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《中國有色金屬報》:東營方圓:做新時代科技創新的排頭兵

《中國有色金屬報》:東營方圓:做新時代科技創新的排頭兵

作者:
來源:
《中國有色金屬報》
2018/07/26 10:07
評論:
【摘要】:
做時代科技創新的排頭兵

  

  “今年上半年,生產時率達97.5%,平均加料量200t/h以上,精礦處理量完成進度計劃的112%,生產費用達到歷史同期最低……”這是世界首條“兩步煉銅工藝”示范生產線投產運行兩年多來的亮眼表現。

  當記者看到山東東營方圓有色金屬集團上半年生產不僅實現穩定增長,而且成績如此斐然時,不免有些興奮,但欣喜之余也有不少疑問。兩步煉銅法,自落地以來,終究突破了哪些技術瓶頸?該工藝技術為行業解決了哪些共性難題?在煉銅過程中如何實現了將吹煉和精煉工序“合二為一”……近日,記者帶著這些疑問來到“兩步煉銅工藝”的發源地——東營方圓有色金屬集團,與該公司董事長、“兩步煉銅工藝之父”崔志祥進行了深入交流,同時采訪了以總工程師王智為代表的眾多科技精英,并到生產現場近距離觀摩了兩步煉銅工藝示范生產線的運行情況。
 
  兩步煉銅法的優勢
  崔志祥在接受采訪時,對兩步煉銅法工藝運行機理、技術優勢、創新點等都進行了分析闡釋。那么,兩步法到底是怎樣的工藝?
  現代火法煉銅工藝為銅精礦經歷熔煉爐—吹煉爐—精煉爐,產出陽極銅,即三步煉銅工藝;方圓的兩步煉銅工藝采用更強化的熔煉裝置——多元爐制得高品位冰銅,冰銅連續流入火精爐,兩臺火精爐智能切換、交替連續作業,確保在同一爐體內通過切換不同氣體完成吹煉和精煉過程,直接產出陽極銅。
 
  兩步煉銅法的優勢在哪里?
  從工藝來說,一是突破了三步煉銅工藝流程長、能耗損失大等弊端,兩步法不僅實現了全熱料連續生產,而且只需通過切換不同氣體,即可在同一爐體內高效完成吹煉和精煉過程,實現了爐料生產循環的連續性和效率的最大化;二是多元爐與火精爐之間,熱態冰銅經封閉式導锍管流入火精爐,最大限度杜絕了煙氣逸散問題,同時兩臺火精爐交替作業確保了工藝煙氣的流量和成分穩定,通俗來講,即短流程,環保過程好控制,從而真正達到了清潔生產的目的。
  從投資上來說,兩步煉銅法廠房配置高度與三步連續煉銅工藝相比較低,投資省,同時由于三步煉銅工藝廠房配置高,熔煉爐放渣操作安全性差;另外,兩步法短流程省去了陽極爐工序,減少了2-3臺陽極爐及配套煙氣收塵系統的投資,由此減少崗位操作人員,用人成本相應降低,勞動生產率得到大幅度提高。
  從生產成本來說,與三步煉銅工藝相比,兩步法可利用放銅澆鑄期更換氧槍,從而避免了因更換氧槍而引起的煙氣波動,進而提高了生產效率;由“單一”進料升級為混合“多元”智能化進料,實現了熱料連續加入,不需要將冰銅冷卻,大大節約了能耗,與傳統工藝相比噸銅生產費用降低20%左右。
  當記者對兩步煉銅有了簡單的理論認知后,隨即置身熱火朝天的生產現場,眼前呈現的是龐大的多元爐體,多金屬混合礦料正在爐體內進行物相轉換、銅渣分離等過程;并排擺布、交替作業的火精爐內,吹煉和精煉有序作業,滾滾銅水自爐內噴薄而出澆鑄成型。面對兩步煉銅氣勢恢弘的壯觀生產,記者被通紅的爐水所震撼,被這些常年與實驗相伴、與爐子為伍而終將熱愛與堅守等情緣雜糅在一線的科技工作者所吸引。
 
