世界冶炼技术的展览馆”之称。为扭转这一被动局面，提高自主创新能力，实现低碳环保的绿色冶炼，中国恩菲的冶炼专家持续开展科技创新，聚焦低碳、环保、高效的有色冶金新工艺，自上世纪八十年代起，伴随氧气底吹熔池熔炼技术的基础研究、探索性试验和扩大试验、半工业试验相继获得成功，中国恩菲自主品牌的氧气底吹熔炼技术的行业影响逐步扩大。
　　2002年，第一代技术——氧气底吹熔炼—鼓风炉还原炼铅技术实现产业化，随后，秉承“创新是发展灵魂”的理念，中国恩菲的技术团队不断寻求新的突破，向着更低能耗、更高环保的方向迈进，形成氧气底吹熔炼—熔融侧吹还原法以及氧气底吹熔炼—熔融底吹电热还原法炼铅技术。
　　中国恩菲冶金事业一部总经理、氧气底吹技术研发和推广团队负责人李东波介绍，氧气底吹炼铅技术，能够降低能耗和焦炭使用量，有效解决了长期困扰冶炼生产的二氧化硫烟气和粉尘所带来的环保问题，目前已经在国内外得到广泛推广和应用，使我国铅冶炼技术一举迈入国际先进水平。该技术成功应用于国内30余个铅冶炼项目，矿产铅产能超过80%，被国家九部委指定为首选炼铅工艺。

　　开拓：解决世界铜冶炼难题
　　氧气底吹炼铅技术的成功研发和推广，成为恩菲助力有色冶炼绿色发展的一面旗帜，以此为方向，恩菲又将氧气底吹的低碳之路，延伸向铜冶炼领域。1992年，中国恩菲获得“底吹熔池炼铜法及其装置”专利授权；此后不断研发提升，2006年获得“氧气底吹熔炼炉”“氧气底吹熔炼炉氧枪装置”专利授权。2008年，中国恩菲设计的越南生权铜采选冶联合项目和山东东营方圆有色金属有限公司氧气底吹造锍捕金示范工程项目相继顺利投产，标志着中国恩菲凭借氧气底吹炼铜技术真正实现了大规模工业化应用，继国外广为人知的顶吹、侧吹、闪速熔炼之后，再次改写了世界铜金冶炼技术格局。随后，氧气底吹熔炼技术在多个新建或改造项目中得到推广与提升，以其优越的经济效益和社会效益受到多国青睐，在铜金冶炼行业产生很大影响。
　　凭借开氧气底吹熔炼之先河的强大实力，中国恩菲打破了国外铜冶炼技术长期垄断的局面，而这，仅仅是一个开始。当前世界炼铜工艺中，吹炼工段80%以上采用已有百年历史的PS转炉，存在液态铜锍倒运二氧化硫低空污染难以治理、间断作业、炉衬寿命短、送风时率低、耐火材料单耗高、烟气二氧化硫波动大、时断时续不利于制酸等严重缺点。为此，中国恩菲持续研发氧气底吹连续吹炼技术，早在2006年就提出氧气底吹连续炼铜技术并申请专利，该专利的核心，就是将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，从而避免PS转炉带来的种种问题。在国家科技部的大力支持下，2009年，由公司总工程师、有色金属行业设计大师尉克俭领衔组织实施了国家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”，正式着手将该专利技术应用到生产实践中。
　　时至今日，项目工业化示范生产线成功投产了，也就意味着863计划课题不但圆满完成，而且课题成果真正实现了工业化应用。然而，这个令人欣慰的结果背后，却饱含艰辛。有人说，科研创新最难得的是坚守，每一次成功开创的背后必定有一个故事，的确，恩菲人用实际行动，演绎了一段漫长而执着的坚守，讲述了一个曲折又精彩的故事。
　　有创新必有质疑，从设想的提出，到几十次的反复论证，一个个问题继踵而至：
