方圆氧气底吹熔炼炉
近来，山东省东营市迎来了一拨又一拨贵客。这些分别来自山西、云南、湖南、辽宁等地的考察团，身份和目的出奇一致：都是来自知名有色冶金企业的领导和专家，吸引他们前来的，同为东营市一家民营企业的炼铜新工艺。
“还提‘低碳’？落伍了！现在在有色冶金领域，连‘无碳’工艺都产业化了，还是咱中国的完全自主知识产权。”这是考察团在东营市听到最多、也最能勾起话题的一句话。
啥是“低碳”，啥是“无碳”？“无碳”又是在哪，如何实现的？
“碳”，指温室气体二氧化碳。“低碳”，指减排、少排二氧化碳。时下，尤其哥本哈根气候会议之后，“低碳”已成热词，“凡事必称低碳”。甚至，部分发达国家还拟征“碳关税”——对生产过程排碳较多的进口产品，课以重税。无论如何，低碳是时代要求，大势所趋，这就要求发展中国家引进或革新技术，减少排碳。
“无碳”是如何实现的？
“无碳”，是指二氧化碳排放量几乎为零。这可能吗？尤其还是在需要大量使用煤炭、工艺技术水平普遍落后于世界发达国家的中国有色冶金行业？
2009年初，黄河三角洲滨海城市山东东营，一家民营企业——主业炼铜、顺带炼金、银、铂、钯、硒等稀贵金属的山东方圆有色金属集团公司传出好消息：通过采用新工艺并不断革新，公司一期工程投产两个月后，炼铜“配煤率”降到了零，从而实现了“无碳”。这在中国有色企业里是首家。
所谓“配煤率”，是指炼铜时，矿粉里掺上一定比例的煤炭（或其他燃料）助燃，以利于矿粉充分燃烧、融化、出铜，否则温度上不去，达不到热平衡，炼不出铜。目前，我国有色冶金系统常用的熔炼炉配煤率为5%-7%，即100吨矿粉进去，需配上5-7吨煤。即便国际上先进的日本三菱法、加拿大诺兰达法等炼铜工艺，配煤率也要4.8%或3.4%。
煤一燃烧，自然排碳。要减少排碳，于有色冶金领域，首要是降低配煤率。“一开始，我们也没想到。”方圆公司董事长崔志祥介绍，起初，原中国有色工程设计院副院长、中国恩菲工程技术有限公司高级顾问专家、中国工程设计大师蒋继穆为方圆公司推介的新型冶炼工艺，初始配煤率为2.64%。“试运行和生产过程中，为让热损失最小，我们对炉内结构、渣口、烟道、加料、氧枪等进行严格细致的设计计算和实验论证，反复研究改造的过程中发现——不断减少用煤，也能完成熔炼。”方圆公司首席专家申殿邦说，当加料量为30吨/时，炉内可达到热平衡，实现完全自热熔炼，不用配煤。投产两个月后的2009年2月，这一重大科技突破，结束了熔池熔炼技术需要配煤的历史。
不配煤，炉温也能达到铜的熔点，不耽误冶炼，方圆公司的熔炼炉到底有何不同？
原来，方圆公司用的是“氧气底吹”炉。铜矿粉里，还含有铁、硫，为了使铁、硫燃烧提供炉温，需要大量供给氧气。所谓“底吹”，是指供氧的氧枪位于炉底，氧气朝上冒。相对而言，目前国际国内的炼铜工艺，大都采用“氧气顶吹”或“氧气侧吹”。矿粉从炉顶入料口进入，由重力作用而下——“底吹”的好处，是能让氧气与矿粉充分接触，利于炉内氧气、铜液、矿粉之间强对流传热，充分燃烧、反应，实现自热熔炼。而“顶吹”、“侧吹”时，氧气仅能接触氧枪周围的矿粉，不利于矿粉充分反应。
“氧气底吹”的冶炼方式，最早于2001年用于产业化炼铅。用于产业化炼铜，2008年投产的方圆公司一期工程则是首次。从顶吹、侧吹到底吹，仅是氧枪安放位置不同，难道别人就没想到？蒋继穆介绍，氧气底吹法炼铜最早由两位美国专家提出，上世纪70年代末80年代初做过实验，扩大实验时，因大量工程技术问题解决不了，宣告失败。
在中国有色金属冶炼领域，蒋继穆等专家1991年在湖南水口山做氧气底吹法炼铜实验，克服重重难题，获得成功，年产铜3000吨。自此，这项达到国际先进水平、具有自主知识产权的铜熔炼新工艺诞生。然而在半工业实验成功后，为工艺找“婆家”却费尽周折。国内新上项目一般5万吨以上，从年产3000吨粗铜的半工业实验扩大到年产5万吨，风险极大，一旦失败，将是数亿元的损失，谁也不愿冒风险，更愿意引进国外成熟工艺。直到2008年，方圆公司做了“第一个吃螃蟹的人”，大胆选用这项国产工艺，设计年产铜高达10万吨，并最终获得成功！
还具备哪些优势？
炼10万吨铜需用约50万吨矿粉，按国内平均配煤率算，方圆公司一期工程每年能减少煤炭使用约3万吨。