  起步遭遇困境 求索創新之路
    東營方圓剛起步時,雜銅是企業生存和發展的唯一原料,一旦雜銅緊缺,企業就將面臨原料供應的制約。所以東營方圓力求開辟精礦原料多元生產,而原料多元生產,需要配套新的工藝和裝備。崔志祥的理念即是:“與其花費巨資引進國外技術和工藝,不如在國內選擇較為合適的技術,只有通過生產和實踐,遇到問題不斷突破,技術才能引領行業向前發展?!?/span>
  2004年,當方圓公司進行冶煉工藝選型時,我國自主研發的氧氣底吹技術已經塵封十多年,停留在實驗室研究層面,卻一直未能實現工業化應用。在崔志祥看來:“這個工藝不僅是我們國家的自主知識產權,而且是一個為國爭光的好技術,東營方圓有責任有義務使其盡快產業化運行?!本瓦@樣,崔志祥大膽嘗試做了“吃螃蟹的第一人”,他說,“就讓我們來承擔試驗風險吧”。2008年,東營方圓將氧氣底吹煉銅實驗,擴展成為實實在在的產業化生產,從年產3000噸粗銅的半工業化實驗一下擴大到年產10萬噸規模。
  崔志祥告訴記者,當時所擔責任和所冒風險是常人難以想象的,數億元的資金投入產業化實驗,如果實驗不成功,這些資金弄不好就打了水漂。在眾多的不確定因素面前,崔志祥頂著壓力沒有放棄,他堅持以為國爭光為理念,想為國家為社會做些力所能及的事情。也就是從那時開始,他帶領東營方圓真正走上了一條持續探索的創新之路。
  2008年8月,東營方圓氧氣底吹煉銅項目順利點火,點火儀式的隆重和喜悅讓方圓人沉浸在幸福之中,但很快各類生產技術問題接踵而至,如氧槍易堵、氧氣難送、爐子壽命短、渣含銅高、分離不徹底......困難面前,怎么辦?
  那段時間,崔志祥和眾多科技精英一宿一宿蹲守爐旁,面對挑戰與壓力,他們一點一點來摸索,著力探索科技與工藝相結合的新思路;他們一點點去琢磨,解決了國內外許多業內專家都沒攻克的難關。用崔志祥的話來說:“病痛長在自己身上,只有自己知道哪里出了問題,而企業的技術人員就如同良醫一般,立足現場、現狀、現況,望聞問切,才能有效解決問題?!?/span>
  當一個個問題迎刃而解時,東營方圓可以說已經站上了從未有過的高端平臺,以完全自主知識產權的銅冶煉技術和工藝體系,與諸多世界頂級“選手”開始角逐全球市場;并且在攻克這些問題的過程中,東營方圓承擔起國家“十一五”科技支撐計劃,借助承擔國家重大項目的契機,實施“走出去、請進來”等開放戰略,與中南大學、東北大學、澳大利亞昆士蘭大學、美國普渡大學、智利康塞普西翁大學、中科院等高校院所開展聯合攻關研究,聘請業內專家學者提供技術支撐,走上了產學研深度合作的創新之路。
 
  攻克廢雜銅冶煉技術  火精爐工藝初現
  實際上,專注于行業技術與生產實際對接的東營方圓,此時通過大大小小的創新活動,已經嘗到了科技創新帶來的方方面面的變化和甜頭。
  長期以來,行業內采用反射式精煉爐處理粗銅和廢雜銅普遍面臨生產條件差、效率低等問題,東營方圓原料更雜,含砷、含硫高的黑銅等也在靜待處理,采用傳統精煉爐根本不能將這些原料煉出好銅來。對此,方圓人立足原料現況,針對反射式精煉爐冶煉周期長、環保效果差、能源消耗高等問題,決定開發多功能冶煉爐替代傳統工藝。
  為了把多元的雜料吃干榨盡,方圓人不知道經歷了多少次大大小小的實驗。每一次實驗,都面對巨大的壓力,但一次次成功又都在痛苦中破題而出,單說為了實現一次性產出陽極板,爐子大型改造不下4次,僅大型實驗就做了6次,并且持續兩年時間。通過不斷的自我加壓和創新積累,最終成功研發“方圓法廢雜銅一步冶煉新技術”——這就是崔志祥常常掛在嘴邊的“一元爐”。
  該工藝技術于2013年成功實現產業化,與傳統反射爐比較,優勢凸顯:一是改變了傳統的加熱方式,由原來“烤著煉”變成“燒著煉”,氧槍直接浸入熔體,大大提高了化料速度;二是供氣方式發生改變,反射爐中曾經僅為21%左右的氧濃,在一元爐中達到65%,不僅效率翻了幾番,而且煙氣量大幅下降;三是一元爐中由于氧氣、天然氣、氮氣等多種氣體相互切換使用,打破了反射爐加料后先升溫,化了料再吹氧,氧化后再扒渣等還原時間長的周期化作業模式,新工藝實現了邊加料邊化料,氧化還原通過氣體精準控制快速實現,一步完成上述多個生產環節,提高了生產效率。
每每談起最初的創新之路,方圓人難以忘懷的是,當初公司力爭打破原料單一的制約性,在國內采購了一批含硫、含鐵較高同時價格低廉的粗銅錠,可是采用反射爐精煉時,每爐180噸的爐料只能添加兩塊粗銅錠,如果添多了,無法煉出品位達標的陽極銅,無奈之下,這些粗銅錠像小山一樣在企業堆放了5年有余??墒钱敹逊e如山的粗銅錠“遭遇”新問世的“一元爐”時,奇跡發生了:因采用浸沒式燃燒,熔體動力學條件好,再加上加入氧濃高,熱效率高,很短時間內爐料就完成了熔化,并實現了快速除雜,解決了傳統精煉爐無法解決的問題。
  看到這樣的成果,一線的科技工作者們眼眶都濕潤了,在成功和喜悅的背后,這群科技工作者們承擔著多少別樣的“堅守”。通過不懈的追求和努力,該成果得到了行業專家的高度認可,以中國工程院院士邱定蕃為代表的科技成果評審專家組一致表示,這是企業自主研發的具有完全自主知識產權的新一代銅火法精煉技術,相比于當前國內外廣泛應用的固定式反射爐、回轉式陽極爐和傾動式陽極爐等工藝,具有生產成本低、環境污染小、綜合回收率高、自動化程度高、勞動條件好等優勢。
 
