富氧底吹熔煉工藝生產(chǎn)實踐

李永春

（北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠，山西 運城 043700）

富氧底吹熔煉工藝生產(chǎn)實踐

李永春

（北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠，山西 運城 043700）

富氧底吹熔煉工藝是目前比較成熟的技術(shù)，垣曲冶煉廠在2012年進行了冶煉技術(shù)升級改造，淘汰了傳統(tǒng)、落后的密閉鼓風(fēng)爐熔煉工藝，采用了該工藝。通過試運行和技術(shù)完善，垣曲冶煉廠技改工程于2014年2月投產(chǎn)，2014年9月實現(xiàn)銅冶煉系統(tǒng)的達產(chǎn)達標(biāo)。本文詳細(xì)介紹了垣曲冶煉廠富氧底吹熔煉在試生產(chǎn)以及達標(biāo)過程中遇到的問題，探討了工藝控制指標(biāo)的優(yōu)化措施及取得的成效。結(jié)果表明，通過工藝改進和完善，各項工藝指標(biāo)達到了行業(yè)先進水平。

富氧；底吹爐氧槍；余熱鍋爐作業(yè)率；SO3濃度

2012年，北方銅業(yè)股份有限公司垣曲冶煉廠開始進行冶煉技術(shù)升級改造，淘汰傳統(tǒng)、落后的密閉鼓風(fēng)爐熔煉工藝，技改工藝采用“富氧底吹熔池熔煉—轉(zhuǎn)爐吹煉—陽極爐精煉—電解精煉—熔煉渣和吹煉渣選礦”的冶煉工藝流程。主要冶煉設(shè)備：底吹熔煉爐一臺，規(guī)格為Φ4.8 m×20 m；轉(zhuǎn)爐3臺，規(guī)格為Φ3.6 m×8.8 m，70 t/臺；回轉(zhuǎn)式陽極爐2臺，規(guī)格Φ3.6 m×11.5 m，200 t/臺。垣曲冶煉廠技改工程于2014年2月建成投產(chǎn)，在試生產(chǎn)初期，富氧底吹熔煉爐遇到了一些問題，通過設(shè)計完善和技術(shù)改造，富氧底吹爐的氧槍、余熱鍋爐、冰銅品位、作業(yè)率以及SO3濃度等指標(biāo)均取得明顯效果，富氧底吹爐的原料適應(yīng)性強、能耗低、爐壽命長、操作條件好等優(yōu)勢明顯。本文著重分兩個階段探討生產(chǎn)實踐中設(shè)計完善和工藝參數(shù)優(yōu)化取得的效果，兩個階段為：試生產(chǎn)達產(chǎn)達標(biāo)（2014.3-2015.4），工藝優(yōu)化并提高（2015.6-2016.6）。

1 試生產(chǎn)達產(chǎn)達標(biāo)階段（2014.3-2015.4）

1.1 底吹爐氧槍及供風(fēng)系統(tǒng)改造

1.1.1 試生產(chǎn)現(xiàn)狀

垣曲冶煉廠底吹爐試生產(chǎn)初期，出現(xiàn)以下問題：一是加料口粘結(jié)嚴(yán)重，人工清理困難，每生產(chǎn)2～4 h轉(zhuǎn)出清理一次，時間約為2 h；二是供風(fēng)氧系統(tǒng)的氧槍通徑小、相連接的金屬軟管通徑也偏小，當(dāng)約0.6 MPa的壓縮氣體從金屬軟管進入爐內(nèi)時，帶來極大的嘯叫聲，爐子周邊噪聲偏大，同時進風(fēng)管路無排冷凝水設(shè)施，導(dǎo)致氧槍口結(jié)瘤，嚴(yán)重影響進風(fēng)和進氧，有時在開爐時甚至出現(xiàn)放炮現(xiàn)象；三是由于空氣排空管接在三層加料平臺邊上，不能利用的空氣從排空管排出后，給加料作業(yè)現(xiàn)場帶來了巨大的噪聲，總體現(xiàn)況是加料作業(yè)工作勞動強度超負(fù)荷，每班9人都忙不過來；現(xiàn)場噪聲大，不對著別人耳朵講，別人根本聽不見；爐子頻繁轉(zhuǎn)出，生產(chǎn)時率僅有65%左右，達不到設(shè)計要求。

