銅轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺的危害及控制措施分析

賈 龍

（贊比亞謙比希銅冶煉有限公司卡魯魯西北京代表處，北京 100029）

謙比希銅冶煉有限公司（CHAMBISHI COPPER SMELTER LIMITED，以下簡稱CCS）位于贊比亞銅帶省中部的卡魯魯西（Kalulushi）市，由中國有色礦業(yè)集團和中鋁西南銅業(yè)集團共同出資組建，是至今中國在海外建設并運營的最大的銅鈷火法冶煉廠。冶煉工藝采用國際先進的ISA爐富氧頂吹浸沒熔池熔煉、貧化電爐沉清分離、PS轉(zhuǎn)爐吹煉、陽極爐精煉及還原電爐回收鈷工藝。

CCS轉(zhuǎn)爐工序現(xiàn)有尺寸均為φ4.0m×11.7m的臥式側(cè)吹（P-S）轉(zhuǎn)爐四臺，三用一備，作業(yè)制度為爐交換吹煉[1]。自建成投產(chǎn)以來，轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺問題一直是公司面臨的主要問題，不僅對設備、環(huán)境和安全生產(chǎn)等帶來較大危害,而且惡化了各項經(jīng)濟技術(shù)指標。為此，公司組織了技術(shù)攻關(guān)組對轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺的影響因素進行分析，并提出合理的控制措施。

1 轉(zhuǎn)爐噴濺的危害

轉(zhuǎn)爐噴濺會造成爐內(nèi)物料和溫度損失，擾亂正常冶煉操作的物料平衡、氧平衡與熱平衡，轉(zhuǎn)爐吹煉控制存在明顯誤差[2]，影響工藝操作，導致金屬損失。CCS轉(zhuǎn)爐吹煉工序按物料損失量多少，將噴濺分為：一般噴濺0.5%～2%、嚴重噴濺2%～5%、惡性噴濺（噴爐）5%以上。其中惡性噴濺，危害極其嚴重，主要表現(xiàn)在以下方面：

（1）發(fā)生多起因轉(zhuǎn)爐噴濺造成高溫熔體燙傷人員事故；

（2）噴濺物易在煙罩內(nèi)形成結(jié)渣堵塞煙氣通道，影響制酸系統(tǒng)，頻繁發(fā)生因結(jié)渣墜落損壞設備，嚴重影響生產(chǎn)；

（3）縮短密封煙罩水套、密封小車軌道等設備的使用壽命；

（4）因噴濺造成爐內(nèi)物料損失嚴重，造成冷料大量堆積，增加生產(chǎn)成本；

（5）煙罩結(jié)渣不僅造成轉(zhuǎn)爐爐修工作耗時耗力，而且對維修人員的安全構(gòu)成威脅。

2 轉(zhuǎn)爐噴濺形成機理

轉(zhuǎn)爐吹煉過程是發(fā)生在一個復雜的高溫多相流體系，涉及到多相間的流動并耦合著傳熱、傳質(zhì)、相變及化學反應等，目標是將冰銅中的鐵、硫、鉛、鋅等雜質(zhì)元素氧化去除得到目標銅水成分和溫度，其機理十分復雜[3]。根據(jù)銅轉(zhuǎn)爐吹煉的原理、工藝特點及實際操作情況，轉(zhuǎn)爐噴濺形成機理主要是爐渣泡沫化和爐內(nèi)反應產(chǎn)生的大量氣體[4]，與吹煉模式、渣型、溫度、生產(chǎn)管理等因素關(guān)系密切。在操作過程中因沒有合理的控制好渣型、溫度等工藝指標，使爐渣黏度增加，爐渣泡沫化嚴重，導致爐內(nèi)大量氣體無法均勻順暢的排出而發(fā)生噴濺。

3 轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺的影響因素分析

3.1 吹煉模式

CCS轉(zhuǎn)爐尺寸為φ4.0m×11.7m的臥式側(cè)吹，設計能力為單爐冰銅進料量150t～180t，但一味的為了追求單爐粗銅產(chǎn)量，將單爐冰銅進料量增加到200t～220t。吹煉模式主要采取6-2-2生產(chǎn)進料方式，即熱冰銅分三批加入，第一批120t（6包），第二批40t（2包），第三批40t（2包），期間還要添加冷料10t～30t。嚴重增加了轉(zhuǎn)爐吹煉負荷，減少了爐容比，使轉(zhuǎn)爐吹煉過程長期處于高液面狀態(tài)，造成爐內(nèi)壓力高，熔液晃動大，噴濺嚴重。因此，調(diào)整合理的吹煉模式，對控制轉(zhuǎn)爐噴濺具有重要意義。

3.2 渣型

轉(zhuǎn)爐渣型的好壞對轉(zhuǎn)爐噴濺的形成有直接關(guān)系，對整個吹煉周期的各項技術(shù)經(jīng)濟指標也有很大影響，與冰銅品位、吹煉溫度、爐渣中Fe3O4、SiO2的含量等因素密切相關(guān)。低冰銅品位，高吹煉溫度，對轉(zhuǎn)爐吹煉渣型有利，但如果冰銅品位過低，吹煉溫度過高會造成渣量大，影響爐壽等問題，不利于與生產(chǎn)；爐渣的中SiO2、Fe3O4含量對渣型影響較大，在冰銅品位和吹煉溫度一定時，當爐渣中SiO2含量減少時，F(xiàn)e3O4含量會增加，使爐渣黏度增加，泡沫化嚴重，從而加劇轉(zhuǎn)爐噴濺，嚴重時發(fā)生惡性噴濺（噴爐）事故；但當爐渣中SiO2含量增加到一定程度時，同樣會增加爐渣黏度，使爐渣泡沫化嚴重，引發(fā)噴濺問題。因此，控制合理的渣型對控制轉(zhuǎn)爐噴濺具有重要作用，CCS轉(zhuǎn)爐渣主要成分如表1所示。

