金冠閃速吹煉爐給料系統(tǒng)優(yōu)化改造應(yīng)用實踐

臧軻軻，王華駿，沈承勝

（金冠銅業(yè)分公司，安徽 銅陵 244000）

金冠銅業(yè)是世界上第三家采用閃速吹煉工藝的冶煉廠，其裝入系統(tǒng)采用了傳統(tǒng)的失重計量給料系統(tǒng)+風動溜槽+噴嘴的配置，投料初期，由于裝入量及作業(yè)率均比較低，加之工藝參數(shù)尚在摸索過程中，本套系統(tǒng)基本能夠滿足試生產(chǎn)的要求，但是隨著吹煉系統(tǒng)的逐步穩(wěn)定，在高裝入量下的一些問題就慢慢暴露出來，甚至影響到了系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運行，問題主要表現(xiàn)在給料波動大，階段性出現(xiàn)大正壓導致正壓聯(lián)鎖跳車以及棒渣波動大等[1]。后通過工藝分析，認為問題的源頭在于裝入系統(tǒng)的給料不均以及噴嘴結(jié)構(gòu)等方面，為此，金冠對閃速吹煉裝入系統(tǒng)進行了一系列改進、優(yōu)化，并取得了較好的效果。

1 存在的問題

1.1 冰銅失重給料螺旋

冰銅失重控制系統(tǒng)是閃速吹煉爐給料系統(tǒng)核心設(shè)備之一，冰銅螺旋給料在使用過程中出現(xiàn)填充率過低，僅能達到25%，是裝入系統(tǒng)給料不穩(wěn)定主要根源。原有失重螺旋存在以下問題：

（1）給料量達不到設(shè)計量，設(shè)計給料量為40-110t/h，實際使用中螺旋給料量最大只能達到85t/h；

（2）電機在高頻率運行下只能達到給料的75%～80%，且給料電流波動大，大流量（70t/h以上）時給料量波動大，且給料脈沖現(xiàn)象嚴重時，電機超頻運行。當螺旋給料量達到85t/h，減速機轉(zhuǎn)速已達1700r/min,已經(jīng)遠超其額定轉(zhuǎn)速（1470r/min）運行，已不能再通過提高電機轉(zhuǎn)速來提高投料量；

（3）填充率過低形成的給料脈沖流量波動大，超出了現(xiàn)有風動溜槽緩沖能力，造成進入冰銅噴嘴的物料不穩(wěn)定，從而影響了冰銅噴嘴的正常反應(yīng)。

1.2 冰銅風動溜槽

風動溜槽是一種氣力輸送設(shè)備，通過改變溜槽內(nèi)物料的流速來控制料層的厚度，以達到緩沖物料并消除出口物料波動幅度的作用，但在實際生產(chǎn)中出現(xiàn)以下問題：

（1）冰銅風動溜槽底板透風篩網(wǎng)容易局部堵塞，造成物料偏析，進入噴嘴和反應(yīng)塔的物料不均勻，生料產(chǎn)生率高，影響閃速吹煉爐的正常均勻反應(yīng)；

（2）冰銅風動溜槽進料端由于物料初速度較低，易在溜槽頭部淤積，阻礙物料連續(xù)、均勻的進入反應(yīng)塔，形成不定期的波浪式供料；

（3）FCF原料內(nèi)不可避免的含有冰銅、煙灰等塊狀物料，且冰銅粉比重大、流動性相對較差，塊狀物在槽廂內(nèi)不易被氣流推動，形成了阻礙；

（4）為盡量降低風動溜槽阻礙點，運轉(zhuǎn)班組需頻繁對溜槽內(nèi)部進行在線清理，運行維護難度大、工作量大；

（5）因推動物料需較大量的壓縮空氣，溜槽持續(xù)或頻繁間斷的噴正壓，夾雜物料的帶壓氣體經(jīng)常沖漏蓋板密封，物料被吹出溜槽外，造成現(xiàn)場環(huán)境惡劣，粉塵濃度大，環(huán)境差。

