富氧側(cè)吹爐熔池熔煉銅鎳礦的生產(chǎn)實(shí)踐

劉清漓

（新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107）

富氧側(cè)吹爐熔池熔煉銅鎳礦的生產(chǎn)實(shí)踐

劉清漓

（新疆喀拉通克礦業(yè)有限責(zé)任公司 富蘊(yùn) 836107）

介紹了富氧側(cè)吹爐的結(jié)構(gòu)以及富氧側(cè)吹熔池熔煉的工藝特點(diǎn)及生產(chǎn)實(shí)踐。實(shí)踐表明，富氧側(cè)吹爐熔池熔煉銅鎳礦具有品位易于調(diào)整、處理量大、易操作、煙氣濃度高、燃料便宜(相對(duì)塊焦)等優(yōu)點(diǎn)，有很好的發(fā)展前景。

富氧側(cè)吹爐 熔池熔煉 低冰鎳 二次風(fēng) 單體S

0 前言

銅鎳礦冶煉車間1988年建廠，采用8m2敞開式鼓風(fēng)爐熔煉銅鎳礦，2001年敞開式鼓風(fēng)爐改建為10.5m2密閉式鼓風(fēng)爐。鼓風(fēng)爐工藝產(chǎn)能低、能耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重，屬于國家淘汰工藝，2008年立項(xiàng)改造，選用富氧側(cè)吹爐熔池熔煉工藝。項(xiàng)目于2008年啟動(dòng)，2009年開始施工，2010年12月基本建成，2011年3月15日正式投料進(jìn)行試生產(chǎn)。

1 結(jié)構(gòu)

富氧側(cè)吹爐見圖1。

圖1 富氧側(cè)吹爐

富氧側(cè)吹熔池熔煉爐呈長方形立式結(jié)構(gòu)，主要由爐缸、爐身、爐頂、鋼架等部分組成。爐缸由耐火材料砌筑而成，爐缸以上部分為爐身，爐身由銅水套組成。沿長度方向，側(cè)吹爐可分為熔煉池、上升煙道、虹吸池三部分。在爐身兩側(cè)一層銅水套上各開15個(gè)一次風(fēng)口，用于向熔體渣層鼓入富氧空氣。在爐身兩側(cè)三層銅水套上各開10個(gè)二次風(fēng)口，用于向爐內(nèi)鼓入空氣，使煙氣中的可燃成分燃燒完全。三層銅水套以上以及爐頂是由鋼水套組成。爐頂鋼水套設(shè)有固態(tài)加料口、液態(tài)加料口以及排煙口。

2 工藝介紹

銅鎳特富礦、銅鎳精礦、石英石、粒焦等爐料從爐頂加料管連續(xù)地加到熔融的熔池,一次風(fēng)口浸沒在渣層的中上部,向渣層內(nèi)鼓入富氧空氣,劇烈地?cái)噭?dòng)風(fēng)口上方的熔體,在熔池內(nèi)部完成硫化物的熔化、氧化和造渣,同時(shí)使熔池溫度上升到1 250～1 350℃。

熔劑與難熔組分在攪動(dòng)的高溫爐渣中被溶解，生成的冰銅小珠在熔體攪動(dòng)時(shí)相互碰撞而凝聚長大，與爐渣同時(shí)向下沉降到風(fēng)口下方的靜止區(qū)域。溜槽后部匯合流入貧化電爐。熔煉產(chǎn)生的高溫?zé)煔鈴纳仙裏煹肋M(jìn)入余熱鍋爐，余熱鍋爐產(chǎn)飽和蒸汽送發(fā)電車間，余熱鍋爐出口煙氣經(jīng)過電收塵器捕塵后送制酸系統(tǒng)。貧化電爐渣間斷放出水淬，電爐放出低冰鎳送轉(zhuǎn)爐吹煉。轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出高冰鎳水淬后送阜康冶煉廠濕法處理，轉(zhuǎn)爐渣返回富氧側(cè)吹爐熔煉。

由于整個(gè)反應(yīng)在熔體中進(jìn)行，且因采用高富氧熔煉，反應(yīng)速度較快，爐內(nèi)的溫度要求較高，因此各項(xiàng)操作要求較為嚴(yán)格。

