金冠銅業(yè)閃速吹煉試生產(chǎn)實(shí)踐

孟凡偉

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司 金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵244100)

金冠銅業(yè)閃速吹煉試生產(chǎn)實(shí)踐

孟凡偉

(銅陵有色金屬集團(tuán)股份有限公司 金冠銅業(yè)分公司，安徽銅陵244100)

介紹了金冠銅業(yè)閃速吹煉工藝流程和主要設(shè)備，分析了入爐物料的成分與要求，總結(jié)了試生產(chǎn)實(shí)踐中各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)以及存在的粗銅溜槽、煙塵系統(tǒng)、余熱鍋爐等方面的問題，并逐一分析了對策。

閃速吹煉；工藝流程；入爐物料；試生產(chǎn)；爐體安全

自1995年7月世界上第一臺(tái)閃速吹煉爐在美國肯尼科特猶他冶煉廠投入工業(yè)生產(chǎn)以來，閃速吹煉技術(shù)倍受關(guān)注。2007年世界上第二座閃速吹煉爐在山東祥光銅業(yè)順利投產(chǎn)，2013年1月18日世界上第3座、國內(nèi)第2座閃速吹煉爐在銅陵有色金冠銅業(yè)順利投料試生產(chǎn)，標(biāo)志著閃速吹煉技術(shù)以其高效、節(jié)能、環(huán)保的特點(diǎn)得到了越來越廣泛的認(rèn)可，成為取代P-S轉(zhuǎn)爐吹煉的最佳選擇[1-3]。金冠銅業(yè)閃速吹煉爐在試生產(chǎn)初期投料量為40 t/h，經(jīng)過一年多的摸索總結(jié)，閃速吹煉爐投料量提高到90 t/h，創(chuàng)造了世界紀(jì)錄，“金冠速度”也因此將記入閃速煉銅發(fā)展史。

1 工藝流程及主要設(shè)備

1.1 工藝流程

閃速吹煉和閃速熔煉在工藝過程上十分相似，閃速熔煉爐產(chǎn)出的冰銅經(jīng)冰銅磨磨碎干燥成含水≤0.3%的細(xì)冰銅，然后同生石灰一起送閃速吹煉爐吹煉成粗銅。粗銅通過溜槽直接排入陽極爐，吹煉渣進(jìn)行水淬，由撈渣機(jī)從水淬池中撈出送精礦庫，干燥后返回閃速熔煉爐。高溫SO2煙氣進(jìn)入余熱鍋爐進(jìn)行冷卻、除塵，再經(jīng)電收塵除塵后送硫酸制酸[4]。閃速吹煉工藝流程見圖1。

圖1 閃速吹煉工藝流程

1.2 主要設(shè)備

通過堆取料機(jī)對濕冰銅進(jìn)行堆取，堆料機(jī)的能力為400 t/h，取料機(jī)的能力為140 t/h。冰銅磨為萊歇磨，設(shè)計(jì)能力為100 t/h（干基），用熱風(fēng)爐干燥。冰銅失重計(jì)量系統(tǒng)和煙塵失重計(jì)量系統(tǒng)由奧圖泰供貨，能力分別是40～110 t/h和3～15 t/h。冰銅噴嘴是奧圖泰CJD型，設(shè)計(jì)能力為40～110 t/h，冰銅噴嘴有1個(gè)中央天然氣燒嘴。閃速吹煉爐反應(yīng)塔內(nèi)尺寸Φ 5 m×7 m，沉淀池長21.8 m、寬6.7 m、高2.1 m。沉淀池壁熔池區(qū)采用奧圖泰SIC水套冷卻，沉淀池底為階梯式體育場型。閃速吹煉爐有2個(gè)渣排放口和10個(gè)粗銅排放口。渣水淬系統(tǒng)有2套?；^和2臺(tái)撈渣機(jī)，一用一備，撈渣機(jī)設(shè)計(jì)能力為150 t/h（濕基）。余熱鍋爐由Foster Wheeler設(shè)計(jì)，國內(nèi)制造，設(shè)計(jì)壓力6.0 MPa，蒸汽量39.1 t/h。

