2014年3月20日,中国冶金科工集团有限公司(以下简称“中冶集团”)子公司中国恩菲工程技术有限公司(以下简称“中国恩菲”或“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贯通,产出第一批合格的阳极板。这意味着,中国恩菲发明的氧气底吹连续炼铜技术取得产业化应用的成功,自此,该项技术将在世界范围内迈开产业化推广的脚步。
氧气底吹连续炼铜技术,从最初设想的提出,到研发课题的设立;从理论研究的开展,到半工业试验的完成;从工业试验的启动,再到最终产业化应用的成功,每一次突破,每一步迈进,无不凝聚着中国恩菲铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队的努力和心血。这支团队,以行业内德高望重的多位知名专家为指导,由20名“80后”青年设计师组成,是他们,勇担科研使命,开拓创新,砥砺前行,为中国恩菲的历史添加了浓墨重彩,为中国冶金史创造了新的奇迹。
肩负使命 勇挑行业重担
氧气底吹连续吹炼研发团队的成员包括冶炼工艺、工业炉和火法设备等多个专业,他们在中国恩菲、中冶集团,乃至国内外有色冶炼行业都具有极高的知名度,而这,却绝不仅源自氧气底吹连续炼铜工艺成功实现产业化之后引发的业内轰动。在此之前,氧气底吹熔炼工艺的成功,已经为他们赢得了关注和荣耀,更为今日的成就奠定了坚实的基础。
2008年,中国恩菲发明的氧气底吹熔炼工艺在越南生权大龙冶炼厂和山东方圆有色金属有限公司成功投产,该工艺展现出的诸多优越,不仅得到了业主方的认可,更汇聚了行业的目光。此后短短4、5年间,伴随山东恒邦、包头华鼎、垣曲冶炼厂等多个项目的先后投产以及近10个项目采用该工艺进行设计,氧气底吹炼铜工艺在国内的工业化应用已呈“遍地开花”之势。
矿铜火法冶炼分熔炼、吹炼和精炼三个过程。熔炼技术的蓬勃发展,也使行业对先进铜吹炼技术的需求更加强烈。当今世界,85%以上的铜吹炼过程都采用PS转炉,但其操作环境差、低空污染严重,烟气处理系统投资大、运行费用高,炉龄短(先进的3~6个月),耐材消耗高等问题,无法满足冶炼行业对环保和生产操作自动化日益严格的需求,“开发出一套既能与氧气底吹熔炼技术完美连接,又能完全取代PS转炉的先进铜吹炼技术”成为行业发展的要求和方向。
作为已有60年有色冶炼研发应用历史的行业领军企业,中国恩菲责无旁贷地担起了这个责任。为了不负使命,中国恩菲铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队自创建伊始,就在该公司总工程师、有色金属行业设计大师尉克俭,高级顾问专家、全国勘察设计大师蒋继穆的带领下,这支以“80后”为“主力”的年轻队伍,踏上了氧气底吹连续炼铜工艺与装备研究的攻关之路。
披荆斩棘 创新不曾言弃
研发之初,中国恩菲铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队经过缜密研究探讨,提出了将底吹技术应用到吹炼过程,与熔炼过程连续,形成氧气底吹连续炼铜技术的想法,得到了公司领导和专家的支持。2006年,氧气底吹连续炼铜技术专利成功申请,为氧气底吹技术的研发之路奠定了坚实基础。
但是,成功之路任重道远。尽管氧气底吹冶炼技术在熔炼过程中展现了一系列优越性,最初,所有人心里都没底,因为有诸多工程化问题丞待解决。
底吹连续吹炼是否经济可行、是否安全可靠、连续吹炼渣型如何选择、底吹气体富氧浓度如何控制、粗铜质量如何保证、吹炼渣含铜如何控制以及底吹氧枪和耐火材料的寿命、连续吹炼炉加料口粘接、吹炼炉处理残极等问题,一个个技术难题当时压力之大,前所未有。
今天,这些难题和疑问都已得到解决,但是回顾攻关之路,每个团队成员感慨良多。
李兵和郝小红都是在底吹连续吹炼技术研发过程中进站的博士后,在公司专家和大师的指导下,他们见证了也助力着技术的不断推进和持续发展。
李兵2008年进入恩菲工作,2009年参与连续吹炼技术的研发。回忆当时的情形,他说:“印象最深的一句话,是蒋继穆大师说的心中无底办法多。”对于一个因素的确定,常常会设计有众多解决方案,最终实施方案再通过团队反复论证。郝小红说:“遇到疑惑向老同志请教,将过去的设计经验和研发试验相结合,事半功倍。”当被问到是否有过迟疑的时候,他们摇摇头:“尉克俭、蒋继穆这样的行业大师一直都坚定地前行,老专家们知无不言,我们年轻的团队怎么可以放弃?”