通過對閃速吹煉爐現(xiàn)場設(shè)備工況進行現(xiàn)場觀察，同時結(jié)合山東陽谷噴嘴設(shè)備組成情況，發(fā)現(xiàn)我廠所用裝入系統(tǒng)設(shè)備存在脈沖給料現(xiàn)象，其源頭在于冰銅螺旋的單螺旋設(shè)計，且螺旋填充率底，主電機超頻使用，電機轉(zhuǎn)速波動較大，物料進入風動溜槽后，風動溜槽內(nèi)料層較薄，對來料的均化作用不明顯，且風動溜槽設(shè)備工況不穩(wěn)定，在輸料過程中嚴重時會出現(xiàn)堵料現(xiàn)象，從而造成爐料在反應(yīng)塔中反應(yīng)不均衡，分別形成過氧化物和欠氧化物，當不均衡反應(yīng)的爐料進入吹煉爐熔池內(nèi)時，會發(fā)生劇烈的交互式熔池反應(yīng)，從而造成吹煉爐爐況波動，吹煉系統(tǒng)負壓不穩(wěn)定，造成設(shè)備及安全隱患。

2 裝入系統(tǒng)的改進、優(yōu)化

2.1 風動溜槽更換為埋刮板

FCF風動溜槽自投產(chǎn)后經(jīng)過多次改進，如透風率優(yōu)化、

氣量增加、局部補氣、提升角度等多種措施，均有一定的明顯效果，但仍無法徹底解決上述問題，經(jīng)過數(shù)月的生產(chǎn)實踐證明，不同于FSF原料干礦比重小、易流化等特點，綜合以往各種實踐分析：風動溜槽這種輸送方式目前不適于用FCF這種高比重且流態(tài)化性質(zhì)差的冰銅粉原料。

2015年3月27 日利用月修停爐機會完成將風動溜槽改為刮板運輸機：

（1）刮板選型為槽寬400mm，配套后續(xù)冰銅噴嘴，技術(shù)角度上無縫對接，不影響反應(yīng)；

（2）刮板輸送能力40～110t/h，可變頻調(diào)速，實現(xiàn)在不同裝入量下的靈活調(diào)節(jié)；

（3）刮板翅片高度110mm，保證冰銅粉淹沒翅片，降低脈動現(xiàn)象；

（4）刮板槽廂內(nèi)安裝2只緩沖擋管，高度分別為120mm和130mm，起到預(yù)均化和再均化物料的作用；

（5）刮板出口至冰銅噴嘴約1米段采用風動溜槽連接，傾斜角度達27°，杜絕了物料淤塞。

在刮板改造后，刮板中料層厚度比風動溜槽中料層厚度增加，給料穩(wěn)定性比風動溜槽好，且刮板運行性能穩(wěn)定，風動溜槽堵料問題也得到解決。冰銅噴嘴反應(yīng)善得到改善，正壓跳車在改造后的各月份中出現(xiàn)次數(shù)明顯減少，因此在2015年7月6日爐內(nèi)點檢時在冰銅裝入刮板中添加勻料擋板來改善刮板內(nèi)物料的平整性。

2.2 給料螺旋轉(zhuǎn)子改造

雖添加勻料擋板后，爐內(nèi)壓波動情況又進一步好轉(zhuǎn)，正壓跳車造成停爐的次數(shù)也有所降低，但由于冰銅螺旋填充率過低，螺旋轉(zhuǎn)速波動大，刮板的優(yōu)化也不能完全解決脈沖給料的影響；另外螺旋的給料能力也受到嚴重制約，不能長期超頻使用。因此通過與奧圖泰等廠家合作，通過對螺旋轉(zhuǎn)子進行改進來提高填充率。在2015年9月16日月修中將冰銅螺旋轉(zhuǎn)子進行更換，下表為冰銅螺旋轉(zhuǎn)子更換后螺旋轉(zhuǎn)速對比。

表1 冰銅螺旋轉(zhuǎn)子更換后螺旋轉(zhuǎn)速對比

2.3 冰銅噴嘴分布風孔旋流設(shè)計

閃速吹煉反應(yīng)的在造銅反應(yīng)主要在反應(yīng)塔中進行，其反應(yīng)效率受到反應(yīng)時間及氧料接觸率的影響，在現(xiàn)有噴嘴中，反應(yīng)時間受到反應(yīng)塔高度的條件限制，無法進行調(diào)整，因此只有在增加氧料接觸率的方向進行改造。通過借鑒陽谷旋流噴嘴的基礎(chǔ)上，我們提出將冰銅噴嘴分布風進行旋流設(shè)計，將原有垂直孔改為斜孔，從而通過分布風風向的改變帶動冰銅物料增加切向流動，進而增加冰銅粉與工藝風的接觸率，其示意圖如下。