2 入爐物料成分與要求

閃速吹煉的入爐物料包括冰銅粉、生石灰粉、D煙塵以及部分B煙塵。其中，D煙塵指余熱鍋爐輻射部的煙塵，B煙塵指余熱鍋爐對流部、沉塵室和電收塵的煙塵。

2.1 冰銅粉

濕冰銅經(jīng)過研磨、干燥后形成冰銅粉輸送到爐頂冰銅倉。冰銅粉的冰銅品位一般控制在68%～70%較為合適。這是因?yàn)楸~品位低時(shí),反應(yīng)放熱多，對熱平衡影響大，同時(shí)造渣量大，渣含銅增加，銅的直收率降低。而冰銅品位高時(shí)，冰銅的金屬特性增強(qiáng)，研磨困難，加大了冰銅磨的損耗，不利于正常生產(chǎn)。

冰銅粉中SiO2含量控制在0.45%以下。當(dāng)冰銅粉中SiO2含量偏高時(shí)，會(huì)形成較多的Ca2SiO4等物質(zhì)漂浮在熔池變面，導(dǎo)致粘渣增多，爐況惡化，放銅排渣困難。

冰銅粉在反應(yīng)塔中的反應(yīng)時(shí)間僅有2～3 s,由于冰銅粉在反應(yīng)中不會(huì)析出易燃燒的單體硫，因而其著火溫度比黃銅礦高,即冰銅粉在反應(yīng)塔中獲得足夠熱量達(dá)到著火溫度的時(shí)間比黃銅礦長，而粒度大小是影響傳熱時(shí)間的重要因素，因此冰銅粉的粒度控制對于閃速吹煉十分重要[5-6]。表1為選取的部分冰銅粉熒光分析數(shù)據(jù)。

表1 冰銅粉成分%

2.2 生石灰粉

閃速吹煉爐的造渣熔劑是生石灰粉，CaO≥90%，H2O<0.1%，生石灰粉的粒度不大于2 mm，其中0.05～0.1 mm≥80%。另外，必須保證生石灰粉CaO的含量在90%以上，否則會(huì)帶入較多雜質(zhì)，爐況很難控制。

2.3 煙塵

全部D煙塵和部分B煙塵返回閃速吹煉爐以維持必要的熱平衡。由于閃速吹煉爐煙塵發(fā)生率較閃速熔煉爐高，考慮到節(jié)省能源以及維持良好爐況的需要，在B煙塵輸送管道安裝1個(gè)三通閥，每天不定期往閃速熔煉爐輸送一部分煙塵，以減輕閃速吹煉爐處理煙塵的壓力。煙塵的主要成分是CuSO4。CuSO4在反應(yīng)塔內(nèi)吸熱發(fā)生分解反應(yīng)，因此，可以通過控制煙塵的量來調(diào)節(jié)閃速吹煉爐的熱平衡。

3 試生產(chǎn)實(shí)踐

3.1 主要技術(shù)指標(biāo)

試生產(chǎn)一年多來，閃速吹煉爐各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)受控，渣含銅、CaO/Fe、沉浸渣溫等技術(shù)指標(biāo)符合設(shè)計(jì)值，自5月份中修以后，閃速吹煉爐裝入量穩(wěn)步提升。試生產(chǎn)期間主要技術(shù)指標(biāo)見圖2～圖4。

圖2 閃速吹煉爐作業(yè)率

圖3 閃速吹煉爐渣含銅指標(biāo)

圖4 閃速吹煉爐CaO/Fe指標(biāo)

試生產(chǎn)期間，除3月份吹煉爐漏銅和8月份濃密池底流泵故障以及余熱鍋爐爆管造成嚴(yán)重影響外，吹煉爐作業(yè)率基本處于穩(wěn)步提升態(tài)勢，11月份作業(yè)率達(dá)到了94.81%。試生產(chǎn)期間，渣含銅穩(wěn)定在20%～23%。生產(chǎn)實(shí)踐表明，當(dāng)渣含銅控制在21%～22%時(shí)，所產(chǎn)粗銅品質(zhì)良好，陽極精煉時(shí)氧化還原時(shí)間最短。渣含銅主要由氧系數(shù)控制，是生產(chǎn)控制的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)之一，為控制合理的渣含銅，保證生產(chǎn)順行，生產(chǎn)中每2小時(shí)取一次冰銅粉樣送熒光分析，為前饋計(jì)算提供依據(jù)；每1小時(shí)在沉淀池頂取一次棒渣樣送熒光分析，為反饋計(jì)算提供依據(jù)。

