美国最大铜冶炼厂力拓Kennecott肯尼科特公司近日宣布，其采用祥光铜业旋浮冶炼技术的核心装备——脉动旋流型冶金喷嘴的改造项目顺利应用。
2020年3月18日至10月，Kennecott冶炼厂因地震关闭闪速吹炼炉，再加上疫情影响，尽管10月已恢复满产，精炼铜产量仍严重受损。为减少损失，Kennecott决定改造冶炼技术，喷嘴是实现铜冶炼技术的关键条件，在不改变现有冶金炉体的情况下，通过应用祥光专利喷嘴——脉动旋风型冶金喷嘴可以达到旋浮冶炼工艺要求，更节能、更环保、更高效地提高产能。
旋浮铜冶炼工艺节能原理是通过采用物料颗粒碰撞反应机理，反应机理分为两部分，一是反应塔上部的氧气和物料颗粒间的反应，以熔炼为例，主要反应：2CuFeS2 +O2→ 2FeS+Cu2S+SO2；2FeS+3O2→2FeO + 2SO2；6FeO +O2→2Fe3O4（过氧化）；2Cu2S + 3O2→2Cu2O（过氧化）+2SO2；二是反应塔下部过氧化颗粒和欠氧化颗粒间的碰撞反应，主要反应：3Fe3O4+FeS→ 10FeO+SO2；Cu2O+FeS →FeO+ Cu2S；2FeO+SiO2 → Fe2SiO4。传统冶炼只有第一部分反应机理，没有第二部分反应机理，因而反应不完全。旋浮冶炼的碰撞反应机理确保整个熔炼和吹炼过程在各种工艺条件下都能反应充分完全。
一、技术特征：
（一）采用龙卷风旋流分散物料，强化气粒混合
旋浮冶炼对物料的分散模拟自然界龙卷风高速旋转具有极强扩散和卷吸能力的原理，颗粒呈倒龙卷风的旋流状态分布在反应塔中央，增强了旋流的扩散和卷吸能力，气粒混合好，大大增加物料颗粒碰撞，提高氧利用率，降低生料及烟尘发生率，减少二次处理用能。
（二）采用“风内料外”的环状布料形式，强化传质传热，提高余热回收
旋浮冶炼的颗粒原料在工艺风外环，增加了颗粒群和工艺风的接触面积，传质传热和反应效率增加；颗粒与高温回流气直接接触，去除了工艺风对颗粒群的风幕作用，颗粒着火点温度能够迅速达到，加速了颗粒与气体间、颗粒与颗粒间的反应。
二、开发出旋浮冶炼工艺的核心装备、旋浮冶金数模
根据旋浮冶炼“碰撞、旋风、脉动、风内料外”技术特征，通过建立旋浮冶炼数值仿真模型，获得气相温度分布、流线、不同粒径颗粒轨迹、温度变化等信息，以仿真结果为基础，经研制多个喷嘴样机和进行工业试验，开发出具有完全自主知识产权的脉动旋流型喷嘴，克服中央扩散型喷嘴气粒混合差、粒子碰撞少、反应偏析、热损失大等问题，能较好实现超强化、低能耗的冶炼目标。针对冶炼炉构建了多元多次金属平衡方程和热平衡方程，并结合前馈反馈控制策略，融合统计仿真模型，自主研发出旋浮冶金控制数学模型，以此冶金数模为基础，开发出旋浮冶炼生产过程计算机在线控制系统。首次在旋浮铜冶炼生产系统上投入运行，使得在不同工艺条件下计算出最佳工艺控制参数，对生产过程进行实时控制，在线率99.5%以上，控制精度98%以上，确保了大规模冶炼工业生产的高效和稳定，实现了旋浮智能化冶炼和自热冶炼。