1.1.2 實施方案

（1）對加料口系統(tǒng)進行局部改造，解決粘結(jié)問題。在維持生產(chǎn)的條件下，經(jīng)廠里組成的專家組與恩菲公司相關(guān)人員溝通，去掉加料口環(huán)形壓風(fēng)管，由機電設(shè)備分公司根據(jù)加料口的環(huán)形風(fēng)管尺寸制作相應(yīng)的法蘭替代，相應(yīng)的通風(fēng)管路進行封閉處理。

（2）對供風(fēng)供氧系統(tǒng)進行改造，解決底吹爐進風(fēng)氧及現(xiàn)場噪聲問題。對于氧槍，尋找相應(yīng)的廠家，重新進行通風(fēng)氧計算論證，制作新的氧槍，利用兩次小修機會，分批進行更換處理，同時對工藝參數(shù)進行調(diào)整，在進底吹爐的供風(fēng)管前加裝壓縮空氣罐，并將底吹爐的現(xiàn)場排空閥移到偏離生產(chǎn)現(xiàn)場的管網(wǎng)上。

（3）對Atlas風(fēng)機參數(shù)進行調(diào)整，將螺桿空壓機風(fēng)管路與Atlas10 000風(fēng)機相連接，使螺桿空壓機起到緊急時備用的作用。

1.1.3 經(jīng)過改造后效果

底吹爐生產(chǎn)現(xiàn)場噪聲得到了極大的控制，加料口粘結(jié)得到了有效控制，爐上加料作業(yè)強度大幅度下降，底吹爐的生產(chǎn)做到了平均每3.5 d轉(zhuǎn)爐一次，加料量提升到78 t/h，達到了設(shè)計的加料量，生產(chǎn)時率達到了98%以上。

1.2 余熱鍋爐

1.2.1 存在問題

余熱鍋爐直升段煙道結(jié)塊嚴(yán)重，需要頻繁轉(zhuǎn)爐清理，一般3 d左右清理一次，當(dāng)清理不及時會造成煙道塊過大，清理時間長，困難大；從2014年8月底吹爐余熱鍋爐直升段膜式壁出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，頻繁處理故障轉(zhuǎn)爐，使底吹爐的作業(yè)率降低。試生產(chǎn)達產(chǎn)達標(biāo)階段（2014.3-2015.4）底吹爐作業(yè)率及主要故障統(tǒng)計如表1所示。

表1 試生產(chǎn)達產(chǎn)達標(biāo)階段（2014.3-2015.4）底吹爐作業(yè)率及主要故障統(tǒng)計

1.2.2 處理措施

在停產(chǎn)修理時，增加了直升煙道振打錘的數(shù)量，改善了余熱鍋爐與副煙道的密封方式，同時通過調(diào)整振打錘的振打力度和振打頻率，減少了煙道結(jié)塊，沒有再發(fā)生由于煙道結(jié)塊專門轉(zhuǎn)爐清理的情況。

1.3 底吹爐送風(fēng)時率

試生產(chǎn)達產(chǎn)達標(biāo)階段（2014.3-2015.4）的底吹爐作業(yè)率如表2所示，其平均作業(yè)率為89.29%，低于設(shè)計的送風(fēng)時率91.7%。2015年5月，通過技改完善，垣曲冶煉廠對影響生產(chǎn)的底吹爐加料口、余熱鍋爐及輔機等設(shè)備進行了設(shè)計優(yōu)化，在熔煉、精煉、硫酸、電解車間實行了精細(xì)化管理，工藝參數(shù)控制更精準(zhǔn)，底吹爐作業(yè)率提高到92.45%，為2015年完成11.5萬t陰極銅創(chuàng)造了條件。