3 工藝特點(diǎn)

（1）富氧風(fēng)送至熔渣層進(jìn)行造锍熔煉。

（2）熔池深，渣與低冰鎳在爐內(nèi)分離完全。

（3） 爐身采用銅水套結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)過程中銅水套內(nèi)壁形成10～30mm厚的渣層，渣層對(duì)銅水套起到保護(hù)作用。

4 生產(chǎn)實(shí)踐

（1） 對(duì)物料的要求

主要表現(xiàn)在粒度及水分上,粒度要求5～20mm。冶煉車間技改前使用的是鼓風(fēng)爐熔煉工藝，除精礦外，塊狀物料粒度通常都在80mm左右。從而忽略了對(duì)物料粒度的要求，開爐時(shí)物料粒度多在40mm左右，對(duì)處理量有影響，爐子尾部易形成堆料現(xiàn)象；即送風(fēng)區(qū)拋過來的塊狀物料，在此處聚集不熔化形成堆料，嚴(yán)重時(shí)，甚至擴(kuò)展到了加料區(qū)域。

對(duì)水分要求≤8%。因技改前選廠所產(chǎn)精礦水份多在15%～17%，降水分工作有一定的難度，開爐時(shí)精礦水分較高，對(duì)生產(chǎn)造成較大影響。從生產(chǎn)實(shí)踐看，精礦水分≥10.5%，則精礦圓盤給料機(jī)出料不均，造成爐溫、品位的大幅波動(dòng)，精礦水分7%～9%，則給料穩(wěn)定，爐子溫度、低锍品位波動(dòng)范圍較小。除對(duì)精礦有水分要求外，其余物料也有水分要求。其余物料含水分高時(shí)，爐膛溫度下降，水冷梁區(qū)域結(jié)瘤大甚至影響二次風(fēng)的送入；加料管結(jié)瘤嚴(yán)重時(shí)，結(jié)瘤插入熔體，結(jié)瘤剝落時(shí)易產(chǎn)生大的熔體噴濺，存在安全隱患；有時(shí)加料管結(jié)瘤導(dǎo)致加料管堵塞，被迫停風(fēng)處理。此外，爐料含水分偏高還對(duì)電收塵器、煙氣制酸等產(chǎn)生不利影響。

因此，熔池熔煉，對(duì)物料規(guī)格的要求，嚴(yán)于傳統(tǒng)熔煉爐型。

（2） 處理量

本文的處理量指側(cè)吹爐處理的固態(tài)物料，不含液態(tài)渣。處理量隨入爐氧量的增大而增大。同氧量下，高濃度富氧處理量又比低濃度富氧處理量要大。開爐至七月底，氧濃跨度48%～60%，處理量從30 t/m2d提高到60 t/m2d。五月份，液態(tài)轉(zhuǎn)爐渣完全返入側(cè)吹爐。液態(tài)渣是否返入側(cè)吹爐，對(duì)側(cè)吹爐固態(tài)物料的處理影響不大。若氧量可以提高，處理量還能進(jìn)一步增大。從側(cè)吹爐操作來看，高氧濃、大氣量、大處理量，側(cè)吹爐操作更穩(wěn)定。

（3） 渣型選擇

表1 設(shè)計(jì)渣型 %

設(shè)計(jì)渣型，F(xiàn)e/SiO2達(dá)到1.43，較高，爐溫低時(shí)或停風(fēng)時(shí)間較長，側(cè)吹爐虹吸池及電爐易生成橫隔膜，嚴(yán)重時(shí)液面無法測量。新工藝才開始生產(chǎn)，處于磨合期，停風(fēng)很多，一個(gè)月的停風(fēng)時(shí)間，比老工藝一年停風(fēng)時(shí)間都長。為避免橫隔膜對(duì)生產(chǎn)的不利影響，逐漸探索改變渣型，后渣型定為：Fe 36%～39%、SiO231%～34%、CaO 2%～3%、Fe/SiO21.15～1.25，這樣的渣型，不易產(chǎn)生橫隔膜，渣密度也減小，渣含金屬下降。

