近日，点冷机金川集团侧吹熔铸炉工艺系统实现达产达标，这是金川打破传统镍火法工艺的一个缩影，更是展示金川冶金炉窑研发实力的又一明证。
金川镍熔铸系统改造升级项目的成功，用实践证明原本用来冶炼铜、铅、锌金属的侧吹工艺可成功移植到镍生产系统，并得到创新性应用，侧吹熔铸工艺将取代原反射熔铸工艺。
金川镍熔铸系统改造升级项目历时5年，它究竟是怎样的工程？攻克了哪些技术难关，经历了哪些心路坎坷？走进镍冶炼厂熔铸车间，一探究竟。
△26万吨侧吹熔铸炉生产线上，一台自动插线机器人正在作业
在金川集团镍冶炼厂45平方米反射炉作业区，警报声响彻厂房，天车将一槽镍阳极板平稳吊装至保温箱内。这台服役15年的反射炉正紧闭炉膛，“消化”着今天第二次投进的50吨镍精矿。
反观新建成的25平方米侧吹熔铸炉，则似精力充沛的青壮年，以每小时42吨的进料量稳稳占据熔铸车间“C位”，火红的镍锍源源不断从排料口流出，灌进自动浇铸机的一块块铸模内。现场自动喷涂机、插线机、起板机，如同流水线上的工人，配合着炉子的“吞吐”，紧张有序产出一块块阳极板。
“这台炉子达产达标后运行很稳定，已经完全取代了原先50平方米反射炉和80平方米反射炉产量总和。”镍冶炼厂熔铸车间副主任孙武看着自动化作业现场深感自豪。25平方米侧吹熔铸炉的成功也让他所在的车间提档升级，成为国内第一台镍侧吹熔铸炉的诞生地。
大胆假设 小心求证
镍熔铸系统是镍火法冶炼最后一道工序，上承高硫磨浮工序，下接电解湿法工艺。在过去的50多年里，用反射炉处理二次镍精矿，生产湿法电解所需的阳极板，一直是熔铸工艺的主流。进入新世纪，反射炉工艺已经跟不上火法冶炼的发展要求，但因为迟迟找不到可替代的炉型工艺，一度陷入“不得不用”的困境。金川集团镍钴研究设计院首席设计师王海玉回忆，“90年代以来集团相继上马闪速炉和顶吹炉工艺，实施镍产业扩能改造，镍熔铸系统为了配套产能，继续‘复制粘贴’传统的反射炉工艺，或在原有炉型基础上微调，熔铸工艺技术进步几乎停滞。”
与走向没落的反射炉工艺不同，在近些年的工业化探索应用中，侧吹熔池熔炼工艺技术逐步从配角跃升为主流，尤其是在铅、锌、锑、铜等有色金属冶炼中表现出投资低、寿命长、能耗低等鲜明优势，行业内企业纷纷试水。
这引起金川镍火法冶炼专家们的注意。
“用侧吹技术来处理二次镍精矿，究竟行不行？”镍冶炼厂总工程师顾明杰很看好侧吹工艺，但他心里没底，“镍冶炼跟铜、铅、锌等金属不一样，镍的熔点高，对熔炼要求更苛刻。”
王海玉明白顾明杰的顾虑，作为此次镍熔铸系统改造的主要设计师，他的面前是诸多空白，“除金川集团，国内镍行业基本没有熔铸工艺，用侧吹工艺处理二次镍精矿生产阳极板，国际上也没先例。”
“那就先试试，不行再想其他办法！”顾明杰带领由镍冶炼厂、镍钴研究设计院组成的考察团队，前往河南、山东等地调研，了解侧吹熔池熔炼工艺应用情况。
考察中，孙武很快发现反射炉和侧吹炉最大的不同，“前者间断进料，等炉内矿料熔化完才进料；后者连续进料，边进料边熔化。这是制约前者产能的关键因素之一。”
经考察论证，2021年，金川集团成立侧吹熔池熔炼处理二次镍精矿生产工艺技术研究项目组，在河南一个试验基地进行了侧吹小试试验。实验结果初步验证了项目组的预测，用侧吹工艺处理二次镍精矿生产阳极板是可行的！
△冶金专家和项目组成员召开侧吹熔铸炉试生产协调会
2021年8月，金川第一条“侧吹熔池熔炼处理镍原料”中试线在镍冶炼厂建成。
然而，这仅仅是侧吹熔池熔炼工艺走向镍熔铸工业化应用的“第一步”。
啃下“7平方米侧吹炉”这根硬骨头
万事开头难。侧吹中试线刚进行投料试生产，项目组人员的心又悬了起来。
△侧吹中试线点火仪式现场
“参数没摸准，炉子刚开起来没多久就开始冒渣、跑炉。” 回想试生产阶段的突发状况，项目负责人李智心有余悸，“如果处理不当，铜水套被腐蚀，水进了炉子，不仅炉子要报废，更是会发生难以想象的安全事故。”