　　比如，氧枪吹进的氧气首先和粗铜反应，生成的氧化亚铜会侵蚀耐火材料，对氧枪的烧损程度无法预测，氧枪寿命无法保证；比如，在热态铜锍计量方面，底吹连续吹炼所需的热态铜锍通过流槽从熔炼炉进入吹炼炉，相较于将热态铜锍水碎后再干燥磨细的闪速吹炼，计量的准确度和氧料比的控制都引发了担忧；再如，粗铜终点判断的问题。采用传统转炉方法吹炼粗铜，需要靠熟练工人看火焰、靠取样形态来判断终点，连续吹炼工艺的终点如何判断？比如，连续吹炼粗铜质量问题。目前已经工业化应用的连续吹炼工艺，粗铜含硫量无法满足传统阳极炉作业要求；再如，吹炼炉寿命问题。传统转炉寿命一般是3个月，诺兰达连吹炉9个月左右，底吹连续吹炼炉寿命能达到多少？
　　质疑声中，方案摇摆间，恩菲团队没有动摇，更不会放弃，从认识的加深，到技术构想的形成，从启动立项申请，到持续完善工艺，在质疑和阻力中，恩菲人攻坚克难，艰难前行。
　　2012年年初，恩菲人与豫光金铅、东营方圆和中南大学携手组成的“产学研”联合开发团队，再度来到王屋山下。2012年5月9日至6月3日，短短26天时间里，冷铜锍底吹连续吹炼半工业试验在豫光取得成功；之后，他们又来到黄河入海口，在东营方圆开展热铜锍工业试验，并取得满意结果。在此基础上，世界上首条氧气底吹连续炼铜工业化示范生产线的建设正式启动，并于2014年3月投产，中国恩菲的863课题圆满完成并成功将其成果应用到工业化生产中，世界铜冶炼历史就此改写。

　　提升：“世界冶金技术史上新的奇迹”
　　有人用“世界冶金技术史上的奇迹”来形容中国恩菲的氧气底吹技术，其原因就在于技术特色鲜明的“全能表现”：底吹炼铅，可以搭配处理多种二次铅原料；底吹炼铜，可以处理各种品位的硫化铜精矿，或搭配处理含金的黄铁矿以及多种二次铜原料。总之，氧气底吹技术不仅原料适应性强，在节能环保方面的优势也非常明显，而其对经济效益的保障，更堪称“既叫好又叫座的技术”，被英国着名的《金属导报》评价为“技术指明了金属冶炼行业乃至多个领域未来十年、数十年，乃至上百年的发展方向”。世界上首条氧气底吹连续炼铜工业化示范生产线投产以后，行业内又产生了“新的奇迹诞生”的赞叹之声，这一次，中国恩菲和氧气底吹技术，再度站上了行业的制高点。
　　氧气底吹连续炼铜工业化示范生产线采用氧气底吹熔炼+氧气底吹连续吹炼工艺，与以往差别较大之处在于，氧气底吹熔炼产出的高品位铜锍通过热态流入氧气底吹连续吹炼炉，富氧空气从炉底的氧枪鼓入，使铜锍中的铁氧化造渣，炉内熔体形成粗铜层、白铜锍层和渣层，打眼放粗铜，溢流放渣，吹炼的送风过程实现连续化，吹炼烟气连续化。而这正是中国恩菲在2006年申报的专利中提出的技术设想。
　　中国恩菲冶金事业一部副总经理颜杰说，氧气底吹连续吹炼和传统的PS转炉吹炼技术相比，拥有诸多优势：
　　1. 富氧空气直接吹入粗铜层，容易得到含硫低的粗铜；
　　2. 可采用较高氧浓，热强度高，可用于处理残极和废杂铜，降低生产成本；
　　3. 操作和控制得当，可以获得远高于PS转炉的炉寿命，降低耐火材料单耗；
　　4. 炉子密封好，解决PS转炉吹炼的低空污染问题，环保效果突出；
　　5. 连续吹炼烟气稳定，烟气量小，有利于降低制酸成本；
　　6. 用1台连续吹炼炉代替3台转炉，系统简单，投资省。