（4） 品位控制

表2 設(shè)計(jì)品位 %

原鼓風(fēng)爐工藝，低冰鎳品位在15%～18%，而側(cè)吹爐品位相對(duì)于鼓風(fēng)爐工藝，低冰鎳品位升高到30%～40%，低冰鎳中FeS量減少，在轉(zhuǎn)爐吹煉中熱量減少，爐長在沒有適應(yīng)前，吹煉溫度控制不好，常常造成粘爐。不但產(chǎn)量低、產(chǎn)出大量冷料，還打亂了生產(chǎn)節(jié)奏。為此，工藝上降低側(cè)吹爐低冰鎳品位，在爐長適應(yīng)后逐步提高，現(xiàn)爐長已能吹煉35%左右的低冰鎳，但爐溫控制仍存在一定問題。

從側(cè)吹爐操作來看，高品位有利于側(cè)吹爐操作。但從整個(gè)生產(chǎn)流程來看，品位并非越高越好。因品位提高，不僅轉(zhuǎn)爐冷料投入困難，電爐虹吸放料也難度增加，且棄渣量增大、渣含金屬也升高。從實(shí)踐看，目前低冰鎳品位控制在30%左右，產(chǎn)量相對(duì)較高，系統(tǒng)直收率也比高品位要高。今后，隨設(shè)備的改善，操作水平的提高，品位才可進(jìn)一步提高。

(5） 溫度控制

表3 溫度控制設(shè)計(jì) ℃

從生產(chǎn)實(shí)踐看，不管是側(cè)吹爐還是電爐，設(shè)計(jì)渣溫有些偏高。側(cè)吹爐渣，渣溫達(dá)到設(shè)計(jì)值，流動(dòng)性非常好，但渣溜槽損壞加劇，只能維持3～5 d。頻繁修溜槽，操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度大，側(cè)吹爐渣溫控制在1 270℃左右，渣溜槽壽命可提高到15 d。

電爐渣溫,超過1 290℃,渣槽“放炮”現(xiàn)象嚴(yán)重,開始以為是渣含金屬高所致。取特樣分析,“放炮”時(shí)渣含金屬并無明顯升高。渣槽放炮時(shí),限制渣流量,放炮減輕或消除。

由此顯示,渣槽放炮與沖渣水量有關(guān)。但沖渣水量現(xiàn)已達(dá)到最大能力,而限制渣流量會(huì)造成渣口凝結(jié)增大操作強(qiáng)度及電爐渣面過高的矛盾。為此,在現(xiàn)有條件下，通常采取的是降低渣溫的做法：保持渣溫在1 270～1 290℃,低于設(shè)計(jì)渣溫80～60℃,以此解決渣槽“放炮”問題。

低冰鎳溫度一般比渣溫低100℃，只要控制了渣溫，低冰鎳溫度就控制住了。

側(cè)吹爐煙氣溫度，實(shí)際值遠(yuǎn)低于設(shè)計(jì)值。測溫裝置顯示，側(cè)吹爐煙氣溫度約900℃左右。按常規(guī)經(jīng)驗(yàn)，煙氣溫度比渣溫低100℃算，實(shí)際煙氣溫度應(yīng)高于測出的溫度。因?yàn)闇y煙氣的熱電偶經(jīng)常燒壞，煙溫在900℃左右，不至于造成熱電偶的頻繁燒壞。

（6） 焦率

初步設(shè)計(jì)上的焦率是3.8%(對(duì)爐料),含液態(tài)渣。實(shí)際生產(chǎn)中,焦率波動(dòng)大。在開爐初期,焦率在7%～8%之間，爐況穩(wěn)定后，精礦投入量逐漸加大，且在焦粒中開始配入焦粉。隨著這種變化，焦率逐漸升高，最高時(shí)達(dá)到10.5%，此時(shí)精礦與特富礦的比例為1∶1，焦粒與焦粉的比例亦為1∶1，且精礦水分約10.5%～12%。10.5%的焦率對(duì)于熔池熔煉來說偏高，經(jīng)分析，認(rèn)為焦率升高是摻入焦粉所至。在7月中旬，停止焦粉的配入后，根據(jù)爐溫焦率逐漸下調(diào)，一周后，焦率降至7%～7.5%，焦炭投入量降低約1 t/h。焦率仍高于設(shè)計(jì)值，但設(shè)計(jì)中側(cè)吹爐低锍品位達(dá)到40%時(shí)的氧量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于生產(chǎn)實(shí)踐。因此，可以認(rèn)為，設(shè)計(jì)的焦率偏低，與生產(chǎn)實(shí)踐有較大差異。

