對(duì)國外某閃速冶煉廠的工藝診斷及優(yōu)化評(píng)估

唐 斌，劉 旸，王 瑋

（中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司，江西南昌 330038）

美國某閃速冶煉廠經(jīng)過二十多年的生產(chǎn)， 很多設(shè)施開始老化，作業(yè)率降低，生產(chǎn)成本增加。此外，隨著自有礦山的生產(chǎn)規(guī)模減小，該廠將逐漸由單一處理自有礦變成需要外購銅精礦。 為了成為買礦冶煉廠后仍具有競(jìng)爭(zhēng)力， 該廠擬對(duì)工藝系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)改造，并委托中國瑞林工程技術(shù)股份有限公司（以下簡稱“中國瑞林”）圍繞“降低固定成本、可變成本、維修成本，提高作業(yè)率”的目標(biāo)評(píng)估冶煉廠目前的生產(chǎn)工藝，提出一份有針對(duì)性的優(yōu)化建議與解決方案的評(píng)估報(bào)告。

1 整體作業(yè)率評(píng)估及總結(jié)

中國瑞林團(tuán)隊(duì)將該廠的生產(chǎn)數(shù)據(jù)與近年來中國建成的類似工廠生產(chǎn)數(shù)據(jù)在同一平臺(tái)上進(jìn)行了換算，總結(jié)出該冶煉廠和其他近年來建成的類似工廠的平均作業(yè)率，并進(jìn)行了對(duì)比[1-3]。 通過對(duì)比，發(fā)現(xiàn)該廠的閃速熔煉及閃速吹煉作業(yè)率比中國類似閃速冶煉工廠低近5%，結(jié)果如表1 所示。 作業(yè)率的差距將直接影響該廠的生產(chǎn)效率及經(jīng)營指標(biāo)，并將大大影響該廠未來的競(jìng)爭(zhēng)力。

表1 作業(yè)率對(duì)比 %

通過現(xiàn)場(chǎng)考察、分組討論、數(shù)據(jù)分析及對(duì)比，中國瑞林團(tuán)隊(duì)對(duì)該冶煉廠原料及配料工段、 閃速熔煉工段、閃速吹煉工段進(jìn)行了全面診斷，針對(duì)各工段發(fā)現(xiàn)的問題提出了改進(jìn)方案和建議， 以期提高該廠的競(jìng)爭(zhēng)力。

2 原料及配料診斷

該冶煉廠設(shè)計(jì)建設(shè)年代早，一直以來主要處理自有礦山的銅精礦，銅精礦成分相對(duì)穩(wěn)定。 然而，經(jīng)過二十多年的生產(chǎn)，自有礦山日益枯竭，處理外來礦的比例逐漸增加，有可能今后要發(fā)展到全部處理外來礦，因此原料區(qū)域的工藝和設(shè)施都面臨著很多的考驗(yàn)，必須要對(duì)工廠現(xiàn)有的工藝和設(shè)施進(jìn)行局部調(diào)整和優(yōu)化才能適應(yīng)未來的變化。

3.1 原料儲(chǔ)存及配料現(xiàn)狀

目前，該冶煉廠的銅精礦主要來自兩部分。第一部分為自產(chǎn)礦，也是目前主要的精礦來源。該部分精礦通過礦漿泵從選礦廠輸送至過濾廠進(jìn)行過濾后，得到含水率8%左右的濕精礦；濕精礦通過皮帶輸送進(jìn)精礦庫，通過設(shè)置在精礦庫頂部的卸料小車從高空拋料，并在卸料小車卸料移動(dòng)的過程中，完成精礦初混。第二部分為火車運(yùn)輸過來的外部銅精礦。外部銅精礦到廠后，對(duì)其進(jìn)行取樣、計(jì)量、分析，同時(shí)用挖掘機(jī)從車廂卸礦到卡車上，卡車運(yùn)輸至精礦庫或露天堆場(chǎng)。

精礦庫堆式粗配料后， 精礦和石英砂由皮帶機(jī)送至緩沖倉，再由皮帶送配料車間。配料車間共設(shè)置了4 個(gè)配料倉， 包括1 個(gè)熔劑倉、1 個(gè)吹煉渣倉和2個(gè)銅精礦倉。車間根據(jù)數(shù)學(xué)模型進(jìn)行配料計(jì)算，同時(shí)通過倉底的輻射計(jì)量皮帶進(jìn)行配料， 配料混合到一根皮帶后，輸送到回轉(zhuǎn)干燥窯進(jìn)行干燥。

