富邦富氧側吹熔煉爐技改實踐

羅銀華

(赤峰富邦銅業(yè)有限責任公司, 內蒙古 林西 025250)

富邦富氧側吹熔煉爐技改實踐

羅銀華

(赤峰富邦銅業(yè)有限責任公司, 內蒙古 林西 025250)

針對富氧側吹熔池熔煉爐投產后二次風口位置易產生爐結以及造渣成本高等問題，對二次風口位置進行調整，并采用高鐵低硅渣，以煤代炭，以河沙代替石英，技改后棄渣含銅及綜合能耗顯著降低。

富邦爐； 富氧側吹； 二次風； 爐結； 高鐵低硅渣

0 前言

赤峰富邦銅業(yè)有限責任公司按照國家關于淘汰鼓風爐熔煉工藝的政策要求，在對國內外多種熔池熔煉爐比較、消化和吸收的基礎上，開發(fā)了富邦富氧側吹爐。富邦富氧側吹爐為豎式爐，由耐火磚砌筑的爐缸、三層銅水套、一層內襯耐火磚的鐵水套以及爐頂鐵水套組成。反應風側吹渣層，反應生成的冰銅和爐渣通過銅水套隔墻進入渣室，爐渣溢流排放，冰銅虹吸排放。該工藝于2011年6月13日投產，截至目前，共處理銅精礦超過60萬t，床能率達到74.6 t/(m2·d)，燃料率3.8%～4.5%，渣中鐵硅比控制在1.1～1.2，渣中氧化鈣含量3.5%～5%。為確保冬季安全生產，期間共停爐檢修3次，針對生產中出現(xiàn)的一些問題進行了技術改造，本文對改造工作以及取得的效果進行總結分析。

1 二次風口改造

富邦爐原設計二次風口位置在側墻第三層銅水套上，每側各7個，風口直徑為42 mm，設計通風能力在10 000 m3/h以上。生產中采取隔一開一的方式，風量保證在8 000 m3/h。經過一段時間運行后，在爐膛內側風口位置有大量爐結產生，爐結產生的位置見圖1。

1—爐缸；2—一層銅水套；3—二層銅水套；4—三層銅水套；5—四層鐵水套；6—一次風口；7—二次風口； 8—爐結

爐結產生有以下弊端：一是長大的爐結可能從爐墻掉落進入熔池，造成大量渣迅速涌入渣室并從渣室的渣口噴出，存在安全隱患；二是如果落入熔池的爐結過大，會降低熔池溫度，甚至帶來堆料危險；三是兩側的爐結如果繼續(xù)生長連成一片，導致爐料無法落入熔池，側吹爐無法繼續(xù)生產；四是爐結生成后，二次風量無法保證，煙氣殘氧大幅降低，煙氣中的單體硫不能完全燃燒，進入制酸系統(tǒng)后堵塞設備。

爐結產生后，只能采取提溫作業(yè)，利用爐內高溫以及噴濺的熔體對其進行沖刷溶解，通常需要20 h以上的時間才能處理完。此種作業(yè)方式在高氧料比以及高燃料率的條件下操作，違反了側吹爐的作業(yè)規(guī)程，可能引起泡沫渣噴爐或者爐體漏熔體事故的發(fā)生。

爐結在其他爐型銅煉冶過程中也普遍存在，艾薩爐的余熱鍋爐、爐頂部位爐結尤為嚴重，爐頂及下料口區(qū)域掉渣較頻繁，平均每班掉渣兩次左右，對穩(wěn)定生產影響較大，每次掉渣影響銅精礦處理量達到20 t以上，而操作溫度提升10 ℃以上，將影響耐火磚的使用壽命[1]。該爐結形成的主要原因是：被煙氣夾帶的細小爐料進入爐頂區(qū)域或余熱鍋爐，在上面粘結形成爐結；爐內負壓控制，爐子負壓越大，帶入的空氣量越大，煙氣總量就越大，精礦被帶入余熱鍋爐的可能性就越大；爐料中的鉛、鋅成分揮發(fā)進入煙氣，進入余熱鍋爐冷凝形成爐結。

對于富邦爐二次風口爐結，最初參考國內其他銅冶煉爐型的解決辦法，并結合富邦爐的特點，定期人工清理風眼，確保風眼暢通，但是爐結長大到一定程度后人工無法打開。另外也曾采取定期更換二次風口以及在爐結正下方開一次風口沖刷爐結的辦法，均收效甚微。