　　针对生产运营成本，颜杰拿出这样一组分析数据：例如，建设一座年处理60万吨铜精矿的冶炼厂，需建设1台直径4.5×18米的氧气底吹连续吹炼或3台直径4×11米的 PS转炉吹炼；由于氧气底吹连续吹炼运行设备少，投资省，电耗、人员和折旧费用低，所以每吨生产成本可相对降低15%左右。
　　事实上，为克服PS转炉低空污染、间断作业、炉衬寿命短、耐火材料单耗高、送风时率低、烟气波动大等问题，自上世纪五十年代起，国内外就开展了铜锍连续吹炼的相关研究。但是到目前为止，成功用于工业生产的只有三菱法和“双闪”工艺。与这两个技术相比，氧气底吹连续吹炼技术又具有独特的优势：和三菱炼铜工艺相比，氧气底吹连续炼铜工艺取消了贫化电炉，采用渣选矿工艺，弃渣含铜量由0.6%—0.8%降至0.3%左右，铜回收率高出约1个百分点；与“双闪”炼铜工艺相比，氧气底吹连续吹炼炉可直接处理热态铜锍，取消了闪速吹炼工艺中铜锍水碎或粒化工序以及冷铜锍干燥、研磨等工序，流程短，投资少，即使处理冷态铜锍，对铜锍的粒度和水分也没有苛刻要求，还可以利用吹炼过程富余热处理电解残极等冷料和废杂铜，无需像闪速工艺一样，另设冷杂料熔化炉。
　　此外，氧气底吹连续吹炼技术和顶吹连续吹炼工艺相比，可以在吹炼过程中处理残极和废铜料，且无需分周期作业，可实现连续送氧，氧枪寿命更长；和诺兰达连续吹炼工艺相比，可将热态铜锍通过流槽直接送至吹炼炉，减少了用包子输送对环境的影响，操作工序简化，对富氧浓度没有特别限制。

　　引领：开启低碳熔炼新纪元
　　当前，国家加大力度调整产业结构和能源结构，淘汰落后产能，推动传统产业改造升级。《“十二五”节能减排规划》中要求，“加快运用高新技术和先进适用技术改造提升传统产业，促进信息化和工业化深度融合”；加强工业节能减排，实施 “节能重点工程”“污染物减排重点工程”和“循环经济重点工程”。
　　中国恩菲高级顾问专家、全国勘察设计大师蒋继穆已年逾古稀，他见证了我国冶炼行业的发展历程，也带领中国恩菲的技术团队，数十年如一日地为行业发展、技术创新贡献着力量。蒋继穆说，技术应“先立后破”，但只有“破”字当头，才能为有色金属行业的技术升级提供动力。所谓“‘破’字当头”，就是不断用创新思维改进既有技术，所谓“先立后破”，就是不断通过实践验证新的思维，而后推广。在国家环保要求日益严格，节能减排持续深入的大背景下，中国恩菲的氧气底吹熔炼、还原吹炼等技术的不断深入研发和广泛推广应用，都被赋予了更加深刻的意义，也必将“为中国有色金属行业复兴走出一条持续创新、不断发展的新路来”。
　　在“要金山银山，更要绿水青山”的目标指引下，氧气底吹连续吹炼技术展现了其技术的优越性和显着的节能效益：
　　氧气底吹工艺炼铜全过程能够百分之百实现自热平衡，无需添加任何燃料（但在开炉初期，操作不熟练，作为安全措施，加入1%的煤粒，防止产生泡沫渣喷炉），单位能耗降低明显；在吹炼工段，熔炼炉和吹炼炉之间采用流槽连接，热料直接流入，消除了二氧化硫烟气低空污染，硫的捕集率将达99.8%以上，极大地改善了生产环境。以投产示范线为例，相比采用氧气底吹熔炼+PS转炉吹炼工艺，项目每年可减排二氧化硫1600吨，硫酸增收达2450吨；冶炼、化工过程中产生的余热全部用于余热锅炉蒸发，不仅降低了烟气温度，还能产生大量饱和蒸汽和低压蒸汽，用于发电和直接加热电解液、干燥亚硫酸钠产品；对污酸污水进行合理处理，进行循环利用，实现“废水零”排放。