3.2 原料及配料診斷分析

由于目前冶煉廠的主要原料來自于自有礦山，本次診斷先對(duì)自有礦山產(chǎn)出的銅精礦品位進(jìn)行了分析。圖1 為近5 年原料中Cu、Fe、S 的品位變化，圖2為近5 年原料中Pb、Bi 的品位變化。

通過圖1 和圖2 可知， 原料中Cu/S 逐年降低，將導(dǎo)致后續(xù)閃速熔煉熱負(fù)荷增加， 對(duì)閃速熔煉爐爐體耐火材料和爐體冷卻系統(tǒng)有影響。 此外，Pb/Bi 等雜質(zhì)含量升高，也將對(duì)煙氣處理系統(tǒng)造成困難[4-5]。

圖1 原料中Cu、Fe、S 的變化

圖2 原料中Pb、Bi 的變化

此外，目前的精礦庫采用堆式粗混+4 個(gè)配料倉簡單配料的方式難以實(shí)現(xiàn)精確配料，在將來需要處理更多種類外購礦的情況下，難以滿足閃速熔煉的要求，將會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)調(diào)度困難，混合精礦成分波動(dòng)等風(fēng)險(xiǎn)。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解情況，由于混合精礦組分波動(dòng)，為了控制閃速爐熱平衡和冰銅品位，現(xiàn)場(chǎng)需頻繁（每間隔40 min 進(jìn)行1 次）地進(jìn)行精礦、渣、冰銅的取樣分析，頻繁修正石英砂比例和氧料比、氧油比。然而，即使如此，波動(dòng)的精礦組分仍對(duì)閃速熔煉造成了較大影響，具體表現(xiàn)在：冰銅品位的控制范圍為±2%（生產(chǎn)中還會(huì)超出這個(gè)范圍），高于其它相同工藝冶煉廠±1%的控制標(biāo)準(zhǔn)。 這也導(dǎo)致冰銅品位波動(dòng)大，渣溫波動(dòng)大等問題，成為影響閃速爐作業(yè)率的主要原因之一。

3.3 原料儲(chǔ)存及配料建議

目前銅精礦的來源主要是自有礦山，原料成分不可調(diào)控，原料成分的變化可通過優(yōu)化后續(xù)的冶煉手段進(jìn)行適應(yīng)。針對(duì)原料庫，可通過以下3 點(diǎn)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化：1）增加原料庫庫容；2）火車運(yùn)來的礦改用吊車卸料以代替現(xiàn)有的挖掘機(jī)卸料；3）采用膠帶運(yùn)輸方式，盡量減少鏟車的倒運(yùn)。

閃速熔煉爐入爐原料的精細(xì)化配料是保證熔煉順利運(yùn)行的重要手段。針對(duì)配料系統(tǒng)，建議借鑒類似冶煉廠的成功經(jīng)驗(yàn)，在精礦庫旁邊新建配料倉+計(jì)量膠帶的配料系統(tǒng)。 對(duì)配料系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造后，工藝工程師可根據(jù)熔煉爐渣、冰銅化驗(yàn)成分，將信息反饋回配料系統(tǒng)，利用配料系統(tǒng)對(duì)入爐物料提前進(jìn)行合理配比，提高信息前饋有效性，減少因原料成分波動(dòng)所帶來的停車時(shí)間和次數(shù)，有效提高熔煉爐的作業(yè)率。

3 閃速熔煉系統(tǒng)診斷

3.1 閃速熔煉系統(tǒng)停車時(shí)間分析

閃速熔煉系統(tǒng)是影響該冶煉廠作業(yè)率的主要工序。 本次診斷重點(diǎn)分析了影響閃速熔煉系統(tǒng)停車的各因素，停車時(shí)間統(tǒng)計(jì)和主要原因分析見圖3。

圖3 閃速熔煉系統(tǒng)停車時(shí)間分布

由圖3 可知，干礦系統(tǒng)作為最大的停車原因，占總停車時(shí)間的31%，而噴嘴、煙氣洗滌干燥系統(tǒng)、電收塵和余熱鍋爐，也占停車總時(shí)間中較大比重，分別占比達(dá)24%、10%、10%和9%。