二次風爐結問題已嚴重影響側吹爐甚至硫酸系統(tǒng)的正常生產，必須加以解決。經過多次試驗，分析爐結生長位置，爐結是熔煉渣噴濺到二次風口凝結粘附在爐墻上形成的，隨著時間積累，爐結越長越大。觀察生產時爐膛內熔體的噴濺情況，噴濺很難到達爐頂附近，因此決定將二次風上移到爐頂位置，見圖2。

1—新二次風口；2—加料口；3—爐結清理口；4—余熱鍋爐膜式壁；5—原二次風口

該項改造特點如下：爐頂二次風口位置設有兩個開口，人工定期清理，爐結不再長大，改造后至今未出現(xiàn)因爐結而影響生產的狀況；二次風量可隨意調整，煙氣中殘氧穩(wěn)定在3.5%～4%，檢修時檢查制酸凈化系統(tǒng)，未出現(xiàn)單體硫；煙塵率降低，從之前的1.5%降低到目前的0.98%，分析其原因是二次風鼓入爐內后形成一道氣幕墻，避免了煙氣夾帶爐料中細小顆粒直接進入余熱鍋爐上升煙道。

2 采用高鐵低硅渣

目前，富邦爐采用高濃度富氧空氣側吹渣層，為避免生成過量的Fe3O4，冶煉時通常額外補充熔劑，石英砂加入率為10%～12%，石灰石率為1.5%～2.0%，熔煉渣Fe/SiO2通常控制在1.1～1.2，CaO控制在3.5%～5%；熔煉渣采用電爐貧化處理，水淬后作為棄渣，渣含銅接近0.5%。上述造渣操作存在的問題是熔劑率高，外加石英砂、石灰石熔劑，增加了生產成本；熔化熔劑消耗反應熱，增加了燃料消耗。另外，渣量大，棄渣含銅0.5%，銅損失增加，銅綜合回收率低，造成了的資源浪費，且棄渣利用途徑有限，附加值低。

富邦銅業(yè)對富邦爐兩年多的運行數(shù)據進行分析整理，結合市場需求，提出了銅富氧雙側吹熔煉爐造高鐵低硅渣操作。該操作方法是利用富邦爐原料適應性強、反應速度快、操作簡單等優(yōu)勢，不配入任何熔劑，完全利用銅精礦自身所含SiO2和CaO進行造渣反應，借助一次風的強烈攪拌，使爐內熔體分布均勻，F(xiàn)e3O4含量≤10%。具體操作如下：

(1)調配的入爐銅精礦滿足以下要求：含F(xiàn)e 26%～28%、 SiO212%～14%。銅精礦、燃料經皮帶稱重計量后輸送到富邦爐爐頂，并連續(xù)地加入到爐內熔池，所需燃料為普通煤塊；

(2)通過調節(jié)壓縮空氣與制氧站氧氣的比例控制一次風富氧濃度70%以上；

(3)通過增減一次風眼開通個數(shù)，控制一次風壓85～95 kPa，氧礦比在120～140 m3/t礦；

(4)少加入甚至不加入石英砂和石灰石，控制爐內負壓-30～-20 Pa；

(5)通過調整燃料加入量以及相應的氧量，控制熔煉渣溫度在1 230～1 250 ℃；

(6)監(jiān)測煙氣中SO2濃度、爐內負壓以及爐體振動等參數(shù)，確保熔煉過程平穩(wěn)，無爐底粘結以及泡沫渣噴爐發(fā)生。

該過程無需配入熔劑，所產冰銅送轉爐吹煉，所產熔煉渣含F(xiàn)e 40%～45%、SiO225%～27%，熔煉渣采用渣包緩冷，之后送往選廠選礦，浮選尾礦含鐵在43%以上，含銅0.25%以下，附加值增加。

2013年10月26日至2013年11月1日，富邦銅業(yè)采用該造渣方法進行了試驗，試驗采取逐步降低石英砂和石灰石，逐步提高鐵硅比的方案。試驗期間的運行數(shù)據見表1。

表1 富邦爐造高鐵低硅渣運行數(shù)據

總結7天的運行情況，富邦爐生產正常，無爐底粘結、橫膈膜以及噴爐事故發(fā)生。側吹爐渣緩冷后送往選廠選礦，尾礦含Cu 0.25%、含F(xiàn)e 43.09%。富邦爐采用本方法具有如下優(yōu)點。