從生產(chǎn)實(shí)踐看，高氧濃、大風(fēng)量、大料量，有助于降低焦率。

（7） 二次風(fēng)的影響

側(cè)吹爐需配入二次風(fēng)，以氧化煙氣中的單體S及焦炭不完全燃燒產(chǎn)生的CO。在投產(chǎn)前期，工藝上對(duì)二次風(fēng)的認(rèn)識(shí)不足，也不夠重視，另外二次風(fēng)入爐，降低了爐膛溫度，造成二次風(fēng)口區(qū)域結(jié)瘤嚴(yán)重，加料管也結(jié)瘤。當(dāng)時(shí)生產(chǎn)處于調(diào)試過程，停風(fēng)很多。一停風(fēng)，溫度下降后，結(jié)瘤在熱脹冷縮作用下即脫落，影響開風(fēng)。為此，前期二次風(fēng)量基本保持在4 000Nm3/h左右，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于配料計(jì)算值。在6月份，制酸系統(tǒng)出現(xiàn)單體S大量析出的問題，導(dǎo)致制酸系統(tǒng)被迫停車檢修。此時(shí)，工藝上才開始正視單體S問題。經(jīng)過分析，認(rèn)為單體S的大量析出,二次風(fēng)量不足是主要原因之一,7月份工藝上增大了入爐二次風(fēng)量,二次風(fēng)量由4 000 Nm3/h增加到7 000 Nm3/h。經(jīng)比較二次風(fēng)口區(qū)域結(jié)瘤情況與單體S析出情況，此二次風(fēng)量最后選定為6 500Nm3/h。此值仍低于計(jì)算值，但綜合考慮爐膛降溫與氧化單體S情況，此值較合適。

單體S析出問題，目前仍處于摸索階段。二次風(fēng)量只是其中的一個(gè)影響因素，要徹底解決該問題，還有大量的工作要做。

5 生產(chǎn)實(shí)踐存在的問題

（1）Y型槽不合理：虹吸溜、渣溜集中在同一端面，散熱集中，環(huán)境溫度過高，不利操作。

（2）備用虹吸、渣口無走向，給檢修帶來困難。

（3） 安全口走向困難。

（4）耐火澆注料作用不明顯：側(cè)水套及爐頂水套的澆注料，在生產(chǎn)不久，即開始大面積脫落，目前水套的保護(hù)，是靠掛渣實(shí)現(xiàn)。

（5） 余熱鍋爐出口煙氣溫度低，210℃左右，不利于單體S的氧化。

（6） 單體S結(jié)晶析出。

（7）余熱鍋爐除氧器溫度偏低，余熱鍋爐工作壓力偏低。

6 結(jié)論

側(cè)吹爐做為熔池熔煉的一種爐型，有其優(yōu)越性：品位易于調(diào)整、處理量大、易操作、煙氣濃度高、燃料便宜(相對(duì)塊焦)，有很好的發(fā)展前景。

熔池熔煉，對(duì)物料規(guī)格的要求嚴(yán)于傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐熔煉，在物料的粒度及水分上，一定要達(dá)到要求，否則會(huì)產(chǎn)生一系列的問題，使生產(chǎn)難于順暢；傳統(tǒng)鼓風(fēng)爐熔煉的經(jīng)驗(yàn)、印象，在熔池熔煉中大多不可用、不可借鑒。

側(cè)吹爐熔煉，對(duì)于銅鎳礦來說，是新鮮事物，目前的生產(chǎn)實(shí)踐，只是初步打通了工藝。至于側(cè)吹爐本身結(jié)構(gòu)存在的問題及側(cè)吹爐與整個(gè)系統(tǒng)的配合，還有很多未知領(lǐng)域有待在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中繼續(xù)探索。

收稿：2013-11-28