3.2 熔煉系統(tǒng)診斷及建議

通過對(duì)熔煉系統(tǒng)停車時(shí)間因素的分析及現(xiàn)場(chǎng)查看， 對(duì)熔煉系統(tǒng)影響作業(yè)率較大的幾個(gè)因素進(jìn)行了分析。

1）該廠干礦系統(tǒng)的主要問題是干礦濃相輸送環(huán)節(jié)閥門損壞和管道磨損嚴(yán)重。對(duì)此，建議經(jīng)常更換精礦濃相輸送系統(tǒng)中進(jìn)出料口圓頂閥的球頂和密封圈，可考慮采用材質(zhì)更優(yōu)的碳化鎢球頂，達(dá)到更換周期延長的目的；對(duì)精礦濃相輸送系統(tǒng)中的彎頭可考慮采用特殊材質(zhì)耐磨彎頭以延長更換周期；可對(duì)精礦輸送系統(tǒng)氣固比進(jìn)行檢查，研究系統(tǒng)重要的參數(shù)——?dú)夤瘫仁欠窈侠?；檢查精礦入濃相輸送系統(tǒng)的篩網(wǎng)，在進(jìn)入干燥前設(shè)置合適的振動(dòng)篩，減少大顆粒物對(duì)輸送系統(tǒng)的損傷。

2）目前精礦噴嘴需要停料才能進(jìn)行清理，影響作業(yè)率。建議對(duì)現(xiàn)有精礦噴嘴本體進(jìn)行改進(jìn)或更換，實(shí)現(xiàn)在不停料（可降料生產(chǎn)）進(jìn)行清理。 如需要更換精礦噴嘴， 需對(duì)精礦噴嘴配置尺寸要求來核實(shí)爐頂安裝條件，確認(rèn)新型精礦噴嘴安裝的可行性。

3）熔煉余熱鍋爐設(shè)計(jì)能力能滿足熔煉爐最大投料量要求。但余熱鍋爐入口結(jié)構(gòu)存在一定的不足，導(dǎo)致余熱鍋爐入口上部和下部積灰較嚴(yán)重，影響了熔煉系統(tǒng)的作業(yè)率。對(duì)此，建議可以通過余熱鍋爐入口煙氣仿真模型進(jìn)行入口結(jié)構(gòu)型式的優(yōu)化。通過優(yōu)化煙氣速度場(chǎng)、溫度場(chǎng)以及鹽化風(fēng)噴嘴的位置，改善煙塵的粘結(jié)狀況。 根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)煙塵粘結(jié)情況，調(diào)整振打清灰裝置布置位置及振打清灰裝置運(yùn)行程序（振打順序、振打時(shí)間等），減少煙塵粘結(jié)形成大塊的機(jī)會(huì)，便于煙塵清理或減少煙塵清理時(shí)間，提高余熱鍋爐作業(yè)率。加強(qiáng)余熱鍋爐運(yùn)行管理，盡量利用閃速熔煉爐點(diǎn)檢時(shí)間，清理余熱鍋爐上的積灰，提高作業(yè)率。 同時(shí)，在熔煉爐上升煙道處增加燒嘴也可以有效減少煙塵粘結(jié)。

4）對(duì)于煙氣洗滌干燥、電收塵及其他導(dǎo)致閃速熔煉爐停車之處，建議對(duì)這些設(shè)備加強(qiáng)設(shè)備管理。

4 吹煉系統(tǒng)診斷

4.1 吹煉系統(tǒng)停車時(shí)間分析

吹煉系統(tǒng)是影響該冶煉廠作業(yè)率的另一主要工序。 影響吹煉系統(tǒng)停車的各因素停車時(shí)間統(tǒng)計(jì)和主要原因分析見圖4。

圖4 吹煉系統(tǒng)停車時(shí)間分布

由圖4 可知，吹煉系統(tǒng)（包括爐體點(diǎn)檢、冰銅噴嘴點(diǎn)檢、爐內(nèi)溫度控制、爐內(nèi)液面控制等）是造成停車作為最大的停車原因，占總停車時(shí)間的28%，而噴嘴、硫酸系統(tǒng)的靜電除塵器、陽極爐和冰銅磨也在停車總時(shí)間中占較大比重，分別占比達(dá)15%、12%、10%和8%。