  開發二元爐  多元爐應運而生
  在一元爐建成投產后的一年時間里,受其啟發,另一個大膽的想法在崔志祥的腦海中逐漸成型并快速落地。一元爐解決了低品位廢雜銅一步冶煉的問題,但銅冶煉渣的高效回收利用問題仍困擾著東營方圓,如何將冶煉渣中的銅高效提取出來?此時,方圓人瞄準目標,決定開發新的煉渣爐,以替代落后的鼓風爐生產工藝。
  沒有成熟的經驗可供借鑒,方圓人把生產現場既作為實驗室又當作產業化基地,他們找方法、求創新,以精益求精的工作態度力爭將一段一段工藝打通,他們用鍥而不舍的創新熱情一遍一遍修改工藝流程圖,歷經艱辛萬苦,方圓人俗稱的“二元爐”最終宣告成功。該爐相對于氧氣底吹爐而言,一是爐子既可處理氧化礦、精煉渣,實現一步煉銅,同時還能處理硫化礦,配上冶煉渣,可煉出75%左右的高品位冰銅,該爐相當于目前的多元爐;二是供熱氣體更加多元化,爐子在生產過程中只需切換不同氣體就可達到一步冶煉的目的;三是可做渣貧化爐使用,經過實驗,可把熔煉渣含銅降至0.3%。這項工藝技術產業化成功后,為企業開辟了一條新的原料渠道,不僅可以高效處理自身積壓的高品位精煉渣,同時企業還可購買氧化礦、冶煉渣為生產所用。
  二元爐技術作為我國自主知識產權的銅熔煉渣新型貧化技術,其在國內外具有良好的市場推廣價值,對提升我國在世界冶金領域的地位和競爭力意義重大而深遠。
  實際上,二元爐的成功研發,為多元爐的誕生夯實了基礎,因為多元爐在產出高品位冰銅的同時,要兼顧熔煉渣品位,還要確保選礦指標達標。最終,多元爐前期的模型在二元爐的基礎上打造而成,所以,對于兩步煉銅夢想,方圓人已經勾畫出藍圖。
 