一直以来,氧气底吹技术在中国冶炼行业被视为改变世界冶炼格局的重要技术成就,这是研发团队的科研理想,更是恩菲人的冶炼梦想。
砥砺前行 攻克技术难关
创新的路上从不会一帆风顺,有创新必有质疑,从设想的提出,到几十次的反复论证,一个个问题接踵而至: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;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,相对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;采用传统转炉方法吹炼铜锍,靠熟练工人看火焰、靠取样形态来判断终点,但连续吹炼工艺的终点如何判断等众多问题,在没有资料可查、没有成功案例借鉴的情况下,恩菲的科研团队没有畏惧、退缩,而是以昂扬的斗志砥砺前行。
2009年,为加速推动氧气底吹连续炼铜技术的研发,恩菲研发团队成功申报了国家“863”课题“氧气底吹连续吹炼清洁生产工艺关键技术及装备”课题,由尉克俭领衔组织实施,使这一研发攻关课题得到了国家的支持。
“863”课题的立项,使恩菲铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队的成员们备受鼓舞。为了弥补设计经验的不足,这支年轻的队伍将热情投入到技术攻坚战中。
他们广泛查阅相关工业生产资料,全面搜集国际前沿技术文献,提出初步解决方案,挑灯夜战。
装备研发过程中,工业炉专业及设备专业首先经过核算提出几种能完成工艺要求的初步方案,再对设备方案从动作设计、结构形式、负荷计算等多方面进行具体细化,而后优胜劣汰,与多家生产厂家进行技术交流,确保方案可行性,形成完整设计后,再与工艺专业共同比选,确定并优化方案,进行详细施工图设计。
为了项目进展,“畏惧、退缩”这些词汇并不在这批“80后”的字典里,挑战反倒更加激发了大家的斗志。
理论支撑 谋求长远发展
任何创新都离不开理论的支撑,团队对此有着深刻的认识。为了在理论上有更多突破,尉克俭和蒋继穆全程指导李兵和郝小红开展科研工作,充分利用公司博士后科研工作站的重要平台。以此为基础,攻关小组尝试采用当前国际上先进的数值模拟研究方法对底吹炉内熔体流场的影响因数进行深入理论研究,为底吹连续炼铜技术工业化的全球推广奠定了理论基础。
为了更透彻地解决模型规模大、氧气喷出速度较高,工况复杂等一系列问题,攻关小组还专门设立了“氧气底吹熔炼炉、氧气底吹连续吹炼炉炉内流场数值模拟”课题,通过查阅国际上相关研究方法的文献,学习模拟软件的使用方法,并与高校合作,搭建实验平台,深入开展研究。在实践的基础上,通过建立炉内流场的物理模型及数学模型,更清晰地对氧枪吹氧过程熔池内的气液两相流动过程进行描述,从而对气液混合及扩散作用机理以及底吹气体对熔池内液体铜锍的搅拌作用机制进行研究与分析。
此外,攻关小组还建立了冷态水模实验台以便更准确地进行理论研究,借助“大比例尺”和“小比例尺”两个水力模型实验台的实验数据及工业现场收集回来的资料,不断验证数值模型的正确性。当数据偏差较大时,再对模型进行修正,如此反复,使最初的流体模型不断逼近真实情况。完成了模型的建立,他们又对氧枪结构、氧气流量、压力、浓度、氧枪间距布置等多因素进行了模拟分析,取得了传统方法无法做到的直观、精确的结果,为氧气底吹连续吹炼技术提供了强有力的支撑。