“省煤炭自然节约耗氧量，节省了部分造氧成本。”崔志祥说，无碳只是优势之一。据介绍，除不用配煤外，这项工艺还有噪音低、车间操作环境更好的优势。铜的回收率也提高到98.5%，此外还更利于铜矿中伴生的贵金属的捕集，比其他方法捕集率高1%-2%，达到98%以上。根据其氧气底吹、能捕集多金属的特点，这项工艺被命名为“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”。
配煤率为零，铜和贵金属的回收率也得到提高，与此同时，能源消耗情况怎样？“氧气从底部送入，上升过程与炉料反应，放出热量，热量是从内部加热熔体的，加上氧枪喷出的高速射流均匀搅拌，对流传热良好，热效率极高。”申殿邦介绍，这种工艺应用较高的氧气浓度，离炉烟气量少，炉衬无水冷壁冷却，能源利用充分，能耗较低。数据显示，平均冶炼1吨铜总的过程中，日本三菱法耗能16.2吉焦耳，诺兰达法需14.3吉焦耳；而方圆公司只需要7.75吉焦耳，约是国际先进水平的一半。
此外，氧气底吹法炼铜，对原料适应性强，对矿粉品位要求较低，能处理复杂矿料，并且“吃干榨尽”。而国外引进工艺，除引进费用高达上亿美元外，大都原材料适应能力差，对矿粉质量要求较高，且难以实现多金属的综合提取。“现在，国际上低品位矿粉因需求量少，价格便宜，我们可以大量购进，从而降低成本。再加上能提取金银等贵金属，运用这种技术，能提高资源利用率，增加企业经济效益。”崔志祥说。
“这种工艺还能大量节省氧枪成本。”崔志祥拿出一个打火机做比方。底吹方式，类似于正持打火机，火苗往上冒，外焰温度高，直接与矿粉接触；氧枪与温度低的内焰接触，避免了高温灼烧破坏。而顶吹方式，类似倒持打火机，高温的外焰上飘，直接烧烤氧枪，“10天左右就要更换氧枪。换一次就停产一次，直接损失加上停产造成的间接损失，好比丢了一辆桑塔纳的钱（10万元左右）。”侧吹与此类似。而采用底吹，“一年多过去了，现在氧枪还能用。”按10天节省一批氧枪算，一年节省30多辆桑塔纳的钱。
鉴于“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”的这些优势，这项技术作为“促进产业振兴的重点先进技术”，已被列入“十一五”国家科技支撑计划和有色金属振兴规划重点关键技术。科技部正着手向全国推广该工艺工程。《中国有色金属报》的评选中，这项技术在方圆公司的产业化成功入选“2009年中国有色金属行业十大新闻”。
推广价值如何？
底吹工艺在方圆公司的产业化成功，引起了国内外有色金属领域的注意。
今年3月，山西中条山有色集团有限公司专程到方圆公司考察“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”，拟在新规划的10万吨项目中引进这项技术。
迄今为止，对这项技术感兴趣的企业已有近10家。除中条山集团外，已经采用该技术建成投产的，或者已经去方圆公司参观考察，并决定采用该工艺技术的企业有：越南煤炭矿业集团、山东恒邦冶炼股份有限公司（此两家企业均已投产）；包头华鼎铜业发展有限公司、云南易门铜业、湖南水口山矿务局（计划投产20万吨）、四川康西铜业（计划用于5万吨改造）等。辽宁红透山铜矿、山西侯马冶炼厂等，也均对该工艺技术表示出极大的兴趣。此外，方圆公司还计划在秘鲁、澳大利亚等国与当地矿业巨头合办企业。
3月18日至19日，中国有色金属工业协会二届五次理事会在北京召开。“氧气底吹熔炼多金属捕集技术”引起与会专家学者关注。会上，中国有色金属工业协会铜部副主任赵波说：“截至2009年底，我国落后铜冶炼产能还有30万吨左右，能耗很高。它们普遍规模较小，以往普遍需要引进国外技术来进行产业改造。现在，我国自主产权的‘氧气底吹熔炼多金属捕集技术’在山东东营成功投产，使此难题迎刃而解。”他认为，该项工艺为淘汰落后产能、产业升级改造提供了价廉质高的工艺选择，使2011年底淘汰全部落后产能成为可能。
蒋继穆介绍，我国炼铜工艺一直受制于人，目前我国常用的11种炼铜工艺技术，有10种来自国外。“我还想利用恩菲公司整体技术优势，与东营方圆公司一起开发好后续的冰铜连续吹炼工艺，将该技术进一步完善提高，并将它推广到全国乃至全世界，为中国有色金属行业振兴蹚出一条新路子。”蒋继穆自信地说。
“如果目前所有的熔炼炉都能做到不配煤，我国有色系统的减碳目标就能实现了。”申殿邦说。