試生產(chǎn)期間，渣中CaO/Fe穩(wěn)定控制在0.3～0.4之間，CaO/Fe通過加減生石灰粉進(jìn)行調(diào)控。由于受冰銅粉中SiO2的影響比較大，閃速吹煉爐爐況較難控制，所以選擇合理的CaO/Fe顯得尤其關(guān)鍵。因?yàn)镃aO/Fe是閃速吹煉爐造渣的前提，只有渣型穩(wěn)定，渣中Fe3O4的控制才有意義。

3.2 存在的問題及對策

3.2.1 粗銅溜槽問題

粗銅溜槽原設(shè)計(jì)了兩套主溜槽，但在實(shí)際使用過程中溜槽末節(jié)粘接嚴(yán)重，難以清理，而且溜槽坡度小、保溫?zé)煨Ч?，多次造成降料甚至停爐。針對這些問題，首先確認(rèn)陽極爐受料口具備雙溜槽進(jìn)入的條件，粗銅溜槽由原先的單進(jìn)式改為雙進(jìn)式；其次將末節(jié)溜槽角度加大；再將溜槽燒嘴改為預(yù)混式燒嘴，同時(shí)增加了燒嘴數(shù)量。

經(jīng)過改造，粗銅溜槽清理更換頻率大大降低，且沒有出現(xiàn)過因溜槽粘接導(dǎo)致降料或停爐的情況，保證了閃速吹煉爐的正常生產(chǎn)，同時(shí)為閃速吹煉爐高裝入量提供了有力的保障。

3.2.2 煙塵系統(tǒng)問題

試生產(chǎn)初期，B煙塵和D煙塵經(jīng)常因大塊堵泵，造成煙塵輸送不暢，清理困難。尤其是B煙塵故障頻繁，一是B煙灰泵圓頂閥密封圈經(jīng)常更換，造成B煙塵輸送停止，嚴(yán)重影響生產(chǎn)；二是B煙塵潮濕，粘結(jié)性強(qiáng)，易在泵內(nèi)結(jié)成塊狀導(dǎo)致輸送不暢，最終造成B煙塵系統(tǒng)煙塵積壓、板結(jié)，難以清理。針對這些狀況，首先在刮板機(jī)下料口安裝格篩擋大塊；其次將圓頂閥改為平移閥；第三對腐蝕嚴(yán)重的電收塵本體采取堵漏措施。

經(jīng)過改造，B煙塵和D煙塵輸送趨于正常，故障率大幅降低，但由于B煙塵量大、煙塵性質(zhì)差，尚有諸多問題需在以后的生產(chǎn)中進(jìn)一步研究總結(jié)。

3.2.3 余熱鍋爐問題

試生產(chǎn)過程中，閃速吹煉余熱鍋爐的問題主要是鍋爐入口大塊多以及余熱鍋爐爆管等。余熱鍋爐入口大塊多，清理困難，尤其是當(dāng)大塊粘接成瘤時(shí)，需爆破處理，但清理大塊會(huì)影響輻射部刮板、破碎機(jī)的正常運(yùn)行，造成閃速吹煉爐長時(shí)間停爐。由于閃速吹煉氧氣濃度高、煙氣量低的特點(diǎn)，余熱鍋爐在2013年共出現(xiàn)過3次爆管事故，其中一次因水冷擋板故障造成煙氣路線不能及時(shí)切換，SO2煙氣低溫下變成稀酸導(dǎo)致多處壁管腐蝕漏水，檢修難度大，排查漏點(diǎn)困難。

通過總結(jié)試生產(chǎn)中余熱鍋爐的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，在閃速吹煉爐上升煙道增加了兩只燒嘴，有效地減少了余熱鍋爐入口大塊的產(chǎn)生情況，尤其是大塊粘接成瘤的現(xiàn)象基本不再出現(xiàn)；其次，努力減少余熱鍋爐的漏風(fēng)，避免稀酸腐蝕，同時(shí)做好水冷擋板隨時(shí)可以放下的準(zhǔn)備，避免因煙氣路線切換不及時(shí)造成次生事故。經(jīng)過一系列改造，余熱鍋爐運(yùn)行穩(wěn)定，為閃速吹煉爐高作業(yè)率提供了保障。