作为研发团队一员的郝小红,她认为参与实验使她在设计工作和学科研究上得到很大提高,实验与设计经验相结合,优化的设计得以实现;实验与博士后科研课题相结合,有力推动了科研成果实现。实际上,以此技术研发为基础博士后课题,目前所取得的模拟技术成果已经可以达到出站标准,但她提出延期的想法,就是希望能积累更多工程项目实际成果的支撑,“用模拟的结果对指导实践,这才是理论研发最终目标和价值的体现”,这是她的学业梦,与恩菲人的冶炼梦、恩菲梦紧密融为一体。
一线奋战 实践出真知
科研成果,只有经过试验的检验,才能谈及产业化。在“863”课题推进过程中,半工业试验和工业试验的过程,既是对理论和设想的验证,更是对团队的锻炼。
2012年5月~6月,铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队赴河南豫光金铅股份有限公司,开展冷态铜锍底吹连续吹炼半工业试验。试验历时一个月,团队就在现场奋战了30个昼夜。
为深入掌握试验过程,确保试验安全顺利进行,大家分成白班和夜班轮流坚守现场。半工业试验阶段,各项配套辅助设施较为简陋,基本是露天工作。5月的河南白天热,晚上冷,团队里却没有人抱怨,大家苦中作乐,笑称“白天轴流风机吹凉风”,“晚上炉子、铜锭成暖宝”。深夜里,除了记录各种生产数据,大家披件大衣席地而坐,望着满天繁星,心里倒生出几分革命浪漫主义情怀。
正是半工业试验的成功,奠定了研发团队和业内对双底吹连续炼铜的信心。2012年12月,团队又奔赴山东方圆有色金属有限公司,参加热态铜锍底吹连续吹炼工业试验,继续优化工艺条件,研究工业化装置。工业试验期正值寒冷的冬季,工厂没有采暖,大家仿佛在冰天雪地进行试验,但这并没有阻止他们的脚步。“一不怕苦,二不怕累”的精神,现在还要加上“三不怕冷”,他们裹着厚厚的军大衣,备着充足的板蓝根,持续奋战在现场一线,搜集了大量珍贵的一手资料。
努力必将得到回报。2013年10月,“863”课题“氧气底吹连续吹炼清洁生产工艺关键技术及装备”圆满完成,全面通过国家科技部的验收。
2014年2月~3月,氧气底吹连续炼铜工艺及装备产业化项目顺利投产,这标志着着世界首座双底吹连续炼铜生产线的诞生,更标志着团队的努力终于开花结果。投产过程中,中国恩菲党委书记、董事长陆志方亲临现场督导工作,尉克俭坐镇指挥,跟项目团队一起“三班倒”;项目经理颜杰和专业人员驻守现场,与业主齐心协力,攻坚克难,确保了氧气底吹连续炼铜技术一次投产成功。
成绩永远只属于过去,今天,中国恩菲铜锍连续吹炼工艺及装备攻关团队又踏上了新的征程,而以李兵、郝小红、梁帅表、许欣、吴金财为代表的青年榜样的青春朝气和工作热情,也深深感染着中国恩菲的每一位员工。只有创新,才能不被淘汰,只有持续创新,才能保持行业领军地位,而这,也将成为榜样的动力,激励恩菲青年和每一个恩菲人迈向远方。
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