表2 工藝優(yōu)化并提高階段（2015.6-2016.4）底吹爐作業(yè)率統(tǒng)計

2 工藝優(yōu)化并提高（2015.6-2016.6）

在試運行期間，工藝方面存在以下問題需要優(yōu)化：一是轉(zhuǎn)爐渣加底吹爐渣選礦，倒渣選的渣子含銅高，影響銅冶煉總回收率；二是轉(zhuǎn)爐產(chǎn)能限制了底吹爐的加料量；三是煙氣中SO3濃度高，設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。四是陽極爐壽命低。

2.1 調(diào)整底吹爐冰銅品位

設(shè)計底吹爐熔煉冰銅品位為58%，在生產(chǎn)中，當(dāng)?shù)状禒t加料量穩(wěn)定在70 t/h時，生產(chǎn)58%冰銅量預(yù)計695 t/d，每天轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)6爐銅，每爐需要處理冰銅115 t，而實際轉(zhuǎn)爐吹煉每爐處理冰銅量100 t，轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)制約了底吹爐的加料量。

2015年6月，調(diào)整底吹爐冰銅品位，生產(chǎn)70%冰銅，轉(zhuǎn)爐產(chǎn)出少量的轉(zhuǎn)爐渣破碎后返底吹爐處理，選礦渣只有底吹爐渣，有效降低了渣含銅，提高了銅冶煉回收率。轉(zhuǎn)爐吹煉70%冰銅，吹煉作業(yè)時間由5.5 h縮短為3.5 h，可以提高產(chǎn)量，減少轉(zhuǎn)爐生產(chǎn)壓力。由表3可以看出，生產(chǎn)70%品位的冰銅以來，渣含銅降低約2%，提高了銅冶煉總回收率，生產(chǎn)成本相應(yīng)降低。

表3 2015年1-10月底吹爐冰銅品位和選礦渣含銅統(tǒng)計表

2.2 煙氣SO3濃度

通過對電收塵入口煙氣中SO3濃度的分析，SO3濃度最高達到2.5%，煙氣中SO3濃度高導(dǎo)致余熱鍋爐和電除塵器排煙設(shè)備腐蝕，收塵效率下降，煙塵后移，凈化廢酸量增加等一系列問題。通過分析，垣曲冶煉廠制定了以下解決措施，取得明顯的效果。

2.2.1 控制氧料比

富氧底吹爐設(shè)計反應(yīng)用氧氣的利用率為99%，存在實際氧的利用達不到設(shè)計值，造成爐況的波動，如果有富裕氧存在，將影響煙氣中SO3濃度，因此要求主控室操作人員穩(wěn)定爐況，控制較低的氧料比。

2.2.2 保證余熱鍋爐負(fù)壓

由于控制入電收塵煙氣溫度為360℃±20℃，在余熱鍋爐水平段的溫度為400℃～600℃，尤其是在鍋爐的對流區(qū)，布置了凝渣管屏和對流管束，極易生成SO3，因此需要保證鍋爐負(fù)壓0～-100 Pa，目的是保證煙氣的流速，縮短煙氣在余熱鍋爐內(nèi)停留時間。

2.2.3 減少系統(tǒng)漏風(fēng)

垣曲冶煉廠采取了多種措施減少漏風(fēng)：封閉一個加料口，采用兩個加料口加料；做好爐體出煙口與余熱鍋爐的密封；檢查余熱鍋爐、水平煙道、電收塵排煙系統(tǒng)漏風(fēng)情況并及時密封；保證熔煉爐的排煙機的風(fēng)量控制在設(shè)計值。

通過工藝完善，從2015年9月開始煙氣中SO3濃度得到控制（見表4），實際測得電收塵入口SO3濃度小于1%，硫酸一級動力波入口的SO3濃度在0.2%左右，減少了凈化廢酸量，保證了電收塵的正常送電和收塵效率，避免了電收塵的低溫腐蝕。

表4 2015年電收塵入口煙氣SO3濃度統(tǒng)計表（%）

2.3 轉(zhuǎn)爐高品位冰銅富氧吹煉技術(shù)攻關(guān)