4.2 吹煉系統(tǒng)診斷及建議

1）在停車時(shí)間統(tǒng)計(jì)中，吹煉系統(tǒng)是主要影響因素。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)了解，此系統(tǒng)停車故障點(diǎn)主要為冰銅噴嘴。由于冰銅噴嘴粘接比較多，導(dǎo)致點(diǎn)檢和清理頻率高。建議對(duì)新型冰銅噴嘴進(jìn)行考察驗(yàn)證， 解決現(xiàn)有噴嘴易偏析，檢修頻率高、作業(yè)率偏低的問題，達(dá)到改善吹煉系統(tǒng)的操作性能、減少偏析現(xiàn)象、避免反應(yīng)塔產(chǎn)生過熱區(qū)域、減少精礦氧耗、降低檢修頻率的目的，最大限度地提高閃速吹煉作業(yè)率和經(jīng)濟(jì)效益。2019 年，該廠專門委托中國瑞林針對(duì)噴嘴的更換項(xiàng)目進(jìn)行了研究。

2）此外，根據(jù)冶煉廠提供的生產(chǎn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)冰銅SiO2質(zhì)量分?jǐn)?shù)達(dá)0.6%，建議此指標(biāo)控制在0.4%以下。SiO2含量偏高會(huì)帶來兩個(gè)問題，一是增大冰銅噴嘴的清理量，二是提高了吹煉渣粘度。為保證渣排放順利，廠方被迫將吹煉渣溫進(jìn)一步提高，增加了吹煉爐熱負(fù)荷。

3）目前吹煉爐的上升煙道和余熱鍋爐也面臨和熔煉爐煙道和鍋爐同樣的問題， 建議采用相同的措施解決。

4）陽極爐也多次導(dǎo)致閃速吹煉爐停車，主要是受作業(yè)制度的影響。 閃速吹煉爐排放的粗銅通過溜槽進(jìn)入中間包后進(jìn)入陽極爐內(nèi)進(jìn)行氧化還原操作，再由圓盤澆鑄機(jī)澆鑄成陽極板。然而，目前圓盤澆鑄機(jī)生產(chǎn)能力只有70 t/h， 導(dǎo)致陽極爐存在澆鑄不及時(shí)的情況；同時(shí)，中間包需要定期更換也增加了工作量。

5）對(duì)于冰銅磨和煙氣洗滌等停車故障點(diǎn)，建議對(duì)這些工序加強(qiáng)設(shè)備管理。

5 建議效果綜合預(yù)計(jì)

根據(jù)工藝、技經(jīng)、土建、機(jī)械等多專業(yè)的綜合測(cè)算， 對(duì)各項(xiàng)改進(jìn)方法和建議提高競(jìng)爭(zhēng)力的效果進(jìn)行了增加運(yùn)營收入、降低可變成本、降低維修成本、提高作業(yè)率、 減少庫存和提高回收率等5 個(gè)核心指標(biāo)的量化分析與預(yù)計(jì)，如表2 所示。

表2 各項(xiàng)改進(jìn)方法和建議對(duì)降低成本，提高作業(yè)率的效果預(yù)計(jì)

6 結(jié)論

中國瑞林通過對(duì)該冶煉廠的全面診斷， 對(duì)目前工廠存在的問題進(jìn)行了調(diào)研，分析了原料配料、熔煉和吹煉三個(gè)工序影響該廠冶煉競(jìng)爭(zhēng)力的原因， 提供了優(yōu)化改造的方案， 并對(duì)如何在現(xiàn)有工藝和設(shè)施的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)提出了建議。最后，通過各專業(yè)的協(xié)作，對(duì)各建議預(yù)期的效果進(jìn)行了量化對(duì)比。 目前，這些改進(jìn)計(jì)劃已經(jīng)開始實(shí)施，計(jì)劃在幾年內(nèi)陸續(xù)完成。該廠計(jì)劃在2020 年大修期間將奧圖泰冰銅噴嘴更換為祥光冰銅噴嘴。通過以上改進(jìn)措施，能夠較好地提高冶煉廠的競(jìng)爭(zhēng)力，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。