　　追求：攻坚克难后继有人
　　任何技术的研发，都要经历科研攻关的漫长过程，从理论到实践，从试验到产业化，其中艰辛，非常人所能想象。但是，为什么中国恩菲能够不断前行，持续突破？因为恩菲人深知自己肩负的责任，这个责任，是行业和国家赋予的，是使命，也是动力。氧气底吹技术的诞生，就是恩菲人责任和使命的体现，持续不断的提升和超越，是恩菲人为底吹“代言”的最大动力。
　　注重人才培养，是中国恩菲诸多核心专长技术得以积累并不断提升的重要原因，正如蒋继穆所言，技术的发展，靠的是后继有人。中国恩菲设有博士后科研工作站，以此为依托，结合国家863课题，蒋继穆和尉克俭全程指导李兵等博士后研究生，共同开展工作。蒋继穆说，对年轻人的培养必须严格，要求他们在尊重科学、遵守客观规律的前提下，敢于开拓创新，不断突破。
　　蒋继穆指出，底吹连续炼铜工艺在实现产业化前必须通过半工业及工业化试验，以解决工艺和工程上没有把握的问题，包括工艺、工程、操作、实验步骤的各个方面和环节，这个过程，是从理论到实践的重要转变，而且，还能帮助年轻的科研工作者开拓思路，在顺利完成任务的过程中得到升华。对此，尉克俭也颇有感触。他说，新的工艺技术的研发过程中，工艺本身可行仅仅是第一步，核心装置的开发非常关键，还有生产操作经验的积累。从氧气底吹连续炼铜清洁生产工艺的开发来看，863项目完成，是为产业化提供支撑，产业化示范性的建设，则意味着工艺取得了跨越性的进展，也开启了新的改进提升、成熟完善之路。但是，喷枪和炉衬的寿命需要经过长期运行才能最终确定。这需要整个团队，以及代代相传的技术团队持续地投入和跟进，创新没有终点。
　　尉克俭说，新工艺的实施，只有将每个环节都衔接好、协调到位，才能谈及成功，所以在此过程中，人才的培养至关重要。而且，评价一个技术的好坏，要以所耗成本和所创造价值为前提，要确保能够连续稳定地运行，各项指标参数合格，再来对其先进性和优越性进行评价。当前，中国恩菲已拥有强大的底吹技术开发专业团队，未来，将以恩菲技术研究院为依托，以博士后科研工作站为支撑，进一步加强工程与人才培养相结合，持续开展研发，一方面提高铜冶炼应用和推广水平，不仅在国内，也要走向世界，参与国际先进的铜冶炼工艺的角逐；另一方面，以此为基础，中国恩菲也将尝试进一步开发与拓展底吹技术的应用领域，并在其工业化应用中不断挖掘潜能支持与支撑包括有价金属的综合回收在内的循环经济与绿色发展要求。
　　《“十二五”产业技术创新规划》中指出，有色金属工业将重点开发铜、铅、锌的短流程连续化节能环保冶金技术。而这正是中国恩菲技术发展所追求的目标。尉克俭说，未来将通过将熔炼和吹炼更多地融和，实现短流程生产和一体化冶炼装置方向发展。“这是一个持续挖潜不断超越的过程”。
　　艰难困苦，玉汝于成。863课题圆满完成，以及世界上首条氧气底吹连续炼铜工业化示范生产线建成投产，这些光荣，对于恩菲人来说，都已经成为历史。新的征途已经启程，他们正向以责任为信仰、以创新为主题的探索提升之路迈开脚步。
　　或许，他们早已忘记，粗铜第一次喷涌而出的时候，火光映衬下，他们的眼中闪烁着晶莹；但是，我们不会忘记，是他们的坚守和担当，使这光芒更加耀眼；时代不会忘记，是他们的忘我和投入，铸就了中国恩菲的荣耀；世界铜冶炼史不会忘记，是中国恩菲，正以氧气底吹技术为旗帜，追寻着低碳冶炼的新方向，创造着有色冶金的新辉煌！