  改革創新 兩步煉銅構想實現
  隨著環保、成本等發展要素的不斷強化,倒逼企業持續提升工藝技術水平,成為大勢所趨。關鍵時期,崔志祥率先提出,新上年處理150萬噸多金屬礦項目采用兩步煉銅法,即將一元爐和二元爐優化整合,用短流程去創新改變傳統工藝。
  對這一想法,不僅業內存有質疑,企業內部也有反對意見。在很多人看來,方圓一期底吹項目經過六七年的實踐和摸索,不論工藝技術還是生產操作都已輕車熟路,新上二期擴能項目采用成熟工藝似乎順理成章??墒谴拗鞠椴⒉贿@么認為,他看到的是,如果東營方圓二期選擇與一期相同的傳統工藝,競爭優勢如何體現?而原料100%依賴進口首先就會成為制約企業發展的第一大難題,最重要的是一元爐和二元爐的有效創新,已經通過生產發揮了清潔環保降耗等效果,因此優化組合,能將風險降為零。
  在眾多的質疑和反對聲音中,2015年10月,世界首條“兩步煉銅新工藝”示范生產線在東營方圓竣工點火。在方圓人看來,這只是創新的第一步,因為距離流程打通、順利投產還有眾多的“硬骨頭”需要去啃。一線科技工作者告訴記者:“開發這項技術時,崔志祥經常去爐子現場觀察,不是偶爾去,而是偶爾不去?!彼麄冞€說,董事長經常凌晨2點還和員工一起堅守,很多時候,他一邊觀察一邊把想法寫在小黑板上,以便讓第二天上班的員工也要多動腦筋根據實踐想問題。因為這種執著,后來讓一些專家們也身感壓力,有專家建議崔志祥不要去爐子現場了,而崔志祥回答:“我能不去嗎,那里有我的魂?!?/span>
  從組建團隊,到制定科研計劃,崔志祥一刻沒有松懈過,回憶項目投產之初的情景,大伙兒你一言,我一語,他們清楚的記得,項目投產之初,爐子放渣不順暢、溜槽結殼、開眼堵眼等難題一個接一個,因為沒有任何經驗可借鑒,那種艱難、那種愁人可想而知;以董事長崔志祥為領隊,當時不論公司副總經理、分廠廠長還是車間主任,大家輪流“戰斗”,冰冷的機器,黑乎乎的渣子,每天大家的臉都像畫了黑色的“油彩”;生產中多元爐由于工藝技術的改變,放渣呈間斷性作業,但放銅仍是連續性,銅眼一旦被打開,冰銅源源不斷向外溢出,第一次看到如此觸目驚心的場面,要想將長度28.8米的大爐子駕馭起來,難度很大;放渣的時候,渣口一會兒堵了,一會兒打不開了,氣體呼呼的吹渣,此時,危險程度、難度系數可想而知,稍有不慎,就會噴爐;為了搶救爐子不至于發生噴爐、死爐等狀況,一線生產技術人員在現場幾天幾夜不敢合眼,不敢懈怠,實在困了累了,他們隨即找一個裝灰的干凈袋子和衣而躺,即使身體暫時躺下了,腦海里的片段仍是爐子、仍是出銅口……因為大伙兒心里非常清楚,如果多元爐剛開車就發生“死爐”現象,可能半年都未必能再開起來。
  兩步煉銅從無到有,在提升工藝能力的同時,實現了眾多的創新和跨越。
打破火精爐進料口易損之瓶頸。生產中火精爐進料口,由于處于連續進熱料狀態,生產不到兩三爐,已經遭遇損壞,但在正常生產中,根本無法在短時間內完成修補,再加上溫度高,熔體難清理,此問題不解決,嚴重影響生產連續作業,必須打通這一環節,解決這一問題。此時,崔志祥表示:“咱們的爐子既然是可以轉動的,那就發揮爐子轉動的優勢?!庇谑羌夹g人員不斷摸索,根據同心圓原理,提出改進方案,經過一個多月的反復改良和摸索,實現火精爐在任何周期都能保證連續進料,進料口再也沒有損壞過。
  圍攻耐火磚壽命短之難題。剛開車試生產階段,耐火磚壽命短是個問題,對此,方圓人首先從爐溫控制上做些微調整,盡量讓爐子保持熱平衡,其次在耐火材料上下功夫做文章,主要是對氧槍部位耐火材料進行不斷優化改進,目前通過兩年實踐,生產中遇到的問題基本摸索改進到位,至2017年6月大修發現,在高負荷運行的同時,耐火磚半年損耗低于60毫米,由此推算,壽命延至一年已經不是問題,短期目標向兩年邁進是方向。
  發明了導锍管,實現了連續作業。剛開始溜槽在流料過程中敞口,3個小時就會結殼,生產過程中需要反復清理,非常被動,原來高溫1200度的冰銅流入溜槽后,因液體與空氣接觸,溫度降至1100多度時,流動性受到制約,連續生產變得不夠連續,對此東營方圓集成創新發明了“導锍管”,讓冰銅溫度基本保持爐堂內溫度,從而保證流動性不變。在方圓人看來,選擇兩個爐子連接,必須要達到連的目的和條件,必須保障多元爐連續生產,才能保證火精爐不僅有料可“吃”,還能實現整個生產線的連續性。
  兩年多來,一個個技術難題,在廣大生產技術人員的共同努力下,不斷被攻克。王智表示,目前方圓人可以自豪的說,世界上首條流程最短、能耗最低、全熱料連續生產的冶煉工藝產業化成功。
  通過20年的發展,東營方圓已經把創新主動權、發展主動權牢牢掌握在自己手中,公司現擁有國家認定企業技術中心、國家認可實驗室等國家級科研平臺4座,先后承擔國家科技支撐計劃、863科技攻關計劃、國家火炬計劃、國家國際合作重大專項等科研項目10余項,引進海外高層次科技創新人才5名,取得專利及專有技術180余項。
  一路走來,方圓人矢志不渝地堅持自主創新、引領創新、集成創新這一“創新引領發展”的戰略思路不動搖,“以生產問題為研究課題”“以生產車間為實驗場地”,每時每刻,隨時隨地,發現問題、研究問題、解決問題,正是這悠久的煉銅歷史積淀與現代工藝裝備的完美結合,成就了今天世界領先、譽滿全球的方圓兩步煉銅法。
  崔志祥始終相信,要成為夢想的締造者,必先成為創新的實踐者,東營方圓將以“打造國際一流銅企業”為使命堅守,向著世界冶金工業的至高點邁進。

 

 

 

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