4 爐體維護(hù)的重要性

保證爐體安全是生產(chǎn)控制的第一要?jiǎng)?wù)，而爐體安全需要長期、細(xì)致的日常維護(hù)。

閃速吹煉采用鐵酸鈣渣型，這是因?yàn)橄鄬τ诠杷徼F渣型，鐵酸鈣渣型具有以下特點(diǎn)：1）鐵酸鈣渣能溶解大量的Fe3O4，但又不會(huì)析出Fe3O4；2）鐵酸鈣渣型渣含銅低；3）鐵酸鈣渣型銅直收率高。鑒于閃速吹煉渣高溶解Fe3O4的能力，在閃速吹煉爐渣線區(qū)域的爐襯上很難形成穩(wěn)定的保護(hù)層，此處的耐火磚很快被侵蝕掉，導(dǎo)致冷卻元件裸露在外直接與高溫?zé)煔饣蚋邷厝垠w接觸，同時(shí)，粗銅的流動(dòng)性和滲透性很強(qiáng)，極易造成漏銅事故。

當(dāng)前運(yùn)行的閃速吹煉爐均出現(xiàn)過爐體漏銅的事故，所以在實(shí)際生產(chǎn)中，必須嚴(yán)格控制閃速吹煉爐溫度過高，即使?fàn)t況差，也不允許盲目提高溫度，避免將閃速吹煉爐爐體置于危險(xiǎn)狀態(tài)。要密切關(guān)注各冷卻水回水溫度，尤其是粗銅口、渣口以及側(cè)墻、端墻區(qū)域，一旦有水點(diǎn)高報(bào)，務(wù)必排查清楚原因。另外，要加強(qiáng)熔池的管理，嚴(yán)格控制粗銅面、渣面，保證粗銅在耐火磚的包圍中。

5 結(jié)論

金冠銅業(yè)閃速吹煉爐試生產(chǎn)一年多來，閃速吹煉爐運(yùn)行平穩(wěn)，裝入量和作業(yè)率穩(wěn)步提升，不僅能夠處理閃速熔煉爐產(chǎn)出的全部冰銅，而且與陽極爐作業(yè)配合良好。生產(chǎn)過程中仍然存在一些問題，尚需技術(shù)人員做出進(jìn)一步的研究，以便改善設(shè)備運(yùn)行狀況，完善工藝技術(shù)，為以后高負(fù)荷作業(yè)率奠定基礎(chǔ)。

[1] 周俊.閃速吹煉技術(shù)評述[J].有色金屬工程，2011（03）：30-36.

[2] 周松林.祥光“雙閃”銅冶煉工藝及生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬（冶煉部分），2009（02）：11-15.

[3] 余亮良.“雙閃”銅冶煉工藝研究進(jìn)展[J].有色冶金設(shè)計(jì)與研究，2013,34（1）：14-16.

[4] 周俊，孫來勝，孟凡偉，等.銅陵新建閃速熔煉—閃速吹煉項(xiàng)目概述[J].有色金屬（冶煉部分），2013（02）：5-9.

[5] 劉衛(wèi)東.閃速吹煉的生產(chǎn)實(shí)踐[J].有色金屬（冶煉部分），2011（02）：12-15.

[6] 馬奇，劉慶國，葛哲令，等.閃速吹煉技術(shù)的實(shí)踐與改進(jìn)[J].中國有色冶金，2010（04）：9-12.

Practice on Trial Production of Flash Converting for Jinguan Copper Corporation

MENG Fanwei
(Jinguan Copper Corporation of Tongling Nonferrous Metals Group Co.,Ltd.,Tongling,Anhui 244100,China)

This paper introduces the process flow and main equipment of flash converting for Jinguan Copper Corporation, analyzes feed composition and requirement,summarizes technical index in production practice and existing problems,such as blister copper chute,dust system and waste heat boiler and so on,and gives some countermeasures.

flash converting;process flow;feed;trial production;furnace safety

TF811

B

1004-4345(2015)05-0025-03

2015-05-05

孟凡偉（1984—），男，工程師，主要從事閃速熔煉—閃速吹煉技術(shù)管理工作。