吹煉58%的冰銅含鐵在15%左右，一周期造渣時間長、渣量大、渣含銅高，倒渣造成爐口損壞嚴(yán)重。吹煉70%的冰銅含鐵約5%，開展富氧吹煉試驗和技術(shù)攻關(guān)，在保證轉(zhuǎn)爐吹煉熱平衡和處理高含銅冷料量的情況下，通過控制供氧氣量直接進入二周期吹煉、渣量富集到一定量時排渣一次或出銅前排渣等手段，探索出了富氧23%以下轉(zhuǎn)爐吹煉高品位冰銅的經(jīng)驗，縮短了轉(zhuǎn)爐吹煉時間，轉(zhuǎn)爐處理量提高5%～10%，直收率在92%以上，有效提高了轉(zhuǎn)爐的生產(chǎn)能力。

2.4 回轉(zhuǎn)式陽極爐改造，提高爐壽命

2.4.1 氧化還原磚改造

2015年進行了氧化還原磚結(jié)構(gòu)和氧化還原槍角度的改造，簡化氧化還原磚的結(jié)構(gòu)，改變氧化還原槍的角度，改造后可以延長氧化還原時介質(zhì)在熔體內(nèi)停留時間，縮短了陽極爐氧化還原的作業(yè)時間，降低了天然氣單耗，延長了氧化還原磚的壽命，由1～2個月延長到9～11個月，并使陽極爐壽命由6～8個月，提高到10個月以上。

2.4.2 減少回轉(zhuǎn)式陽極爐透氣磚數(shù)量的試驗

回轉(zhuǎn)式陽極爐透氣磚設(shè)計時，每臺爐采用9塊透氣磚，2015年11月初，由于透氣磚外部發(fā)紅嚴(yán)重，1#陽極爐所有透氣磚停用，2#陽極爐只用1-4號透氣磚。通過兩臺陽極爐生產(chǎn)比對試驗，使用4塊透氣磚不影響陽極爐正常作業(yè)，而且每年節(jié)約更換透氣磚費用約45萬元。

3 工藝參數(shù)優(yōu)化取得的效果

通過試運行和技術(shù)完善，垣曲冶煉廠技改工程于2014年2月投產(chǎn)，2014年9月實現(xiàn)銅冶煉系統(tǒng)的達產(chǎn)達標(biāo)，僅用6個月的時間達到設(shè)計產(chǎn)能，并于2015年生產(chǎn)陰極銅11.5萬t，2016年生產(chǎn)陰極銅12.6萬t，實現(xiàn)了超設(shè)計產(chǎn)能。各項經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)均優(yōu)于新建銅冶煉企業(yè)準(zhǔn)入值，粗銅綜合能耗134.9 kgce/t，達到銅冶煉行業(yè)先進水平。通過兩年多的運行，富氧底吹熔煉爐在設(shè)備投資、能耗、技術(shù)操作、爐壽命以及環(huán)境治理等方面具有明顯的優(yōu)勢，是目前新建、改擴建重點推薦的冶煉工藝。

Production Practice of Oxygen Enriched Bottom Blown Smelting Proces

Li Yongchun
(Northern Copper Industrial Co., Ltd., Yuanqu Smelter, Yuncheng 043700, China)

Oxygen-enriched bottom-blown smelting process is a relatively mature technology. Yuanqu smelter has been upgraded in 2012. It has eliminated the traditional and backward blast furnace smelting process. Through trial operation and technical improvement, Yuanqu smelter technical transformation project put into operation in February 2014, in September 2014 to achieve the copper smelting system production standards. This paper introduces the problems encountered in the trial production and compliance process of Yuanqi Smelter, and discusses the optimization measures and the results of the process control index. The results show that through the process improvement and improvement, the process indicators reached the industry advanced level.

oxygen-enriched; bottom-fired oxygen lance; waste heat boiler operating rate; SO3 concentration

TU992.24

A

1008-9500(2017)07-0102-03

2017-05-23

李永春（1961-），男，吉林通化人，在職研究生，冶煉工程師，從事銅金屬冶煉工作。