生产、技术、科研组紧急开会，分析种种原因，讨论结果最终指向能够左右燃烧反应的“喷枪”——它输送燃烧所需的燃料、氧气，并起到搅动熔池的作用。
随即，一场围绕开发设计熔铸工艺用侧吹喷枪的科研攻关在炉前展开。
第一代侧吹喷枪采用铜熔炼工艺用空间式燃烧喷枪结构，结果“压根儿搅不动熔池”。李智意识到，应当使用符合熔池熔炼工艺特点的浸没式燃烧喷枪。
但他们很快发现，市面上没有符合熔铸工艺用的侧吹喷枪。“没办法，只能自己上。”李智和项目组成员对照现有浸没式燃烧喷枪的机理和结构，结合镍熔铸工艺原理，重新设计喷枪，根据图纸自行加工组装。
△侧吹中试线试生产，技术人员正在进行喷枪试验
喷枪进化至第三代，项目组终于掌握了其原理结构和应用特点，逐步摸索出适合熔铸工艺的燃气比、流速、容量等参数，基本控制了侧吹炉熔炼过程。随后优化调整的第四代、第五代侧吹喷枪，寿命已延长至半年，并配套制定了相关操作规范。“围绕这一支喷枪，我们已产生5项发明专利。” 李智感慨道。
最棘手的喷枪问题解决后，中试线运行情况得到彻底改善，项目组很快打通侧吹熔池熔炼技术处理二次镍精矿的全套工艺流程，产出了第一批合格镍阳极板。
△2023年12月15日，26万吨侧吹熔铸炉举行点火仪式
新建成的中试侧吹炉被命名为“侧吹熔铸炉”。这台仅有7平方米的炉窑，已经让项目组领略到新熔铸工艺的压倒性优势。
热利用率提高约20%、镍阳极板金属化率提高约4%、二次镍精矿处理能力是原来的8倍……王海玉用通俗比方形容二者差别，“如果反射炉生产阳极板的效率是2G，那么侧吹熔铸炉就是5G！”
78天！国内第一台大型侧吹熔铸炉在金川诞生
中试线打通后，镍冶炼厂熔铸系统大规模扩能改造紧锣密鼓展开。集团决定，拆掉80平方米反射炉，建一台年产26万吨镍阳极板的25平方米侧吹熔铸炉。
△镍熔铸系统综合技术改造项目主设计师王海玉正在展示侧吹炉窑三维模型
在镍钴研究设计院会议室，王海玉向记者展示了25平方米侧吹熔铸炉的三维设计图。随着电脑鼠标的拖动，这台大型炉窑的精密与庞大逐步展现在眼前。
“为攻克侧吹熔铸炉工艺，我们把软硬件家底都搬出来了。”王海玉介绍，团队采用冶金过程模拟软件，建立侧吹熔铸系统全流程热力学机理模型，用计算机提前模拟不同条件下炉窑热量的分布与走向情况，并在中试炉窑基础上，综合比对现存各类侧吹炉型，完成炉窑的三维模型设计，确保核心设备设计的精确性；同时联合生产一线技术人员一起调整优化，最终选取最优设计方案。
2023年10月，随着80平方米反射炉被拆除，镍熔铸系统综合技术改造项目正式开工。
△26万吨侧吹熔铸炉建设期间的施工排班场景
前有高硫磨浮工序产生的二次镍精矿需要炼化，后有湿法电解工序生产电镍需要阳极板，夹在两道工序间的熔铸工序，必须赶在储备阳极板用完之前完成改造，顺利投产。
“78天建成点火，半个月达产，三个月达标！”孙武感言，“那真是‘脚打后脑勺儿’地干”。
2024年4月，年产26万吨镍阳极板的侧吹熔铸生产线实现达产达标，到月底已产出7万吨镍阳极板。至此，金川集团一举实现镍熔铸工艺“脱胎换骨”，25平方米侧吹熔铸炉成为金川火法工艺的“爆款网红”选手。
△技术人员正在对26万吨侧吹熔铸炉进行膨胀测量
项目初期一度担忧“断供”的金川镍湿法工序此刻“乐开了花”。
镍电解一车间工艺技术组组长巫旭算了一笔账，新侧吹熔铸工艺产出的镍阳极板在湿法电解时，槽电压能降低2%到3%，每天可节省电费1万多元；新阳极板含硫量的降低，也让阳极液净化除杂过程中使用的纯碱量大幅减少，一天能节省约1万元。“仅这两项加起来一年就能节省750多万元”。巫旭说。
目前，新侧吹熔铸炉工艺产出的镍阳极板已能完全满足镍电解一车间、二车间生产所需，全年预计可节省约1400万元。巫旭表示，对于降本增效潜力见底的湿法车间，更乐于看到工序上下游共同发力，通过技术创新突破现有瓶颈，提升集团镍产品的综合竞争力。