如圖所示，綠色線代表分布風及冰銅粉走向，將分步風孔由垂直孔改為斜孔后，除垂直方向動能外，其增加了切線方向的動能，可增加冰銅物料的切線方向的流動，從而增加冰銅份與工藝風的接觸率，提高閃速吹煉反應(yīng)在反應(yīng)塔中的氧利用率。

圖1 冰銅噴嘴分布風

通過理論分析，此改造思路可行，因此在11月16日將新改造分布風環(huán)安裝在冰銅分布器上進行現(xiàn)場使用試驗。

通過對試驗前后爐況、參數(shù)及棒渣含銅等數(shù)據(jù)進行分析，改造后冰銅噴嘴有效提高了反應(yīng)效率，在相同原料條件下降低了氧系數(shù)。

表2 改造前后氧系數(shù)變化

通過上表數(shù)據(jù)分析可明確看出改造前后的變化，在相近的冰銅粉含銅、棒渣含銅及相同的煙灰裝入量條件下，冰銅噴嘴改造后氧系數(shù)明顯較低，在反應(yīng)塔中的反應(yīng)效率有所提升，對穩(wěn)定爐況有積極作用。

3 改造效果

通過對吹煉爐裝入系統(tǒng)的改造，吹煉冰銅噴嘴的反應(yīng)狀況明顯改善，可通過數(shù)據(jù)情況表現(xiàn)出來，由于數(shù)據(jù)量較大，在數(shù)據(jù)處理中引入方差進行統(tǒng)計分析，以確定吹煉爐高效反應(yīng)的穩(wěn)定性，具體體現(xiàn)在以下幾個方面。

3.1 正壓跳車次數(shù)

通過對閃速吹煉裝入系統(tǒng)一系列改進，吹煉爐爐內(nèi)壓波動程度，從各月份吹煉爐正壓跳車和爐況影響次數(shù)統(tǒng)計可以看出，3月27日刮板改造后正壓跳車次數(shù)有所降低，但每月仍多次出現(xiàn)，7月6日刮板內(nèi)添加勻料擋板后，月正壓跳車次數(shù)有所降低，9月16日更換冰銅螺旋后，正壓跳車現(xiàn)象基本消除；

3.2 四氧化三鐵的穩(wěn)定性

對改造前后至今各月份內(nèi)棒渣含F(xiàn)e3O4數(shù)據(jù)進行分析，裝入系統(tǒng)的三步改造后吹煉爐渣含F(xiàn)e3O4方差值比改造前15年1-3月份總體逐漸降低，說明改造后各月份棒渣中Fe3O4成分較改造前幾個月相比穩(wěn)定性逐漸增強，吹煉爐內(nèi)造渣反應(yīng)較為穩(wěn)定；

表3 正壓跳車次數(shù)

表4 棒渣含銅

3.3 棒渣含銅的穩(wěn)定性

同時，對11月份改造前后棒渣含銅平均值及方差值進行計算分析，可明顯發(fā)現(xiàn)改造后棒渣含銅更穩(wěn)定，其方差值（4.6）遠遠小于改造前方差值（9.1），由此可體現(xiàn)吹，吹煉爐冰銅分布器改造后，粗銅品質(zhì)更加穩(wěn)定。

表5 改造前后棒渣含銅對比

同時對陽極化爐氧化還原時間進行統(tǒng)計分析，冰銅噴嘴改造后其氧化還原時間明顯小于冰銅噴嘴改造之前。

表6 陽極化作業(yè)時長變化

4 結(jié)論

通過以上改造，金冠閃速吹煉工藝日趨穩(wěn)定，閃速吹煉爐高負荷（＞75t/h）生產(chǎn)作業(yè)率能夠穩(wěn)定在80%以上。雖然，裝入系統(tǒng)的改造整體上是成功的，但是對于困擾我們比較大的閃速吹煉爐爐內(nèi)壓波動問題，仍沒有從根本上解決，因此，穩(wěn)定爐內(nèi)壓將是我們下一步解決的重點問題。