表1 CCS轉(zhuǎn)爐渣主要成分(%)

3.3 吹煉溫度

轉(zhuǎn)爐吹煉屬于放熱過程，不需要提供額外的熱量，吹煉溫度主要取決于吹煉過程中鐵和硫的氧化等,而鐵和硫的氧化主要受吹煉氣體的流量及其氧濃和冰銅品位等因素的影響。CCS熔煉工序所產(chǎn)冰銅主要成分如表2所示，從表中可以看出CCS轉(zhuǎn)爐吹煉屬于高品位冰銅吹煉，而高品位吹煉時熱量不足，爐時縮短，爐膛內(nèi)的爐結(jié)嚴重，爐口噴濺大，同時隨煙氣帶走的熱量多，冷料添加較困難。

表2 CCS冰銅主要成分(%)

3.4 生產(chǎn)管理

轉(zhuǎn)爐吹煉操作簡單、靈活，但自動化控制水平不高，對人為經(jīng)驗依賴性較強。如爐溫控制、熔劑添加時機、篩爐終點、出銅終點等工藝指標需要依靠人為經(jīng)驗判斷，對操作人員的技能水平和責任心要求較高。CCS地處非洲大陸，操作人員多以當?shù)鼐用駷橹?，普遍文化程度不高，在轉(zhuǎn)爐吹煉過程中經(jīng)常出現(xiàn)因工藝指標判斷不準確，導致轉(zhuǎn)爐吹煉溫度偏低，爐結(jié)嚴重；熔劑添加量和時機不準確，渣型差；篩爐終點、出銅終點判斷不準確，造成惡性噴濺事故等影響安全生產(chǎn)的情況，給生產(chǎn)管理水平帶來挑戰(zhàn)。

4 控制措施

4.1 摸索合理的吹煉模式，降低操作液面

將單爐冰銅的進料量減少到180t～200t，進料模式調(diào)整為5-2-2和6-3兩種吹煉模式生產(chǎn)。與6-2-2吹煉模式對比發(fā)現(xiàn)，雖然單爐產(chǎn)量降低了，但因操作液面降低了，噴濺問題得到明顯的控制，而且爐時縮短，爐與爐之間吹煉更緊湊。另對比發(fā)現(xiàn)6-3吹煉模式因分成兩批料加入爐內(nèi)，縮短了進料時間，減少了冷料產(chǎn)出，表現(xiàn)出更明顯的優(yōu)勢[5]。

4.2 降低冰銅品位，控制合理渣型

將冰 銅品位降低到58%～62%，增加熔劑的粒度，適當提高吹煉溫度，爐渣中SiO2含量控制在22%～26%，F(xiàn)e3O4含量控制在15%～35%。經(jīng)過調(diào)整后轉(zhuǎn)爐吹煉爐渣的黏度和爐渣泡沫化程度得到明顯改善，不僅減少了轉(zhuǎn)爐噴濺，而且降低了渣含銅，改善了貧化電爐爐況。

4.3 提高富氧濃度，提升吹煉溫度

適當提高吹煉過程中的富氧濃度，造渣期控制在22%～24%，造銅期控制在21%～22%。生產(chǎn)實踐結(jié)果證明，富氧吹煉能快速提升爐內(nèi)溫度，減少爐膛內(nèi)的爐結(jié)，不僅吹煉噴濺減少，而且爐時明顯縮短，還增加了冷料處理量。

4.4 加強操作技能培訓，提高生產(chǎn)管理水平

采取定期集中培訓，考核合格上崗，簽訂師帶徒協(xié)議，末位淘汰制等措施來加強對當?shù)貑T工操作技能的提升。有效的控制了因人為因素造成的惡性噴濺事故，多項技術(shù)經(jīng)濟標得到改善，生產(chǎn)管理水平上了一個新臺階。

5 實施前后效果對比

在技術(shù)攻關(guān)組合和所有操作人員近一年的共同努力下，CCS轉(zhuǎn)爐吹煉噴濺問題得到明顯改善，有效的杜絕了惡性噴濺（噴爐），減少了常規(guī)噴濺，解決了因轉(zhuǎn)爐噴濺問題帶來的危害，實施前后效果對比如表3所示。同時，轉(zhuǎn)爐吹煉的多項技術(shù)經(jīng)濟指標也得到提升，實施前后各項技術(shù)經(jīng)濟指標對比如表4所示。

表3 實施前后效果對比

表4 實施前后各項技術(shù)經(jīng)濟指標對比

6 結(jié)語

通過對CCS銅轉(zhuǎn)爐吹煉過程噴濺形成機理及影響因素分析后，采取合理的措施，有效的控制了轉(zhuǎn)爐噴濺帶來的危害，同時多項技術(shù)經(jīng)濟指標也得到明顯改善，為公司安全生產(chǎn)、產(chǎn)量提升，生產(chǎn)成本節(jié)約創(chuàng)造了有利條件。