(1)熔劑添加量為零，渣量減少，渣帶走熱量少，燃料消耗降低，生產成本降低；

(2)所產熔煉渣含F(xiàn)e高達40%～45%、含SiO225%～27%，利用價值大大高于水淬渣；

(3)高鐵低硅渣浮選后含Cu低于0.25%，銅綜合回收率提高。

3 以煤代炭，以河沙代替石英

富邦爐在冶煉過程中通常需配入4%左右的燃料，其目的一是補充熱量，為冶煉過程平穩(wěn)進行提供保障；二是還原Fe3O4，保證熔煉渣中Fe3O4含量在4%以下，確保安全生產。冶煉廠生產1 t粗銅，側吹爐消耗燃料約為350 kg，1 t焦粉的價格1 030元左右，則消耗的焦粉價值360.5元，約占噸粗銅生產成本的25%。赤峰周邊煤炭資源豐富，公司對生產成本分析后決定進行以煤代炭試驗，經過幾個月實踐，取得了較好效果，煤和焦炭的比例為1∶1，側吹爐生產穩(wěn)定。1 t煤炭價格為730元，生產1 t粗銅消耗煤和焦粉各175 kg，以煤代炭后，生產1 t粗銅的燃料成本為308元，下降了52.5元，降幅達15%。以年產粗銅4.5萬t計算，全年可減少支出236.25萬元。

原設計側吹爐使用的造渣熔劑為石英砂，要求粒度為5～20 mm，其他銅冶煉廠也使用類似粒度的石英砂作為造渣熔劑。在對生產成本多次分析后，公司開始尋找低價物料替代石英砂以降低成本，最終選擇了林西周邊地區(qū)的雜質少、硅含量93%以上的河沙。由于沒有經驗可以借鑒，河沙最初配比只占20%，隨著經驗的積累，比例逐漸上升，最終全部使用河沙，生產沒受任何影響。

從幾個月的生產情況看，本項改造效果超出預期。按照年產粗銅4.5萬t計算，全年預計使用硅熔劑27 900 t，按照石英砂和河沙的差價，全年可節(jié)省支出315萬元，噸銅成本降低70元。

4 結語

富邦爐經過兩年多的生產運行，多項指標表現(xiàn)出了一定的優(yōu)勢，2012年水淬渣含Cu 0.48%，側吹爐床能率74.6 t/(m2·d)，噸粗銅綜合能耗252.48 kgce。但生產中也暴露出一些問題，富邦銅業(yè)及時對這些問題進行總結分析，并進行了工藝改造。

原有二次風口位置低，熔煉渣噴濺物遇冷粘附在爐墻上，形成大塊爐結，影響正常生產。改造后，二次風口位置移到爐頂靠近余熱鍋爐上升煙道處，爐結不再長大，至今未因爐結問題而影響生產；二次風量可隨意調整，煙氣中殘氧穩(wěn)定在3.5%～4%；煙塵率降低，從1.5%降低到0.98%。該項改造為穩(wěn)定側吹爐爐況，確保安全生產以及硫酸系統(tǒng)的穩(wěn)定運行提供了保障。

采取高鐵低硅渣型是富邦爐生產工藝的突破，其也為類似于富邦爐的富氧雙側吹熔煉工藝提供借鑒。采用高鐵低硅渣型，實現(xiàn)熔劑為零，渣量減少，渣帶走熱量少，燃料消耗降低，生產成本降低；熔煉渣含F(xiàn)e高，浮選后尾礦附加值增加；高鐵低硅渣浮選后含Cu低于0.25%，銅綜合回收率提高。在生產成本方面，噸銅石英砂消耗從620 kg降低到200 kg，石灰石消耗從75 kg降低到0 kg，成本降低了49元，按照年產粗銅4.5萬t計算，全年可結省資金220余萬元。

[1]楊毓和. 控制艾薩爐余熱鍋爐結渣探討[J]. 中國有色冶金,2007,(5): 19-22.

PracticeoftechnologicaltransformationofFubangoxygen-enrichedside-blownsmeltingfurnace

LUO Yin-hua

In view of the problems such as high cost for slag making and easy to scaling in the secondary tuyere position after commissioning of oxygen-enriched side-blown bath smelting furnace, the position of secondary tuyere was adjusted, the copper content in the waste slag and comprehensive energy consumption obviously reduced after technological transformation by using high-iron low-silicon slag, substituting coal with carbon, the river sand instead of quartz.

Fubang furnace; oxygen-enriched side-blown; secondary air; scaling; high-iron low-silicon slag

羅銀華(1965—)，男，內蒙古赤峰人，高級工程師，主要從事銅冶煉生產、設計及技術管理工作。赤峰富邦銅業(yè)有限責任公司總工程師、生產副總。

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